Ветрогенератор из тракторного генератора г 700.04 01. Ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками: технология сборки ветряка и разбор ошибок

Этот ветрогенератор сделан на основе генератора Г-700 от трактора. Винт генератора имеет двухлопастную конструкцию, что в комплекте позволяет развивать высокие обороты даже прим алых ветрах. Средняя мощность которую выдает генератор составляет 150 ватт, она достигается уже при ветре в 6 м\с. В статье рассмотрены основные моменты модернизации и конструктивных особенностей ветрогенератора данной модели.

Материалы и детали необходимые для постройки ветряка данного типа:
1) тракторный генератор Г-700
2) провод 0.8 мм толщиной около 200 метров.
3) профильная труба
4) дюралюминиевая труба 110 мм
5) болты м10

Рассмотрим более подробно конструкцию ветряка и его основных составляющих.

Основной частью ветряка является генератор, который в данном случае был переделан из стандартного тракторного генератора Г-700. Тракторный генератор Г-700 обладает следующими характеристиками: номинальное напряжение равно 14 В, номинальный ток 50 А, генератор весит 5.4 кг без шкива, а так же имеет ресурс в 10000 часов.

Единственной загвоздкой для использования этого генератора без переделок стали слишком высокие рабочие обороты от 5000 до 6000 оборотов. Поэтому для начала автор занялся модернизацией генератора.

Был полностью перемотан статор генератора при помощи провода толщиной в 0.8 мм по 80 витков. Это было сделано для того, чтобы поднят напряжение на оборотах. Так подверглась переработке и катушка возбуждения электромагнитов. На катушку тем же проводом, что использовался для статора, было намотано 250 витков. С учетом полной перемотки статора и домотки катушки автор затратил около 200 метров провода на подобную модернизацию.

Затем автор приступил к созданию крепления для этого генератора. Конструкция крепления была сделана из профильной трубы таким образом, чтобы привод проходил внутри и свивал вертикально. Так же конструкцией ветряка была предусмотрена защита от сильного ветра. Для того, чтобы снизить нагрузки организована защита при помощи "складывания хвоста", для этого был приварен шкворень, на который в последующем будет одет хвост ветрогенератора.

Так как генератору все же требуются достаточно высокие обороты для качественной работы конструкция винта была выбрана двухлопастной. Сам винт получился диаметром около 136 см, а материалом для его создания стала дюралюминиевая труба диаметром в 110 мм. Из этой трубы и были вырезаны обе лопасти винта. Длинна каждой лопасти получилась 63 см. Для того, чтобы уменьшить закрутку и сделать лопасти более плоскими автор раскатал их. В итоге получилось как будто лопасти были сделаны из трубы диаметром 400 мм.

Фотографии готового ветряка:

Благодаря тому, что у использованного генератора нет залипаний, винт стартует даже от самого легкого ветра и развивает высокие обороты. Длинна мачты ветрогенератора составляет 5 метров. Высоту добавляет так же труба самого генератора.

Крепление происходит в трех местах через болты м10. Для удержания мачты ветрогенератора в вертикальном положении она была закреплена при помощи растяжек. провод от ветрогенератора идет внутри трубы, таким образом он надежно защищен от внешних условий. В конструкции автор не использовал токосъемные кольца.

Зарядка аккумулятора начинается уже при ветре в 3.5 м\с, а при скорости в 4 м\с винт ветрогенератора разгоняется до 300 об\м, при 7 м\с обороты достигают отметки в 800-900, когда ветер 15 м\с то винт выходит на обороты в 1500 об\м.

Максимальная мощность генератора, которая была зафиксирована автором составляла 250 ватт. При стандартном ветре в 6 м\с ветрогенератор каждый час выдает 150 ватт энергии. Этой мощности вполне хватает для зарядки автомобильного аккумулятора.

Генератор переменного тока от автомобиля для ветроэлектростанции
Достоинства : дешевый, легко найти, уже собран.

Недостатки : требуется высокая скорость вращения - поэтому требуется дополнительно зубчатая передача или шкив, небольшой выход энергии, токосъемник требует постоянного техобслуживания.

: низкая.
Главная проблема при использовании автомобильных генераторов для ветряков – то, что они разработаны для слишком высоких скоростей - для получения ветряной энергии приходится выполнить множество значительных модификаций. Даже маленькая и работающая на сравнительно быстрых оборотах ветряная мельница требует скорости 600 об/мин, что даже близко нельзя назвать достаточным для автомобильного генератора. Это значит, что придется использовать зубчатые передачи или шкивы, чтобы большая часть энергии тратилась на вращение.

Стандартный автомобильный генератор электромагнитный – то есть часть вырабатываемой энергии должна быть послана на якорь через щетки и токосъемники, чтобы создать магнитное поле. Генератор, который использует электричество для возникновения поля, менее эффективный и более сложный. Тем не менее, его проще регулировать, так как магнитный поток может быть изменен настройкой мощности поля.Кроме того, щетки и токосъемники имеют тенденцию изнашиваться, требуя постоянного ухода.

Генератор также может быть перемотан для выработки энергии на более низких скоростях. Это возможно путем замены существующих витков статора более частыми витками из более тонкой легированной стали.

Показатели	Генераторы автомобильные
Марка генератора	ГБФ-4600	ГБФ-4501	ГМ-71	Г-28
Установлен на машине	ЗИС-5 ЯГ-б ЯС-3	ГАЗ-А ГАЗ-АА ГАЗ-ММ	ГАЗ-Ml ГАЗ-М415 ГАЗ-67	„Москвич"
Мощность (ватт)
Направление вращения	Правое	Правое	Правое	Правое
	1900	1900	2200	3300
	1200	1200	1400	2000
Вес генератора (кг )

Показатели	Генераторы тракторные
Марка генератора	Г-066	ГБТ-4541 ГБТ-4692 Г-45	ГАУ-4101 ГАУ-4684	Г-20	Г-15	ГА-4630	ГА-150
Установлен на машине	С-80	СХТЗ-НАТИ СХТЗ КД-36;У-1 У-2	С-60 С-65 СГ-65			СТЗ-ХТЗ
Мощность (ватт)
Номинальное напряжение (вольт)
Наибольшая сила тока нагрузки (ампер)
Направление вращения	Левое	Левое	4101 - правое 4684 - левое	Правое	Правое	Правое	Правое
Сила тока генератора при работе электродвигателем (ампер)
Число оборотов, при котором может быть отдана полная мощность (в нагретом состоянии) (об /мин)		1150			1200	1300	2600
Число оборотов, при котором начинается зарядка аккумуляторов (об /мин)							1500
Вес генератора (кг )	22,3		10,5	12,5

Ранее было описано как сделать домашнюю ветроэлектростанцию (ветряк) и небольшую походную ветроэлектростанцию

Самодельный генератор с постоянными магнитами для ветроэлектростанции

Недостатки : трудоемкий, сложный проект, требующий обработки на токарном станке.

Пригодность для ветроэлектростанции : хорошая.

Многочисленные эксперименты показали, что самодельный генератор с постоянными магнитами является наиболее мощным и экономным решением для ветрогенератора. Он способен отлично работать на низких скоростях вращения, на высоких же скоростях он буквально выдает амперы благодаря своей эффективности. Наиболее часто самодельные генераторы производятся из тормозных дисков от Volvo, так как они очень прочные и имеют встроенные упорные подшипники. Так как такой генератор производит переменный ток, требуется выпрямитель для преобразования его в постоянный и последующей зарядки батареи.

Наилучшие результаты показывает трехфазный генератор, однако его сложнее построить, чем однофазный, так что при построении генератора необходимо решить, сможете ли вы построить трехфазный или ограничитесь однофазным.

Генератор для ветряка 7 футов в диаметре выдает больше 60 А в 12-вольтную батарею, а это более 700 Вт . На пике мощности он может выдавать даже 100 А . Пока что это решение наиболее эффективно.

Конверсионный асинхронный генератор переменного тока для ветроэлектростанции

Достоинства : дешевый, легко найти, сравнительно легко переоборудовать, хорошая работа на низких оборотах.

Недостатки : результирующая мощность ограничена внутренним сопротивлением, неэффективен на высоких скоростях, требует обработки на токарном станке.

Пригодность для ветроэлектростанции : средняя.Обычный асинхронный электродвигатель, вырабатывающий переменный ток, может достаточно просто быть перестроен в генератор с постоянными магнитами. Эксперименты показывают, что получившийся генератор хорошо работает на очень низких скоростях, но быстро становится неэффективным на высоких скоростях.Асинхронный двигатель не имеет никаких проводов в сердечнике, только переменные пластины из алюминия и стали (снаружи они выглядят гладкими).

Если вы выдолбите желоба в центре сердечника и вставите туда постоянные магниты, электродвигатель станет генератором с постоянными магнитами.На практике такой генератор выдает около 10-20 А . Он очень быстро становится малоэффективным: при возрастании скорости ветра количество результирующих ампер возрастает незначительно, остальная же мощность тратится на нагрев самого генератора. Асинхронный электродвигатель обмотан слишком тонкой проволокой и не может поддерживать ток большой мощности.

Для того же ветряка диаметром 7 футов пиковая сила тока равна всего 25 А .Если вас устраивает небольшой ток при высоких скоростях ветра, асинхронный двигатель может оказаться хорошим решением. Рекомендуется выбирать трехфазный двигатель. Так как такой генератор производит переменный ток, требуется выпрямитель для преобразования его в постоянный и последующей зарядки батареи.

Генератор постоянного тока для ветроэлектростанции

Достоинства : простой и уже собранный, некоторые неплохо работают на низких оборотах.

Недостатки : прихотливый, большинство плохо работают на низких оборотах, очень сложно найти генератор достаточно большого размера, маленькие генераторы не могут выдавать большую мощность.

Пригодность для ветроэлектростанции : слабая.

Выбор генератора постоянного тока на первый взгляд кажется логичным, так как батарея заряжается именно постоянным током, и такой системе не потребуется преобразователь. На практике же генераторы постоянного тока даже близко не могут сравниться с генераторами переменного тока. Их щетки требуют постоянного наблюдения, а передающий механизм часто выходит из строя. Такие генераторы могу быть использованы как дополнение к генераторам постоянного тока и выдавать порядка 12 В, что эквивалентно 100-200 Вт . Это немного, но при желании может хватить для небольшого ветряка высотой 3-4 фута.

Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 м\с

Мощность, Вт	Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м

При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:

W=V/L*Z*60,
L=π*D,

где V - скорость ветра, м/с; L - длинна окружности, м; D - диаметр ветроколеса; Z - показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).

Показатель быстроходности ветроколеса

Число лопастей	Показатель быстроходности Z

Если в эту формулу подставить данные для выбранного ветроколеса диаметром 2 м и 6 лопастями, то получим частоту вращения. Зависимость частоты от скорости ветра показано в табл. 3.

Обороты ветроколеса диаметром 2 м с шестью лопастями в зависимости от скорости ветра

Примем максимальную рабочую скорость ветра равной 7-8 м/с. При более сильном ветре работа ветрогенератора будет небезопасной и должна будет ограничиваться. Как мы уже определили, при скорости ветра 8 м/с максимальная мощность выбранной конструкции ветроэлектростанции будет равна 240 Вт, что соответствует частоте вращения ветроколеса 229 об/мин. Значит, нужно подобрать генератор с соответствующими характеристиками.

Основная проблема, возникающая при - это устройство, непосредственно генерирующее ток. Самодельный генератор имеет довольно случайные рабочие параметры, так как даже тщательный расчет не позволяет учесть все тонкие эффекты. К тому же, получается слишком много величин, взятых приблизительно, что уменьшает точность расчетов.

Практика показывает, что для наиболее эффективной генерации тока лучше всего использовать готовые устройства, модифицированные для использования на ветряках. Рассмотрим вариант с применением тракторного и .

Генератор для ветряка за один день

Наиболее рациональным решением будет использовать готовый генератор, конструкция которого предназначена для выработки электрического тока. Единственной задачей в этом случае станет подгонка параметров устройства под условия работы от ротора ветряка, т.е. под определенную скорость вращения. Чаще всего это занимает совсем немного времени, что позволяет получить готовый генератор буквально за день.

Наиболее удачным и простым решением станет использование тракторного генератора, имеющего наиболее близкие характеристики и доступного для различных модернизаций конструкции.

Используем запчасти от трактора

Для того, чтобы генератор от трактора начал выдавать заявленную мощность, надо, чтобы ротор обеспечил довольно высокую скорость вращения - около 2000 об/мин (некоторые конструкции требуют 5-6 тыс. об.). При работе напрямую от крыльчатки это практически невозможно, требуется (как минимум, система шкивов).

Пониженная частота вращения требует изменения количества витков на обмотках. Они перематываются на большее число витков более тонким проводом (с обычных 63 витков мотают примерно 80). Также требует увеличения количества витков возбуждения, которую обычно просто доматывают до большего количества (около 250 витков). Кроме того, надо отсоединить реле-регулятор напряжения, так как никакой нужды в не больше нет.

Такие изменения корректируют работу генератора и переводят его на меньший номинал скорости вращения. При этом, использование повышающей передачи все равно необходимо, так как простым увеличением числа витков проблема не решается.

Важно! Приведенное количество витков не является точным значением для любой марки генератора. Разные конструкции нуждаются в соответствующих объемах обмоток, которые подсчитываются отдельно. Иногда приходится действовать методом проб и ошибок, так как скорость вращения ветряка не имеет стабильного значения.

Существует еще один вариант использования тракторного генератора, когда на вал устанавливаются мощные постоянные магниты . В этом случае понадобится только усилить обмотки статора, модернизация обмоток электромагнитов становится не нужна. Рекомендуется использовать мощные неодимовые магниты, позволяющие создавать довольно высокое напряжение в обмотках статора при относительно низких скоростях вращения.

Ветрогенератор из магнето

Магнето имеет несколько иную конструкцию, чем тракторный генератор. Оно оснащено двумя обмотками, низкого и высокого напряжения. Вторая обмотка не нужна, так как вольтаж, который она способна выдавать, не подойдет для ветряка. Небольшое усиление скорости ветра вызовет резкий скачок напряжения, что может вывести из строя потребители или промежуточное оборудование. Поэтому вторичную обмотку демонтируют, а первичную перематывают на большую мощность, чтобы устройство способно было выдавать результат на низких оборотах.

Кроме этого, понадобится исключить участие прерывателя. Здесь действуют двумя методами:

• физический демонтаж кулачка прерывателя;
• установка между контактами замыкающей перемычки, обеспечивающей постоянное соединение.

Использование генератора от Еврокамаза возможно при внесении небольших изменений. Конструкция такого устройства весьма близка к тракторной, но имеет более высокое напряжение и силу тока. Порядок модернизации узла такой же, перематываются обмотки и устанавливаются мощные магниты, создающие переменное магнитное поле.

Изначальная рабочая скорость вращения ротора слишком высока, поэтому потребуется увеличение количества витков на обмотках, позволяющее реагировать на малые значения скорости. После намотки рекомендуется присоединить генератор к источнику вращения (чаще всего используют электродрель) и замерить величину вырабатываемого тока. Такой предварительный замер позволит получить определенную информацию о параметрах полученного устройства и, по необходимости, внести некоторые изменения в конструкцию.

Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания . Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, или генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии ( излучения, энергии текущей воды или ветра) в .

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.

Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора . Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.

Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция , а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

• Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
• Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального : если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V ³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³ ))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.

В качестве генератора для этого ветряка был использован

Технические характеристики этого генератора.

Напряжение номинальное, 14 В

Номинальный ток 50А

Масса генератора без шкива 5,4 кг

Частота вращения номинальная 5000об/м

Частота вращения максимальная 6000об/м

Направление вращения со стороны привода правое

Ресурс генератора, 10 000 мото/часов

Но в таком виде генератор не совсем подходил в качестве генератора для ветряка, так-как рассчитан на большие обороты, и он был модернизирован. Статор генератора был перемотан проводом 0,8 мм по 80 витков с целью поднятия напряжения на тех-же оборотах. Катушка возбуждения электромагнитов была домотана тем-же проводом, домотано 250 витков. В общем провода понадобилось порядка 200 метров с учетом полной перемотки статора и домотки катушки.

>

Крепление генератора и основа сварена из профильной трубы. Конструкция сделана так, чтобы привод проходил внутри трубы и свисал вертикально в нее. Сама конструкция предполагает защиту ветроголовки от сильного ветра складыванием хвоста, для которого приварен шкворень. На этот шкворень потом оденется хвост ветрогенератора.

>

Так выглядит уже готовый ветрогенератор. Винт ветряка двухлопастной, это обусловлено потребностью в больших оборотах для генератора. Диаметр винта 1,36м, сделан из дюралюминиевой трубы диаметром 110 мм. Из нее были вырезаны две лопасти длинной 63 см, потом раскатаны чтобы уменьшить крутку и сделать их более плоскими, крутка получилась как будто их вырезали из 400 -й трубы.

>

Так-как у генератора нет залипаний, то винт стартует от любого ветерка, и развивает большие обороты. На фото ветрогенератор поднят на мачту высотой 5 метров, плюс труба самого ветрогенератора. К мачте ветрогенератор прикручивается через эту трубу в трех местах на болты М10. Так-же чтобы мачта как-то держалась, она была закреплена на растяжки. Провод от ветрогенератора проходит в трубе, токосьемные кольца не использовались.

>

>

>

>

>

Зарядка начинается при 3,5 м/с, при скорости ветра 4 м/с винт ветрогенератора развивает 300 об/м. При 700 об/м обороты достигают 800-900об/м, а при ветре 15 м/с винт разгоняется до 1500 об/м. Максимальная мощность, которая была зафиксирована 250 ватт, при ветре 6 м/с ветрогенератор выдает порядка 150 ватт.Вот так просто и легко делаются простые ветрогенераторы из доступных запчастей и материалов. Мощность конечно в этом варианте не велика, но для зарядки автомобильного аккумулятора или нескольких в самый раз.

На этом эксперименты и улучшения конструкции ветрогенератора не закончились. Для него был изготовлен новый однолопастной винт, продолжение ниже по ссылке на новую статью..,