Генератор на неодимовых магнитах

Генератор на неодимовых магнитах

Неодимовые магниты применяются не только в сувенирной продукции. Материал нашел применение во многих областях электротехники из-за качественного сцепления между отдельными деталями.

Ветрогенератор тока своими руками

С помощью этого материала можно создать мощный автономный источник электрической энергии – тихоходный магнитный генератор. Такие конструкции обладают высоким КПД. Для запуска необходима энергия ветра, воды или др.

Неодимовые магниты применяются во многих областях электротехники

Преимущества установок:

• экономия электрической энергии;
• возможность подключать портативные электронные устройства и электроинструменты;
• возможность изготовления своими руками.

Генератор на неодимовых магнитах используют для:

• подзарядки аккумуляторных батарей авто;
• подключения низковольтных бытовых электроприборов и портативной компьютерной техники;
• создания автономных источников электрической энергии для дачных и садовых домиков.

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.

Построить такой ветровой генератор проще, чем модель с горизонтальной осью.

Главный компонент конструкции – лопасти. Их можно вырезать из металлической или пластмассовой ёмкости (бочки). Пластик в этом случае предпочтительнее, так как он гораздо легче металла и на порядок дешевле. Объем бочки – не менее ста литров.

Следует помнить, что мощность ветряка пропорциональна окружности и высоте лопастей.

В бочке делаются отверстия на боковой стороне при помощи болгарки, а затем отгибаются края лопастей. Их может быть две, три и больше. В принципе, любой элемент разрезанной бочки – это уже лопасть, которой не требуется придавать особую форму. Скрепляют их саморезами или болтами. Для крепления можно применить обрезок трубы.

Даже небольшой винт при сильном ветре может представлять серьёзную опасность. Поэтому необходимо все острые края лопастей тщательно затупить.

Для снятия крутящего момента на оси ветряка крепится ремень или велосипедная цепь.

Для работы устройства понадобится электрический мотор на неодимовых магнитах и генератор от мотоцикла или велосипеда. Генератор можно просто установить на оси ветряка или использовать кривошипный механизм с поршневым насосом.

Можно и самостоятельно изготовить генератор для ветряка. В идеальном варианте он должен быть тихоходным. Потому автомобильный агрегат не совсем подходит, так как он имеет высокие обороты. В сети есть много видео сюжетов как изготовить самодельный генератор для ветряка из неодимовых магнитов, чертежей и схем. Это достаточно сложный процесс, не имеющий гарантированного результата. Потому большинство умельцев для самостоятельного изготовления ветряка применяют тракторный генератор Его номинал – около 2000 оборотов, и, следовательно, для адаптации потребуется мультипликатор.

Устройство

В основе тихоходной машины лежит низковольтовый мотор на константных магнитах. Они обладают низким порогом вращения, с которого начинается производство тока. Качественному устройству достаточно 300-500 оборотов в минуту. Поскольку конструкция тихоходна, необходим редуктор-мультипликатор. Требуемое соотношение — 1:12, но лучше 1:15. В таком случае 20 оборотов лопастей обернутся в 300, чего хватает для производства тока.

Моторы на константных магнитах

В некоторых устройствах мотор заменяют автогенератором, что увеличивает необходимую частоту вращения. Для этого устанавливается мультипликатор с большим соотношением. Его работа провоцирует постепенное ослабление работоспособности из-за износа.

Редукторы и мультипликаторы служат для понижения скорости вращения колеса ветрогенератора, и с помощью них можно менять положение плоскости вращения

Тихоходные ветряки используют в местах со слабым ветром(отмеченных на ветряной карте желто-зеленым), если потребность в токе не превышает 3 кВт в час.

Лопасти

Правильное устройство имеет переменный профиль, а размах его крыльев составляет не менее 2 метров. Производство трудоемко, требовательно к правильности расчетов и подвергается большому количеству испытаний перед использованием. Подобные лопасти способны развить необходимую скорость, добывая энергию.

По причине применения редукторов, мультипликаторов внешний вид и расположение лопастей может быть любым, поэтому инженеры пытаются подобрать оптимальные конструкции с максимальным КПД

Самостоятельным производством лопастей заниматься не следует. При желании опробовать, используйте толстостенную трубу из пластика. Диаметр должен быть достаточным для изготовления полноценной лопасти. Перед началом работ проведите расчеты, основываясь на желаемой мощности ветрогенератора. Хорошо выполненное устройство способно развить до 300-400 Ватт в час, чего будет достаточно для освещения нескольких комнат в частном доме.

Генератор

Выбор генератора зависит от возможной скорости вращения. Для тихоходных установок достаточно мотора на постоянных магнитах. В зависимости от скорости, используется мультипликатор. Он позволяет умножить каждый оборот на коэффициент, что сокращает время, затрачиваемое на начало производства.

Генератор для тихоходного ветрогенератора выбирается исходя из требуемого потребления объекта с учетом КПД и запаса мощности

Для долговечности ротора используют специальный промежуточный вал. В него встроен подшипник, стабилизирующий опору. Передача энергии от лопастей к ротору передается механическим путем. Качественная деталь позволяет валу незначительно изменять свое положение, что уменьшает износ. Хороший подшипник — двухрядный, желательно самоустанавливающийся. Трёхрядный лучше, но дороже.

Аварийный флюгер

Устройство позволяет спасти ветрогенератор в ураганную погоду. Сильный ветер растягивает пружину, заставляя ротор изменить положение. Постепенно он ложится вдоль потока воздуха, потеряв обороты. Подобное невозможно при ветре, направленном строго параллельно земле, что встречается довольно редко.

Аварийный флюгер необходим ветрогенераторам для предотвращения разрушения в случаях ураганного ветра

Поэтому для защиты устройства используют аварийный флюгер. С его помощью определяется необходимость отключения ротора от системы. Ураган способен полностью разрушить ветрогенератор. Поэтому и применяют флюгеры — с их помощью есть возможность сохранить основу, в худшем случае потеряв лопасти.

Тихоходные модели ветрогенераторов выдерживают большие порывы ветра, однако, у них есть пределы, и поэтому необходимо предусмотреть защиту лопастей

В промышленных ветрогенераторах используется электронная система контроля за погодными условиями. Шаг лопастей контролируется автоматически — это позволяет защитить устройство. К тому же, в подобных системах крылья сделаны из прочных композитных материалов.

Токосъемник

Устройство находится на вершине мачты и требует регулярной чистки. Для этого придется обзавестись длинной стремянкой.

Также существует вариант укладывать ветряк на землю, производить работы по очищению, а затем вновь поднимать. Это кропотливо и трудоемко, но необходимо.

Токосъемники для ветрогенератора

Промышленные устройства имеют большие габариты, поэтому лестница наверх располагается внутри мачты.

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.

Делаем ротор

В качестве основы используется автомобильная ступица с дисками тормоза — она мощна, хорошо сбалансирована и надёжна. Её нужно почистить от загрязнений, краски и проч., после чего приступают к наклейке постоянных магнитов. Те, которые располагаются друг напротив друга, должны быть повернуты полюсами, чтобы притягиваться друг к другу.

Их может быть 20 штук на один диск, но это зависит от того, чего вы хотите добиться. Варьируется также и размер магнитов — например, можно взять 25х8 мм, а можно больше или меньше.

Лучше выбирать прямоугольные магниты, потому что их поле будет распространяться по длине.

Перед наклейкой создаётся шаблон из бумаги либо прочерчиваются сектора на диска, чтобы точно чередовать полюса. Помогают в этом и отметки на на магнитах. Крепятся магниты при помощи суперклея, и заливаются для более надёжной фиксации. В центре дисков и по краям нужно сделать бордюрчики — из скотча или пластилина. Это необходимо, чтобы предотвратить растекание.

Одна или три фазы

Для одной фазы нужно, чтобы количество полюсов было равным числу магнитов, а для трёх, чтобы количеством полюса и катушки соотносились как 2:3 или 3:3. Однофазный ветряк собирается проще всего, но в нагруженном состоянии он вибрирует. Причина — в непостоянстве отдачи тока, скачках амплитуды стартера. В трёхфазной системе ветряк имеет постоянную мощность и вибрации отсутствуют. Отсутствие надоедливого гула — огромный плюс, особенно, если вы хотите избежать жалоб соседей.

Делаем катушки стартера

В первую очередь расчитываются стартерные катушки. Поделенные поровну между ними 1000-12000 витков подойдут для тихоходного генератора, который может зарядить аккумулятор на 12 Вольт, начиная с сотни оборотов в минуту. Чем больше полюсов, тем выше частота тока, а значит — и мощность генератора, даже при малых оборотах.

Сделать намотку можно и на оправке, и на самодельном станке. Лучше использовать толстые провода — тогда сопротивление будет ниже. Чаще всего мотают круглые катушки, но рекомендуют делать вытянутые, чтобы на в секторе было больше меди, да и витки так будут прямее. Внутри катушки остаётся отверстие, равное как минимум ширине магнитов.

Потенциал мощности своего генератора можно определить, покрутив его одной катушкой без нагрузки. Количество и толщина магнитов здесь являются решающими факторами, и итоговый показатель может заметно отличаться.

В процессе кручения при необходимом количестве оборотов и меряется потенциал мощности. К примеру, за одну минуту 200 об может выдаваться напряжение 30 В при сопротивлении 3 Ом. 12 В — это напряжение, нужное для аккумулятора, поэтому остаётся 18. Поделив это число на сопротивление, мы получим 6 Ампер — это и будет наша сила тока, идущая от ветрогенератора на зарядку АКБ. Но стоит учесть потери в диодном мосту и проводах, из-за которых реальный показатель будет несколько меньше.

Магниты и стартер должны быть одинаковой толщины. Для изготовления последнего берут фанерную форму, смазанную жиром или оклеенную скотчем. Под катушки и поверх них кладут стеклоткань (для прочности), после чего всё заливается эпоксидной смолой. Провода выводят наружу и скрепляют, а концы каждой фазы соединяют звёздочкой или треугольником.

На рис.1 представлены составные части низкоскоростного синхронного генератора на постоянных магнитах естественного воздушного охлаждения.

Конструкция. Корпус 1 и крышки генератора 2 и 3 изготовлены из стали, что позволяет генератору выдерживать значительные ветровые нагрузки от ветродвижителя (ротор). Защитное лакокрасочное покрытие обеспечивает всепогодную защиту от коррозии.

Крепление генератора к мачте осуществляется через отверстия в корпусе генератора 1. Крепление ветродвижителя осуществляется с помощью муфты, которая имеет центровочное отверстие и отверстия для соединения с присоединительным местом ветродвижителя.

Внутренняя поверхность генератора имеет специальное защитное лакокрасочное покрытие для предотвращения возникновения коррозии.

Статор генератора. Пакет статора генератора 6 набран из электротехнических пластин стали 2212 толщиной 0,5 мм каждая, что позволяет снизить потери от перемагничивания железа.

Обмотка статора 7 выполнена высокотемпературным эмаль-проводом, позволяющим длительную работу генератора с максимальной нагрузкой. Обмотка имеет двойную пропитку лаком, что делает ее устойчивой при экстремальной влажности от конденсата.

Ротор генератора. Ротор генератора 4 имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены и надежным образом закреплены магниты 5 системы неодим-железо-бор.

Подшипниковые опоры. Для разгрузки ротора генератора от ветродвижителя применен набор подшипников 10, 11 и 12, включающий радиальный роликовый, осевой и радиальный шариковый подшипник. Подшипниковые узлы заполнены всесезонной смазкой на весь срок службы генератора.

Охлаждение. Генератор не требует принудительного охлаждения. Развитая конструкция корпуса вкупе со специально рассчитанной обмоткой статора, применением высокотемпературных материалов позволяют обеспечить надежную долговременную работу генератора при естественном воздушном охлаждении.

Коробка выводов. На боковой поверхности генератора имеется клеммная коробка 13, через которую к генератору подключается внешний кабель. Герметичный кабельный ввод обеспечивает надежную защиту места соединения кабеля с выходами обмоток генератора.

Исполнение. Генераторы может быть в различных корпусах. Класс защиты синхронного генератора по ГОСТ14254 — IP 45-65. Пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды.

Испытания. Каждый генератор в процессе производства, сборки и проходит проверку. После сборки 100% генераторов проверяются на специальном стенде на разных режимах работы, результаты которых вносятся впаспорт.

1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- постоянные магниты,

6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.

Модификации.

Каждый генератор может быть переделан под особые требования заказчика с минимальными внесениями в базовую конструкцию, в то же время соответствуя уникальным требованиям заказчика.

Специально спроектированная обмотка позволяет получить широкий диапазон электрических характеристик от низковольтного до высоковольтного.

2.2.Стоимость.

Для вертикальных ветроэнергетических установок мощностью 3…45 кВт предлагается использовать низкоскоростные синхронные генераторы на постоянных магнитах естественного воздушного охлаждения.