Переделка автомобильного генератора в ветряк

Тема “зеленой энергетики» (получение электроэнергии от экологически чистых источников) последние годы вызывает все больший интерес. В личном хозяйстве помимо экологии значение имеет выработка электроэнергии с наименьшими затратами (лучше совсем бесплатно). Один из путей, сочетающих в себе обе темы – применение ветрогенератора.

Принцип работы и схемотехника

Вариант приобретения промышленного ветряка предусматривает высокие инвестиционные затраты на покупку, монтаж, пусконаладку оборудования. Но если сделать такое устройство своими руками, то вложения можно радикально снизить. И все же собственно генератор в любом случае стоит достаточно дорого. Значительно сэкономить можно посредством применения автомобильного генератора – нового или бывшего в употреблении.

Этому устройству все равно, что служит приводом – автомобильный двигатель или лопасти ветряка. Это позволяет применить его в составе самодельной ветровой энергоустановки. Для этого его надо оснастить крыльчаткой, которая будет создавать вращающий момент, используя энергию ветра.

Одна из проблем, возникающих при эксплуатации таких установок – ветер потребной силы будет не всегда. Поэтому нужен буферный элемент, который будет запасать электроэнергию, а в нужное время ее отдавать. Удобнее всего использовать в этом качестве автомобильный аккумулятор. Он подходит под напряжение генератора (12 или 24 вольта), но для питания бытовых приборов малопригоден (в лучшем случае для освещения, если применить лампы на соответствующее напряжение). Поэтому в схему электроснабжения добавляется еще один элемент — инвертор-преобразователь 12VDC/220VAC. Его мощность выбирается в соответствии с мощностью генератора. Инвертор стоит недешево, он в наибольшей степени будет определять стоимость установки. Можно обойтись без него, но круг запитываемых потребителей резко сократится, и качество электроэнергии будет зависеть от уровня заряженности аккумулятора. Исходя из этих аргументов, складывается схема электроснабжения объекта от ветрогенератора.

Лучше предусмотреть вход для подключения резерва от внешнего электроснабжения. Он необходим на время простоя ветряка на время ремонта или безветренной погоды.

В глобальном подходе можно не устанавливать и аккумулятор. Условия его эксплуатации неоптимальны, генератор не всегда будет обеспечивать нужный режим подзаряда. Но без него установка будет работать только при наличии ветра достаточной силы.

Выбор генератора и необходимый инструмент

В первую очередь генератор выбирается по потребной мощности. В каждом случае нужные характеристики подбираются индивидуально, но если нужен мощный источник, лучше выбирать на напряжение 24 вольт. При сравнимых массогабаритных показателях при том же токе он будет отдавать большую мощность, чем 12-вольтовый.

При выборе источника электроэнергии надо учитывать, что от мощности потребления зависит еще и емкость буферного аккумулятора, а чем он более емкий, тем больший ему понадобится зарядный ток.

Перечень используемого инструмента зависит от набора имеющихся деталей и узлов, но в большинстве случаев не обойтись без:

• углошлифовальной машинки («болгарки»);
• маркера и угольника для разметки заготовок;
• шуруповерта и метизов;
• электрической дрели с набором сверл;
• набора ключей и отверток;
• мультиметра для проверки работоспособности электрической части.

Остальные инструменты подбираются по ходу работ.

Процесс сборки ветрогенератора

В первую очередь надо продумать место установки мачты с ветряком. Вращающийся узел должен минимум на метр быть выше самого высокого предмета, расположенного в непосредственной близости. Отсюда выбирается высота мачты. Ее можно изготовить из алюминиевых труб, но подойдут и стальные водопроводные. Из труб различного диаметра можно составить телескопическую мачту необходимой длины. Во избежание падения, ее надо оснастить растяжками из расчета один ярус на 3-4 метра высоты.

Следующий вопрос, который придется решить – схема возбуждения генератора. Так как в состав системы электроснабжения входит автомобильный аккумулятор, можно включить в схему регулятор напряжения и воспроизвести работу бортсети машины. На самом деле необходимости в этом нет. Задача ротора – создать вращающееся магнитное поле. Это можно сделать и другими способами. Один из путей:

• полностью удалить обмотку ротора;
• вместо нее подобрать или выточить ротор из немагнитного материала (алюминия и т.п.);
• плотно установит ротор на ось;
• установить по поверхности ротора 24 неодимовых магнита, чередуя полюса, закрепляя их эпоксидным клеем.

Другая задача, которую придется решать, это работа ветроустановки при низких оборотах. Чаще всего ветер не будет настолько силен, чтобы обеспечивать достаточную частоту вращения пропеллера, а это означает недобор мощности. Один из путей решения проблемы – установка «повышающего» редуктора (мультипликатора). Этот способ несложен, но тянет за собой утяжеление конструкции и снижение ее надежности.

Второй способ требует навыков и затрат для переделки генератора. Он состоит в перемотке обмотки статора. Старую обмотку надо удалить, на ее место намотать новую. Так как витков должно быть больше, мотать надо проводом меньшего диаметра.

При выборе диаметра провода (он должен быть в лаковой изоляции) надо помнить, что снижение сечения ведет к снижению наибольшего допустимого тока. Излишне уменьшать диаметр в погоне за токоотдачей нельзя.

Если будущего владельца ветроустановки устраивает, что его ветряк будет работать при скорости ветра от 7..8 м/с, генератор можно не переделывать.

Теперь надо решить вопрос с пропеллером. Самый простой способ – подобрать готовый узел. Можно взять, например, колесо с лопастями от выносного блока кондиционера. Из коллективного опыта эксплуатации известно, что длина лопасти не должна быть меньше 70 см. Если меньше – вращающий момент может быть недостаточен для проворота вала генератора.

Если готового пропеллера нет, можно сделать его самостоятельно. Сначала желательно произвести расчет – для этого можно воспользоваться калькуляторами, размещенными в сети или инженерными справочниками. Другой вариант – взять готовые чертежи проверенных конструкций. Изготовить узел можно из пластика или легкого сплава (на основе алюминия). В качестве примера приведен чертеж лопасти, которую можно изготовить из пластиковой или алюминиевой трубы. Собранный узел пропеллера надо отбалансировать установкой дополнительных грузов или удалением части массы (высверливанием балансировочных отверстий). Правильно отбалансированный пропеллер при свободной установке на валу не занимает никакого предпочтительного положения.

Механическая часть собирается на площадке, которая в дальнейшем должна поворачиваться по направлению ветра. Для ее крепления к мачте надо предусмотреть поворотный узел.

Для ориентации по воздушному потоку предусматривается широкая лопасть. Ее можно использовать в качестве площадки для крепления легких элементов.

Защита от бури

Иногда сила ветра будет превышать уровень, на который рассчитана прочность энергетической установки. Могут сломаться лопасти крыльчатки, может развернуться поворотная площадка, что приведет к наматыванию силового кабеля и к его обрыву. Для борьбы с первой проблемой можно применить крыльчатку с лопастями на пружинах. Для того, чтобы избежать второй беды, надо установить ограничители вращения флюгера, сужающие угол его поворота.

При сильном ветре будут полезны тормоза различной конструкции (механические и электрические), снижающие скорость вращения. Они значительно усложняют энергоустановку, но повышают надежность работы.

Рекомендации по эксплуатации

Во время эксплуатации вращающийся агрегат надо периодически осматривать и проводить профилактические работы:

• осмотр;
• очистку от грязи;
• протяжку болтовых соединений;
• другие работы.

Конструкция мачты должна предусматривать опускание ветроустановки в ремонтное положение или обеспечивать подъем техника к вращающемуся узлу. Об этом надо подумать еще на этапе проектирования. Если на мачте выполняются сварочные работы, генератор надо отключить, а лучше демонтировать. Блуждающие токи, возникающие при сварке, могут размагнитить ротор.

Впервые изготовленный ветрогенератор из автомобильного генератора редко сразу устраивает своего владельца. То мощности не хватает, то работает только при сильном ветре, то аккумулятор плохо выполняет роль буфера. В большинстве случаев после сборки и начальной эксплуатации самодельщик учитывает ошибки и собирает следующую конструкцию, опираясь на предыдущий опыт.