Катушки для самодельных ветряков и их испытания

У нас 24 пары магнитов, соответственно общее к-во – 48. Статор между двух магнитопроводов. Т. н. торцевая конструкция. Чтобы не было путаницы – 24 магнитопотока за один оборот. Стенд: у нас 8 фиксированных передач (КПП ЗАЗ плюс цепная передача ИЖ с двумя вариантами пер. отношений.).  На стенд ставим ветроголовку в сборе (без лопастей, естественно). Диапазон оборотов от 16,5 до 158 об/мин., т.е. – наиболее вероятные при работе ветряка от 1 до 5-6 м/с. Для каждого варианта изготавливался свой статор, или переделывался прежний, расстояние между магнитопроводами регулируемое.

Каждая катушка (обычно 5 вариантов за одну установку) прогонялась по отдельности, нагружалась сопротивлением (фиксированными и переменными) с замерами напряжения и силы тока. Перелом мощностной характеристики – его макс. значение – максимум соотв. катушки при соотв. значениях угловой скорости. После собирается весь генератор и с диодным мостом, контроллером, АКБ нагружается весь агрегат. Нагрузка разнообразная, вплоть до стартера 6,5 квт (чтобы не сжечь очень нежный Форт). Двигатель 5,5 квт вращает все это хозяйство. Пробовали мерять силу тока, потребляемую двигателем – мне не понравилось: картина размытая, хотя все равно замеры сделаем.

После того как стало ясно, что катушки ветрогенератора следует делать каркасными, мы приступили к проработке подобной катушки. Сначала были сделаны катушки по рекомендациям опытных (в прямом и переносном смысле) “катушководов”, тем, что были найдены на сайтах в интернете, в том числе по ссылкам, которые давали посетители нашего форума. Первые катушки были огромные, с большим внутренним R, и очень низкими показателями, хотя с заметной прибавкой U на низких частотах. Стало ясно, что о “умных” сайтах стоит забыть – как говорит известная поговорка: “если хочешь, чтобы дело было сделано, нужно делать его самому”.
Суть проблемы проста как 5 копеек:
1) нужна катушка с низким R.
2) число витков достаточно большое, чтобы при 10-12Hz получить 25 вольт и более (начало заряда аккумулятора).
3) количество катушек не должно быть кратным магнитам (уход от залипания).
4) вольтаж катушки – определяющий параметр. Из последних двух пунктов вырисовывается
5) число катушек должно быть минимальным при жестких габаритных ограничених.
С другой стороны есть всегда резерв мощности в магнитах (можно применить более мощные) и их количестве (здесь мы ограничены габаритами конструкции).
Изготовив и испытав более 40-ка вариантов катушек (при этом дважды сломали стенд, провели десятки испытаний с сотнями замеров, потратили несколько тысяч долларов) мы имеем два варианта катушек (останется один) со следующими параметрами: начало заряда 25в при 10Hz (порядка 25 об/мин), мощность ~300 вт при 70 Hz (175-180 об/мин) с одной катушки. При этом напряжение – не более 100в, что является хорошим результатом. Жаль, не удалось изготовить окончательный вариант в 2010 году- не хватило недели (изготовление и испытания). Но главная задача практически выполнена. С НОВЫМ ГОДОМ!!!

По вертикальной оси: мощность Вт – красным цветом, напряжение В – синим цветом

По горизонтальной оси: частота тока Гц. Частота связана с скоростью вращения соотношением – 10Гц : 25 об/мин.

График характеристик катушки 1

График характеристик катушки 2

Проблема электроснабжения собственного дома стоит достаточно остро для многих, будь то дачный участок или коттедж, т.к. даже, если рядом есть какая-то ЛЭП, подключение к ней может стоить чуть ли не столько же, сколько сам дом. И тут каждый решает сам – платить или использовать альтернативные способы.

В Интернете эта тема имеет место на каждом форуме, касающемся дачной (коттеджной) темы. Также много рекламных сайтов, посвященных созданию автономных или резервных систем электроснабжения. Цена таких систем  часто сравнима со стоимостью подключения, что конечно, не способствует большому спросу на них. Поэтому, многие пытаются строить ветряные, солнечные системы электроснабжения сами. Самодельшикам  тоже много предложений в Интернете, как по комплектованию таких систем, так и по постройке самодельных ветро-солнечных станций. Разобраться в этом непрофессионалам довольно сложно, т.к. эти системы требуют очень разносторонних знаний, от аэромеханики до электроники и электросиловой техники. Эта статья имеет цель неповторения некоторых ошибок при постройке системы для собственного дома своими силами. 


Проблема электроснабжения собственного дома стоит достаточно остро для многих, будь то дачный участок или коттедж, т.к. даже, если рядом есть какая-то ЛЭП, подключение к ней может стоить чуть ли не столько же, сколько сам дом. И тут каждый решает сам – платить или использовать альтернативные способы.

В Интернете эта тема имеет место на каждом форуме, касающемся дачной (коттеджной) темы. Также много рекламных сайтов, посвященных созданию автономных или резервных систем электроснабжения. Цена таких систем  часто сравнима со стоимостью подключения, что конечно, не способствует большому спросу на них. Поэтому, многие пытаются строить ветряные, солнечные системы электроснабжения сами. Самодельшикам  тоже много предложений в Интернете, как по комплектованию таких систем, так и по постройке самодельных ветро-солнечных станций. Разобраться в этом непрофессионалам довольно сложно, т.к. эти системы требуют очень разносторонних знаний, от аэромеханики до электроники и электросиловой техники. Эта статья имеет цель неповторения некоторых ошибок при постройке системы для собственного дома своими силами. Начнем с главного-есть рядом какая-то сеть или нет? Опыт показывает, что если есть хоть какая-то сеть даже с пониженным или пропадающим периодически напряжением, строить ветрячок не имеет смысла (если только Вы не на местности, где ветер дует все время с силой  от 6 м/сек.). Почему-вопрос чисто экономический. Просто, ветряк – удовольствие дорогое и требует обслуживания на высоте мачты. Браться за его строительство при распространенных в России ветрах 3-4 м/сек стоит только, если  нету других возможностей.  Особенно смешно выглядят предложения известного в Интернет «Gravio», который  всем советует парусные ветрогенераторы на асинхронных мотор-редукторах как единственно подходящий для этого конструктив, поскольку включение в сеть стандартного асинхронника разрешено сетями. Повторюсь, если есть хоть какая-то хиленькая сеть, городить такой ветряк, чтобы он сливал излишки энергии в сеть, это просто диагноз. Ни разу никто даже не слышал, чтобы где-то «энергосбыт» кому-то заплатил за генерацию. Поэтому, далее мы даже не будем рассматривать системы с сетью в качестве балласта. Если есть сеть, пусть самого плохого качества, в нашем распоряжении полно приборов, которые из нее сделают стабильное напряжение 220В и ветрячки тут не нужны.

А вот автономно такой ветряк (на асинхронном мотор-редукторе) не сможет дать стабильного напряжения, т.к. ветер по своей природе нестабилен, а асинхронник входит в режим генерации только при достаточных оборотах. Именно поэтому  изобретатель советует включать его на обычного «козла» для отопления. Ему все равно какое там будет напряжение и будет ли генерация – «козел» как-то что-то нагреет при любом поступающем на него напряжении. Но надо сказать, что отопить дом 4 Квт невозможно зимой даже в Таганроге, я уж молчу про Сибирь, Урал и остальные холодные районы наше необъятной страны. Это причем на сильных ветрах, а на слабых этот асинронник, если  выдаст 1 Квт, то уже счастье. И куда его деть этот 1КВт? Вот тут мы и подходим к едва ли не главной проблеме – как утилизовать полученную энергию с наименьшими затратами. Об этом нам Gravio ничего не рассказывает. А зря, т.к. получить не значит потратить!

Для автономной системы нужен генератор, который бы генерил стабильно (лучше с самовозбуждением на постоянных магнитах) при низких оборотах  и работать он должен не на нагрузку потребителями в доме, а на заряд аккумуляторов, позволяя накапливать энергию при ветрах любой силы. По такой схеме построены системы в современных автомобилях и на яхтах, которые автономны по природе своей также, как часто вынужденно оказывается автономен наш домик в деревне.

Генераторы автомобильные чаще всего имеют встроенный выпрямитель на 12В, 24В, 48В, заряжают аккумулятор (если включен двигатель) и питают потребители через реле-регулятор (сейчас электронный контроллер, часто встроенный в генератор). Разница только в приводе генератора, в автономной системе его должно крутить ветроколесо. Кстати, когда нет ветра, нужен таки дизель(бензо, газо)- генератор и особых вариантов нет.Тогда маломощный генератор может заряжать батареи, если есть хоть какой-то ветер, а уж тратить эту накопленную в батареях энергию, будем через достаточно мощный преобразователь, рассчитанный на потребление всего дома  даже в пиковом режиме.  Такой преобразователь называют еще инвертор (преобразователь постоянного тока низкого напряжения в 220 В переменного тока, каким питаются все наши сетевые электроприборы).

Итак, буферный каскад это аккумуляторы, которые надо заряжать постоянным напряжением 12, 24, 48 В. На какое напряжение соединить  батареи станет понятно, если прикинуть ток, который нам нужен для потребителей в доме. Например, обычный чайник на 1 КВт при 12 В батарее будет брать от батареи 1000/12, т.е. 83 А,  при 24В- 42А, а при 48В – 21А. Поэтому, батареи надо стремиться соединить на большее напряжение, т.к. на каждый аккумулятор будет меньше токовая нагрузка и сечение проводов можно брать меньше.

Соответственно, нам нужен инвертор на входное напряжение 24В или 48 В на мощность не ниже 4-5 КВт. Еще бы надо, чтобы он мог заряжать батареи от сети (если она вдруг появилась) или от бензогенератора, если нет ни ветра ни сети. А это значит, что зарядное устройство, встроенное в инвертор,  должно быть рассчитано на токи заряда нашей мощной батареи ( не менее 600 А/час), т.е. 60 А, иначе полной зарядки батарей можно и за сутки не достичь. А чтобы зарядка шла от генератора это устройство должно иметь очень хорошую защиту от всяких выбросов напряжения, которые неизбежны при работе большинства имеющихся на рынке  моделей  бензогенераторов. Ну и защита от выбросов из нагрузки по переменному току, равно как и от перегрузок тоже должна быть на высоте, иначе надежность всей системы близка к нулю.

Еще один немаловажный момент-какое выходное напряжение 220В дает инвертор – синусоидальное или некий суррогат, неважно как там его называет производитель – меандр, квазисинус и.т.п. Все приборы, потребляющие электроэнергию, рассчитаны у нас на сетевое синусное напряжение, с определенными стандартом параметрами. Поэтому не стоит даже пытаться питать их чем-то другим и ожидать нормальной работы. Рано или поздно какие-то приборы выйдут из строя или не будут нормально запускаться или потребуют кратного увеличения мощности инвертора для пуска. Если хороший синусоидальный инвертор может запустить насос равный по мощности номинальной мощности инвертора, то квазисинусный нужен раза в два мощнее и не факт, что этот насос или сам инвертор не погорит. Т.е. и по деньгам дешевле не получится. Испытано уже не один раз. Поэтому, не стоит приобретать несинусные инверторы, чтобы просто потом не мучиться, что можно подключать к автономной системе в доме, а что нет. По принципу «включил и забыл».

Таким образом, получается, что этот инвертор едва ли не важнейшая часть системы и без нее ничего мы не запитаем, какой бы не был ветер. Тоже касается и солнечных систем.

А вот бензоэлектрогенератор дает 220В «без всех этих штук», тока бензин подливай. Правда еще дает шум и выхлоп. Хотя выхлоп можно отвести подальше в какой-нибудь овраг, а сам генератор поместить в будку с звукоизолирующими стенами. Солярки можно запасти тонну-другую на худшие времена, как в Антарктиде живут наши экспедиции. Но, вернемся, однако, к инвертору.

Все, кто строит автономные системы, рано или поздно понимают, что без надежного мощного инвертора все остальное бесполезно. А лучше не один, а два инвертора, чтобы в случае выхода из строя одного не остаться совсем без энергии. Но беда в том, что  таковых на нашем рынке просто нет.

Т.е. вру, – есть, а именно яхтные инверторы западных (американских фирм). По опыту трехлетней  эксплуатации автономной системы электроснабжения своего домика могу сказать, что только такие, рассчитанные на тяжелые условия, работающие в паре с судовым дизелем приборы, подходят для ветросолнечных автономных систем.

Вот цены на них не подходят, ну никак, для наших российских-украинских карманов (людей, которых именуют новыми русскими мы не учитываем, у них нет проблем с подключением к сети).

Мы в нашем поселочке подбирали инверторы (из бюджетных) для испытаний вчетвером, каждый выбрал, как ему казалось, самый подходящий вариант и все смотрели на что они годны. Каждый открывали и смотрели внутренности, каждый специально нагружали водяными насосами (самая тяжелая пусковая нагрузка), просто перегружали, словом им всем досталось. Хотя, за пределы инструкций производителя, мы не выходили.

В результате разбили их все на три группы – российские нерабочие совсем, российские условно рабочие, мощность которых  надо брать минимум в два раза больше заявленной, китайские брендовые (фабричные, заявленные и на российском рынке). Ну, и ивестные мировые бренды, лучше яхтные, например Триплайт, Ксантрекс, Магнум.

Не буду выделять из российских никого, т.к. просто не о чем говорить. Нету у нас пока ни одной фирмы с должной культурой производства и надежностью, которая могла бы конкурировать хотя бы с китайскими. Оно и понятно. В Китае спрос на автономные приборы электроснабжения выше в сотни раз, как и на ветряки, которые у них для частных хозяйств миллионами делают.  У них и опыт многолетний есть, а без него не отладить эти изделие, очень там много нюансов. Это не значит, что не попадаются изделия плохого качества, но при определенном опыте в Китае можно и нужно закупать комплектующие для автономных систем электроснабжения. Цены там нормальные, нужно только наладить логистику.

Ну и есть в Китае фабрики, которые поставляют целые линейки электросилового оборудования для автономных  систем на Европу, Азию и Америку. Их продают под разными брендами на этих рынках. Вот эти изделия и есть то самое соотношение цена-качество, которое нам подойдет. Китайские производители научились сперва повторять, а затем и производить свои брендовые изделия на уровне лучших мировых образцов при цене вдвое ниже западных. Да, и эти западные –то, ведь тоже из Китая (Тайваня). Другое дело, что импортеры везут на наш рынок далеко не те модели, которые предназначены для автономных энергосистем. Везут бытовые дешевые приборы, назначение которых максимум что-нибудь там просверлить от автомобильного аккумулятора. Такие инверторы в системе автономного энергопитания дома долго не  протянут и, выбирая инвертор, нужно это четко понимать. Поэтому, когда я вижу вопросы на форумах типа – как бы  за 15-20 тыс. запитать пару лампочек и телевизор на даче, могу дать простой совет: не тратьте  время  на постройку какой-то системы при таких запросах. Ничего хорошего у вас не выйдет. Купите автоинвертор (любой, можно китайский, киловатта на полтора, не меньше, мало ли что еще захочется включить), подгоните к дому автомобиль, протяните провод с вилкой в дом и вперед…Можно добавить  второй аккумулятор, тогда на выходные должно хватить. Заряжаться батареи  будут по пути на дачу /с дачи.

Другое дело, если у вас в доме нету электричества и в ближайшие пару лет не будет. А воду-то качать надо, свет надо, холодильник  надо, ну и чайник вскипятить, телевизор вечером посмотреть… Вот и попадаем на полную автономную систему электроснабжения на мощность не ниже 4-5 КВт, чтобы с гарантией пустились вместе и насос водяной и холодильник при включенном свете, например. В такой системе инвертор уже точно главная часть, которая должна выдержать пусковую нагрузку реактивного типа при пуске водяного насоса (она может многократно превышать номинал мощности насоса). Тоже самое с холодильником, на дачу ведь везут зачастую старый с кухни. А они все имеют компрессор с конденсаторным пуском. Там пусковой ток впятеро больше номинала. И инвертор должен быть на это рассчитан и иметь защиту от выбросов по току.

Т.е. экономить на мощности инвертора здесь точно не получится,  5 КВт., по опыту лишними не будут. Батареи не меньше 400А/ч. Ну и зарядное устройство, можно совмещенное с инвертором. По цене такой инвертор стоит на уровне 100 тыс. руб. у поставщиков автономных энергосистем при мощности 3-4 Квт. И тех на рынке почти нету. Не везут они из Китая инверторы на большую мощность, они тяжелые, очень дорогая перевозка. А спрос небольшой, мало кто понимает у нас, что 3 Квт. инвертор для автономной системы это очень даже мало.

Хотелось бы предложить Интернет-сообществу  в части самодельщиков ветросолнечных систем объединить спрос на инверторы, грамотно сформировать заказы и тогда цена будет существенно меньше, а кто владеет логистикой по Китаю эти заказы сможет выполнить, ну и сервис организовать для инвертора как для любого электроприбора, чтобы было где отремонтировать.

Вообщем, это тот случай, когда рынок надо формировать снизу, от потребителя, иначе мы от поставщиков еще долго не получим того, что необходимо.


Вчера установили второй ветряк в селе. Конструкция версии 2.0 (на тракторной ступице со сдвоенным генератором). Первый будем снимать для модернизации.

Из наработанного – параллельно-последовательное соединение котушек использовать не будем, т.к. ввиду несимметричности их расположения относительно магнитов они каким-то неведомым для нас образом гасят друг друга (и соответственно мы теряем в генерируемой мощности). Разбираться с этим не будем, у нас нет ни времени, ни знаний вникать в эти потусторонние процессы магнетизма. Пойдем по простому пути (так советовал нам один из

посетителей нашего стенда на Сорочинцах в прошлом году) – каждой катушке – индивидуальный диодный мост.

Сейчас экспериментируем с разными видами катушек (решили попробовать катушки на сердечнике), в ближайшее время определимся.

Из замеченного: страгиваясь на очень слабых ветрах, ветряк не раскручивается выше определенных оборотов (примерно 200-300 об. в мин.) даже при сильном постоянном ветре – происходит самоторможение (как, впрочем, мы и прогнозировали). Пока еще вопрос – нужно ли нам давать раскручивать его выше этих оборотов (экспериментируя с количеством и формой лопастей) или нам важнее крутящий момент (который у парусника довольно высок), позволяющий стабильно вращать его под высокой нагрузкой без заметного торможения? Это нам предстоит определить в ближайшее время.

Еще одно – защита от штормового ветра (складывание лопастей) работает просто прекрасно! Наблюдали много раз – ветряк разворачивается по ветру, не успевает раскрутиться, налетает шквал – хлоп! лопасти сложились-разложились, ветряк продолжил работать! Иными словами, со всеми механическими узлами мы пришли к более-менее постоянно конструкции и никаких изменений пока не предвидется. Возможно, в будущем разработаем вариант с несколькими ветроголовками на одном валу (не более 3-х), но не в том виде, как планировалось изначально. Сейчас уже понятно, как это правильно сделать.

Еще один момент, пока нам не понятный – почему в верхней точке вращения лопасти надуваются по направлению ветра, а в нижней – против… И нужно ли с этим что-то делать? На фотографии это хорошо видно.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

солнце

Эксплуатация солнечных батарей

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

Практические испытания солнечных батарей...

Монтаж солнечных панелей

Самодельные солнечные батареи | Суббота, 12 Февраля 2011

При монтаже, солнечные панели...

Самодельная солнечная батарея

Самодельные солнечные батареи | Среда, 1 Февраля 2012

Начинаю свой проект по...

Солнечную батарею сделать своими руками

Самодельные солнечные батареи | Понедельник, 6 Февраля 2012

Солнечные батареи своими руками...

Солнечные батареи и аккумуляторы

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

На первых спутниках Земли...

Инвертор

Самодельные солнечные батареи | Вторник, 4 Января 2011

   Инвертор превращает постоянный ток...

ветер

Ветроустановка своими руками

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Автор: Евгений ВасильевичЯ сделал...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 4)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Предыдущая часть здесьСхема проводки простая...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 2)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Начало этой статьи можете найти...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 3)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Предыдущая статья здесьИтак, следующим этапом...

Самодельный ветрогенератор

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 4 Января 2011

Хочу предложить читателям интересное на...

Ветрогенератор своими руками

Самодельные ветрогенераторы | Воскресенье, 6 Февраля 2011

Ветрогенератор роторного типа. Мощностью до...