Ветрогенератор своими руками из моторчика от принтера. Ветрогенератор из шагового двигателя

Принцип работы ветряной установки

При отсутствии или частых перебоях электричества лучше сделать своими руками мини ветрогенератор или несколько ветроэлектрических установок (ВЭУ) для индивидуального электроснабжения. Самодельное устройство превращает кинетическую энергию ветра в механическую за счет вращения ветроколеса.

Вначале механическая энергия, вращающая ротор, превращается в трехфазный переменный ток. Энергетический поток через контроллер накапливается в аккумуляторной батарее постоянного тока. В заключении инвертор напряжения видоизменяет ток для снабжения электроэнергией приборов и освещения.

Принцип работы ветряка прост и заключается в воздействии трех видов силы на лопасти. Импульсная и подъемная преодолевают систему тормозящей силы и запускают в движение маховик. После формирования ротором магнитного поля на неподвижной части генератора, ток запускается по проводам.

Сферы применения устройства

По сути ветряные установки способны обеспечить энергией объекты разного назначения. ВЭУ больших мощностей подходят для энергоснабжения в промышленных масштабах. Правильно сконструированные самодельные устройства дают собственнику участка бесперебойное электроснабжение. Изготовить ветрогенератор для частного дома своими руками можно с минимальными трудовыми и денежными тратами.

Преимущества аппарата

Главным достоинством домашней ветроустановки считают экономию на платежах за электроэнергию. Затраченные деньги на детали и установку окупаются поставками бесплатного электричества.

Дополнительные плюсы самодельного ВЭУ:

  • заводская модель обходится в разы дороже;
  • экологичность конструкции, работающей без топлива;
  • неограниченный срок службы (при выходе из строя, комплектующие легко заменить);
  • пригодность в подходящих климатических условиях при среднегодовой скорости метра от 4 м/сек.

Недостатки

К отрицательной стороне индивидуального ветряка относят:

  • зависимость от погоды;
  • штормы и ураганы часто выводят механизм из строя;
  • требуется проведение профилактических мер;
  • высокие мачты нуждаются в заземлении;
  • некоторые модели превышают допустимый уровень шума.

Классификация ветряных генераторов энергии

Из всего парка самостоятельно сконструированных ВЭУ эксплуатируются 2 основных типа с разной осью вращения:

  • горизонтальный (крыльчатый);
  • вертикальный (карусельный).

У каждого есть свои особенности, среди которых встречаются отличия по:

  • числу лопастей (двух-, трех-, многолопастные);
  • характеристике материала лопастей (металлические, стеклопластиковые, парусные);
  • винтовому шагу (фиксируемый, изменяемый).

В домашних условиях предпочтительнее сделать своими руками вертикально-осевой ветрогенератор. Его главным преимуществом считается нечувствительность к ветру. В дополнение конструктивная простота не требует создания механизма ориентации на ветер, поэтому нужда в поворотных устройствах отпадает.

По расположению генератора: горизонтальный или вертикальный

У многих с ветросиловой установкой (ВСУ) ассоциируется схема классического вида—горизонтальная. У такого типа ось вращения идет параллельно земле, а лопасти устроены перпендикулярно. В такой конструкции обязательно требуется флюгер, работающий по принципу хвостового оперения. Это способствует выгодному положению плоскости вращения перпендикулярно потоку ветра.

Советуем почитать: Как правильно утилизировать ртутный градусник в домашних условиях?

Горизонтальная позиция оси соответствует ветровому направлению. Здесь есть сложность с электрическим подключением. Без электронного регулятора слежения за направлением, корпус оборачивается вокруг оси, что вызывает обрыв проводов. Для предотвращения ситуации устанавливается ограничитель полного оборота.

Сделать вертикальный ветрогенератор своими руками намного проще. Расположенная ось вращения не зависит от стороны потока воздуха. Дополнительным преимуществом роторного винта считается то, что узлы для техобслуживания находятся внизу и подниматься наверх не нужно.

По номиналу генерируемого напряжения

Чтобы получить максимальную экономию, мастера устанавливают самодельные ветрогенераторы для дома с наибольшей мощностью. Конструкция, изготовленная на 12—14 вольт, более популярна. Для этого лучше всего подходит старый автомобильный генератор. После его изменения, преобразователь напряжения даст на выходе 12—14 вольт.

Ветрогенератор своими руками на 220 вольт считается установкой прямого применения. Для нее не нужен преобразователь величины напряжения. Но так как работа ветряка подчиняется силе воздушного потока, на выходе требуется стабилизатор. В зависимости от оборотов он выполняет функции регулятора.

Эксперимент №2. TMC2208 + ATtiny44

TMC2208 — название микросхемы-драйвера для управления биполярными шаговыми двигателями, аналогично называется модуль на её основе, который выпускается для установки в самодельные (и не только) 3D принтеры и имеет унифицированное расположение выводов. Много и доходчиво сказано про этот модуль вот здесь.
В интернете много написано про то, как установить его в свой 3D принтер, но нас интересует как подключить модуль к микроконтроллеру, потому давайте разбираться.

Характеристики микросхемы впечатляют (только впечатлительных людей):

  • напряжение питания логической части: 3-5В;
  • напряжение питания двигателя 5.5-36В;
  • пиковый ток 2А;
  • настройка максимального тока двигателя;
  • поддержка интерфейса UART как для управления, так и для конфигурирования внутренних регистров;
  • автоматическое отключение питания;
  • поддержка микрошагового режима управления двигателем вплоть до 1/16 шага.

Управлять ей очень просто, по сути нужно всего два пина микроконтроллера. Один подключаем к DIR — указываем направление вращения двигателя, другой подключаем к STEP — при подаче импульса микросхема производит необходимые манипуляции с токами и напряжениями на обмотках двигателя и тот делает один шаг.

Схема подключения будет выглядеть так:

Дополнительно я использовал пин EN, чтобы отключать моторчик и длительное время не держать обмотки под напряжением.

Исходный код в среде WinAVR

#define F_CPU 8000000UL // указываем частоту в герцах // фьюзы необходимо выставить L: E2; H:DF; Ex:FF; // это будет частота 8МГц от внутреннего генератора с выключенным предделителем тактовый частоты (включен по умолчанию и равен 8) #include // подключаем библиотеку АВР #include // подключаем библиотеку задержек #include // подключаем библиотеку прерываний // управление штатным светодиодом #define LED_pin PA5 #define LED_ON PORTA |=(1<<<<<

    < <<0) { // пока не сделали нужное количество шагов STP_ON; // делаем один шаг delay_microsecond(100); // длительность импульса 100мкС STP_OFF; delay_millisecond(step_delay);// пауза между импульсами step_quantity—; } } int main (void) { DDRA |=(1<< <<

Перед тем как всё запустить нужно произвести предварительную настройку модуля. Во-первых, выставить желаемый режим микрошага. Во-вторых, выставить желаемый максимальный ток двигателя.

С микрошагом всё просто. За это отвечают пины MS1 и MS2.

Отмечу, что микросхема не скачкообразно меняет напряжение, а делает это «плавно», но так как микросхема цифровая, то на выходе у нас не гладкий сигнал, а сигнал с маленьким шагом, если верить документации, то каждый шаг она разбивает на 256 микрошагов. Сделано это для увеличения плавности хода, снижения шумов от двигателя и по идее не должно позволять конструкции, к которой он прикручен, входить в резонанс. Короче, всё для того, чтобы 3D принтер работал тише.

Чтобы выставить ток двигателя необходимо измерить напряжения на контакте Vref, который указан на рисунке. Изменить значение напряжения можно при помощи потенциометра, установленного рядом с контактом. Напряжение на контакте будет пропорционально току двигателя, и зависимость будет иметь следующий вид:

Vref = I*1.44;

Нашему моторчику нужно примерно 150мА, потому Vref = 0,216В

. Устанавливаем…

Подразумевается, что увеличение тока микросхема обеспечивает за счёт увеличения напряжения на обмотке. Потому, нужно позаботиться о том, чтобы этого напряжения хватило. Но, полагаю, для того маленького моторчика должно хватить и 5В.

Протестируем работу моторчика с различными режимами микрошага и посмотрим что получится (пауза между микрошагами 10мс):

Можно заметить, что движения моторчика стали более плавными (по сравнению с предыдущим экспериментом), однако характерные 16 шагов всё равно наблюдаются довольно чётко. Что же… видимо это черта
шаговых двигателей с ротором из постоянных магнитов
. Ещё необходимо отметить, что моторчик в этом режиме нагревается почти также сильно, как в полношаговом режиме с двумя фазами. Оно и понятно, обмотки постоянно находятся под напряжением, непрерывно происходит выделение тепла.

Полагаю, для таких моторчиков использование такого драйвера, да и вообще режимов микрошага не очень целесообразно.

Примеры самодельных генераторов

Каждая ветросиловая установка собрана из трех основных элементов:

  • Генератор для ветряка снимают со старого автомобиля, приборов. При отсутствии машинных деталей ветрогенератор делают своими руками из асинхронного двигателя.
  • Мачта, размер которой зависит от мощности ВСУ.
  • Пропеллер, устанавливаемый сразу на генератор или удерживаемый ременной подачей.

Чтобы сделать эффективный ветрогенератор своими руками, понадобятся вспомогательные части:

  • Аккумуляторная батарея, исполняющая функцию ресивера— накопителя энергии.
  • Контроллер и инвертор для преобразования разных видов тока.
  • Автоматический переключатель источника питания для непрерывной поставки электроэнергии.

Пропеллер

Лопастной движитель предназначен для получения тяги. Это воздушный винт, состоящий из лопастей и втулки, которая соединяет их с валом двигателя.

Для изготовления работоспособного пропеллера учитывается 3 условия:

  • двигательная мощность;
  • диаметр крыльчатки;
  • частота вращения.

Диаметр лопастей для ветряка рассчитывается с учетом требующейся мощности по табличным показателям или в онлайн-калькуляторе.

Генератор

Широкое распространение получили доступные ветрогенераторы из автомобилей. Но они уступают компактным асинхронным двигателям, выполненных своими руками на неодимовых магнитах. Эту конструкцию собирают с нуля с изготовлением обмоток или переделывают ротор.

Машинный электромотор нуждается в обязательной доработке.

Отлично подходят электродвигатели с промышленных установок, вентиляторов, техники. Для маломощного ветрогенератора из шуруповерта понадобится немного дополнительных деталей, главное условия для его работы—диаметр лопастей должен составлять 1,5—3 метра.

Как разновидность миниатюрной альтернативы переносную электроустановку легко сделать из шагового моторчика принтера. Такое устройство станет спасением для подзарядки телефона вдали от дома.

Мачта

Выбор типа зависит от финансовых и технических возможностей владельца. Самодельную электростанцию устанавливают на один из видов мачт:

  • растяжной;
  • сварной;
  • конический;
  • гидравлический.

К трубам небольшого диаметра присоединяют растяжки из стального троса на одном или разных уровнях. Для кольев подойдут уголки, швеллера, закопанные или забетонированные. Тяжелым и высоким опорам требуется надежный фундамент с залитыми анкерами. При малой мощности генератора до 1кВт и легкости конструкции вопрос с прочностью не существенен.

Горизонтальные ветряки нельзя крепить на крыше дома из-за распространения шума и вибрации.

Лопастники

На энергопроизводительность самодельной ветроустановки влияет количество, форма, вес и материал крыльев. Дешевле сделать своими руками лопасти для ветрогенератора из доступных средств. Источником обычно служат пластик, металл, древесина.

Самые простые выполняются из пластиковых бутылок, бытового кулера, но они не долговечны. Для недорогого варианта подойдут ПВХ-трубы, вырезанные по схемам.

Советуем почитать: Переработка резины в крошку и тепловую энергию: список оборудования

Алюминиевые пластины прослужат дольше. Для придания обтекаемой формы и правильного изгиба металлическую деталь желательно обработать на прокатном стане.

Мастеров возможно заинтересуют лопасти из стекловолокна. Для этого потребуется стеклоткань, эпоксидный клей и деревянная матрица для моделирования. Такая конструкция годится для изготовления своими руками парусного ветрогенератора или парусника.

Ветрогенератор из шагового двигателя: создание самодельного ветряка, его преимущества и недостатки

Создание ветрогенератора не обязательно означает изготовление крупного и мощного комплекса, способного обеспечивать электроэнергией целый дом или группу потребителей. Можно изготовить небольшой ветряк, представляющий собой, по сути, действующую модель серьезной установки. Целью такого мероприятия может быть:

  • Ознакомление с основами ветроэнергетики.
  • Совместные обучающие занятия с детьми.
  • Экспериментальный образец, предваряющий строительство крупной установки.

Создание такого ветряка не потребует использования большого количества материалов или инструментов, можно обойтись подручными средствами. Рассчитывать на выработку серьезных объемов энергии не приходится, но для питания небольшого светильника на светодиодах может хватить. Основная проблема, существующая при создании небольших ветряков — это генератор. Его сложно создать самостоятельно, поскольку размеры устройства невелики. Проще всего использовать небольшой электродвигатель, позволяющий использовать его в режиме генератора.

Самодельный ветряк на основе шагового двигателя

Чаще всего, при изготовлении маломощных ветрогенераторов используют шаговые электродвигатели. Особенность их конструкции состоит в наличии нескольких обмоток. Обычно, в зависимости от размера и назначения, изготавливают двигатели с 2, 4 или 8 обмотками (фазами). При подаче напряжения на них по очереди вал соответственно поворачивается на определенный угол (шаг).

Преимущество шаговых двигателей заключается в способности производить достаточно большой ток при низких скоростях вращения. На генератор из шагового двигателя можно установить крыльчатку без всяких промежуточных устройств — передач, редукторов и т.п. Выработка электроэнергии будет производиться с такой же эффективностью, как и на устройствах другой конструкции с использование повышающих передач.

Законность установки ветрогенератора

Мало кто придает значение правомерности ВСУ на своем земельном участке. На самом деле в действующем законодательстве нет положения, запрещающего индивидуальные ветряки. При мощности 20 кВт электроустановка считается бытовой и не нуждается в сертификации. В дополнение ФНС не облагает налогом владельцев, получающих бесплатную электроэнергию.

Неприятности возможны при несоответствии четырем параметрам:

  • Высота мачты. При расположении участка вблизи мостов возводить строение выше 15 м запрещено.
  • Распространение шума. Некоторые модели шумные, поэтому лучше воспользоваться шумомером и зафиксировать данные документально. Если уровень не превышает нормативы, возмущение соседей будет не обосновано.
  • Помехи для ТВ-эфира. Прибор, устраняющий телепомехи, не допустит проблемы распространения телесигнала.
  • Претензии орнитологической службы. В крайне редких случаях конструкция расположена на пути миграции перелетных птиц, что вызывает опасения ученых.

Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий

Для домашнего горизонтального ветрогенератора подходит мотор от трактора. Тракторный ротор вращается до 6000 об/мин, поэтому обмотку статора перематывают под малые обороты или устанавливают механический редуктор. С учетом моторного веса в 6 кг, лучше использовать метод изменения электрообмотки, что не увеличит общую массу конструкции.

Порядок изготовления:

  1. Винтовыми лопастями послужит труба из алюминия Ø 200 мм. По чертежам вырезать 2—3 заготовки.
  2. Из алюминиевого листа собрать диск винта. При размахе крыла в 2 м подойдет круг Ø 150—200 мм.
  3. Вырезать 6 пластин и склеить их эпоксидкой.
  4. В центре диска просверлить отверстие под крепление на валу, установить шпоночный паз.
  5. На диске разметить и сделать отверстия для крепления болтами в намеченных точках лопастей.
  6. На основание флюгерной конструкции сгодится труба прямоугольного профиля, прикрепленная к генератору.
  7. К концу профильной трубы прикрепить хвостовой флюгер.
  8. В точке центра тяжести, поперек тела трубы, закрепить болт (длиной до 300 мм и Ø 30 мм) снизу гайкой, сверху контргайкой. В его середине высверлить отверстие для кабеля.
  9. Прикрепить генератор на основание флюгера.
  10. Закрепить механизм на мачте.
  11. Пропустить провод от генератора сквозь болт внутрь трубы для нижнего вывода.
  12. Конец провода пропустить через контроллер и подключить к АКБ.
  13. Поднять мачту и укрепить на месте растяжками.

Для увеличения срока службы ВСУ обязательным дополнением к конструкции становятся модуль торможения и ограничитель поворота флюгера.

Инструкция сборки из автомобильного генератора

Для конструирования своими руками ветрогенератора из автомобильного генератора подойдет четырехлопастное ветроколесо. У лопастей крыльчатого типа с Ø до 1,8 м аэродинамическое сопротивление улучшено, что повышает производительность энергии. Подготовленный пропеллер крепится к генераторной оси болтами.

Чтобы электрическая схема заработала, требуется предварительная перемотка статора. Для этого избавляются от катушки возбуждения и перематывают статор тонкими медными жилами. После переделки магнитная способность ротора увеличивается и появляется мощность до 300 ватт (при ветре 10 м/с). К механизму подключают провода и соединяют их аккумуляторной батареей и преобразователем напряжения.

Особенности сборки ветрогенераторра из стиральной машины своими руками

Единственным отличием при изготовлении ветрогенератора своими руками из стиральной машины считается невозможность его применения без модернизации. Диаметр ротора, извлеченного из разобранного двигателя, уменьшают на токарном станке для соответствия с магнитами. В дальнейшем процесс сборки ничем не отличается от обычной ветроустановки на неодимовых магнитах.

Советуем почитать: Мусор — глобальная проблема человечества

Ветрогенератор своими руками из шагового двигателя

Для подзарядки небольшого аккумулятора подойдет установка, выполненная из мотора принтера. Вырабатываемый переменный ток легко преобразуется в постоянный с помощью конденсаторов и диодных мостов по схеме.

С целью снижения потери 220 В пользуются диодами Шоттка.

Такому энергоустройству хватит винта до 50 см. Для изготовления лопастей берут ПВХ трубы. Под размер вала вытачивается втулка с фланцем и насаживается на него. Механизм закрепляется винтами. К фланцам крепятся лопасти.

Питание выводится к электроплате внизу. Из шагового двигателя выходят до 6 проводов, для которых требуются токосъемные кольца. Собрав в единую цепь все элементы, приступают к тестированию.

Ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками

Мотор каждой машины нуждается в модификации. Для изготовления ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора обязательно перематывают катушку проводами с меньшим сечением и увеличенным количеством витков. Если не заниматься обновлением, в схеме электроцепи должен появиться редуктор (мультипликатор). В таком случае двигатель не переделывают.

Ветрогенератор из шагового двигателя

Генератор из шагового двигателя своими руками

Ветрогенератор в домашних условиях может стать дополнительным источником электроэнергии. Особенно он будет полезен в тех случаях, когда отключили свет, а вам необходимо зарядить какое-либо устройство. Можно такой ветрогенератор подключить и к фонарю уличного освещения во дворе, при этом экономить на электроэнергии. Вообще, найти применение в хозяйстве этому устройству всегда можно. Тем более что сделать его можно практически из подручных материалов.

В этой статье мы расскажем, как сделать простой ветрогенератор из шагового двигателя.

Что понадобится для сборки ветрогенератора?

Для того чтобы собрать ветрогенератор из шагового двигателя, понадобятся следующие детали:

  • собственно мотор;
  • листовой металл;
  • алюминиевая трубка;
  • фланец (1/4″);
  • квадратная труба;
  • диск от пилы;
  • штифт;
  • хомуты (можно использовать от автомобиля);
  • трубы ПВХ разных размеров (например, 8×4, 30×8);
  • шайбы, болты и прочее для крепления деталей;
  • диоды.

Из инструментов пригодятся ножовка, разводной и газовый ключ, наждачка, рулетка, дрель, транспортир и рулетка.

Принцип работы ветрогенератора

Детально останавливается на том, как же работает ветрогенератор из шагового двигателя, не стоит. Ведь все такие генераторы имеют одинаковый принцип работы: ветер заставляет вращаться лопасти ветряка, в результате чего начинает работать генератор, который и вырабатывает электричество.

Изготовление ветрогенератора

Первое с чего следует начать – это вырезать лопасти. Для этого мы будем использовать ПВХ-трубы.

Что нужно учесть, вырезая лопасти?

  • Длину каждой лопасти – чем она больше, тем легче они будут крутиться при слабом ветре, но при этом они будут иметь довольно низкую скорость вращения.
  • Вращение будет больше на концах лопастей генератора – этот момент необходимо учесть заранее и рассчитать отношение скорости ветра к скорости вращения лопастей.
  • Помните, что мощность, получаемая из ветра, будет приравниваться к скорости ветра в третьей степени. Хотя не забывайте и о законе Беца, который говорит, что от энергии ветра можно получить приблизительно 59,3 процентов энергии.
  • Чем выше поднять ветряк от земли, тем более эффективен он будет (энергии будет вырабатываться больше).

Изготовить лопасти не составит больших проблем. Для этого нужно будет разрезать трубу из ПВХ на три части: две по 150 градусов и одна 60, как показано на рисунках.

Ветроэлектрическая установка роторного типа

Вертикально-осевые конструкции бесшумны, что не мало важно на маленьких участках. Для сбора роторного ветряка своими руками с мощностью 1,5 кВт потребуется:

  • автогенератор и АКБ на 12 V;
  • преобразователь напряжения до 1500 W и 12—220 V;
  • вольтметр;
  • стальная или алюминиевая емкость;
  • электромагнитное реле контрольной лампы заряда;
  • водонепроницаемый выключатель 12 V;
  • медные провода с сечением 2,5 и 4 мм2;
  • 2 хомута.

По схеме можно собрать своими руками контроллер для ветрогенератора из реле, резистора и силового транзистора.

Этапы изготовления:

  1. Емкость разделить на 4 одинаковые части и вырезать не до конца лопасти.
  2. В днище и шкиве высверлить симметричные отверстия для болтов.
  3. Отогнуть лопасти с учетом стороны вращения.
  4. Закрепить заготовку на шкиве.
  5. Устроить на мачту и зафиксировать хомутами.
  6. Присоединить проводку и соединить с мачтой.
  7. Смонтировать медную жилу с аккумулятором.
  8. Установить инвертор.
  9. Подключить к сети электронагрузку.
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: