Навіщо на вітряк ставити 3-фазний генератор
nik34 надіслав:
Багато саморобних вітряків забезпечуються саморобними генераторами з ротором на постійних магнітах. В Інтернеті є безліч прикладів та інструкцій як зробити такий однофазний генератор. Поговоримо про досконаліше рішення.
Трифазний генератор, це ніщо інше, як однофазний з двома додатковими обмотками, трохи зміщеними щодо першої. Як на малюнках вище.
В однофазному генераторі, для узгодженої дії всіх обмоток, вони мають бути почергово намотані у різному напрямку.
На малюнку видно, що кожна наступна обмотка намотана протилежно до попередньої. Перша за годинниковою стрілкою, друга проти годинникової стрілки. Якщо ваш ротор містить 8 постійних магнітів, то у вас має бути 8 обмоток.
У трифазному генераторі ви можете мати 3 обмотки на кожну пару магнітів. Під парою магнітів розуміється один магніт звернений північним полюсом до обмоток і один – південним. Існує безліч варіантів намотування. Наприклад, можна використовувати 8 магнітів і тільки 6 обмоток, що не перекривають один одного, або поставити 3 комплекти з 4-х послідовно з'єднаних обмоток. Нижче представлена діаграма з чотирьох магнітів з ілюстрацією розміщення кожного комплекту обмоток.
Як бачите, перша фаза перекриває тільки північні полюси магнітів і всі обмотки однієї фази намотані в одному напрямку. Дві інші фази ідентичні першої крім того, що вони зміщені. Наступна діаграма показує взаємне розміщення всіх обмоток 4-х-полюсного 3-х-фазного генератора.
Початки обмоток відзначені A, B, C, кінці – D, E, F. Вихідними цього агрегату будуть дроти A, C і E. Причина, по якій вихіддругий фази знаходиться в кінці обмотки, полягає в тому, що коли магніт проходить другу обмотку, генерується струм у протифазі струмів 1-ї та 3-ї обмотки. Щоб не мотати 2-у обмотку у зворотному напрямку, ми просто міняємо в ній місцями вхід та вихід.
Існує дві схеми з'єднання фаз у 3-фазних генераторах: "зірка" і "трикутник". Трикутник дає меншу напругу, але більший струм. Зірка навпаки – більша напруга та менший струм. При розрахунку використовується коефіцієнт, що дорівнює квадратному кореню з 3х (приблизно 1,732). Кожен набір обмоток – фаза генератора. Тому коли ви вимірюєте напругу, струм чи опір одного набору обмоток, це будуть параметри однієї фази. Коли знаєте параметри однієї фази, можна порахувати параметри " зірки " і " трикутника " . Напруга для вимірів може зніматися з будь-яких двох із трьох виходів генератора.
На нашому тестовому генераторі, наприклад, одна фаза видає 22В та 10А, у цьому випадку вихід "зірки" буде 38,1В (22*1,732) та 10А. Струм залишився таким самим як і в однієї фази, т.к. при з'єднанні "зіркою" фази з'єднуються послідовно. При з'єднанні трикутником ми отримаємо 22В і 17,32А (10 * 1,732). Якщо порахувати потужність двох схем, то вийде: 22 * 17,32 = 381Вт і 38,1 * 10 = 381Вт. І в чому переваги кожної схеми?
Зазвичай опір "трикутника" в 3 рази нижчий за опір "зірки". А т.к. за обмотками тече струм, то будуть і втрати потужності. Опір «зірки» нашого генератора становить 1,5 ом, можемо порахувати вихідну потужність. При 600 об/хв та з'єднанні "зіркою" ми отримали напруги 38В. Це близько 16 об/хв на 1В. Т.о. на 1000 об/хв можемо отримати 62,5В. Віднімемо напругу акумулятора (12,6В), що заряджається, отримаємо 49,9В на виході. При опорі 1,5 Ом струм буде49,9 / 1,5 = 33,26А. Т.о. на навантаженні отримаємо потужність 33,26 * 12,6 = 419 Вт. Не так уже й погано.
Тепер для "трикутника". На виході ми отримуємо 22В за тих же оборотів (близько 27 об/хв на 1В). На 1000 об/хв ми отримаємо 37В. Мінус 12,6В на батареї, підсумок: 24,4В. Опір "трикутника" 0,5 Ом, Струм: 24,4/0,5=48,8А, а потужність: 48,8*12,6=614Вт. Майже на 200 Вт більше.
Перевага "зірки" у вищій напрузі при нижчих обертах, що означає, що наш тестовий генератор зможе почати заряджати акумулятор на 12,6 В вже при 200 об/хв. "Трикутнику" для початку заряду знадобиться досягти 340 об/хв.
Але при цьому перевага трикутника в тому, що, досягнувши більш високих оборотів, він зможе видати більш високу потужність.
Тепер треба з'єднати виходи та перетворити змінний струм на постійний для зарядки акумуляторів. Нижче показані дві різні схеми з'єднання 3-фазних генераторів: "зірка" і "трикутник" і два різних типи випрямлячів для них: на діодах і готових діодних мостах (діодні зборки для однофазних випрямлячів). Будь-який з представлених випрямлячів може використовуватися кожної конфігурації фаз.
Та й насамкінець пара фактів про 3-фазний струм.
- Більшість сучасних генераторів у світі - 3-х-фазні. - Концепція 3-х фаз спочатку була запропонована Нікола Тесла, він і довів їх перевагу над однофазними. - В одному діапазоні потужностей три фази зазвичай на 150% більш ефективні одной. - В однофазних системах потужність падає до нуля 3 рази за кожен оборот генератора, в 3-фазних - падіння потужності до нуля протягом обороту не відбувається. Потужність, що подається на навантаження однакова в будь-який момент.дротів в однофазному при однаковій потужності.
Отже, три фази, це не набагато складніше за одну, але набагато більш ефективно.