Много-лопастной ветрогенератор на основе автогенератора

Эта ветроустановка продолжение моих экспериментов по использованию энергии ветра.За основу был взят автогенератор (точнее тракторный), мощностью 1Кватт на 24-х вольтовое напряжение. Выбор пал на этот генератор, так как достаточно сложно сейчас найти готовый двигатель на постоянных магнитах большой мощности, а этот генератор уже имеет встроенные магниты для самовозбуждения обмоток, следовательно у него отсутствуют щётки и электромагнит, что упрощает конструкцию и делает её более надёжной.

Так-же такой генератор значительно просто достать, мне например достался Б/У, который купил у знакомых всего за 50$. Все стольные части генератора сделал из «подножного» материала, который обычно валяется у меня в гараже, в общем из ненужного хлама, что в итоге сделало ветрогенератор очень дешевым.

Повторить такую конструкцию не составляет особого труда, единственное, что может составить трудности, это изготовление лопастей. Я их изготовил из алюминиевого листа толщиной 3мм и прокатал на станке придал им форму желобок, но если такой вариант не доступен, то можно использовать трубы ПВХ, или дерево, здесь я думаю всё зависит от возможностей.

Теперь подробнее о самом ветрогенераторе

За основу был взят генератор Г99.3701 применяемый в тракторной технике и обеспечивающий самовозбуждение от встроенных магнитов. Так как как этот генератор рассчитан на работу от тракторного двигателя где вращается с номинальной чистотой оборотов 4500об/м, то пришлось придумывать мультипликатор.

Так как редуктор при вращении создаёт значительную нагрузку, пришлось брать в расчёт большой диаметр лопастей. Изначально планировал многолопостную конструкцию с размахом около 2,5м, но оказалось что через редуктор генератор очень тяжело вращается и от руки очень трудно проворачивать. Пришлось брать это в расчёт и увеличивать диаметр винта до 3-х метров.

Редуктор рассчитал с передаточным числом примерно 1 к 40-ка. Прикинул номинальное вращение многолопостного ветроколеса, так как многолопостник тихоходен, да ещё таких больших размеров, то средние обороты будут прядка 110об/м, а у генератора номинал 4500обм.

Обычно в заводских ветрогенераторах номинальную мощность пишут при скорости ветра 10-12 м/с., и я взял за основу этот показатель. Ветроколесо решил использовать 12 лопастное, лопатки из 3мм. алюминия профилированы в желобок с круткой. Ширина лопатки получилась 20см., а длина 120см. Углы установки сечений можно увидеть в прилагаемой таблице. Для усиления лопастей применил дополнительный обод, изготовленный из тонкостенной стальной трубки диаметром 16мм.

Вал ветроколеса установлен на подшипниках, и через муфту от автомобиля ВАЗ соединен с редуктором у которого коэффициент передачи 1 к 31. Далее через клиноременную передачу вращение передается на генератор. Передаточный коэффициент шкивов составляет 1,3, в результате чего общий коэффициент передачи составляет округленно 1 к 40. Можно было выбрать и другую компоновку, но данное решение позволило без больших затрат проверить на практике расчетную часть путем изменения размеров шкивов.

Больше всего меня огорчил редуктор, он был такой тугой, что я его еле проворачивал рукой за вал, но стоило снять с него сальники, он вращался как детская игрушка. Но отказаться от сальников, не было ни какой возможности, ограничился только тем, что снял с них пружины.   Какое то улучшение дало, но незначительное. Не имея другого редуктора, решил увеличить немного момент и увеличил диаметр ветроколеса до 3,1 метра.

Поворотная часть выполнена на одном коническом и одном шариковом подшипнике. Увод из под ветра для ограничения мощности и буревая защита выполнена путем смещения оси мачты относительно оси ветроколеса. Хвостовая часть изготовлена из тонкостенных труб диаметром 16 мм. шарнирно соединено с поворотной платформой, и уравновешено пружинами.

Усилие пружин также рассчитывается. Ранее применялась только одна пружина и свобода отклонения хвоста только в одну сторону, и это создавало, при резком изменении направления ветра, большие гироскопические моменты из за большой массы ветроколеса. Сейчас откланяется хвостовое устройство, а затем спокойно подтягивает за собой ветроколесо.На оперение хвоста в разное время использовались разные материалы, но в последнем варианте использование ячеистой поликарбонатной плиты мне кажется предпочтительней всего. Легкий и прочный материал. Провод от генератора проходит внутри мачты, изначально хотел применить токосьёмный узел, но практика показала, что он не особо нужен.

Подробное описание процесса изготовления и все параметры описывать не буду, так как вряд ли кто-то будет воспроизводить эту конструкцию в таком виде и с такими деталями. Основная задача, поделится решениями и результатами. А если кого заинтересует данный опыт, то все расчеты которыми я пользуюсь, найдете, и рассчитаете свою конструкцию самостоятельно. Хочу отметить, что производимые работы позволяют уточнять и вносить поправки в расчетные приложения. Поэтому ветроустановка время от времени совершенствуется, дополняется, и перенастраиваться.

Единственный минус этой ветроустановки, это редуктор, который сильно тормозит крутящий момент. Из-за этого начало вращения происходит только при 3-3,5 м/с., хотя для сравнения, предыдущая моя ветроустановка 6 лопастная 1,6 метровая в тех же условиях начинает вращение при 2 м/с. Но пака нет возможности собрать новый редуктор, хотя я уже с этим фактом смерился.

Опишу немного электрическую часть

Реле регулятор, штатно установленный в генераторе пришлось заменить, так как при наборе оборотов, самовозбуждение происходит лавинообразно, и приложенная мощность начинает тормозить лопасти до срыва генерации, и далее процесс повторяется. Для устранения этого недостатка, что только я не использовал, и ШИМы применял и контроллеры программировал, пытаясь интеллектуально управлять, но лучший результат оказался более простым. Просто выкинул всё это дело, и поставил 20 ватный резистор на 40 Ом., и генератор стал себя вести подобно мотору на постоянных . По мере роста напряжения, увеличивался и ток на обмотку возбуждения.

После установки резистора при 3,5 – 4 м/с  ветрогенератор стал выдавать первый ампер тока на 24 вольтовые аккумуляторы. Более точно вычислить довольно сложно, так как массивное 20 кг. колесо работает как маховик и сглаживает непостоянство ветра. Через некоторое время произвёл расчёты и снял параметры ветроустановки, которые на таблице ниже.