Як я побудував вітрогенератор
nik34 надіслав:
Серія з кількох статей про те, як було побудовано саморобний вітрогенератор. Починаючи від виготовлення лопатей і закінчуючи електронікою контролера. Автор: Mike Davis
Частина 3. Виготовлення флюгера та остаточне складання
Тепер треба було зібрати турбіну. Вважаючи, що все повинно бути просто, наскільки можливо, мотор я притягнув двома хомутами до шматка дошки перетином 5×10 см. Довжина дошки була розрахована високонауковим методом, шляхом вибору найдовшого відрізка, що валяється в купі мотлоху. Зі шматка 100 мм ПВХ труби я вирізав кожух, щоб захистити мотор від негоди. Хвіст, завдяки якому флюгер розгортався б за вітром, я вирізав їх шматки алюмінієвого листа. Я побоювався, що хвіст буде замало, на як виявилося, працював він добре. Для тих, хто любить плани, креслення, схеми, я вказав на фотографії кілька розмірів. Хоча сумніваюся, що хоч один із них може бути критичним.
Це фотографія зібраного флюгера з іншого боку.
Потім я почав міркувати про те, як зробити щоглу і підшипник, який дозволяв би флюгер легко розвертатися за вітром. Під час мозкового штурму я провів у магазині багато годин. Зрештою, як мені здалося, я знайшов непогане рішення. Я помітив, що сталева труба діаметром 1" з мінімальним тертям обертається всередині сталевої труби EMT 1¼", що використовується при прокладці електропроводки. Тоді як щоглу можна використовувати довгу трубу 1", а на її кінцях водопровідні фітинги 1". До флюгера, на відстані 19 см від генератора, я привернув сталевий дюймовий фланець і ввернув у нього шмат труби довжиною 25 см. Цей шматок, вставлений у щоглу, міг би обертатися в ній не гірше, ніж у підшипнику. Провід від двигуна япропустив би щоглу через отвір, просвердлений у дошці флюгера. Геніально! (Якщо можна так говорити про себе).
Основу щогли діаметром 60 см я вирізав із фанери. Потім зробив U-подібну конструкцію із водопровідних фітингів, вставивши трійник посередині. Трійник вільно обертається, що згодом дозволить мені опускати щоглу. Після цього, через перехідник з 1¼" на 1", я привернув відрізок труби довжиною 30 см. Пізніше між перехідником і трійником я вставив ще один 1" трійник, через отвір якого можна було б випустити проводи, що йдуть від флюгера. В останній момент я просвердлив отвори в дерев'яному колі, щоб мати можливість закріплювати основу на землі за допомогою шпильок.
На цій фотографії флюгер та основа показані разом. Тепер ви можете уявити, як виглядатиме вся конструкція після того, як дві частини будуть з'єднані триметровою трубою. Однак будівництвом генератора я займався у Флориді, а використовувати його збирався в Арізоні. Везти довгу трубу через усю країну мені не хотілося. Але тоді виходило, що турбіна не буде остаточно зібрана і повністю випробувана, доки я не доїду до місця. Від цього мені було трохи неспокійно.
Потім усі дерев'яні деталі пофарбував у два шари білою латексною фарбою, що залишилася від іншого проекту. На цій фотографії можна також побачити свинцеву противагу, яку я прикріпив під хвостом, щоб збалансувати флюгер.
Останній знімок зроблений після того, як вітроколесо було приєднано до двигуна. Складання генератора закінчено.
Частина 4. Контролер заряду - пошук рішення
У мене не було можливості перевірити свій пристрій до від'їзду до Арізони. Щоправда, одного вітряного дня, я взявгенератор в руки, вийшов на вулицю і підняв його високо над головою, щоб дізнатися, як він обертатиметься. За лічені секунди лопаті набрали жахливі обороти (адже навантаження у генератора не було) і я усвідомив, що не маю поняття, як опустити генератор на землю, не розрубавши себе на шматочки. На щастя, врешті-решт мені вдалося відвернути його від вітру і сповільнити обертання. Ще раз подібної помилки я не вчиню.
Тепер, коли всі частини генератора були у мене в руках, настав час подумати про електронну частину проекту. Вітроелектростанція повинна складатися з вітрогенератора, однієї або кількох акумуляторних батарей, для збереження енергії, що отримується від генератора, блокувального діода, який не дозволяє генератору розкручуватися від напруги акумуляторів, баластового навантаження для «зливу» надлишкової енергії після повного заряду акумуляторів, і керувати контролера.
Для цілей сонячної та вітроенергетики розроблено безліч контролерів. Багато можна купити на Ebay. Але я вирішив зробити свій, і знову поліз у Googlе. Інформація знайшлося багато, включаючи повні принципові схеми контролерів заряду. За основу своєї схеми я взяв цю:
На цьому сайті все описано в найдрібніших подробицях, тому я торкнуся опису контролера в досить загальних виразах. Як і у випадку генератора, керуючись чужими рекомендаціями, я багато зробив по своєму. Насамперед через те, що будучи з ранніх років затятим радіоаматором, я накопичив величезну кількість деталей, які вирішив неодмінно використовувати, щоб якомога менше купувати в магазині. Я не так сильно переробив схему, але зрештою. Вийшло так, що купувати мені довелося лише реле.
Незалежно від того, покупна у вас турбіна, або саморобна,контролер нею потрібен завжди. Основне призначення контролера полягає в тому, щоб відстежувати напругу на акумуляторах і спрямовувати енергію турбіни або в акумулятори, або якщо акумулятори повністю зарядилися, в додаткове навантаження. Схема та пояснення з наведеного вище посилання добре пояснюють принцип його роботи.
Ось фотографія зробленого мною контролера.
Спочатку всі деталі я привернув до листа фанери. Згодом я змонтую їх у водонепроникному корпусі.
Невелика макетна плата по центру в нижній частині фотографії, з мікросхемами та іншими деталями – власне, є контролер. На сріблястому куточку під макетною платою встановлені дві кнопки, за допомогою яких я можу вручну перемикати струм генератора або на акумулятори, або на додаткове навантаження. У великому чорному тепловідводі в нижньому лівому куті знаходяться два блокувальні діоди на струм 40 А. Поки що я використовую тільки один, але другий знадобиться, якщо я захочу поставити ще один вітрогенератор або сонячну батарею. Подвійний ряд золотистих прямокутників вгорі - це навантаження, що гасить, зібрана з потужних резисторів. Опір кожного резистора 2 Ом. Вони використовуються для відведення потужності турбіни при повному заряді акумулятора, і крім того, є еквівалентом навантаження при випробуваннях турбіни. Надалі я планую використовувати цю енергію будь-яким корисним способом. Наприклад, для нагрівання води або для заряду ще одного акумулятора. Нижче навантаження, що гасить, зліва встановлений головний запобіжник вітрогенератора. Невеликий сірий кубик – це автомобільне реле на 40 А. Саме воно перемикає струм турбіни між акумулятором та навантаженням. Праворуч розташувався ряд клемних контактів, за допомогою яких я проводжу всі зовнішні підключення.
Частина 5. Контролер заряду - схема
При напрузі акумулятора між 11.9 і 14 В, контролер може перемикати систему між зарядом і віддачею струму в навантаження. Пара кнопок дозволяє мені робити ці перемикання будь-коли, незалежно від контролера. Дуже зручно при налагодженні пристрою.
Жовтий світлодіод запалюється під час заряджання акумулятора. Коли акумулятор заряджений, і надмірна потужність відводиться в додаткове навантаження, світиться зелений світлодіод. Таким чином, я маю мінімальний зворотний зв'язок, що дозволяє зрозуміти, що відбувається у системі. Крім того, за допомогою мультиметра я можу вимірювати напругу у будь-яких точках. Все це не дуже зручно. Як тільки у мене дійдуть руки до того, щоб упакувати конструкцію у відповідний корпус, я неодмінно додам вольтметр і амперметр, можливо, від автомобільного приладового щитка.
Я використовував свою зібрану на аркуші фанери схему, щоб за допомогою зовнішнього джерела живлення імітувати різні режими заряду і розряду акумулятора, і налаштувати контролер. Встановлюючи напругу 11.9, а потім 14, я виставив підстроювальними резисторами необхідні пороги. Зробити це слід до від'їзду, оскільки займатися налаштуванням у полі ніякої можливості в мене не було б.
Дослідивши докладніше правила заряду свинцевих акумуляторів, верхній поріг я встановив рівним 14.8 В. Крім того, від брата мені дісталися герметичні свинцеві акумулятори, якими я і замінив звичайні спочатку.
Я зрозумів, що в першу чергу треба підключати до контролера акумулятор, і тільки потім вітрогенератор або сонячну батарею. Якщо генератор підключити першим, хвилі напруги не згладжуватимуться акумулятором, контролер працюватиме неправильно, реле хаотичноперемикатися, а кидки напруги приведуть до виходу з ладу мікросхем. Коротше, завжди підключайте першу акумуляторну батарею, а вітрогенератор слідом за нею. І навпаки, розбираючи систему, переконайтеся насамперед, що генератор вимкнено. Батарею відключайте останню.
Зрештою, представлю вам принципову схему. Вона лише трохи відрізняється від прототипу, посилання на який я наводив вище. Як я говорив раніше, деякі деталі я замінив на ті, які вже були у мене, щоб не витрачатися на покупку нових. Раджу вам чинити також. Зовсім не обов'язково повторювати схему один на один.
Переклад текстів малюнку
Зрештою, проект завершено. До мого від'їзду залишився лише тиждень. Пролетіла вона швидко. Я розібрав турбіну і ретельно запакував усі деталі та інструменти, необхідні, щоб зібрати турбіну після поїздки через всю країну. Зануривши все в машину, я вдруге поїхав на свою ділянку в Аризоні, цього разу з надією, що хоч якась електрика в мене там буде.