Неодимовый магнит – это редкоземельный металл, обладающий стойкостью к размагничиванию и способностью намагничивать некоторые материалы. Используется при изготовлении электронных устройств (жесткие диски компьютеров, металлодетекторы и т.д.), медицине и энергетике.
Неодимовые магниты используются при изготовлении генераторов, работающих в различных видах установках, вырабатывающих электрический ток.
В настоящее время генераторы, изготовленные с использованием неодимовых магнитов, широко используются при изготовлении ветровых установок.
Основные характеристики
Для того, чтобы определиться в целесообразности изготовления генератора на неодимовых магнитах, нужно рассмотреть основные характеристики данного материала, которыми являются:
- Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
- Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
- Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
- Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
- Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
- Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
- Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.
В состав неодимовых магнитов, кроме неодима входит железо и бор и зависимости от и их процентного соотношения, получаемое изделие, готовый магнит, различается по классам, отличающимся по своим характеристикам, приведенным выше. Всего выпускается 42 класса неодимовых магнитов.
Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:
- Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм, ВН.
- Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
- Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
- Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).
Ветрогенератор на неодимовых магнитах мощностью 5,0 кВт
В настоящее время отечественные и зарубежные компании все более широко используют неодимовые магниты при изготовлении тихоходных генераторов электрического тока. Так ООО «Сальмабаш», г. Гатчина Ленинградской области, выпускает подобные генераторы на постоянных магнитах мощностью 3,0-5,0 кВт. Внешний вид данного устройства приведен ниже:
Корпус и крышки генератора изготавливаются из стали, в дальнейшим с покрытием лакокрасочными материалами. На корпусе предусмотрены специальные крепления, позволяющие закрепить электрический аппарат на несущей мачте. Внутренняя поверхность обработана защитным покрытием, предотвращающим коррозию металла.
Статор генератора набран из электротехнических пластин стали.
Обмотка статора — выполнена эмаль-проводом, позволяющим устройству работать продолжительное время с максимальной нагрузкой.
Ротор генератора имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены неодимовые магниты.
Генератор не требует принудительного охлаждения, которое осуществляется естественным путем.
Технические характеристики генератора мощностью 5,0 кВт:
- Номинальная мощность – 5,0 кВт;
- Номинальная частота – 140,0 оборотов/минуту;
- Рабочий диапазон вращения – 50,0 – 200,0 оборотов/минуту;
- Максимальная частота – 300,0 оборотов/минуту;
- КПД – не ниже 94,0 %;
- Охлаждение – воздушное;
- Масса – 240,0 кг.
Генератор оснащен клеммной коробкой, посредством которой осуществляется его подключение к электрической сети. Класс защиты соответствует ГОСТ14254 и имеет степень IP 65 (пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды).
Конструкция данного генератора приведена на рисунке, приведенном ниже:
где: 1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- неодимовые магниты, 6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.
Плюсы и минусы
К достоинствам ветрогенераторов, изготовленных с использование неодимовых магнитов можно отнести следующие характеристики:
- Высокий КПД устройств, достигаемый за счет минимизации потерь на трение;
- Продолжительные сроки эксплуатации;
- Отсутствие шума и вибрации при работе;
- Снижение затрат на установку и монтаж оборудования;
- Автономность работы, позволяющая осуществлять эксплуатацию без постоянного обслуживания установки;
- Возможность самостоятельного изготовления.
К недостаткам подобных устройств можно отнести:
- Относительно высокая стоимость;
- Хрупкость. При сильном внешнем воздействии (ударе), неодимовый магнит способен лишиться своих свойств;
- Низкая коррозийная стойкость, требующая специального покрытия неодимовых магнитов;
- Зависимость от температурного режима работы – при воздействии высоких температур, неодимовые магниты теряют свои свойства.
Как сделать своим руками
Ветровой генератор на основе неодимовых магнитов отличается от прочих конструкций генераторов тем, что легко может быть изготовлен самостоятельно в домашних условиях.
Как правило за основу берут автомобильную ступицу или шкивы от ременной передачи, которые предварительно очищаются, если это бывшие в употреблении запасные части и подготавливаются к работе.
При наличии возможности изготовить (выточить), специальные диски, лучше остановиться на этом варианте, т.к. в этом случае не придется подгонять геометрические размеры наматываем ых катушек к размерам используемых заготовок.
Неодимовые магниты следует приобрести, для чего можно воспользоваться сетью интернет или услугами специализированных организаций.
Один из вариантов изготовления генератора на неодимовых магнитах, с использованием дисков, специально изготовленных для этих целей, предлагает к рассмотрению Яловенко В.Г. (Украина). Данный генератор изготавливается в следующей последовательности:
- Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
- Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
- В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
- Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:
- Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
- Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм 2 , наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
- На листе фанеры или бумаге, изготавливается шаблон, соответствующий диаметру используемых дисков, на котором также производится разбивка на 12 секторов.
Катушки укладываются в размеченные сегменты, где фиксируются (изолента, скотч и т.д.) и расключаются последовательно между собой (конец первой катушки соединяется с началом второй и т.д.). в результате получается следующая конструкция
- Из дерева (доска и т.д.) или фанеры, изготавливается матрица, в которой можно залить эпоксидной смолой уложенные по шаблону катушки. Глубина матрицы должна соответствовать высоте катушек.
- Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:
- Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
- Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
- На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:
В наш век компьютерной техники и высоких технологий, многие стали задумываться об альтернативных источниках энергии — ведь богатства земных недр не безграничны. Идея использования энергии движения воздушных масс в качестве такого источника далеко не нова, но только в наше время начинает приобретать более очевидные (с точки зрения практического использования) очертания. Теперь, благодаря применению новых технологий и конструкционных материалов, стало возможным даже приобретение (или изготовление) таких установок для использования частными лицами — на ветроагрегат, установленный для дома на территории соседнего дачного участка уже не приходят глазеть толпы зевак — такое зрелище начинает становится почти обыденным.
Кардинально поменялись некоторые узлы и агрегаты ветроустановок. Если раньше генератор ветряка представлял из себя стандартную конструкцию со щеточными или кольцевыми токосъемниками, которые довольно изрядно шумели при работе (так что установка такого агрегата в жилом секторе считалась невозможной), то сейчас, с появлением сверхмощных неодимовых магнитов,
которые теряют за 10 лет лишь около 1 процента своей мощности, стало возможным изготовление одно- или трехфазных генераторов работающих почти бесшумно и при минимальных ветровых нагрузках (0,5-2,5 м/c). Появились и серьезные новации в области конструктива ветроколеса. Если раньше повсемесно применялась конструкция ветрогенератора с параллельным (по отношению к Земле) расположением оси вращения,
то сейчас все большую популярность приобретают конструкции с применением аксиального вертикального ветряка.
Применение такой конструкции обусловлено несколькими факторами: лопасти ветроколеса с горизонтальной осью вращения, направленные в сторону воздушного потока и рассекая его, создают высокий уровень шума (порядка 70, а в некоторых случаях и более децибел); для »запуска» генератора, оснащенного таким ветроколесом, требуется достаточно сильный воздушный поток — порядка 8-10 м/с (попробуйте отыскать район на планете, где ветер постоянно дул бы с такой скоростью!), как следствие — применение высоченных мачт для расположения таких конструкций; для установки ветроколеса »по ветру» требуется применение специальных »рулевых» механизмов; кроме этого необходима система торможения на случай сильного ветра. Всех этих недостатков лишена конструкция аксиального ветрогенератора с вертикальной осью вращения (см.фото). Конструкцию не нужно поднимать высоко над землей — достаточно 1-4 метров (для генератора мощностью 1,5 кВт); высота лопасти ветроколеса равна примерно 1 метру (против 3-х для генератора такой же мощности, но с горизонтальным расположением оси винта); для вращения такого агрегата, при котором он способен отдавать в нагрузку достаточную мощность, хватает легкого ветерка (1,5 м/c). Все эти факторы являются надежной предпосылкой к покупке или самостоятельному изготовлению для дома таких ветроагрегатов.
Полученную энергию легко применять для бытовых целей напрямую (с помощью инвертора) и запасать (аккумуляторы). Мощность (количество) ветроагрегатов и аккумуляторов можно высчитать по простым формулам: Wобщая = Wнагрузки * (1,3 или 1,5) — эта величина зависит от »ветроресурсов» вашего района.Количество требуемых батарей тоже можно примерно расчитать, помножив необходимую вам мощность (W) потребления в сутки на количество безветренных дней. Кроме этого, в практике самодельщиков появились схемы отопления жилища с применением ветрогенераторов, где нагрузкой являются низковольтные нагреватели (ТЭНы) погруженные в энергоемкий теплоноситель. Целесообразным считается и применение гибридных схем альтернативного энергоснабжения, с совмесным применением ветрогенераторов и солнечных батарей — смотрите нашу статью-анонс »Солнечные батареи ». В заключении хочется привести небольшое но очень важное замечание: при самостоятельном изготовлении ветрогенераторов, соблюдайте правила безопасности при работе с мощными неодимовыми магнитами — испорченный телевизор, деформированная дверца холодильника или вашей любимой машины еще не самое страшное. Гораздо страшнее раздробленные кости пальцев, зажатые между двумя магнитами или пробитые острыми металлическими инструментами руки — не очень приятно, когда лежащий на верстаке нож вдруг взлетает и с расстояния в пол-метра втыкается вам в руку, в которой находится магнит. Не нагревайте и не применяйте сильных ударных нагрузок к магнитам — нагревание (в результате обработки) приводит к потери магнитных свойств, а сильное нагревание приводит к воспламенению с выделением ядовитых веществ. Что, напугали мы вас? Не печальтесь — соблюдение всех вышеизложенных правил позволит вам избежать травм и порчи имущества, а изготовленный для дома агрегат будет радовать своей безотказной работой! Автор статьи: Электродыч.
То, что генератор на неодимовых магнитах, например ветрогенератор, является полезным, уже ни у кого не вызывает сомнений. Если даже все приборы в доме и не удастся обеспечить энергией таким способом, то все-таки при длительном использовании он покажет себя с выигрышной стороны. Изготовление прибора своими руками сделает эксплуатацию еще экономичнее и приятнее.
Характеристики неодимовых магнитов
Но давайте сначала выясним, что собой представляют магниты. Они появились не так давно. Приобрести в магазине магниты можно было с девяностых годов прошлого века. Изготовлены они из неодима, бора и железа. Основным элементом, конечно, является неодим. Это металл лантоноидной группы, с помощью которого магниты приобретают огромную силу сцепления. Если взять две штуки большого размера и притянуть друг к другу, то расцепить их будет почти невозможно.
В продаже в основном, конечно, встречаются миниатюрные виды. В любом сувенирном магазине можно найти шарики (или другую форму) из этого металла. Высокая цена неодимовых магнитов объясняется сложностью добычи сырья и технологии его производства. Если шарик диаметром 3-5 миллиметров обойдется всего в несколько рублей, то за магнитик диаметром от 20 миллиметров и выше придется выложить 500 рублей и более.
Неодимовые магниты получают в специальных печах, где процесс происходит без доступа кислорода, в вакууме или атмосфере с инертным газом. Самые распространенные — это магниты с аксиальным намагничиванием, в которых вектор поля направлен вдоль одной из плоскостей, где измеряется толщина.
Характеристики неодимовых магнитов очень ценны, но их легко можно испортить без возможности восстановления. Так, сильный удар способен лишить их всех свойств. Поэтому нужно стараться избегать падений. Также у разных видов имеется свой температурный предел, который варьируется от восьмидесяти до двухсот пятидесяти градусов. При температуре выше предельной магнит теряет свои свойства.
Правильное и аккуратное использование служит залогом сохранения качеств в течение тридцати лет и более. Естественное размагничивание составляет всего один процент в год.
Применение неодимовых магнитов
Их часто используют в опытах в области физики и электротехники. Но и на практике эти магниты нашли уже широкое применение, например, в промышленности. Нередко их можно найти и в составе сувенирной продукции.
Высокая степень сцепления делает их очень полезными при поиске предметов из металла, находящихся под землей. Поэтому многие поисковики используют оборудование с применением неодимовых магнитов, чтобы находить технику, оставшуюся с военных времен.
Если старые акустические колонки еле работают, то иногда стоит к ферритовым магнитам приложить неодимовые, и аппаратура снова отлично зазвучит.
Так и на двигателе или генераторе можно попробовать заменить старые магниты. Тогда есть шанс, что техника заработает намного лучше. Потребление при этом даже снизится.
Человечество уже давно ищет На неодимовых магнитах, как некоторые считают, технология вполне может обрести реальные очертания.
Вертикально ориентированный ветрогенератор в готовом виде
К ветрогенераторам, особенно в последние годы, снова возобновился интерес. Появились новые модели, более удобные и практичные.
Еще недавно главным образом использовались горизонтальные ветрогенераторы, имеющие три лопасти. А вертикальные виды не распространялись из-за сильной нагрузки на подшипники ветроколеса, вследствие чего возникало увеличенное трение, поглощающее энергию.
Но благодаря использованию принципов ветрогенератор на неодимовых магнитах стал применяться именно вертикально-ориентированный, с выраженным свободным инерционным вращением. В настоящее время он доказал свою более высокую эффективность по сравнению с горизонтальным.
Легкий старт достигается благодаря принципу магнитной левитации. А благодаря многополюсности, которая дает номинальное напряжение на малых оборотах, удается отказаться от редукторов полностью.
Некоторые приборы способны начать работу, когда скорость ветра составляет всего полтора сантиметра в секунду, а при достижении всего трех—четырех метров в секунду, она может уже равняться вырабатываемой мощности прибора.
Область применения
Таким образом, ветрогенератор, в зависимости от своей мощности, способен обеспечить энергией разные строения.
Городские квартиры.
Частные дома, дачи, магазины, мойки.
Детские сады, больницы, порты и другие городские учреждения.
Преимущества
Приборы приобретают в готовом виде или изготавливают самостоятельно. Купив ветрогенератор, его остается только установить. Все регулировки и центровки уже пройдены, проведены испытания при различных климатических условиях.
Неодимовые магниты, которые используются вместо редуктора и подшипников, позволяют достичь следующих результатов:
сокращается трение, и повышается срок эксплуатации всех деталей;
исчезает вибрация и шум прибора при работе;
себестоимость уменьшается;
экономится электроэнергия;
исчезает необходимость регулярно обслуживать прибор.
Ветрогенератор можно приобрести со встроенным инвертором, который заряжает батарею, а также с контроллером.
Наиболее распространенные модели
Генератор на неодимовых магнитах может быть изготовлен на одинарном или двойном креплении. Помимо основных неодимовых, в конструкции могут быть предусмотрены дополнительные ферритовые магниты. Высоту крыла делают разную, в основном от одного до трех метров.
Более мощные модели имеют двойное крепление. В них также устанавливаются дополнительные генераторы на ферритовых магнитах и имеется различная высота крыла и диаметр.
Самодельные конструкции
Учитывая то, что приобрести генератор на неодимовых магнитах, работающий от ветра, далеко не всем по карману, часто решаются на сооружение конструкции своими руками. Рассмотрим различные варианты устройств, которые без труда можно сделать самостоятельно.
Ветрогенератор своими руками
Имеющая вертикальную ось вращения, имеет обычно от трех до шести лопастей. В конструкцию входят статор, лопасти (неподвижные и вращающиеся) и ротор. Ветер влияет на лопасти, вход в турбину и выход из нее. В качестве опоры иногда используют автомобильные ступицы. Такой генератор на неодимовых магнитах является бесшумным, остается стабильным даже при сильном ветре. Ему не нужна высокая мачта. Движение начинается даже при очень слабом ветре.
Каким может быть устройство неподвижного генератора
Известно, что электродвижущая сила через провод генерируется посредством изменения магнитного поля. В сердечнике неподвижного генератора создается путем электронного управления, не механически. Генератор управляет потоком автоматически, действуя резонансно и потребляя очень малую мощность. Его колебания отклоняют в стороны магнитные потоки железных или ферритовых сердечников. Чем больше частота колебаний, тем сильнее мощность генератора. Запуск реализуется путем кратковременного импульса на генератор.
Как сделать вечный двигатель
На неодимовых магнитах в основном однотипны по принципу действия. Стандартным уже вариантом является аксиальный тип.
За его основу берется ступица из автомобиля с тормозными дисками. Такая база станет надежной и мощной.
При решении ее использовать ступицу следует полностью разобрать и проверить, достаточно ли там смазки, а при необходимости очистить ржавчину. Тогда готовый прибор будет приятно покрасить, и он приобретет «домашний», ухоженный вид.
В однофазном приборе полюсы должны иметь равное количество с количеством магнитов. В трехфазном должно соблюдаться соотношение двух к трем или четырех к трем. Магниты размещают с чередованием полюсов. Они должны быть точно расположены. Для этого можно начертить на бумаге шаблон, вырезать его и точно перенести на диск.
Чтобы полюсы не перепутать, маркером делают пометки. Для этого магниты подносят одной стороной: ту, что притягивает, обозначают знаком «+», а ту, что отталкивает, - «-». Магниты должны притягиваться, то есть те, что расположены друг напротив друга, должны иметь разные полюсы.
Обычно используется суперклей или подобный ему, а после наклейки заливают еще эпоксидной смолой для увеличения прочности, предварительно сделав «бордюрчики», чтобы она не вытекла.
Трех- или однофазный
Генератор на неодимовых магнитах обычно делают конструкция при нагрузке будет работать с вибрацией, так как не обеспечится постоянная отдача тока, из-за чего получится скачкообразная амплитуда.
Зато при трехфазной системе в любое время гарантируется постоянная мощность благодаря компенсации фаз. Поэтому ни вибрации не будет возникать, ни гудения. А эффективность работы станет на пятьдесят процентов выше, чем с одной фазой.
Намотка катушки и остальная сборка
Расчет генератора на неодимовых магнитах в основном делается на глаз. Но лучше, конечно, добиваться точности. Например, для тихоходного устройства, где зарядка аккумулятора начинала бы функционировать при 100—150 оборотах в минуту, потребуется от 1000 до 1200 витков. Общее количество делится на количество катушек. Столько потребуется витков в каждую из них. Катушки наматывают по возможности наиболее толстым проводом, так как при меньшем сопротивлении ток будет больше (при большом напряжении сопротивлением весь ток заберется).
Обычно используют круглые, но лучше мотать катушки вытянутой формы. Внутреннее отверстие должно равняться диаметру магнита или быть больше него. Кроме того, оптимальный магнит получится в виде прямоугольника, а не шайбы, так как у первых магнитное поле растянуто по длине, а у последних — сосредоточено в центре.
Толщину статора делают равной толщине магнитов. Для формы можно использовать фанеру. На ее дне и поверх катушек размещают стеклоткань для прочности. Катушки соединяют между собой, и каждую фазу выводят наружу для соединения затем треугольником или звездой.
Остается сделать мачту и надежное основание.
Конечно, это не вечный двигатель на неодимовых магнитах. Однако экономия при использовании ветрогенератора будет обеспечена.
Аксиальный ветрогенератор, который работает на неодимовых магнитах, впервые начали массово изготавливать в странах Запада. И это были вовсе не заводские изделия, а плод труда местных гаражных мастеров, поставивших себе на службу явление левитации. Серьезной популярности именно такие модели ветряка обязаны массовому распространению и дешевизне неодимовых магнитов. Постепенно комплектующие и схемы изготовления стали распространятся по всему миру и в настоящее время магнитный аксиальный ветрогенератор завоевывает признание на просторах Российской Федерации. Ниже описана последовательность создания одной из самых удачных моделей такого ветряка.
Процесс создания ротора
Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.
Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.
Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.
Фазы — что лучше — три или одна?
Многие любители электрической техники идут по пути наименьшего сопротивления и, чтобы не заморачиваться, останавливают свой выбор на однофазном статоре для ветряка. Однако у него имеется одна неприятная особенность, нивелирующая простоту сборки, — это вибрация в нагруженном состоянии, по причине непостоянства отдачи тока. Ведь амплитуда такого статора скачкообразна, — достигая максимума, когда неодимовые магниты располагаются над катушками, а после падая до минимума.
А вот, когда генератор сделан по трехфазной системе, то вибрации отсутствуют, и показатель мощности ветряка имеет постоянное значение. Причина такого отличия заключается в том, что ток, падая в одной фазе, в то же время нарастает в другой. И в итоге, ветрогенератор, работающий в трехфазной системе, может быть более эффективным до 50 %, чем точно такой же, но использующий однофазную систему. И главное, — нагруженный трехфазный генератор не дает вибрации, следовательно, мачта не дает повода для жалоб на ветрогенератор в надзирающие органы недоброжелателям из числа соседей, поскольку не создает надоедливого гула.
Способ намотки катушки статора ветряка
Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.
Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.
Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.
Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.
Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.
Мачта для ветрогенератора
Мачту на которой будет расположен данный генератор, можно делать высотой от 6 и выше метров, чем выше, тем больше скорость ветра. Под нее следует вырыть яму и залить основание из бетона, а трубу укрепить таким образом, чтобы магнитный аксиальный ветрогенератор, сделанный своими руками, можно было опускать и поднимать. Делать это можно при помощи механической тали.
Винт ветряка
Его делают из поливинилхлоридных труб, чей оптимальный для этого диаметр — 160 мм. К примеру, ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в два метра и шестью лопастями, при скорости ветра в 8 метров за секунду, способен обеспечить мощность до 300 Вт.
Как повысить мощность ветряка?
Для подъема можно использовать магниты. Попросту на магниты, которые уже установлены наклеить еще по одному такому же или более тонкому. Другой способ основан на установке в катушки металлических сердечников, — пластин трансформатора. Это обеспечит усиление магнитопотока в катушке, однако вызывает небольшое залипание, которое, впрочем, совершенно не ощущается шестилопастным винтом. Стартует такой ветрогенератор при ветре в 2 м/с. Благодаря применению сердечников генератор получил увеличение мощности с 300 до 500 Вт/ч при ветре в 8 м/с. Также следует уделять внимание форме лопастей, — малейшие неточности снижают мощность.
Дорогостоящая и не всегда полностью эффективная затея. Образцы ветряков, имеющиеся в продаже, имеют ограниченный срок службы, низкую ремонтопригодность и высокую цену. Покупка такого комплекта не по карману многим потенциальным пользователям. Выходом из положения становится , обходящееся гораздо дешевле и позволяющее получить устройство с высокой эффективностью и производительностью.
Имеет высокую ремонтопригодность и, как следствие, длительный срок службы. Зачастую конструкцию по ходу эксплуатации модернизируют, улучшают и доводят до максимально возможных параметров, чего нельзя сделать с заводскими комплектами.
Тихоходные ветрогенераторы
Наиболее привлекательными конструкциями ветряков для большинства регионов России являются образцы, дающие высокие показатели на слабых и средних ветрах — . Для них характерна возможность начинать вращение при низких скоростях потока, выдавая достаточное напряжение для питания приборов потребления.
Выработка энергии на таких устройствах производится генераторами, адаптированными к работе с ветряками. Специфика конструкции таких генераторов состоит в высокой чувствительности, поскольку устройство изначально рассчитывается на работу с низкими скоростями вращения.
Для того, чтобы обеспечить заданный режим работы, необходимо обмотку возбуждения исключить из конструкции, заменив ее постоянными магнитами. В результате отпадет необходимость подачи напряжения для образования электромагнитов, индукция станет более стабильной, независимой от источника питания на обмотке ротора. Кроме того, отпадет надобность в щеточном узле, подающем питание на обмотку возбуждения.
Изготовление ротора на постоянных магнитах
Конструкция генератора на постоянных магнитах в каком-то смысле проще, чем с электромагнитным возбуждением. Создание такого устройства может выполняться как на базе готового генератора, так и при помощи подручных материалов.
Модификация автомобильного генератора
Создание ротора на постоянных магнитах требует достаточно серьезного вмешательства в конструкцию. Необходимо уменьшить диаметр на толщину магнитов плюс толщину стальной гильзы, которая одевается на ротор для образования сплошного магнитного потока и одновременно служит посадочной площадкой под магниты. Некоторые специалисты обходятся без гильзы, устанавливая магниты прямо на ротор с уменьшенным диаметром и фиксируя на эпоксидку.
Процесс изготовления требует участия производственного оборудования. В токарный станок зажимается ротор и аккуратно снимается слой с таким расчетом, чтобы установленные магниты вращались с минимальным зазором, но вполне свободно. Установка магнитов производится на пластины ротора с чередованием полюсности.
Наибольшего эффекта удается добиться при установке относительно небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении. Достигается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью во всех точках.
Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска
Рассмотренный способ относится к готовым генераторам, нуждающимся в небольших изменениях конструкции. К таким устройствам относятся автомобильные генераторы, часто применяющиеся самодеятельными конструкторами в качестве базового устройства. Зачастую генераторы собирают полностью самостоятельно, не имея готового устройства.
В таких случаях действуют несколько иначе. За основу берется автомобильная ступица с тормозным диском. Она качественно отбалансирована, прочна и приспособлена к нагрузкам определенного рода. Кроме того, размер ступицы позволяет разместить по окружности большое число магнитов, позволяя получить трехфазное напряжение.
Магниты с чередованием полюсности размещают на равноудаленном от центра расстоянии. Очевидно, что наибольшее число можно установить, если приклеивать их как можно ближе к наружному краю. Наиболее точным показателем станет размер магнитов, который определит возможность размещения на определенном расстоянии. Число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался ритм чередования полюсов при вращении.
Наклейка магнитов на ступицу производится при помощи любого клея, оптимальным вариантом считается эпоксидная смола, которой заливают магниты полностью. Это защищает их от воздействия влаги или от механических воздействий. Перед заливкой по краю ступицы рекомендуется сделать бортик из пластилина, не позволяющий эпоксидке стекать со ступицы вниз.
Конструкция генератора на автомобильной ступице наиболее удобна при изготовлении вертикального ветряка. Примечательно, что подобную схему можно использовать и без ступицы, на диске, вырезанном из обычной фанеры. Такая конструкция намного легче, позволяет выбирать удобный размер, что делает возможным создание чувствительного и производительного устройства.
Ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах
Наиболее сильными магнитами, обладающими оптимальными параметрами для использования в конструкции генератора, являются неодимовые магниты . Они несколько дороже обычных, но превосходят их многократно и дают возможность создать мощное устройство при относительно компактном размере.
Принципиального отличия в конструкции не имеется. Неодимовые магниты изготавливаются в различных формфакторах, позволяющих выбрать наиболее удобный для себя вариант - тонкие продолговатые брусочки, форма таблетки, цилиндры и т.д. если используется металлический ротор, то приклеивать магниты необязательно, они сами по себе с усилием прикрепляются к основанию. Остается лишь залить их эпоксидкой для защиты от коррозии.
Приобрести такие магниты проще всего через Интернет, заодно можно сразу же выбрать самую удобную форму.
Изготовление статора
Статор - это неподвижная часть генератора, несущая силовую обмотку, индуцирующую электрический ток. В зависимости от типа конструкции, статор может быть использован от готового устройства (например, от автомобильного генератора), или изготовлен с нуля самостоятельно. Техника изготовления в каждом случае своя, но принцип остается общий - по окружности, охватывающей вращающийся ротор, располагаются катушки, вырабатывающие переменный ток.
При модификации автомобильного генератора иногда силовые обмотки не трогают, предпочитая изменить конструкцию ротора и на этом остановиться. Чаще всего причиной тому является слабая техническая или теоретическая подготовка, когда мастер имеет весьма смутное представление, как именно подобные вещи делаются. Рассмотрим вопрос внимательнее:
Выбор количества фаз
Многие мастера пытаются облегчить себе задачу, делая генератор на одну фазу. В данном случае простота весьма сомнительная, так как экономия усилий получается только на стадии намотки катушек. Зато при эксплуатации получается неприятный эффект - амплитуда напряжения имеет классический вид, отчего выпрямленный ток имеет пульсирующую структуру.
Скачки противопоказаны аккумуляторам, создают отрицательное воздействие на все узлы комплекса и способствуют быстрому выходу из строя. Появляется вибрация, которая может стать причиной жалоб соседей, источником неприятных ощущений для людей или животных.
Трехфазная конструкция, напротив, имеет более мягкую огибающую, в выпрямленном состоянии ток практически не имеет каких-либо отклонений. Мощность устройства имеет стабильное значение, сохраняется в рабочем состоянии механическая и электрическая часть агрегата.
Выбор между трех- и однофазным устройством однозначно следует делать в сторону трехфазной конструкции. Количество намотанных катушек возрастает, но число витков не настолько велико, чтобы отказываться от более качественного результата из-за призрачной экономии времени.
Модификация статора автогенератора
Имеет готовые силовые катушки, плотно уложенные в каналах статора. Для получения качественного результата требуется изменить чувствительность статора, поскольку номинальная частота вращения автомобильного двигателя находится в пределах 2000-3000 об/мин, а на пике может подниматься до 5000-6000 об/мин. Таких параметров ветряк выдать не в состоянии, а использование повышающей передачи значительно снизит мощность крыльчатки.
Решением вопроса становится увеличение количества витков, для чего старые обмотки демонтируются, а на их место наматываются новые, с большим числом витков из более тонкого провода. При этом, нельзя использовать слишком тонкий провод, так как с возрастанием числа витков растет и сопротивление, делающее генератор менее производительным. Необходимо соблюдать «золотую середину», увеличивая количество аккуратно, без излишнего рвения.
Важно! Подобная операция требует расчета, но на практике чаще всего поступают проще - наматывают столько витков, сколько способна вместить конструкция статора. Результат обычно достигается положительный, поскольку слишком большое число витков вместить не получится.
Изготовление статора аксиального типа
Такая конструкция подойдет для генератора аксиального типа, ротор которого создан из ступицы и тормозного диска от автомобильного колеса. Статор имеет форму плоского диска, по окружности которого расположены силовые обмотки. Они должны быть намотаны из достаточно толстого провода, чтобы число витков было достаточным, но и сопротивление не снижало эффективность конструкции. Количество катушек кратно трем, чтобы на каждую фазу приходилось одинаковое количество.
Соединяются они между собой звездой, для каждой фазы соединяются 1, 4, 7, 10 и т.д. При намотке однофазного статора каждая катушка мотается в противоположном направлении - первая по часовой стрелке, вторая - против, затем опять по часовой и т.д. соединяются они последовательно.
Готовый статор устанавливается соосно с ротором. Зазор между катушками и неодимовыми магнитами должен быть минимальным, но ход ротора свободный, без соприкосновения с катушками.
Для защиты от влаги, пыли или прочих воздействий катушки обычно заливают эпоксидной смолой. Для этого предварительно делается по внешнему краю диска статора бортик из пластилина высотой, немного превышающей слой заливки.
Сборка крыльчатки
Крыльчатка должна обеспечивать максимальную чувствительность. Перед тем, как начать создание ветряка, следует подробно изучить метеорологическую обстановку в регионе, направление и скорость преобладающих ветров, частоту и силу шквалистых порывов, возможность ураганов. Эта информация поможет выбрать наиболее подходящую конструкцию ветряка (вертикальный или горизонтальный, размер, количество лопастей и т.п.).
Создание крыльчатки производится из подручного материала на основании параметров генератора. Размер лопастей должен обеспечивать начало вращения при невысоких скоростях потока, но не создавать чрезмерно большой преграды. Это снизит риск падения мачты при сильном порыве или шквале.
Регионы с нестабильными и часто меняющимися ветрами (каких большинство в России) больше подходят для эксплуатации вертикальных конструкций. Горизонтальные ветряки считаются более эффективными, но нуждаются в установке на высокие мачты, что создает проблемы при обслуживании.
Рабочее колесо ветрогенератора должно быть качественно отбалансировано и прочно соединено. Установка комплекта на крышу дома запрещается, особенно, если в нем проживает несколько семей. Рекомендуется выбирать открытое место на возвышении неподалеку от дома, чтобы длина кабеля не создавала большого сопротивления. Поблизости не должно быть преград, высоких деревьев или зданий, заслоняющих прямой поток ветра.
