Маломощный ветрогенератор из шагового двигателя: самодельное устройство из принтера

Создание ветрогенератора не обязательно означает изготовление крупного и мощного комплекса, способного обеспечивать электроэнергией целый дом или группу потребителей. Можно изготовить небольшой ветряк, представляющий собой, по сути, действующую модель серьезной установки. Целью такого мероприятия может быть:

• Ознакомление с основами ветроэнергетики.
• Совместные обучающие занятия с детьми.
• Экспериментальный образец, предваряющий строительство крупной установки.

Создание такого ветряка не потребует использования большого количества материалов или инструментов, можно обойтись подручными средствами. Рассчитывать на выработку серьезных объемов энергии не приходится, но для питания небольшого светильника на светодиодах может хватить. Основная проблема, существующая при создании небольших ветряков — это генератор. Его сложно создать самостоятельно, поскольку размеры устройства невелики. Проще всего использовать небольшой электродвигатель, позволяющий использовать его в режиме генератора.

Электрическая часть

Генератором в ветряк можно устанавливать шаговый двигатель (ШД) для принтера.

Даже при небольшой скорости вращения он вырабатывает мощность около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, что дает возможность заряжать небольшой аккумулятор. Остальные генераторы эффективно работают при скорости вращения более 1000 об./мин, но они не подойдут, поскольку ветряк вращается со скоростью 200-300 об./мин. Здесь необходим редуктор, но он создает дополнительное сопротивление и к тому же имеет высокую стоимость.

В генераторном режиме у шагового двигателя вырабатывается переменный ток, который легко преобразовать в постоянный, используя пару диодных мостов и конденсаторы. Схему легко собрать своими руками.

Установив за мостами стабилизатор, получим постоянное выходное напряжение. Для визуального контроля можно еще подключить светодиод. Чтобы уменьшить потери напряжения для его выпрямления применяются диоды Шоттки.

В дальнейшем можно будет создать ветряк с более мощным ШД. Такой ветрогенератор будет обладать большим моментом трогания. Проблему можно устранить, отключая нагрузку во время пуска и при малых оборотах.

Схема регулятора с выпрямителем

Нам понадобиться собрать регулятор напряжения, чтобы он не только выпрямлял ток от шагового двигателя, но и регулировал напряжение на выходе, тем самым защищая светодиоды от скачков напряжения при езде. Схема регулятора проста. Выпрямительный мост на диодах и регулятор напряжения на микросхеме LM317.

Я все собрал на макетной плате с отверстиями. Просто вставил детали, загнул контакты в направлении пайки и все спаял. Припаял провода и вот мой регулятор-выпрямитель готов.

Тумблером можно выключать генератор.

Генератор из шагового двигателя своими руками

Многим приходит в голову сделать самостоятельно какой-либо электрогенератор. Мы собрали несколько статей и советов для любознательных.

Ветряк из подручных средств

Самый простой способ сделать электрогенератор — это ветряк. Его можно создать из подручных средств, так сказать. Он спасает автора на море, когда ездит с палатками на несколько дней. Необходимо взять электродвигатель постоянного тока, он будет в качестве генератора. На вал генератора устанавливаем цепную звездочку от велосипедного двигателя. Кареточный узел и ведомая звездочка взяты от взрослого велосипеда. Можно взять велосипедную раму и прикрепить к ней генератор болтами. Роликовую цепь с шагом 1 2,7 мм лучше взять от мотоцикла — будет служить дольше. Лопасти делал из дюралюминия 2 мм толщиной, они должны быть немного загнутыми, длина может достигать 80 см. При небольшом ветре мой электрогенератор дает ток 4-6 А, при напряжении 14 В.

Ветряной генератор из старого сканера

В последнее время очень много идет разговоров об энергосберегающих технологиях. Это и тепловые аккумуляторы, и вечные лампочки, и солнечные батареи, и даже использование навоза в качестве источника альтернативной энергии и прочих сельскохозяйственных отходов. Оказывается, как вариант можно получить бесплатную электроэнергию от двигателя ненужного сканера. О том, как сделать ветрогенератор из шагового двигателя мы и поговорим в этой статье.

Здесь, самым интересным является способ изготовления лопастей. Ниже предоставлена инструкция, с помощью которой вы сможете «переработать» старый сканер во впечатляющий генератор электричества.

Нам понадобятся:
— Старый сканер;
— Выпрямляющие диоды (в проекте использовано 8 диодов 1N4007);
— Конденсатор 1000 мкФ;
— LM7805;
— Труба ПВХ;
— Пластиковые детали (см. ниже);
— Алюминиевые пластины (можно использовать любые другие).

Помимо флуоресцентной трубы и электронных компонентов, в сканере есть шаговый двигатель, именно он нам и понадобится. На фото показан четырехфазный шаговый двигатель.

Теперь, когда у нас есть все необходимые компоненты можно приступить к сборке выпрямителя. Для каждой фазы нам понадобится 2 диода, т.е. всего 8 диодов. Выходное напряжение будет жестко стабилизировано с помощью ИС LM7805 и конденсатора емкостью в 1000 мкФ.

Заметка 1: этот генератор может свободно вырабатывать напряжение более 5 вольт, однако в рамках этого проекта, для зарядки мобильных устройств, было достаточно 5 вольт.
Заметка 2: для зарядки по порту USB необходимо два сопротивления в 15 кОм на обеих шинах передачи данных. Технические подробности смотрите в спецификации шины USB.

Это все! Теперь осталось дождаться ветряного дня и опробовать устройство, как видно на фотографии — устройство стабильно генерирует напряжение 4.95 В.
Т.о. теперь можно заряжать МР3-плеер или телефон совершенно бесплатно.

Простой самодельный электрогенератор

Отключения электросети по различным причинам, к сожалению, еще случаются в сельской, да и, увы, не только сельской местности. Вот для таких-то случаев хорошо иметь свою домашнюю электростанцию, которая обеспечила бы дом аварийным освещением. Соорудить токодающий агрегат сможет каждый, кто следит за нашими публикациями по применению универсальной моторной установки (УМУ) (см. «Левшу» № 3…10 за 2000 год и «Левшу» № 2 и 4 за 2001 год).

Прежде чем говорить о конструкции, подумайте, какой генератор вам доступен. Существуют мощные малогабаритные генераторы для бытовых электростанций, но они слишком дороги, да и не всегда продаются отдельно от бензодвигателей. Поэтому проще всего приобрести генератор от какого-нибудь грузовика, а в крайнем случае подойдет и от легкового автомобиля — все будет зависеть от задач, которые вы на него возлагаете.

Поговорим о простейшей электростанции, в которой используется генератор от старого легкового автомобиля (например, типа Г-12), который сможет обеспечить питанием 3…5 аварийных электроламп напряжением 12 В, размещенных в нескольких помещениях. К тому же, если вы смонтируете простой преобразователь на двух транзисторах, то 12 В постоянного тока превратите в 220 В переменного. Мощности такого преобразователя вполне достаточно для питания небольшого полупроводникового телевизора и одной осветительной лампочки, кроме того, такая электростанция окажется полезна для подзарядки аккумуляторов.

Работает агрегат следующим образом. Бензиновый двигатель УМУ, закрепленный на специальной станине, через цепную передачу с передаточным соотношением 1:1 вращает промежуточный вал, на котором закреплен шкив клиноременной передачи. Для устойчивой работы генератора при токе полной нагрузки 20 А якорь должен вращаться с частотой 1600 оборотов в минуту. Поэтому в клиноременной передаче соотношение диаметров шкивов должно быть не менее 1:4, то есть на промежуточном валу УМУ находится шкив большего диаметра, а на якоре генератора — меньшего. Выработанное постоянное напряжение 12 В подается через предохранители и выключатель в кабель и на преобразователь переменного тока. На конце кабеля питания имеется двухштырьковый разъем для подключения в аварийную сеть дома, а от преобразователя идет отдельный шнур, заканчивающийся обычной «переноской» с двумя стандартными розетками. Преобразователь электростанции смонтирован в кожухе и закреплен на станине отдельным блоком.

Рис. 1. Общий вид электростанции:
1 — генератор; 2 — кронштейн крепления генератора; 3 — рама УМУ; 4 — площадка крепления вентилятора; 5 — оградительная сетка; 6 — станина; 7 — кабель генератора 12 В.

На станине электростанции предусмотрено крепежное место для кронштейна принудительного воздушного охлаждения двигателя.

Работу начните с подбора шкива промежуточного вала. Его диаметр должен быть в пределах 380… 400 мм. Только после этого вы можете вытачивать на токарном станке промежуточный вал.

Станина агрегата (рис. 2) трубчатая Н-образная, приваренная к двум горизонтальным опорам. Стальные трубы диаметром 30…35 мм нарежьте ножовкой по металлу и сварите с горизонтальными опорами газовой или электросваркой. Затем из листовой стали толщиной 2,5…3 мм изготовьте шесть штук «косынок» жесткости и площадку для крепления нижнего фланца рамы УМУ. Эти детали приварите к станине. Далее закрепите четырьмя болтами М8 раму УМУ к площадке.

Рис. 2. Станина:
1 — опора; 2 — косынка жесткости; 3 — вертикальная стойка; 4 — кронштейн генератора; 5 — площадка крепления нижнего фланца УМУ; 6 — балка станины; 7 — угловой фланец; 8 — площадка для крепления вентилятора.

Из той же листовой стали изготовьте передний угловой фланец и кронштейн генератора станины. Закрепите их болтами М8 к раме УМУ и после этого приварите сваркой к вертикальным стойкам.

В последнюю очередь приварите площадку для крепления кронштейна вентилятора принудительного охлаждения.

На рисунке показан один из способов крепления ножек на опоры. Эти места сделайте так, как сочтете удобным; возможно, вас больше устроят не ножки, а колеса для перемещения агрегата.

Рис. 3. Детали станины:
А — определяется при установке рамы УМУ на станину, 1 — угловой фланец; 2 — кронштейн генератора; 3 — площадка крепления нижнего фланца УМУ; 4 — площадка крепления вентилятора.

Рис. 4. Промежуточный вал:
1 — рама УМУ; 2 — промежуточная звездочка; 3 — шкив; 4 — шпонка; 5 — промежуточная ось УМУ.

Сборка электростанции ничем особенным не отличается, ее можно производить в любом произвольном порядке, поэтому уделим особое внимание преобразователю. Он представляет собой двухтактный генератор (мультивибратор) с трансформаторной связью. Собран он на двух транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером и трансформатором. Напряжение, снимаемое с делителя напряжения R1 и R2, задает смещение на базах обоих транзисторов. В результате действия положительной обратной связи через базовую обмотку трансформатора мультивибратор запускается и начинает генерировать прямоугольные импульсы с частотой несколько кГц. Именно поэтому от генератора ни в коем случае нельзя питать приборы, рассчитанные на частоту 50 Гц, например, холодильник или ламповый телевизор. Импульсное напряжение повышается обмоткой WIII трансформатора до амплитуды 220 В. Так как трансформатор работает на достаточно высоких частотах, чтобы потери мощности на транзисторах и в сердечнике были минимальными, желательно подобрать для сердечника материал с прямоугольной или почти прямоугольной петлей гистерезиса, например, пермалой 50НП, 65НП, 34НКНП, 79НН. Использование феррита в данном случае не оправдано, так как частота генератора (мультивибратора) значительно ниже 50 кГц.

Сердечник желательно использовать типа ШЛ 12х16… ШЛ 12х25. каркас из прессованного электрокартона или гетинакса толщиной 0,5… 0,8 мм. Обмотки WI — 62 (31+31) витка, намотанного проводом ПЭВ-1 диаметром 1,2 мм, WII 16 (8+8) витков ПЭВ-2 диаметром 0,23 мм. Между ними прокладывается изоляция — один-два слоя лакоткани или фторопласта. Последней намотайте повышающую обмотку W III — 575 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 0,23. Транзисторы установите на радиаторах площадью 60…100 см2. Монтаж навесной, на плате толщиной 2,5…4 мм.Транзисторы VT1 и VT2 — типа КТ 827 в металлическом корпусе. Индекс значения не имеет. Желательно подобрать их по коэффициенту усиления по току. Конденсатор — К53-1, резисторы типа МЛТ-5 или ТВО.

Рис. 5. Принципиальная схема преобразователя.

Правильно собранная схема начинает работать сразу, без предварительной настройки. При подаче напряжения питания трансформатор должен сразу запищать. Если писка нет, то поменяйте местами крайние выводы обмоток WI и WII.

Еще раз напомним. Использовать преобразователь для бытовой техники с двигателями (холодильники, миксеры, дрели и т.п.) НЕЛЬЗЯ, так как они рассчитаны на работу от переменного напряжения с частотой 50 Гц.

Как крутить шаговый двигатель

Шаговый двигатель работает от подачи комбинаций напряжения в разных направлениях на его обмотки, у этого шагового двигателя 2 обмотки — 4 провода, первая обмотка — черный (A) и зеленый (A*) провод, вторая обмотка — красный (B) и синий (B*). За одну смену комбинаций делается 1 шаг — 1,8 градусов. Если комбинации быстро менять, то двигатель будет быстро и точно позиционироваться — крутиться. Смена комбинаций возможна в двух направлениях, соответственно двигатель будет крутиться вперед или назад.

Чтобы крутить шаговый двигатель, надо:

1) Собрать устройство — USB контроллер шагового двигателя на микроконтроллере AVR и драйвер шагового двигателя, 2 в 1. Перед тем как собирать это сложное устройство, рекомендую сначало отдельно собрать и проверить работу только USB контроллера, его я уже собрал вот тут — контроллер USB. Если USB связь работает нормально, то можно приступать к изготовлению драйвера.

2) Написать программу для компьютера, которая будет посылать USB команды устройству.

3) Написать программу для микроконтроллера AVR, которая будет принимать USB команды и крутить двигатель.

Ветряки в Европе

Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

10 comments on “ Секрет бестопливного генератора из двух электродвигателей ”

1. Сергей29.11.2020 в 15:52

Извините за занудство, но ничего вечного нет. Всё имеет износ. Правильнее сказать — бесплатное без батарейное, халявное, в конце концов. Но всё это находится в одном месте — мышеловке. Не судите строго, мысли в слух. Сайт зачётный. Несколько страниц сохранил «как PDF». Автор красавчик. Не часто встретишь такие сайты. Ака Касьян тоже нравится. Так держать.

1. Сергей Автор записи 29.11.2020 в 19:25

Теоретически в принципе такой двигатель возможен, только надо моторчики подбирать. Большинство моторчиков при вращении вала вообще ничего не вырабатывает. Надо искать моторчики на 12-24,36Вольт, они при малом вращении ротора уже дают несколько Вольт. Тогда ещё возможно собрать бестопливный генератор

1. Сергей Автор записи 06.09.2020 в 21:22

Практически не возможно КПД у моторчиков очень маленькое, ни один моторчик не сможет выдать больше чем он сам потребляет. По этому вечных двигателей не получается.

Здраствуйте,надеюсь что из всех Ваших самоделок эта единственная шутка.
А то я на вашу катушку тэсла потратил три дня ,и заработала после добавления витков на эль 2 до восьми,и разместил по центру эль 1,иначе не излучала.спасибо.

1. Сергей Автор записи 17.02.2019 в 21:33

В этой статье я раскрыл секрет работы генератора который на ютубе многие блогеры выдают за чистую монету. Я никому не предлагал его собирать, просто показал как он сделан. На счет катушки тесла, если что то у вас не получилось, значит вы что то не так сделали. Намотали другого диаметра провод и катушка не вошла в резонанс, поэтому пришлось делать восемь витков. Можно было задать вопрос и я бы вам обязательно на него ответил. У многих людей катушка начинает работать сразу. Все самоделки на 100% рабочие, прежде чем написать я все хорошо проверяю и тестирую. Сам рисую схемы, делаю фото и снимаю видео. Многие блогеры нагло воруют у меня статьи и размещают на своих сайтах, переписывают текст от третьего лица и лепят мои фото. На тех сайтах нет комментариев. Посмотрите на комментарии люди спрашивают, я всем отвечаю, у всех все работает. Бывают конечно исключения, либо детали не те ставят, либо б/у неисправные, из того что было лепят. Человеческий фактор.

1. Андр24.02.2019 в 18:26

Спасибо Вам за наглядные схемы,я всем доволен.

1. Сергей Автор записи 24.02.2019 в 21:56

Молодец, посмотрел ролик на ютубе про вечный двигатель — посмеялся от души.
Приятно, что сайт наполнен собственными материалами, а не чужими.
Отлично!

1. Сергей Автор записи 25.03.2018 в 22:12

Спасибо! Все самоделки делаю своими руками.