Генератор на постійних магнітах своїми руками
popov надіслав:
Частина 3. Докладно розглянуто виготовлення класичного низькооборотного генератора на постійних магнітах потужністю близько 35Вт при 200 об/хв і близько 160Вт при 400 об/хв.
7. Перевірка та підключення
До використання генератора на постійних магнітах його слід ще раз перевірити: виправити недоліки зараз набагато легше, ніж коли генератор на постійних магнітах буде змонтований на верхівці щогли.
7.1 Перевірка механіки
Закріпіть профіль із віссю вертикально у лещатах (вісь при цьому горизонтальна, як і буде при використанні генератора на постійних магнітах у вітряку). Магнітні ротори можуть вільно обертатися. Перевірте, що дроти не коротять (генератор на постійних магнітах при цьому обертається важко).
7.1.1 Перевіряємо вільне обертання роторів.
Закрутіть ротор та послухайте звук. Не повинно бути ніяких шурхотів або поскрипування при обертанні роторів, вони повинні обертатися вільно кілька секунд і поступово зупинитися. Якщо вони зупиняються різко, значить десь проблеми з електрикою або підшипник перетягнути.
Візьміться за статор двома руками. Спробуйте похитати його туди-сюди, закрутивши ротори. Статор не повинен торкатися роторів. Якщо все-таки торкання є (визначте по звуку), то генератор треба розібрати і збільшити проміжок між роторами і статором. Або як варіант підрегулювати висоту кріплення ротора.
Зафіксуйте ротор у позиції, при якій одна зі шпильок знаходиться на 3-х годинах (рис нижче). Підвісьте вантаж у 100г до цієї шпильки. Ротор повинен повернутися за годинниковою стрілкою. Якщо він не повертається, значить підшипник перетягнутий або змащений занадто рясно.
7.1.2 Перевірка балансу.
Ротори ми вже балансували раніше (див. пункт 6.1 Балансування ротора - Генератор на постійних магнітах своїми руками. Частина 2.). Але тепер, коли генератор остаточно зібраний, процедуру балансування треба повторити.
Зафіксуйте ротор так само, як і в попередньому розділі (мал. вище), повторіть перевірку з кожною з 4 шпильок. Спробуйте підвішувати до шпильок різні грузики. Знайдіть мінімальну вагу, яка виводить ротор з рівноваги. Якщо для якоїсь зі шпильок потрібна значно більша вага, то це означає, що ротор не збалансований. Прикріплюйте до ротора невеликі грузики, доки він не буде збалансований.
Так само потім треба буде відбалансувати ротор з прикріпленими до нього лопатями вітряка.
7.2 Перевірка електричної частини
7.2.1 Перевірка з'єднання котушок
Для перевірки електрики корисно мати мультиметр, але можна обійтися лампочкою на 3 вольти (див. мал. нижче).
• З'єднайте дроти 1В – 4А, 2В – 5А, 3В – 6А (це послідовне з'єднання однофазних пар котушок)
• Поставте діапазон мультиметра на 10В.
• Підключіть мультиметр або лампочку до 1А та 4В
• Повертайте ротор зі швидкістю близько 1 об/сек
• Мультиметр повинен показати близько 2В, лампочка має заморгати
• Повторіть тест із наступними парами провідників: 2А та 5В, 3А та 6В. Ефект має бути аналогічним
Якщо ефекту немає або він малий, перевірте для початку з'єднання провідників 1В – 4А, 2В – 5А, 3В – 6А. Якщо з ними все нормально, то, можливо, при виготовленні статора одна з котушок виявилася реверсною (покладеною нагору ногами).
Для виявлення такої котушки слід провести наступний тест (див. рис.нижче). З'єднайте 4В-2А, 5В-3А. Перевірте ефект між 1А і 6В - напруги бути НЕ ПОВИННО, або вона буде зневажливо мало. Якщо напруга таки є, то послідовно змінюйте місцями А і В по черзі в кожній парі, доки напруга не пропаде.
Коли реверсна котушка виявлена, правильно переважте ярлички А і В.
У цьому тесті напруга не дорівнює нулю через те, що котушки розташовані в статорі ідеальним чином. Якщо в результаті тестів не вдається отримати напругу менше 1В, то вам доведеться змиритися з нижчим виходом потужності вашого генератора на постійних магнітах, або виготовити новий статор, звертаючи увагу на симетричне розташування котушок, суворо витримуючи відстань між ними.
7.2.2 Перевірка обладнання постійного струму
Після проведення та успішного завершення всіх попередніх тестів підключіть випрямляч, як на малюнку нижче. З'єднайте дроти 1А, 2А, 3А разом. Підключіть кожний провід 4В, 5В та 6В до одного з входів змінного струму випрямляча. Це з'єднання типу "зірка". До виходу підключіть лампочку чи мультиметр.
Закрутіть ротор рукою близько 1 об/сек. Мультиметр повинен показувати близько 4В (якщо лампочка підключена паралельно – то 3В). Лампочка має горіти рівно, а не моргати як у попередніх тестах.
Якщо немає напруги, або лампочка все-таки моргає, це означає неправильну комутацію або битий випрямляч.
Можна обійтися без лампочки з мультиметром. Просто з'єднайте плюс і мінус випрямляча разом (зробіть КЗ) і спробуйте обертати ротор. Опір зусилля має бути відчутним та постійним. Якщо ротор «опирається» стрибками або тремтить, то щось неправильно.
7.2.3 Підключення доакумулятору: зірка та трикутник
Для низьких швидкостей обертання генератора на постійних магнітах з'єднайте обмотки зіркою, якп. 7.2.2
Перевірка обладнання постійного струму.
Для сильного вітру та, відповідно, більшого струму, з'єднайте котушки трикутником (див. мал. нижче)
Також можна поставити реле для перемикання між зіркою та трикутником:
В принципі, можна поставити мікроконтролер для вимірювання швидкості обертання та перемикання між зіркою та трикутником. Але це навряд чи вписується до бюджету проекту «своїми руками».
За великим рахунком, можна взагалі не перемикати з'єднання зірка – трикутник при зміні швидкості вітру, але тоді генератор на постійних магнітах видаватиме меншу потужність. Варіанту два:
• Якщо ви очікуєте переважно низькі швидкості вітру, зробіть з'єднання трикутником і все. Якщо висока швидкість вітру буде рідко, нічого з генератором на постійних магнітах не станеться
• Якщо у вас все-таки часто дмуть сильні вітри, то намотайте по 200 витків котушки дротом 1,2 мм. Потім з'єднайте одну групу котушок зіркою, а одну трикутником, як на малюнку нижче.
Кабель від генератора до акумулятора можна зробити або 3-х фазним змінного струму, або постійного струму. Використання змінного струму лише трохи зменшує втрати.
При напрузі 12 В діаметр кабелю має бути більшим. Навіть якщо струм буде лише 15 А, то для відстані 20м треба використовувати кабель з жилами як мінімум по 3мм.кв. (якщо постійний струм). Навіть у такому кабелі втрати становитимуть близько 15%. Для більшої довжини кабелю треба використовувати великі діаметри жил, і що довше, то товщі.
7.2.4 Заряджання акумулятора
12 Вольт стандартного акумулятора – безпечна напруга. Однак, якщо генератор відключений від акумулятора і крутиться досить швидко, напруга холостого ходу може досягти 50 В, а це досить чутливо. Тому навантаження від генератора краще не вимикати.
Інша небезпека – коротке замикання на акумуляторі, що може призвести до нагрівання та займання кабелю. Обов'язково ставте запобіжник на кожний провід, підключений до плюсової клеми акумулятора (див. мал. нижче)
Свинцево-кислотний акумулятор не можна повністю розряджати. При пропаданні вітру обов'язково слідкуйте за рівнем заряджання акумуляторів і вчасно відключайте навантаження. Ключовим є рівень напруги – якщо воно нижче 11,5 вольт, акумулятор не можна розряджати більше.
Ідеальний режим заряджання – малий струм протягом тривалого часу. Великий струм допустимо лише на початковому етапі заряджання, коли акумулятор розряджений.
Перезаряджання батарей теж шкідливе - пластини перегріваються і псуються. Якщо напруга більша, ніж 14 вольт, то зарядку треба припинити.
Рівень заряджання акумулятора регулюйте струмом навантаження. В принципі, існує недорогий пристрій для контролю напруги акумулятора та відповідного регулювання струму навантаження.
8. Додаткова інформація
8.1 Епоксидка
Поліестерова смола
Поліестер – синтетична речовина типу пластмаси, використовується в будівництві склопластикових човнів, деталей кузова машин, і тп. У поліестеровій смолі зазвичай є різні добавки - для більшої твердості або, навпаки, для більшої пружності. Якщо вам потрапить смола з добавкою поліестеру – попередньорозпитайте продавця про її властивості.
Зміцнювачі
Є два варіанти зміцнити конструкцію, відлиту з епоксидки: це добавка перекису та кобальту.
Кобальт – рідина пурпурового кольору. Коли купите її, спитайте продавця про пропорції. Кобальт можна заливати в смолу заздалегідь, але зберігати смолу з добавкою кобальту треба у темному місці, інакше вона застигне.
Перекис – небезпечний хімікат. Зберігайте його у ПВХ-ємності, у темряві, при температурі нижче 25 градусів. Ніколи не змішуйте перекис із кобальтом (хіба що кобальт був раніше доданий у смолу і його концентрація вже низька), інакше суміш вибухне. Додайте не більше 1-2% перекису у смолу, інакше вона перегріється.
Безвоскова «повітряна» смола типу «Б»
Тіксотропічна добавка
Це спеціальний порошок (дуже тонко помелений кварц), додасться в смолу для густини. Для нашої мети він не потрібний, але якщо він уже доданий до смоли, то нічого страшного.
Стиреновий мономер
Близько 35% усієї смоли – стиреновий мономер. Це робиться для розрідження смоли. Вона має неприємний запах. У заливальну смолу можна додати до 10% смоли – стиренового мономеру.
Пігмент, що фарбує, потрібен для надання виливку кольору. Додайте пігмент (максимум – 10%) в першу заливку, яка буде розподілена по всій формі заливки. Пігмент додавати необов'язково, без нього виливки будуть прозорими, а котушки та магніти добре видно. У цьому є свій шарм.
Склотканина
Без склотканини смола не має потрібної міцності. Склотканина продається у вигляді листів або нарізки волокон. Використовуйте склотканинні листи для прокладки у форми, а нарізку волокон можна висипати в смолу, що надасть виливу великої міцності. Особливо має сенсзробити це з роторами.
Це дешевий наповнювач, який можна змішувати зі смолою після додавання до неї пероксиду. Тальк робить смолу густішою і зменшує її витрату. Пропорція смолу: тальк може досягати 1:2 без зменшення міцності. Тальк також зменшує нагрівання під час застигання смоли.
8.2 Використання генератора на постійних магнітах для міні-ГЕС
Наш генератор на постійних магнітах ідеальний як для ГЕС з невеликим перепадом і низькою швидкістю потоку, так і для ГЕС на більш потужному потоці, так як генератор може бути налаштований як для генерації лише кількох ват, так і кількох сотень ват.
У порівнянні з вітрогенерацією використання генератора для міні-ГЕС може призвести до іржавіння металевих деталей через постійну вологість. Щоб уникнути цього, використовуйте гальванізовані або оцинковані металеві частини.
Для використання генератора на постійних магнітах для міні-ГЕС до зовнішнього ротора треба зробити найпростіше колесо з лопатями.
Ось деякі приклади використання генератора на постійних магнітах для міні-ГЕС:
При більших оборотах генератор виробить більше електроенергії. Збільшення швидкості вдвічі призведе до збільшення вдвічі напруги. Якщо котушки намотані надто тонким дротом, він може перегрітися і тоді ККД впаде. Можна обміркувати використання води для охолодження генератора.
Тим не менш, використання генератора на постійних магнітах в режимі високих оборотів для міні-ГЕС безпечніше, ніж для вітряка: міні-ГЕС не виникає гіроскопічних сил, що згинають генератор при його повороті.
Якщо вам не потрібна напруга вище 12 вольт, то при високих оборотах можна змінити комутацію котушок статора, і з'єднати їхпаралельно, а чи не послідовно. Або можна заздалегідь намотати котушки меншою кількістю витків, але більш товстим дротом. Другий варіант кращий, оскільки дозволить уникнути паразитних струмів, що виникають і в «зірці», і в «трикутнику».
Приклад використання генератора на постійних магнітах для міні-ГЕС можна знайти тут: