Як зробити кроковий двигун власноруч. Як працює кроковий електродвигун? Як працює кроковий двигун

Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор:

Великі лопаті повільно, але правильно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.
Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працюючу і, наприклад, акумулятори, що заряджають або живить світлодіоди.

Крокові двигуни

Одним із найбільш ефективних варіантів невеликого саморобного вітроелектрогенератора є використання крокового двигуна(ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) - у такому моторі обертання валу складається з невеликих кроків. Обмотки крокового двигуна поєднані у фази. При подачі струму в одну із фаз відбувається переміщення валу на один крок.
Ці двигуни є низькооборотнимиі генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуна Стірлінга або іншого низькооборотного джерела потужності. При використанні як генератор звичайного (колекторного) двигуна постійного струмудля досягнення таких самих результатів знадобилася б у 10-15 разів більша частота обертання.
Особливістю кроковика є досить високий момент торкання (навіть без підключеного до генератора електричного навантаження), що досягає 40 г сили на сантиметр.
Коефіцієнт корисної діїгенератора із ШД досягає 40 %.

Для перевірки працездатності крокового двигуна можна підключити, наприклад червоний світлодіод. Обертаючи вал двигуна, можна спостерігати свічення світлодіода. Полярність підключення світлодіода немає значення, оскільки двигун виробляє змінний струм.

Кладезем таких потужних двигунів є п'ятидюймові дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.

Двигун 1

Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25″ дисководу, який працював ще у складі ZX Spectrum- сумісного комп'ютера "Байт".
Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблено висновки - разом із двигуна виведено шістьпроводів:

перша обмотка (англ. coil 1) – синій (англ. blue) та жовтий (англ. yellow);
друга обмотка (англ. coil 2) – червоний (англ. red) та білий (англ. white);
коричневі (англ. brown) дроти - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).

розібраний кроковий мотор

Зліва видно ротор двигуна, у якому видно " смугасті " магнітні полюси - північний і південний. Правіше видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.
Опір половини обмотки становить ~70 Ом.

Я використав цей двигун у початковій конструкції мого вітрогенератора.

Двигун 2

Перебуває у моєму розпорядженні менш потужний кроковий двигун T1319635фірми Epoch Electronics Corp.зі сканера HP Scanjet 2400має п'ятьвисновків (уніполярний мотор):

перша обмотка (англ. coil 1) - помаранчевий (англ. orange) та чорний (англ. black);
друга обмотка (англ. coil 2) – коричневий (англ. brown) та жовтий (англ. yellow);
червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).

Опір половини обмотки становить 58 Ом, що вказано на корпусі двигуна.

Двигун 3

У покращеному варіанті вітрогенератора я використав кроковий двигун Robotron SPA 42/100-558, Вироблений в НДР і розрахований на напругу 12 В:

Вітротурбіна

Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора – горизонтальне та вертикальне.

Перевагою горизонтального(найпопулярнішого) розташуванняОсі, що розташовується за напрямом вітру, є ефективніше використання енергії вітру, недолік - ускладнення конструкції.

Я обрав вертикальне розташуванняосі - VAWT (vertical axis wind turbine), що суттєво спрощує конструкцію та не вимагає орієнтації за вітром . Такий варіант більш придатний для монтування на дах, він набагато ефективніший в умовах швидкої та частої зміни напряму вітру.

Я використовував тип вітротурбіни, званий вітротурбіна Савоніуса (англ. Savonius wind turbine). Вона була винайдена у 1922 році Сігурдом Йоханнесом Савоніусом (Sigurd Johannes Savonius) з Фінляндії.

Сігурд Йоханнес Савоніус

Робота вітротурбіни Савоніуса полягає в тому, що опір (англ. drag) набігає потоку повітря - вітру увігнутої поверхні циліндра (лопаті) більше, ніж опуклою.

Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $C_D$

двомірні тіла:
увігнута половина циліндра (1) - 2,30
опукла половина циліндра (2) - 1,20
плоска квадратна пластина - 1,17
тривимірні тіла:
увігнута порожня напівсфера (3) - 1,42
опукла порожня напівсфера (4) - 0,38
сфера – 0,5
Зазначені значення наведено для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) у діапазоні $10^4 - 10^6$. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла у середовищі.

Сила опору тіла повітряному потоку $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, де $\rho$ - щільність повітря, $v$ - швидкість повітряного потоку, $S $ - площа перетину тіла.

Така вітротурбіна обертається в той самий бік, незалежно від напрямку вітру:

Подібний принцип роботи використовується у чашковому анемометрі (англ. cup anemometer)- прилад для вимірювання швидкості вітру:

Такий анемометр був винайдений в 1846 ірландським астрономом Джоном Томасом Ромні Робінсоном ( John Thomas Romney Robinson):

Робінсон вважав, що чашки в його чотиричашковому анемометрі переміщуються зі швидкістю, що дорівнює одній третині швидкості вітру. Насправді це значення коливається від двох до трохи більше трьох.

В даний час для вимірювання швидкості вітру використовуються тричашкові анемометри, розроблені канадським метеорологом Джоном Паттерсоном. John Patterson) у 1926 році:

Генератори на колекторних двигунах постійного струму з вертикальною мікротурбіною продаються на eBayза ціною близько $5:

Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані вздовж двох перпендикулярних осей, з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм та висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125H670. Номінальна напруга живлення такого двигуна становить 3...12 В.
Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.

Швидкість обертання вітротурбіни Савоніуса не може перевищувати швидкість вітру , але при цьому така конструкція характеризується високим крутним моментом (англ. torque).

Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши потужність, що виробляється вітрогенератором, з потужністю, укладеною у вітрі, що обдує турбіну:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , де $\rho$ - щільність повітря (близько 1,225 кг/м 3 на рівні моря), $S$ - площу турбіни (англ. swept area), $ v $ - швидкість вітру.

Моя вітротурбіна

Варіант 1

Спочатку в крильчатці мого генератора використано чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:

Розміри сегментів -
довжина сегмента – 14 см;
висота сегмента – 2 см;
довжина хорди сегмента – 4 см;

Я встановив зібрану конструкцію на досить високій (6 м 70 см) дерев'яній щоглі з бруса, прикріплену шурупами до металевого каркасу:

Варіант 2

Недоліком генератора була досить висока швидкість вітру, необхідна розкручування лопатей. Для збільшення площі поверхні я використовував лопаті, вирізані з пластикових пляшок:

Розміри сегментів -
довжина сегмента – 18 см;
висота сегмента – 5 см;
довжина хорди сегмента – 7 см;
відстань від початку сегмента до центру осі обертання – 3 см.

Варіант 3

Проблемою виявилася міцність утримувачів лопатей. Спочатку я використав перфоровані алюмінієві планки від радянського дитячого конструктора завтовшки 1 мм. Через кілька діб експлуатації сильні пориви вітру призвели до зламу планок (1). Після цієї невдачі я вирішив вирізати тримачі лопатей з фольгованого текстоліту (2) товщиною 1,8 мм.

Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно до пластини становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію - 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $E$ (70000 МПа) набагато більше, ніж текстоліт (10000 МПа), тобто. тексоліт набагато еластичніший за алюміній. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.
Вітрогенератор змонтований на щоглі:

Досвідчена експлуатація нового варіанта вітрогенератора показала його надійність навіть за сильних поривів вітру.

Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність - лише близько 15 % енергії вітру перетворюється на енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбіною Дар'ї(англ. Darrieus wind turbine)), що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дар'є (Georges Jean Marie Darrieus) -патент США від 1931 року № 1,835,018 .

Жорж Дар'ї

Недоліком турбіни Дар'ї є те, що у неї дуже поганий самозапуск (для вироблення моменту, що крутить, від вітру турбіни вже повинна бути розкручена).

Перетворення електроенергії, що виробляється кроковим двигуном

Висновки крокового двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шоттки зниження падіння напруги на діодах.
Можна застосувати популярні діоди Шоттки 1N5817з максимальною зворотною напругою 20 В, 1N5819- 40 В та максимальним прямим середнім випрямленим струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.
Також можна використовувати два випрямлячі із середньою точкою. Такий випрямляч вимагає вдвічі менше діодів, але при цьому і вихідна напругазнижується вдвічі.
Потім пульсуюча напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра - конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеної напруги генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В.

схема мого вітрогенератора

електронний блок мого вітрогенератора

Застосування вітрогенератора

Напруга, що виробляється вітрогенератором, залежить від величини і сталості швидкості вітру.

При вітрі, що колишає тонкі гілки дерев, напруга сягає 2...3 ст.

При вітрі, що колишає товсті гілки дерев, напруга досягає 4...5 В (при сильних поривах - до 7 В).

ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF

Згладжена напруга з конденсатора вітрогенератора може подаватися на низьковольтний DC-DCперетворювач

Значення опору резистора Rпідбирається експериментально (залежно від типу транзистора) - доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кім і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботиперетворювача.
Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзистора ГТ308В ( VT) та імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1- висновки 2-3, L2- висновки 5-6):

ЗОРЯД ІОНІСТОРІВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ)

Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) являє собою гібрид конденсатора та хімічного джереластруму.
Іоністор - неполярнийелемент, але один із висновків може бути позначений "стрілкою" - для позначення полярності залишкової напруги після заряджання на заводі-виробнику.
Для початкових досліджень я використав іоністор ємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):

Я підключив його через діод до виходу через германієвий діод Д310.

Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністора можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів - я використовую ланцюжок з двохчервоних світлодіодів:

Для запобігання розряду вже зарядженого іоністора через обмежувальні світлодіоди HL1і HL2я додав ще один діод - VD2.

Далі буде

Валявся у мене кроковий двигун і вирішив я його спробувати використовувати як генератор. Двигун був знятий зі старого матричного принтера, написи на ньому наступні: EPM-142 EPM-4260 7410. Двигун попався уніполярний, це означає, що у цього двигуна 2 обмотки з відведенням від середини, опір обмоток склав 2х6ом.

Для тесту потрібний інший двигун, щоб розкрутити кроковий. Конструкція та кріплення двигунів показані на рисунках нижче:

Ролик від двигуна в мене загубився, тому я надів пасту...

Плавно запускаємо двигун, щоб гумка не злетіла. Треба сказати що на високих оборотах вона все ж таки злітає, тому напруга вище 6 вольт не піднімав.

Підключаємо вольтметр і починаємо тестувати, спершу міряємо напругу.

Виставляємо напругу на БП близько 6 вольт, при цьому двигун споживає 0.2 Ампер, для порівняння на холостому ходу двигун їв 0.09А

Думаю нічого пояснювати не потрібно і все зрозуміло на фотографії нижче. Напруга склала 16 вольт, обороти розкручує двигуни не великі, думаю якщо сильніше розкрутити те, можна і всі 20 вольт вичавити.

Підключаємо через діодний міст (і конденсатор не забуваємо, інакше можна спалити світлодіоди) стрічку із надяскравими світлодіодами, потужність якого 0.5 Вт.

Виставляємо напругу трохи менше 5 вольт так, щоб кроковий двигун після моста видавав близько 12 вольт.

Світить! Напруга при цьому з 12 вольт просіло до 8 і двигун став розкручувати трохи повільніше. Струм КЗ без світлодіодної стрічкисклав 0.08А - нагадаю, що двигун, що розкручує, працював НЕ на повну потужність, І не забуваємо про другу обмотку крокового двигуна, просто паралелити їх не можна, а збирати схему мені не хотілося.

Думаю, з крокового двигуна можна виготовити непоганий генератор, причепити його на велосипед або зробити на його основі вітрогенератор.

Ви хоч розумієте, що пишете? Чи пишете для того, щоб людину підтримати в її починаннях і вона, витративши гроші на комплектуючі для своєї системи, зрештою отримала абсолютно непрацездатну річ? Ви відповідаєте: "Двигун, як генер підійде" - так, підійде, але звідки ви взяли 1,1-1,5? Це при якій напрузі? За якої швидкості обертання ротора? Далі пишете: "Стандарт потужності 1м стрічки, начебто, 5Вт..." - стандарту потужності тут немає, а стрічки бувають і близько 5Вт і близько 14Вт, і близько 7Вт на метр та ін., а це дуже великий розкид. Продовжуємо: "Оскільки ви стільки накрутили, то цілком може вистачити для заряду акумулятора" - це, взагалі, що означає? Те, що чим складніше, навороченіша і заплутаніша схема, тим більша її віддача та ефективність? Повна нісенітниця. Для зарядки 12В мотоакуму потрібно близько 14-15В при струмі приблизно 0,6-0,7А (для ємності приблизно 7А/год). Ви впевнені, що система здатна довгостроково видавати такі параметри? Адже, щоб зарядити розряджений акум мотоцикла, 2-3-х годин не вистачить. Вважаєте також, що заряджати можна і від 18В? Так, можна, але електроліт википить за тиждень, якщо не раніше, і пластини посипляться. Гарна рекомендація! Невибагливі у зарядці - це не означає, що їх можна заряджати будь-якою напругою. Далі Ви пишете: "Буде дуже добре, адже раптом забув вимкнути світло і акумулятор сів ще до того як встигне підзарядиться" - кажете так, ніби зарядка акумулятора відбувається тільки в світлий час доби))) Це вітряк, а не сонячна батарея. При правильно працюючій системі, при постійному вітрі, акум взагалі не повинен розряджатися, якщо навіть забули вимкнути світло. Але ідея фотоелемента сама по собі гарна з погляду автоматизації. Далі: світлодіодна стрічка, напевно, працюватиме, як Ви кажете, і за 30 вольтів, однак, чи довго? Опір обмежують струм, так, але ж він зростатиме пропорційно підвищенню напруги, а не залишатися постійним! Діоди дуже не люблять перевищення робочого струму. Отже, результат відомий: перегрів діодів і, як наслідок, різке зниження терміну експлуатації, або вихід їх з ладу вкрай швидкий. Потім пишете: "Ємність також не критична, додайте ще 1 плівковий конденсатор на 1 мкф" - для чого? Це що фільтр перешкод? Чому тоді 1мкФ? І навіщо там узагалі фільтр? А, якщо не фільтр, а елемент, що згладжує пульсації, то тут якраз його ємність критична! Ємність - це основний параметр конденсатора взагалі. А 1мкФ - це порожнє місце для описаної людиною системи, нічого не згладить. Навіть 1000мкФ, яку хотів встановити автор питань – дуже мало для його задуму. Я зрозумів би, якби це було 5000-7000 або навіть 10000мкФ, а то й більше. В кінці людина запитує, чи вистачить мотоакуму, щоб стрічка світилася всю ніч, і Ви відповідаєте, що, мовляв, вистачить. Ви вивчали фізику у школі? Чи ще вивчаєте? Це було Ваше припущення пальцем у небо чи хоч якийсь елементарний розрахунок? Давайте прикинемо дуже грубо: людина писала, що хоче встановити 10-15м стрічки. Навіть якщо взяти мінімальні значення, тобто. 10м стрічки потужністю 5Вт/м, то шляхом нехитрих підрахунків отримуємо 50Вт потужності. Поділивши потужність стрічки на напругу акумулятора (приблизно 12,8В) отримаємо струм: 50/12,8 = 3,9А. Місткість звичайного мотоакумулятора приблизно дорівнює 7А/год. Т.о. можна прикинути, скільки часу пропрацює стрічка повністю зарядженого акумулятора: 7/3,9=1,79ч=1ч 47мин., тобто. майже дві години. Це далеко не вся ніч. До того ж, у розрахунок взяті мінімальні параметри і, якщо довжина стрічки або її потужність будуть більшими, відповідно час роботи від акумулятора пропорційно зменшиться. От якось так.
Я б не став всього цього писати, але справа в тому, що стрічка коштує грошей, акумулятор і фотореле теж... І гроші це чималі, а чол, який отримав схвалення і підтримку своєї ідеї в коментах людей, які не розуміють суті та нюансів процесу, радісно побіжить до магазу, витратить гроші на комплектуючі, а в результаті отримає систему, непрацездатну в принципі, спочатку. Не треба давати поради, не розбираючись у питанні!

З кожним роком люди шукають альтернативні джерела. Саморобна електростанція зі старого автомобільного генераторабуде доречним у віддалених ділянках, де немає підключення до спільної мережі. Вона зможе вільно заряджати акумуляторні батареї, а також забезпечить роботу кількох побутових приладівта освітлення. Куди використовувати енергію, що буде вироблятися, вирішуєте ви, а також зібрати його своїми руками або придбати у виробників, яких на ринку достатньо. У цій статті ми допоможемо вам розібратися зі схемою складання вітрогенератора своїми руками з тих матеріалів, які завжди є у будь-якого господаря.

Розглянемо принцип роботи вітро-електростанції. Під швидким вітровим потоком активується ротор і гвинти, потім рух приходить основний вал, що обертає редуктор, а потім відбувається генерація. На виході ми отримуємо електрику. Отже, що вища швидкість обертання механізму, то більше вписувалося продуктивності. Відповідно, при розташуванні конструкцій враховуйте місцевість, рельєф, знати ділянки територій, де більша швидкість вихору.

Інструкція збирання з автомобільного генератора

Для цього вам потрібно заздалегідь приготувати комплектуючі. Найважливішим елементом є генератор. Найкраще брати тракторний чи автобусний, він здатний виробити набагато більше енергії. Але якщо такої можливості немає, то швидше за все варто обійтися і більше слабкими агрегатами. Для складання апарату вам знадобиться:
вольтметр
реле акумуляторної зарядки
сталь для виготовлення лопатей
12 вольтовий акумулятор
коробка для дротів
4 болти з гайками та шайбами
хомути для кріплення

Складання пристрою для дому на 220в

Коли все потрібне готове переходите до збирання. Кожен із варіантів може мати додаткові деталі, Але вони чітко обмовляються у керівництві.
Насамперед зберіть вітряне колесо - головний елемент конструкції, адже саме ця деталь перетворюватиме енергію вітру на механічну. Найкраще, щоб у нього було 4 лопаті. Запам'ятайте, що менше їх кількість, тим більше механічної вібрації і тим складніше його збалансувати. Роблять їх із листової сталі чи залізної бочки. Форму вони мають носити не таку, як ви бачили у старих млинах, а ті, що нагадують крильчатий тип. У них аеродинамічний опір набагато нижчий, а ефективність вищий. Після того, як ви за допомогою болгарки, виріжете вітряк з лопатями діаметром 1.2-1.8 метра, його разом з ротором потрібно прикріпити з віссю генератора, просвердливши отвори і з'єднавши болтами.

Складання електричної схеми

Закріплюємо дроти та підключаємо їх безпосередньо до акумулятора та перетворювача напруги. Потрібно використати все, що у школі на уроках фізики вас вчили майструвати при складанні електричної схеми. Перед початком розробки подумайте які кВт вам потрібні. Важливо, що без подальшої переробки та перемотування статора зовсім не придатні, робочі обороти становлять 1,2 тис-6 тис. об/м, а цього недостатньо для виробництва енергії. Саме з цієї причини потрібно позбутися котушки збудження. Щоб підняти рівень напруги, перемотайте статор тонким дротом. Як правило, в результаті потужність буде при 10 м/с 150-300 Вт. Після складання ротор добре магнітитиме, ніби до нього підключили живлення.

Роторні саморобні вітрогенератори дуже надійні в роботі та економічно вигідні, єдиною їхньою недосконалістю є страх сильних поривів вітру. Принцип роботи має простий – вихор через лопаті змушує механізм крутитися. У процесі цих інтенсивних обертань виробляється енергія, необхідної вам напруги. Така електростанція - це дуже вдалий спосіб забезпечити електрикою невеликий будинок, звичайно, щоб викачувати воду зі свердловини його потужності буде недостатньо, але подивитися телевізор або увімкнути світло у всіх приміщеннях з його допомогою можливо.

З домашнього вентилятора

Сам вентилятор може бути в неробочому стані, але з нього потрібно лише кілька деталей – це стійка і сам гвинт. Для конструкції знадобиться невеликий кроковий двигун, спаяний діодним містком для того, щоб він видавав. постійна напруга, пляшечка від шампуню, пластикова водопровідна трубка довжиною приблизно 50 см, заглушка для неї та кришка від пластикового відра.

На верстаті роблять втулку та фіксують у роз'ємі від крил розібраного вентилятора. У цю втулку кріпиться генератор. Після закріплення потрібно зайнятися виготовленням корпусу. Зрізають за допомогою верстата або вручну дно від пляшки шампуню. Під час відрізання потрібно також залишити отвір на 10, щоб вставити в нього вісь, виточену з алюмінієвого прута. Прикріплюють її за допомогою болта та гайки до пляшечки. Після того як була виконана припайка всіх проводів, в корпусі пляшечки роблять ще один отвір для виведення цих проводів. Простягаємо їх і закріплюємо у пляшечці зверху на генераторі. За формою вони повинні збігатися і корпус пляшки повинен надійно приховувати його частини.

Хвостовик для нашого пристрою

Щоб у майбутньому він уловлював потоки вітру з різних боків, зберіть хвостовик, використавши заздалегідь підготовлену трубку. Хвостова частина буде кріпитися за допомогою кришки, що відкручується, від шампуню. У ній теж роблять отвір і, попередньо вдягнувши на один кінець трубки заглушку, простягають її і закріплюють до основного корпусу пляшечки. З іншого боку, трубку пропилюють ножівкою і вирізують ножицями з кришки пластикового відра крило хвостовика, воно повинно мати круглу форму. Все, що вам потрібно, це просто обрізати краї відра, якими воно прикріплювалося до основної ємності.

На задню панель підставки прикріплюємо USB вихід та складаємо всі отримані деталі в одну. Кріпити радіо або заряджати телефон можна буде через цей вмонтований порт USB. Звичайно, сильної потужністю він від побутового вентилятора не має, але все ж освітлення однієї лампочки може забезпечити.

Вітрогенератор своїми руками з крокового двигуна

Пристрій з крокового двигуна навіть за невеликої швидкості обертання виробляє близько 3 Вт. Напруга може підніматися вище 12 В, що дозволяє заряджати невеликий акумулятор. Як генератор можна вставити кроковий двигун від принтера. У такому режимі у крокового двигуна виробляється змінний струм, яке легко перетворити на постійний, використовуючи кілька діодних мостів і конденсатори. Схему ви можете зібрати власноруч. Стабілізатор встановлюють за мостами, у результаті отримаємо постійну вихідну напругу. Щоб контролювати зорове напруження, можна встановити світлодіод. З метою зменшення втрати 220 В для його випрямлення застосовуються діоди Шоттки.

Лопаті будуть із труби ПВХ. Заготівлю малюють на трубі, а потім вирізують відрізним диском. Розмах гвинта має становити близько 50 см, а ширина - 10 см. Потрібно виточити втулку з фланцем під розмір валу ШД. Вона насаджується на вал двигуна і кріпиться за допомогою гвинтів, безпосередньо до фланців кріпляться пластикові гвинти. Також проведіть балансування - від кінців крил відрізаються шматочки пластику, кут нахилу змінити за допомогою нагрівання та вигину. У сам пристрій вставляють шматок труби, якого його теж прикріплюють болтами. Що стосується електричної плати, її краще розмістити внизу, а до неї вивести харчування. З крокового двигуна виходять до 6 дротів, які відповідають двом котушкам. Їх знадобляться струмознімальні кільця передачі електроенергії від рухомий частини. Поєднавши всі деталі між собою переходимо до тестування конструкції, яка починатиме оберти при 1 м/с.

Вітряк з мотор-колесо та магнітів

Не кожен знає, що вітрогенератор із мотор-колеса можна зібрати своїми руками за короткий час, головне заздалегідь запастися потрібними матеріалами. Для нього найкраще підходить ротор Савоніуса, його можна придбати готовий або самостійно. Він складається з двох напівциліндричних лопатей і перекриття, з яких виходять осі обертання ротора. Матеріал для їх виробу вибирайте самостійно: дерево, склотканину або пвх-трубу, що є найпростішим і оптимальним варіантом. Виготовляємо місце з'єднання деталей, на якому потрібно зробити отвори для кріплення відповідно до кількості лопатей. Потрібний сталевий поворотний механізм, щоб пристрій міг витримувати будь-яку погоду.

З феритових магнітів

Вітрогенератор на магнітах буде складно освоїти малодосвідченим майстрам, але все ж таки можна спробувати. Отже, мають бути чотири полюси, у кожному перебуватиме по два феритові магніти. Покриватимуть їх накладки з металу завтовшки трохи менше міліметра для розподілу більш рівномірного потоку. Основних котушок має бути 6 штук, перемотані товстим дротом і повинні знаходитися через кожен магніт, займаючи простір, що відповідає довжині поля. Кріплення схем обмотки може бути на маточині від болгарки, в середину якої встановлено заздалегідь виточений болт.

Регулюється потік подачі енергії висотою закріплення статора над ротором, що він вище, тим менше залипань, відповідно потужність знижується. Для вітряка потрібно зварити опору-стійку, а на статорному диску закріпити 4 великі лопаті, які ви можете вирізати зі старої металевої бочки або кришки від пластикового відра. При середній швидкості обертання видає приблизно 20 ватів.

Конструкція вітряка на неодимових магнітах

Якщо ви хочете дізнатися про створення, потрібно зробити основою маточину автомобіля з дисками гальма, такий вибір цілком виправданий, адже він потужний, надійний і добре збалансований. Після того як ви відчистите маточину від фарби та бруду, переходьте до розміщення неодимових магнітів. Їх потрібно по 20 штук на диску, розмір повинен становити 25х8 міліметрів.

Магніти потрібно розміщувати, враховуючи чергування полюсів, перед склеюванням краще створити паперовий шаблон або прокреслити лінії, що ділять диск на сектори, щоб не переплутати полюси. Дуже важливо, щоб вони, що стояли навпроти одного, були з різними полюсами, тобто притягувалися. Клеять їх супер-клеєм. Підніміть бордюрчики по краях дисків і в центрі намотайте скотч або заліпіть пластиліном для недопущення розтікання. Щоб виріб працював з максимальною віддачею, котушки статора слід правильно розрахувати. Збільшення кількості полюсів призводить до зростання частоти струму в котушках, завдяки цьому пристрій навіть при низькій частоті обороту дає велику потужність. Намотування котушок здійснюється більш товстими проводами, з метою зниження опору в них.

Коли основна частина готова, виготовляють лопаті, як у попередньому випадку і закріплюють їх до щогли, що може бути виготовлена із звичайної пластикової труби з діаметром-160 мм. Зрештою наш генератор, що працює на принципі магнітної левітації, з діаметром півтора метра і шістьма крилами, в 8м/с, здатний забезпечити до 300 Вт.

Ціна розчарування або дорогий флюгер

Сьогодні існує безліч варіантів, як зробити пристрій для перетворення енергії вітру, кожен спосіб по-своєму ефективний. Якщо ви ознайомлені з методикою виготовлення обладнання, що виробляє енергію, то буде неважливо на базі чого його робити, головне, щоб він відповідав задуманій схемі, і на виході давав хорошу потужність.

Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор. Великі лопаті повільно, але правильно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.

Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працюючу і, наприклад, акумулятори, що заряджають або живить світлодіоди.

Одним із найбільш ефективних варіантів невеликого саморобного вітроелектрогенератора є використання крокового двигуна(ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) – у такому моторі обертання валу складається з невеликих кроків. Обмотки крокового двигуна поєднані у фази. При подачі струму в одну із фаз відбувається переміщення валу на один крок.

Ці двигуни є низькооборотнимиі генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуна Стірлінга або іншого низькооборотного джерела потужності. При використанні як генератор звичайного (колекторного) двигуна постійного струму для досягнення таких же результатів знадобилася б у 10-15 разів більша частота обертання.

Особливістю кроковика є досить високий момент торкання (навіть без підключеного до генератора електричного навантаження), що досягає 40 г сили на сантиметр.

Коефіцієнт корисної дії генератора з ШД сягає 40%.

Кладезем таких потужних двигунів є п'ятидюймові дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.

Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25″ дисководу, який працював ще у складі ZX Spectrum– сумісного комп'ютера “Байт”.

Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблено висновки – разом із двигуна виведено шістьпроводів:

перша обмотка (англ. coil 1) - Синій (англ. blue) та жовтий (англ. yellow);

друга обмотка (англ. coil 2) - Червоний (англ. red) та білий (англ. white);

коричневі (англ. brown) дроти - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).

розібраний кроковий мотор

Зліва видно ротор двигуна, у якому видно “смугасті” магнітні полюси – північний і південний. Правіше видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.

Опір половини обмотки складає

Я використав цей двигун у початковій конструкції мого вітрогенератора.

Менш потужний кроковий двигун, що знаходиться в моєму розпорядженні. T1319635фірми Epoch Electronics Corp.зі сканера HP Scanjet 2400має п'ятьвисновків (уніполярний мотор):

перша обмотка (англ. coil 1) - помаранчевий (англ. orange) та чорний (англ. black);

друга обмотка (англ. coil 2) - коричневий (англ. brown) та жовтий (англ. yellow);

червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).

Опір половини обмотки становить 58 Ом, що вказано на корпусі двигуна.

Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора – горизонтальне та вертикальне.

Перевагою горизонтального(найпопулярнішого) розташуванняосі, розташованої за напрямом вітру, є ефективніше використання енергії вітру, недолік – ускладнення конструкції.

Сігурд Йоханнес Савоніус

Робота вітротурбіни Савоніуса полягає в тому, що опір (англ. drag) потоку повітря, що набігає - вітру увігнутої поверхні циліндра (лопаті) більше, ніж опуклою.

Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $C_D$

увігнута половина циліндра (1) – 2,30

опукла половина циліндра (2) – 1,20

плоска квадратна пластина – 1,17

увігнута порожня напівсфера (3) – 1,42

опукла порожня напівсфера (4) – 0,38

Зазначені значення наведено для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) у діапазоні $10^4 – 10^6$. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла у середовищі.

Сила опору тіла повітряному потоку $ =<<1 \over 2>S \rho > $, де $\rho$ – щільність повітря, $v$ – швидкість повітряного потоку, $S$ – площа перетину тіла.

Така вітротурбіна обертається в той самий бік, незалежно від напрямку вітру:

Подібний принцип роботи використовується у чашковому анемометрі (англ. cup anemometer)– прилад для вимірювання швидкості вітру:

Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані вздовж двох перпендикулярних осей, з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм та висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125p70. Номінальна напруга живлення такого двигуна складає 3 . 12 Ст.

Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.

Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши потужність, що виробляється вітрогенератором, з потужністю, укладеною у вітрі, що обдує турбіну:

$P =<1\over 2>\rho S $ , де $ \ rho $ - щільність повітря (близько 1,225 кг / м 3 на рівні моря), $ S $ - площу турбіни (англ. swept area), $ v $ - швидкість вітру.

Спочатку в крильчатці мого генератора використано чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:

довжина сегмента – 14 см;

висота сегмента – 2 см;

довжина хорди сегмента – 4 см;

довжина сегмента – 18 см;

висота сегмента – 5 см;

довжина хорди сегмента – 7 см;

відстань від початку сегмента до центру осі обертання – 3 див.

Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно до пластини становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію – 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $E$ (70000 МПа) набагато більше, ніж текстоліт (10000 МПа), тобто. тексоліт набагато еластичніший за алюміній. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.

Вітрогенератор змонтований на щоглі:

Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність – лише близько 15 % енергії вітру перетворюється на енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбіною Дар'ї(англ. Darrieus wind turbine)), що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дар'є (Georges Jean Marie Darrieus) -патент США від 1931 року № 1,835,018 .

Перетворення електроенергії, що виробляється кроковим двигуном

Висновки крокового двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шоттки зниження падіння напруги на діодах.

Можна застосувати популярні діоди Шоттки 1N5817з максимальною зворотною напругою 20 В, 1N5819– 40 В та максимальним прямим середнім випрямленим струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.

Також можна використовувати два випрямлячі із середньою точкою. Такий випрямляч вимагає вдвічі менше діодів, але при цьому і вихідна напруга знижується вдвічі.

Потім пульсуюча напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра – конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеної напруги, що генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В.

схема мого вітрогенератора

електронний блок мого вітрогенератора

У вітряну погоду напруга холостого ходуна виході електронного блокувітрогенератора досягає 10 В, а струм короткого замикання – 10 мА.

ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF

Потім згладжена напруга з конденсатора може подаватися на Joule Thief- Низьковольтний DC-DCперетворювач. Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзистора ГТ308В ( VT) та імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1- Виводи 2-3, L2– висновки 5-6):

Значення опору резистора Rпідбирається експериментально (залежно від типу транзистора) – доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кім і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботи перетворювача.

мій перетворювач Joule Thief

ЗОРЯД ІОНІСТОРІВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРІВ)

Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) являє собою гібрид конденсатора та хімічного джерела струму.

Іоністор - неполярнийелемент, але один із висновків може бути позначений “стрілкою” – для позначення полярності залишкової напруги після заряджання на заводі-виробнику.

Для початкових досліджень я використав іоністор 5R5D11F22Hємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):

Я підключив його через діод до виходу Joule Thiefчерез германієвий діод Д310.

Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністора можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів – я використовую ланцюжок з двохчервоних світлодіодів:

Для запобігання розряду вже зарядженого іоністора через обмежувальні світлодіоди HL1і HL2я додав ще один діод – VD2.

Мій саморобний вітрогенератор на кроковому двигуні, Мої захоплюючі та небезпечні експерименти

Мій саморобний вітрогенератор на кроковому двигуні Проїжджаючи на велосипеді повз дачні ділянки, я побачив працюючий вітрогенератор. Великі лопаті повільно, але вірно оберталися, флюгер

Кроковий двигун як генератор?

Підключаємо вольтметр і починаємо тестувати, спершу міряємо напругу.

Виставляємо напругу трохи менше 5 вольт так, щоб кроковий двигун після моста видавав близько 12 вольт.

Світить! Напруга при цьому з 12 вольт просіло до 8 і двигун став розкручувати трохи повільніше. Струм КЗ без світлодіодної стрічки склав 0.08А - нагадаю, що двигун, що розкручує, працював НЕ на повну потужність, і не забуваємо про другу обмотку крокового двигуна, просто паралелити їх не можна, а збирати схему мені не хотілося.

Кроковий двигун як генератор? Меандр - цікава електроніка

Кроковий двигун як генератор? Валявся у мене кроковий двигун і вирішив я його спробувати використовувати як генератор. Двигун був знятий зі старого матричного принтера.

Інструкція збирання з автомобільного генератора

Складання пристрою для дому на 220в

Складання електричної схеми

З домашнього вентилятора

Хвостовик для нашого пристрою

Вітрогенератор своїми руками з крокового двигуна

Вітряк з мотор-колесо та магнітів

З феритових магнітів

Конструкція вітряка на неодимових магнітах

Ціна розчарування або дорогий флюгер

Кроковий двигун як генератор?

Вибір редакції