Вітрогенератор із крокового двигуна. Вітрогенератор з крокового двигуна Як зробити з крокового двигуна вітрогенератор

Прийшла на думку проста, очевидна, але геніальна думка. Адже якщо врахувати, що кроковий двигун є не тільки моторчиком, який забезпечує механічну роботу абсолютно різних пристроїв (починаючи від принтерів сканерів та іншої офісної апаратури, закінчуючи різними агрегатами, що застосовуються у більш серйозних пристроях). Кроковий двигун може послужити відмінним генератором електрики!

А його найголовніший плюс у всьому, це те, що йому зовсім не потрібні великі оберти, він може справно працювати і при малих навантаженнях. Тобто навіть при мінімальній дії сили спрямованої на нього кроковий двигун відмінно виробляє енергію. Найголовніше, що цієї енергії цілком вистачить на різні потреби, на кшталт висвітлення дороги велосипедисту за допомогою підключеного до крокового двигуна ліхтаря.

На жаль зі звичайним генератором стандартному велосипеду будуть все ж таки необхідні початкові обороти, до того як ліхтарик почне випускати промені досить яскравого світла для чіткого освітлення шляху. Але при використанні крокового двигуна цей недолік видаляється сам собою, тобто освітлення подаватиметься відразу як почнеться обертання колеса.

Але правда у цієї диво конструкції все ж таки буде ряд недоліків. Наприклад, найбільш явний з них, це велике магнітне залипання. Але насправді це не таке страшне для велосипедиста.

Що приступаючи до роботи, нам буде необхідно знайти деякі деталі:
1) Власне, сам кроковий двигун.
2) парочка конденсаторів великої ємності.
3) світлодіодні ліхтарі
4) стабілізатор напруги 5-6 вольт.

Знайти кроковий двигун досить просто через те, що він дуже поширений у всіх офісних приладах. Єдине що треба розуміти, це те, що чим більший кроковий двигун – тим відповідно краще для нас.

Тут буде описано та представлено кілька моделей крокових двигунів та різні варіанти їх кріплення до залізного коня.
Спочатку візьмемо найбільший двигун, що вдалося роздобути автору. Він демонтував його зі звичайного офісного плотера для друку (по суті це принтер, лише у кілька разів більшого розміру).

Зовні двигун досить великий.

Але перш ніж приступити до вивчення схеми стабілізації схеми живлення, варто звернути увагу на методику кріплення цього агрегату до велобайка.

Якщо подивитеся на малюнок, то зрозумієте, що генератор розташований ближче до осі колеса і обертання передається від додаткового кола.

І все ж так як модель велосипеда у кожного своя і хтось не захоче пошкоджувати раму саморізами, вам буде потрібно самому розробити коло обертання, варіантів тут дійсно багато.

Якщо ж ви не уявляєте собі як прикрутити великий кроковий двигун до конструкції, є менший варіант:

Вам залишається лише вибрати варіант генератора, що підходить під розміри вашого транспортного засобу.

Якщо з кроковими двигунами розібралися, можна приступити і до ліхтарів і ланцюгів живлення.

Ліхтарі необхідно взяти світлодіодні. схема випрямлення виглядатиме так: блок випрямляючих діодів, кілька конденсаторів великої ємності та природно стабілізатор напруги. У принципі, це стандартна схема харчування.

Кроковий двигун стандартно має на виході чотири проводки, які відповідають двом котушкам. саме з цієї причини на зображенні випрямних блоків теж два. Цей саморобний генератор електрики цілком може видавати аж до 50 вольт напруги на великих оборотах, так що конденсатори краще взяти відповідні (напруга вище 50). Ну а стабілізатор на напругу 5-6 вольт.

І так у чому суть саморобки, і чому вона знадобилася?

Вся справа в його перевагі, навіть тільки рушивши з місця-вам шлях буде вже яскраво освітлений ліхтарем, запитаним від нашого крокового двигуна-він же генератор.

Так само хотілося б відзначити, що в процесі руху ліхтар не блиматиме або тухнути - освітлення буде плавним і рівним.

Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор. Великі лопаті повільно, але вірно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.

Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працюючу і, наприклад, акумулятори, що заряджають або живить світлодіоди.

Ці двигуни є низькооборотнимиі генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуна Стірлінга або іншого низькооборотного джерела потужності. При використанні як генератор звичайного (колекторного) двигуна постійного струму для досягнення таких же результатів знадобилася б у 10-15 разів більша частота обертання.

Особливістю кроковика є досить високий момент торкання (навіть без підключеного до генератора електричного навантаження), що досягає 40 г сили на сантиметр.

Коефіцієнт корисної дії генератора з ШД сягає 40%.

Для перевірки працездатності крокового двигуна можна підключити, наприклад червоний світлодіод. Обертаючи вал двигуна, можна спостерігати світіння світлодіода. Полярність підключення світлодіода не має значення, тому що двигун виробляє змінний струм.

Кладезем таких потужних двигунів є п'ятидюймові дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.

Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25″ дисководу, який працював ще у складі ZX Spectrum– сумісного комп'ютера “Байт”.

Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблено висновки – разом із двигуна виведено шістьпроводів:

перша обмотка (англ. coil 1) – синій (англ. blue) та жовтий (англ. yellow);

друга обмотка (англ. coil 2) - Червоний (англ. red) та білий (англ. white);

коричневі (англ. brown) Проводи - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).

розібраний кроковий мотор

Зліва видно ротор двигуна, у якому видно “смугасті” магнітні полюси – північний і південний. Правіше видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.

Опір половини обмотки складає

Я використав цей двигун у початковій конструкції мого вітрогенератора.

перша обмотка (англ. coil 1) – помаранчевий (англ. orange) та чорний (англ. black);

друга обмотка (англ. coil 2) – коричневий (англ. brown) та жовтий (англ. yellow);

червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).

Опір половини обмотки становить 58 Ом, що вказано на корпусі двигуна.

У покращеному варіанті вітрогенератора я використав кроковий двигун Robotron SPA 42/100-558, Вироблений в НДР і розрахований на напругу 12 В:

Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора – горизонтальне та вертикальне.

Перевагою горизонтального(найпопулярнішого) розташуванняосі, розташованої у напрямку вітру, є ефективніше використання енергії вітру, недолік – ускладнення конструкції.

Я обрав вертикальне розташуванняосі - VAWT (vertical axis wind turbine), що істотно спрощує конструкцію та не вимагає орієнтації за вітром . Такий варіант більш придатний для монтування на дах, він набагато ефективніший в умовах швидкої та частої зміни напряму вітру.

Я використовував тип вітротурбіни, званий вітротурбіна Савоніуса (англ. Savonius wind turbine). Вона була винайдена у 1922 році Сігурдом Йоханнесом Савоніусом (Sigurd Johannes Savonius) із Фінляндії.

Сігурд Йоханнес Савоніус

Робота вітротурбіни Савоніуса полягає в тому, що опір (англ. drag) набігає потоку повітря - вітру увігнутої поверхні циліндра (лопаті) більше, ніж опуклої.

Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $C_D$

увігнута половина циліндра (1) – 2,30

опукла половина циліндра (2) – 1,20

плоска квадратна пластина – 1,17

увігнута порожня напівсфера (3) – 1,42

опукла порожня напівсфера (4) – 0,38

Вказані значення наведено для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) у діапазоні $10^4 – 10^6$. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла у середовищі.

Сила опору тіла повітряному потоку $ =<<1 \over 2>S \rho > $, де $\rho$ – щільність повітря, $v$ – швидкість повітряного потоку, $S$ – площа перетину тіла.

Така вітротурбіна обертається в ту саму сторону, незалежно від напрямку вітру:

Подібний принцип роботи використовується у чашковому анемометрі (англ. cup anemometer)– прилад для вимірювання швидкості вітру:

Такий анемометр був винайдений у 1846 році ірландським астрономом Джоном Томасом Ромні Робінсоном. John Thomas Romney Robinson):

Робінсон вважав, що чашки в його чотиричашковому анемометрі переміщуються зі швидкістю, що дорівнює одній третині швидкості вітру. Насправді це значення коливається від двох до трохи більше трьох.

В даний час для вимірювання швидкості вітру використовуються тричашкові анемометри, розроблені канадським метеорологом Джоном Паттерсоном. John Patterson) у 1926 році:

Генератори на колекторних двигунах постійного струму з вертикальною мікротурбіною продаються на eBayза ціною близько $5:

Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані вздовж двох перпендикулярних осей з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм і висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125p70. Номінальна напруга такого двигуна становить 3 . 12 Ст.

Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.

Швидкість обертання вітротурбіни Савоніуса не може перевищувати швидкість вітру , але при цьому така конструкція характеризується високим крутним моментом (Англ. torque).

Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши потужність, що виробляється вітрогенератором, з потужністю, укладеною у вітрі, що обдує турбіну:

$P =<1\over 2>\rho S $ , Де $ \ rho $ - Щільність повітря (близько 1,225 кг / м 3 на рівні моря), $ S $ - Ометанна площа турбіни (англ. swept area), $ V $ - швидкість вітру.

Спочатку в крильчатці мого генератора використано чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:

довжина сегмента – 14 см;

висота сегмента – 2 см;

довжина хорди сегмента – 4 см;

Я встановив зібрану конструкцію на досить високій (6 м 70 см) дерев'яній щоглі з бруса, прикріплену шурупами до металевого каркасу:

Недоліком генератора була досить висока швидкість вітру, необхідна розкручування лопатей. Для збільшення площі поверхні я використав лопаті, вирізані з пластикових пляшок:

довжина сегмента – 18 см;

висота сегмента – 5 см;

довжина хорди сегмента – 7 см;

відстань від початку сегмента до центру осі обертання – 3 див.

Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно до пластини становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію – 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $E$ (70000 МПа) набагато більше, ніж текстоліт (10000 МПа), тобто. тексоліт набагато еластичніший за алюміній. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.

Вітрогенератор змонтований на щоглі:

Досвідчена експлуатація нового варіанту вітрогенератора показала його надійність навіть за сильних поривів вітру.

Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність – лише близько 15 % енергії вітру перетворюється на енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбіною Дар'ї(Англ. Darrieus wind turbine)), що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дар'є (Georges Jean Marie Darrieus) –патент США від 1931 року № 1,835,018 .

Недоліком турбіни Дар'ї є те, що у неї дуже поганий самозапуск (для вироблення крутного моменту від вітру турбіни вже має бути розкручена).

Перетворення електроенергії, що виробляється кроковим двигуном

Висновки крокового двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шоттки зниження падіння напруги на діодах.

Можна застосувати популярні діоди Шоттки 1N5817з максимальною зворотною напругою 20 В, 1N5819– 40 В та максимальним прямим середнім випрямленим струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.

Також можна використовувати два випрямлячі із середньою точкою. Такий випрямляч вимагає вдвічі менше діодів, але при цьому і вихідна напруга знижується вдвічі.

Потім пульсуюча напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра – конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеної напруги генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В.

схема мого вітрогенератора

електронний блок мого вітрогенератора

У вітряну погоду напруга холостого ходу на виході електронного блоку вітрогенератора досягає 10 В струм струму короткого замикання - 10 мА.

ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF

Потім згладжена напруга з конденсатора може подаватися на Joule Thief- Низьковольтний DC-DCперетворювач. Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзистора ГТ308В ( VT) та імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1- Висновки 2-3, L2– висновки 5-6):

Значення опору резистора Rпідбирається експериментально (залежно від типу транзистора) – доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кім і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботи перетворювача.

мій перетворювач Joule Thief

ЗАРЯД ІОНІСТОРІВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ)

Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) являє собою гібрид конденсатора та хімічного джерела струму.

Іоністор – неполярнийелемент, але один із висновків може бути позначений “стрілкою” – для позначення полярності залишкової напруги після заряджання на заводі-виробнику.

Для початкових досліджень я використав іоністор 5R5D11F22Hємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):

Я підключив його через діод до виходу Joule Thiefчерез германієвий діод Д310.

Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністору можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів – я використовую ланцюжок з двохчервоних світлодіодів:

Для запобігання розряду вже зарядженого іоністора через обмежувальні світлодіоди HL1і HL2я додав ще один діод – VD2.

Мій саморобний вітрогенератор на кроковому двигуні, Мої захоплюючі та небезпечні експерименти

Мій саморобний вітрогенератор на кроковому двигуні Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор. Великі лопаті повільно, але вірно оберталися, флюгер

Кроковий двигун як генератор?

Валявся у мене кроковий двигун і вирішив я його спробувати використовувати як генератор. Двигун був знятий зі старого матричного принтера, написи на ньому наступні: EPM-142 EPM-4260 7410. Двигун попався уніполярний, це означає, що у цього двигуна 2 обмотки з відведенням від середини, опір обмоток склав 2х6ом.

Для тесту потрібний інший двигун, щоб розкрутити кроковий. Конструкція та кріплення двигунів показані на рисунках нижче:

Плавно запускаємо двигун, щоб гумка не злетіла. Треба сказати що на високих оборотах вона все ж таки злітає, тому напруга вище 6 вольт не піднімав.

Підключаємо вольтметр і починаємо тестувати, спершу міряємо напругу.

Думаю нічого пояснювати не потрібно і все зрозуміло на фотографії нижче. Напруга склала 16 вольт, обороти розкручує двигуни не великі, думаю якщо сильніше розкрутити те, можна і всі 20 вольт вичавити.

Виставляємо напругу трохи менше 5 вольт, так щоб кроковий двигун після мосту видавав близько 12 вольт.

Світить! Напруга при цьому з 12 вольт просіло до 8 і двигун став розкручувати трохи повільніше. Струм КЗ без світлодіодної стрічки склав 0.08А – нагадаю, що двигун, що розкручує, працював НЕ на повну потужність, і не забуваємо про другу обмотку крокового двигуна, просто паралелити їх не можна, а збирати схему мені не хотілося.

Думаю, з крокового двигуна можна виготовити непоганий генератор, причепити його на велосипед або зробити на його основі вітрогенератор.

Кроковий двигун як генератор? Меандр - цікава електроніка

Кроковий двигун як генератор? Валявся у мене кроковий двигун і вирішив я його спробувати використовувати як генератор. Двигун був знятий зі старого матричного принтера.

Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор:

Великі лопаті повільно, але вірно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.
Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працюючу і, наприклад, акумулятори, що заряджають або живить світлодіоди.

Крокові двигуни

Одним із найбільш ефективних варіантів невеликого саморобного вітроелектрогенератора є використання крокового двигуна(ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) – у такому моторі обертання валу складається з невеликих кроків. Обмотки крокового двигуна поєднані у фази. При подачі струму в одну із фаз відбувається переміщення валу на один крок.
Ці двигуни є низькооборотнимиі генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуна Стірлінга або іншого низькооборотного джерела потужності. При використанні як генератор звичайного (колекторного) двигуна постійного струму для досягнення таких же результатів знадобилася б у 10-15 разів більша частота обертання.
Особливістю кроковика є досить високий момент торкання (навіть без підключеного до генератора електричного навантаження), що досягає 40 г сили на сантиметр.
Коефіцієнт корисної дії генератора з ШД сягає 40%.

Кладезем таких потужних двигунів є п'ятидюймові дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.

Двигун 1

Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25″ дисководу, який працював ще у складі ZX Spectrum- сумісного комп'ютера "Байт".
Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблено висновки - разом із двигуна виведено шістьпроводів:

перша обмотка (англ. coil 1) – синій (англ. blue) та жовтий (англ. yellow);
друга обмотка (англ. coil 2) – червоний (англ. red) та білий (англ. white);
коричневі (англ. brown) Провід - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).

розібраний кроковий мотор

Зліва видно ротор двигуна, у якому видно " смугасті " магнітні полюси - північний і південний. Правіше видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.
Опір половини обмотки становить ~70 Ом.

Я використав цей двигун у початковій конструкції мого вітрогенератора.

Двигун 2

Менш потужний кроковий двигун, що знаходиться в моєму розпорядженні T1319635фірми Epoch Electronics Corp.зі сканера HP Scanjet 2400має п'ятьвисновків (уніполярний мотор):

перша обмотка (англ. coil 1) – помаранчевий (англ. orange) та чорний (англ. black);
друга обмотка (англ. coil 2) – коричневий (англ. brown) та жовтий (англ. yellow);
червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).

Опір половини обмотки становить 58 Ом, що вказано на корпусі двигуна.

Двигун 3

Вітротурбіна

Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора – горизонтальне та вертикальне.

Перевагою горизонтального(найпопулярнішого) розташуванняОсі, що розташовується у напрямку вітру, є ефективніше використання енергії вітру, недолік - ускладнення конструкції.

Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $C_D$

двомірні тіла:
увігнута половина циліндра (1) - 2,30
опукла половина циліндра (2) – 1,20
плоска квадратна пластина – 1,17
тривимірні тіла:
увігнута порожня напівсфера (3) - 1,42
опукла порожня напівсфера (4) - 0,38
сфера – 0,5
Вказані значення наведено для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) у діапазоні $10^4 - 10^6$. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла у середовищі.

Сила опору тіла повітряному потоку $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, де $\rho$ - щільність повітря, $v$ - швидкість повітряного потоку, $S $ - площа перетину тіла.

Така вітротурбіна обертається в ту саму сторону, незалежно від напрямку вітру:

Подібний принцип роботи використовується у чашковому анемометрі (англ. cup anemometer)- прилад для вимірювання швидкості вітру:

Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані вздовж двох перпендикулярних осей з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм і висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125H670. Номінальна напруга живлення такого двигуна становить 3...12 В.
Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.

Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши потужність, що виробляється вітрогенератором, з потужністю, укладеною у вітрі, що обдує турбіну:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , де $\rho$ - щільність повітря (близько 1,225 кг/м 3 на рівні моря), $S$ - ометана площа турбіни (англ. swept area), $v$ - швидкість вітру.

Моя вітротурбіна

Варіант 1

Спочатку в крильчатці мого генератора використано чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:

Розміри сегментів -
довжина сегмента – 14 см;
висота сегмента – 2 см;
довжина хорди сегмента – 4 см;

Варіант 2

Розміри сегментів -
довжина сегмента – 18 см;
висота сегмента – 5 см;
довжина хорди сегмента – 7 см;
відстань від початку сегмента до центру осі обертання – 3 см.

Варіант 3

Проблемою виявилася міцність утримувачів лопатей. Спочатку я використав перфоровані алюмінієві планки від радянського дитячого конструктора завтовшки 1 мм. Через кілька діб експлуатації сильні пориви вітру призвели до зламу планок (1). Після цієї невдачі я вирішив вирізати тримачі лопат з фольгованого текстоліту (2) товщиною 1,8 мм:

Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно пластині становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію – 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $E$ (70000 МПа) набагато більше, ніж текстоліт (10000 МПа), тобто. тексоліт набагато еластичніший за алюміній. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.
Вітрогенератор змонтований на щоглі:

Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність - лише близько 15 % енергії вітру перетворюється на енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбіною Дар'ї(Англ. Darrieus wind turbine)), що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дар'є (Georges Jean Marie Darrieus) -патент США від 1931 року № 1,835,018 .

Жорж Дар'ї

Перетворення електроенергії, що виробляється кроковим двигуном

Висновки крокового двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шоттки зниження падіння напруги на діодах.
Можна застосувати популярні діоди Шоттки 1N5817з максимальною зворотною напругою 20 В, 1N5819- 40 В та максимальним прямим середнім випрямленим струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.
Також можна використовувати два випрямлячі із середньою точкою. Такий випрямляч вимагає вдвічі менше діодів, але при цьому і вихідна напруга знижується вдвічі.
Потім пульсуюча напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра - конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеної напруги генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В.

схема мого вітрогенератора

електронний блок мого вітрогенератора

Застосування вітрогенератора

Напруга, що виробляється вітрогенератором, залежить від величини і сталості швидкості вітру.

При вітрі, що колишає тонкі гілки дерев, напруга досягає 2...3 В.

При вітрі, що колишає товсті гілки дерев, напруга досягає 4...5 В (при сильних поривах - до 7 В).

ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF

Згладжена напруга з конденсатора вітрогенератора може подаватися на низьковольтний DC-DCперетворювач

Значення опору резистора Rпідбирається експериментально (залежно від типу транзистора) - доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кім і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботи перетворювача.
Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзистора ГТ308В ( VT) та імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1- висновки 2-3, L2- висновки 5-6):

ЗАРЯД ІОНІСТОРІВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ)

Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) являє собою гібрид конденсатора та хімічного джерела струму.
Іоністор - неполярнийелемент, але один із висновків може бути позначений "стрілкою" - для позначення полярності залишкової напруги після заряджання на заводі-виробнику.
Для початкових досліджень я використав іоністор ємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):

Я підключив його через діод до виходу через германієвий діод Д310.

Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністора можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів - я використовую ланцюжок з двохчервоних світлодіодів:

Для запобігання розряду вже зарядженого іоністора через обмежувальні світлодіоди HL1і HL2я додав ще один діод - VD2.

Далі буде

Я вже писав на початку літа про саморобний вітряк – анемометр.

Його метою було організувати збір статистики про вітер та прийняття на її основі рішення про будівництво великого серйозного вітряка. На жаль, не знайшлося ні програміста, який бажає написати програму обробки даних з анемометра, ні спеціаліста з мікроконтролерів для створення відповідного приладу. Тому, на жаль, довелося спостерігати за вітром візуально, благо флюгер був завжди на увазі. І на жаль, спостереження ці вкрай обтяжливі…

Справа в тому, що вітер у середній смузі європейської частини Росії має крайню турбулентність у своїх приземних шарах. Буквально протягом 3-5 хвилин вітряк багаторазово і зупиняється (або сильно сповільнюється) і розкручується так, що лопат не видно. При цьому напрям вітру змінюється в секторі до 90-120 градусів. Вкрай рідко бувають дні коли дме відносно сильний і рівний вітер. За все літо в моїй місцевості таких днів було всього 4. Було кілька штилевих днів. А решта — вітер був дуже турбулентний, і за швидкістю, і за напрямком.

У таких умовах робити «глобальний» вітроелектрогенератор (на 1-2 кВт або більше) абсолютно безглуздо. Він не тільки себе ніколи не окупить, але взагалі погано працюватиме. Оскільки потужний генератор вимагатиме великих лопатей, а вони володітимуть великою інерцією і, отже, «пропускатимуть» пориви сильного вітру. Тобто. просто не встигатимуть розкручуватися. Іноді такі пориви, що несуть у собі основну потужність «середнього» вітрового потоку, тривають всього 15-30 секунд.

Крім того, будь-який предмет, що обертається, має значний момент інерції в площині обертання і являє собою, по суті, гіроскоп. Сподіваюся, читач пам'ятає простий шкільний досвід із демонстрації гіроскопічного ефекту з велосипедним колесом. Будучи розкрученим, воно легко утримується буквально «двома пальцями» за один з кінців своєї осі, що стирчать. І його дуже важко повернути в бік і змусити крутитися в іншій площині. Приблизно те саме відбуватиметься і з пропелером вітряка при зміні напряму вітру. І вісь, і лопаті пропелера будуть відчувати жахливі бічні знакозмінні навантаження.

Ці обставини фактично ставлять жирний хрест на сподіваннях обійтися одним великим вітряком. Працюватиме він, звичайно ж буде. Але рідко і безглуздо. При слабких турбулентних вітрах він все одно видаватиме мізерну потужність, а при сильних – ви не знатимете куди подіти надлишок. І, звичайно, слід забути про його окупність. Він буде просто дорогою і красивою іграшкою, найбезглуздішим вкладенням засобів і праці, яке тільки можна уявити.

Перспективними конструкції вітряків - це невеликі малопотужні вітрогенератори, що мають практично нульову інерційність. Саме вони здатні взяти від вітру практично всю енергію, що він несе. Таких, щоб встигали швидко розкручуватися і відпрацьовувати зміну галсу. А для отримання великої потужності знадобиться влаштування своєрідного вітропарку вітряних генераторів, розташованих на різновисоких щоглах (що б не екранувати один одного від вітру). Це ж, до речі, значно підвищить буростійкість, вирішення проблем з потужними важкими щоглами та розтяжками (щогли будуть тримати один одного), з надійністю «електростанції» — адже всі генератори зламатися не можуть і плановий ремонт і обслуговування не призведуть до повної зупинки потужностей, що генерують. .

Прийшовши до таких невтішних висновків, вирішив переробити свій анемометр в робочу модель вітрогенератора. Тобто. замість безглуздого споглядання флюгера почати отримувати від нього практичну користь. Тим більше, що генератор вітряка є кроковим двигуном з 200 «кроками» на оборот і досить спритно генерує електрику навіть на малих оборотах. Потужність генератора приблизно Ватт 7-8

Насамперед знадобилася заміна лопат на менш інерційні. Лопухи від вентилятора все ж таки досить важкі. Нові лопаті вітряка я зробив їх із залишків алюмінієвого відливу для пластикових вікон. Діаметр пропелера — приблизно сантиметрів 50. Що обіцяє вихід на максимальну потужність для генератора вже за вітру 4 м/с. Вирізав із товстої фанери трикутник. Вклеїв у нього (епоксидною смолою) втулку, внутрішній діаметр якої збігався з діаметром осі крокового моторчика. Ретельно розмітивши, зробив пропили у фанерному кокпіті і вклеїв у прорізі лопаті. Додатково зафіксував їх невеликими гвинтами. Поки епоксидка не застигла, постарався максимально збалансувати гвинт, що він не вібрував при обертанні. Після застигання епоксидної смоли ще раз перевірив балансування та довів його до досконалості шляхом зрізання найтонших смужок дюралю з країв лопатей.

Взагалі кажучи, маломірні вітрогенератори мають приємну властивість. Практично немає сенсу морочитися найскладнішими розрахунками КИЕВ, профілів лопаті та їх виготовленням. Чудово працюватимуть і найпростіші, плоскі. А потрібну потужність можна отримати простим їх подовженням (отже, збільшенням площі кидання).

Все це надзвичайно здешевлює вітрогенератор, з'являється сенс його виготовлення та використання. Зокрема, на свій я витратив приблизно 3-4 години часу (включаючи флюгер) і без урахування часу полімеризації епоксидної смоли. Витрати склали «нуль», оскільки робилося все «зі сміття», тобто. підручні матеріали.

Здавалося б, де можна використовувати такий малопотужний генератор? У перспективі, я збираюся використати його на… нагріванні води. Точніше, для компенсації тепловтрат води, нагрітої сонцем. Найпростіший розрахунок показує абсолютну спроможність моїх надій.

Допустимо, є якийсь бак – термос, літрів на 50, куди ввечері зливається нагріта до 50 градусів вода із сонячного колектора. Розмір бака приблизно 40 х 40 х 40 см. Відповідно площа поверхні дорівнюватиме 1 кв. метра. Бак оточений теплоізоляцією з Дотеплопровідності 0,15 Вт/м*град та товщиною 30 см. і тепловтрати становитимуть приблизно 0,5 Вт/град. Тобто. для того, щоб підтримувати різницю температур в 20-25 градусів між гарячою водою в баку-термосі і навколишнім повітрям, достатньо генератора потужністю всього 10-15 Вт! Він компенсуватиме тепловтрати і одного разу нагріта вода вже ніколи не охолоне. А якщо міцний вітерець — то ще й підігріється.

Зараз мій генератор крутиться поки що без навантаження, проходить «ходові випробування». Але найближчим часом я його примушу заряджати акумулятори у освітленні дачного туалету та підсвічування доріжки до нього. А то тягнути мережний провід туди і ліньки і важко, а міняти батарейки в китайському ліхтарі вже набридло.

Кроковий двигун як генератор?

Читайте також