192 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Переделка автомобильного генератора для самодельного ветряка на постоянные магниты

Переделка автомобильного генератора для самодельного ветряка на постоянные магниты

Здравствуйте, мне часто пишут по поводу того как лучше делать аксиальный дисковый генератор, сколько магнитов должно быть и сколько катушек. Спрашивают каким проводом нужно мотать катушки, и по сколько витков. Спрашивают про соотношение магнитов к катушкам, и про то как соединять катушки между собой. Вот на эти вопросы я постараюсь ответить сопровождая их рисунками…


>

Устройство и принцип работы

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.

Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.

Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора

Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями

Отличие от синхронного генератора

Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).

Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.

Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:

  • ИБП;
  • регулируемые зарядные устройства;
  • современные телевизионные приёмники.

Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.

Читать еще:  Как сделать стул для сада из пластиковой бочки

Имеющийся электрогенератор нужно переделать в BLDC мотор. Для этого у него удаляется диодный мост и отключается регулятор напряжения.

Щетки прикручиваются обратно.

К контроллеру согласно его схеме подключается ручка газа.

После этого провода от контроллера подсоединяются к концам обмоток двигателя.

Начала обмоток скручиваются вместе. Также прокладываются провода питания к щеткам для возбуждения якоря мотора.

Затем к контроллеру прокладывается питание от двух соединенных последовательно автомобильных аккумуляторов. После этого электрическая часть самоката проверяется на работоспособность.

Следующим этапом является изготовления рамы самоката или переделка уже имеющейся фабричной под установку мотора. Рама представляет собой сваренную из профильной трубы платформу для ног с фанерной площадкой. Впереди к ней приваривается стакан с вилкой, рулем и колесом. Сзади на платформу устанавливается колесо с большой звездочкой на трещотке. Наличие последней позволит самокату катиться после сброса оборотов на моторе.

В задней части платформы приваривается уголок для крепления двигателя.

На вал мотора устанавливается маленькая звездочка, и он закрепляется таким образом, чтобы соединить ее цепью со звездой на колесе.

Из профильной трубы и уголка варится корзина для установки 2-х аккумуляторов.

Она приваривается над двигателем и колесом. Таким образом, удастся лучше распределить вес и закрыть вращающиеся части привода от случайного контакта с ногами.

Далее остается только установить контроллер под корзину, поставить сверху аккумуляторы и надеть на руль ручку газа.

Самодельный электросамокат на переделанном из генератора двигателе имеет хорошую тягу и развивает более чем приемлемую скорость, поэтому может использоваться не только для развлекательной езды, но и как средство передвижения. Чтобы повысить его комфортабельность можно дополнительно установить систему амортизации.

Имеющийся электрогенератор нужно переделать в BLDC мотор. Для этого у него удаляется диодный мост и отключается регулятор напряжения.

Щетки прикручиваются обратно.

К контроллеру согласно его схеме подключается ручка газа.

После этого провода от контроллера подсоединяются к концам обмоток двигателя.

Начала обмоток скручиваются вместе. Также прокладываются провода питания к щеткам для возбуждения якоря мотора.

Затем к контроллеру прокладывается питание от двух соединенных последовательно автомобильных аккумуляторов. После этого электрическая часть самоката проверяется на работоспособность.

Следующим этапом является изготовления рамы самоката или переделка уже имеющейся фабричной под установку мотора. Рама представляет собой сваренную из профильной трубы платформу для ног с фанерной площадкой. Впереди к ней приваривается стакан с вилкой, рулем и колесом. Сзади на платформу устанавливается колесо с большой звездочкой на трещотке. Наличие последней позволит самокату катиться после сброса оборотов на моторе.

В задней части платформы приваривается уголок для крепления двигателя.

На вал мотора устанавливается маленькая звездочка, и он закрепляется таким образом, чтобы соединить ее цепью со звездой на колесе.

Из профильной трубы и уголка варится корзина для установки 2-х аккумуляторов.

Она приваривается над двигателем и колесом. Таким образом, удастся лучше распределить вес и закрыть вращающиеся части привода от случайного контакта с ногами.

Далее остается только установить контроллер под корзину, поставить сверху аккумуляторы и надеть на руль ручку газа.

Самодельный электросамокат на переделанном из генератора двигателе имеет хорошую тягу и развивает более чем приемлемую скорость, поэтому может использоваться не только для развлекательной езды, но и как средство передвижения. Чтобы повысить его комфортабельность можно дополнительно установить систему амортизации.

Асинхронный генератор своими руками

Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):

Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами

Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.

Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.

Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.

Читать еще:  Металлоискатель из радиоприемника и калькулятора.

Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.

Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 .

При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.

Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1
https://www.youtube.com/watch?v=ZQO5S9F72CQ

Часть 2
https://www.youtube.com/watch?v=nDCdADUZghs

Часть 3
https://www.youtube.com/watch?v=6M_w1b2xyM8

Часть 4
https://www.youtube.com/watch?v=CONHg7p-IYE

Часть 5
https://www.youtube.com/watch?v=z2YSqVh1vM8

Часть 6
https://www.youtube.com/watch?v=FNU83kOeSbA

Для упрощения подбора конденсаторов воспользуйтесь таблицей:

Мощность альтернатора (кВт-А)Ёмкость конденсатора (мкФ) на холостом ходуЁмкость конденсатора (мкФ) при средней нагрузкеЁмкость конденсатора (мкФ) при полной нагрузке
2283660
3,54556100
56075138

На практике, обычно выбирают среднее значение, предполагая, что нагрузка не будет максимальной.

Подобрав параметры конденсаторов, подключите их к выводам обмоток статора так, как показано на схеме (рис. 7). Генератор готов.

Рис. 7. Схема подключения конденсаторов

Ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками: монтаж основы

В качестве основы для таких установок выступают автомобильная ступица плюс тормозные диски. Преимущество в том, что её просто достать (в т.ч. купить б/у) и не нужно основательно переделывать или дополнять:

  • разберите;
  • почистите от ржавчины (например, стальной щёткой, насаженной на дрель);
  • смажьте детали;
  • соберите;
  • покрасьте корпус и пользуйтесь.

Неодимовые магниты будут крепиться прямо на ступицу. Их потребуется около 20 штук: примерная высота 8 мм, диаметр 25 мм. Очень важно правильно, равномерно и точно расположить магниты – по кругу, с чередованием полюсов. Крепить их лучше на клей, который стоит предварительно испытать на прочность.

Совет. Народные конструкторы рекомендуют сначала расчертить ступицу или разложить магниты на бумажном макете, чтобы разместить их на равном расстоянии друг от друга.

После того как все магниты будут приклеены, залейте поверхность диска эпоксидной смолой. По контуру намотайте борт. Материал и способ может быть разным:

  • грубый картон;
  • гибкая пластмасса;
  • пластилин;
  • тонкая полоска шпона.


Ветрогенератор

Для этого генератора лучше всего подходит трёхфазная модель. Она сложна в сборке, но имеет ощутимые преимущества:

  • не производит вибрацию, которая является бичом ветрогенераторов;
  • бесшумна;
  • осуществляет постоянную подачу тока;
  • генерирует стабильную мощность (фазы компенсируют друг друга).

Имеющийся электрогенератор нужно переделать в BLDC мотор. Для этого у него удаляется диодный мост и отключается регулятор напряжения.

Щетки прикручиваются обратно.

К контроллеру согласно его схеме подключается ручка газа.

После этого провода от контроллера подсоединяются к концам обмоток двигателя.

Начала обмоток скручиваются вместе. Также прокладываются провода питания к щеткам для возбуждения якоря мотора.

Затем к контроллеру прокладывается питание от двух соединенных последовательно автомобильных аккумуляторов. После этого электрическая часть самоката проверяется на работоспособность.

Следующим этапом является изготовления рамы самоката или переделка уже имеющейся фабричной под установку мотора. Рама представляет собой сваренную из профильной трубы платформу для ног с фанерной площадкой. Впереди к ней приваривается стакан с вилкой, рулем и колесом. Сзади на платформу устанавливается колесо с большой звездочкой на трещотке. Наличие последней позволит самокату катиться после сброса оборотов на моторе.

В задней части платформы приваривается уголок для крепления двигателя.

На вал мотора устанавливается маленькая звездочка, и он закрепляется таким образом, чтобы соединить ее цепью со звездой на колесе.

Из профильной трубы и уголка варится корзина для установки 2-х аккумуляторов.

Она приваривается над двигателем и колесом. Таким образом, удастся лучше распределить вес и закрыть вращающиеся части привода от случайного контакта с ногами.

Далее остается только установить контроллер под корзину, поставить сверху аккумуляторы и надеть на руль ручку газа.

Самодельный электросамокат на переделанном из генератора двигателе имеет хорошую тягу и развивает более чем приемлемую скорость, поэтому может использоваться не только для развлекательной езды, но и как средство передвижения. Чтобы повысить его комфортабельность можно дополнительно установить систему амортизации.

Читать еще:  Простая настенная подсветка-лампа

Сборка и установка ветрогенератора

После завершения сборки ротора следует подготовить детали для неподвижной части конструкции – статора. Он состоит из катушек из медного провода. Его сечение должно быть большого диаметра, чтобы снизить сопротивление. Как правило, намотку таких катушек осуществляют на глаз. Чтобы зарядить батарею в 12В при 120-150 оборотах в минуту, нужно около полутора тысяч витков (суммарно для всех катушек). Наматывается провод на готовых частях будущей конструкции или самодельных макетах.

Статоры могут быть как круглые, так и прямоугольные. Всё зависит от параметров магнитов. Если форма прямоугольная, лучше, чтобы магнитное поле располагалось вдоль большей стороны. Толщина неподвижных элементов также должна соответствовать высоте магнитов. В таком случае вы получите наибольшую эффективность устройства.


Ветряк

Генератор собран – можно приступать к монтажу мачты и сборке винта. Для вышки главное, чтобы устройство на её вершине имело доступ к свободному потоку воздуха. Если она установлена среди застройки, высота должна минимум на 1 м превышать уровень близлежащих строений или деревьев. Для открытой площадки обычно достаточно 5 м. Также мачта должна соответствовать следующим критериям:

  • прочность;
  • удобство для монтажа и обслуживания генератора на высоте;
  • устойчивость, в т.ч. – к вибрации.

Винты для генератора лучше всего изготавливать крыльчатой формы – для максимального аэродинамического эффекта. Материал – ПВХ трубы диаметром от 4 мм или металл. Лопасти крепятся к двигателю с помощи металлической головки с приваренными пластинками по числу винтов. Оптимальное количество лопастей – от 3 до 6.

Внимание! Винты крепятся на расстоянии не меньше 25 см от генератора. Это мера безопасности. При сильном порыве они могут сломаться о корпус устройства.

Не стоит отчаиваться, если генератор в собранном виде не показал того результата, на который вы рассчитывали. Проверьте расчёты, доработайте и усовершенствуйте модель.

Классификация

Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.

На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.

Рис. 5. Типы асинхронных генераторов

Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.

Имеющийся электрогенератор нужно переделать в BLDC мотор. Для этого у него удаляется диодный мост и отключается регулятор напряжения.

Щетки прикручиваются обратно.

К контроллеру согласно его схеме подключается ручка газа.

После этого провода от контроллера подсоединяются к концам обмоток двигателя.

Начала обмоток скручиваются вместе. Также прокладываются провода питания к щеткам для возбуждения якоря мотора.

Затем к контроллеру прокладывается питание от двух соединенных последовательно автомобильных аккумуляторов. После этого электрическая часть самоката проверяется на работоспособность.

Следующим этапом является изготовления рамы самоката или переделка уже имеющейся фабричной под установку мотора. Рама представляет собой сваренную из профильной трубы платформу для ног с фанерной площадкой. Впереди к ней приваривается стакан с вилкой, рулем и колесом. Сзади на платформу устанавливается колесо с большой звездочкой на трещотке. Наличие последней позволит самокату катиться после сброса оборотов на моторе.

В задней части платформы приваривается уголок для крепления двигателя.

На вал мотора устанавливается маленькая звездочка, и он закрепляется таким образом, чтобы соединить ее цепью со звездой на колесе.

Из профильной трубы и уголка варится корзина для установки 2-х аккумуляторов.

Она приваривается над двигателем и колесом. Таким образом, удастся лучше распределить вес и закрыть вращающиеся части привода от случайного контакта с ногами.

Далее остается только установить контроллер под корзину, поставить сверху аккумуляторы и надеть на руль ручку газа.

Самодельный электросамокат на переделанном из генератора двигателе имеет хорошую тягу и развивает более чем приемлемую скорость, поэтому может использоваться не только для развлекательной езды, но и как средство передвижения. Чтобы повысить его комфортабельность можно дополнительно установить систему амортизации.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector