Конструкция и расчёт аксиального генератора на постоянных магнитах

Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800. Для многолопастных конструкций, которые прекрасно стартуют и работают на малом ветре 3-4м/с, обычно увеличивают число полюсов до 16-ти. Так как многолопастные конструкции менее оборотистые, при стабильном ветре от 3-хм/с 90-300об/м.

Толщина диска обычно делается равной толщины магнитов,но для более мощных неодим магнитов толщину статора можно делать на 2-4мм толще, так-как большие магниты обладают большой силой электромагнитного тока и глубоко приникают.Это позволит немного поднять общую мощность генератора за счёт более больших катушек, но если магниты небольшие, то в более толстом статоре будет недобор мощности из-за слабого магнитного поля. Увеличивать толщину статора стоит если сила притяжения магнитов выше 12-16кг каждого по отдельности, а так лучше равной толщины магнитов.

Для наших регионов более подходят ветряки с 16 полюсами, хотя всё зависит от данной местности. Соединение катушек лучше делать в одну фазу, так как при небольших оборотах напряжение достаточно слабое для зарядки, а катушки соединённые последовательно дают больше напряжение в вольтах и следовательно зарядка аккумулятора начинается раньше, хотя сила тока по слабее чем при соединении в звезду, но схема звезда работает от более больших оборотов.

Ниже на рисунке изображена схема соединения катушек , слева последовательное, а справа звезда.

Размеры лопастей можно высчитать, но они обычно подбираются на практике, так как везде свои ветровые особенности. Если делать аксиальный ветрогенератор по классической схеме на ступице от «восьмёрки», то если применять три лопасти, надо делать диаметр порядка 2 метра, то есть лопасти длинной около 120см.

Если делать лопасти из ПВХ трубы диаметром 150 мм.(канализационная труба), то можно делать 6 более коротких лопастей, длинной около 90 см.Но под наши слабые ветра лучше делать диаметр с запасом и более прочные лопасти с расчётом на сильный ветер.

Защиту ветрогенератора от сильного ветра в основном выполняют по классической схеме методом увода лопастей от ветрового потока складыванием хвоста.Сама конструкция схемы увода из под ветра достаточно проста, но требует настройки. В такой конструкции сам генератор немного смещён от цента оси горизонтального вращения ветряка, обычно эта величина составляет 10см.

На поворотной оси приваривается крепление под углом 20гр. относительно оси, и 45 градусов относительно оси вращения ветрогенератора. Длина хвостовой балки равна радиусу винта, а площадь хвостового «оперения» 10-15% от площади лопастей. Вес хвостовой части подбирается из расчета общего баланса ветрогенератора относительно поворотной оси, или немного тяжелее. Если хвост перевешивает центр тяжести относительно оси, то его площадь около 10% от площади лопастей, а если немного легче и перевешивает винт, то 15% и даже больше.

На практике хорошо сделанные ветрогенераторы выдерживают и сильный ветер без какой либо защиты, я думаю защита для небольших ветряков не столь актуальна. Просто нужно делать все детали с учетом больших нагрузок, ну а при штормовом предупреждении можно ветряк на какое-то время и опустить, так как здесь может и защита —увод лопастей из под ветра не спасти, ветряк просто сдует вместе с мачтой.

Для защиты ветряка от ураганов лучше сделать мачту таким образом чтобы она легко поднималась и опускалась. Высота мачты естественно чем выше, тем лучше, но на открытой местности достаточно и 6-9 метров.

Электрооборудование для контроля зарядки аккумуляторов обычно тоже самодельное, благо различных схем контроля предостаточно.Но контролировать зарядку АКБ можно и самому. Достаточно поставить вольтметр, и изредка посматривать на напряжение аккумулятора. Если напряжение выше 14,5 вольт, то аккумулятор заряжен и его нужно отключить от ветряка, а если напряжение в АКБ меньше 11 вольт, то он разряжен, и от него стоит отключить все потребители и дождаться подзаряда от ветряка. На практике можно визуально контролировать зарядку и без приборов оценивая примерное количество влитого тока и потраченного.

Если напряжение холостого тока генератора не превышает 27 вольт,а под нагрузкой 10-17 вольт в зависимости от оборотов, то стабилизаторы тока не нужны, так как аккумулятор сам выравнивает напряжение в соответствии со своим, при этом на ветряке при разных оборотах изменяется не величина тока в вольтах, а сила тока в амперах. Таким образом зарядное напряжение всегда остаётся стабильным. Размеры буферного аккумулятора чем больше тем лучше, но конечно в разумных пределах.

Если ветряк в сутки вырабатывает около 2Кв, то и аккумулятор нужно примерно такой-же мощности, это по ёмкости где-то 166А. Значит нужен один аккумулятор на 180-200А/ч. Но при этом и потребление электроэнергии надо рассчитывать не более 2-х Кватт в сутки, и ориентироваться на эти параметры при использовании тока от буферной батарей. Обычно к 12-ти вольтовой батареи подключают автомобильный инвертор, который из 12-ти делает 220вольт, при этом тратя на свою работу около 30% энергии в виде преобразования и тепловых потерь. То-есть при использовании инвертора около 30% энергии уходит на преобразование и в конечном итоге энергии получаем меньше чем в аккумуляторе.

На что-же можно рассчитывать при такой схеме состоящей из ветряка, который при обычном ветре даёт около 100 ватт. Понятно что при ветре в 10м/с ветряк даёт и 500 ватт как обычно пишут в характеристиках, но такой ветер бывает нечасто, а в основном 3-5м/с, и при этих скоростях ветряк даёт 80-150ватт, а в среднем 100ватт. Значить в сутки около 2,4Квватта, которые копятся в буферной АКБ. В месяц при такой мощности выработка энергии составит около 65Кватт.На что их хватит.

Да, для полноценного питания дома этого мало, а вот для дачи в самый раз, так как этого хватит для каждодневного использования энергосберегающих ламп для освещения, так-же для работы ТВ и ноутбука. Можно даже мощный электрочайник вскипятить пару раз в сутки, но для его подключения нужен мощный инвертор, или использовать автомобильный 12-ти вольтовый небольшой чайник. В общем для большей эффективности основную часть потребителей лучше использовать 12-ти вольтовые автомобильные.

К примеру у меня в квартире расход энергии составляет 60-70 Кватт в месяц, эта энергия тратится на освещение моей квартиры,три энергосберегающие лампы общим потреблением 60ватт, телевизор 120 ватт, небольшой холодильник-точно не знаю , ноутбук-120 ватт, и зарядки для мобильного-можно не считать. А готовка еды происходит на газу.Вот для этих целей и хватит такой ветроустановки (свет, ТВ, ноут, мини холодильник, и др. мелочь).

Выводы: При построении генератора лучше использовать 16 катушек, намотанных по 60 витков эмальпровода,соответствующей толщины, чтобы катушки были не слишком маленькие, но и уместились на статоре. Количество магнитов 32, по 16 на диске. Толщина статора равная толщине применяемых магнитов. Зашита может и не примяться если есть возможность опускать мачту, или сам ветряк достаточно прочен чтобы выдерживать сильные ветра.

Более подробно о отдельных элементах смотрите на других страницах, а так-же в обзорах самодельных конструкций ветрогенераторов.