Ветрогенератор на неодимовых магнитах: чертежи, расчет, своими руками

Содержание

Как сделать своим руками

Ветровой генератор на основе неодимовых магнитов отличается от прочих конструкций генераторов тем, что легко может быть изготовлен самостоятельно в домашних условиях.

Как правило за основу берут автомобильную ступицу или шкивы от ременной передачи, которые предварительно очищаются, если это бывшие в употреблении запасные части и подготавливаются к работе.

При наличии возможности изготовить (выточить), специальные диски, лучше остановиться на этом варианте, т.к. в этом случае не придется подгонять геометрические размеры наматываем ых катушек к размерам используемых заготовок.

Неодимовые магниты следует приобрести, для чего можно воспользоваться сетью интернет или услугами специализированных организаций.

Один из вариантов изготовления генератора на неодимовых магнитах, с использованием дисков, специально изготовленных для этих целей, предлагает к рассмотрению Яловенко В.Г. (Украина). Данный генератор изготавливается в следующей последовательности:

Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:

Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм2, наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
На листе фанеры или бумаге, изготавливается шаблон, соответствующий диаметру используемых дисков, на котором также производится разбивка на 12 секторов.

Катушки укладываются в размеченные сегменты, где фиксируются (изолента, скотч и т.д.) и расключаются последовательно между собой (конец первой катушки соединяется с началом второй и т.д.). в результате получается следующая конструкция

Из дерева (доска и т.д.) или фанеры, изготавливается матрица, в которой можно залить эпоксидной смолой уложенные по шаблону катушки. Глубина матрицы должна соответствовать высоте катушек.
Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:

Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:

Конструкция должна жестко крепить статор (заготовка с обмотками, залитыми эпоксидной смолой), с одной стороны, и не затруднять вращение ротора (диски с недимовыми магнитами).
Из трубы (полиэтилен, пропилеи и т.д.), используемой для прокладки сетей водопровода или канализации, изготавливаются лопасти ветрового генератора. Для этого труба нарезается нужной длины, после чего разрезается и заготовкам придается соответствующая форма.
Изготавливается хвостовок ветровой установки. Для этого может быть использован любой листовой материал (фанера, металл, пластик), после чего хвостовик крепится к собираемой конструкции, со стороны противоположной креплению лопастей. В результате получается следующая конструкция:

Собранная установка монтируется в предусмотренном для этого месте.
К выводам генератора подключается нагрузка.

Конструкция ветрового генератора на неодимовых магнитах может быть различной, все зависит от имеющихся запасных частей и технический возможностей человека, решившего изготовить подобное устройство самостоятельно.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Супермаховик- альтернативный накопитель энергии

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте , Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

История возникновения вечного двигателя

Первые упоминания о создании такого устройства возникли в Индии в VII веке, но первые практические пробы его создания возникли в VIII веке в Европе. Естественно, создание такого устройства позволило бы значительно ускорить развитие науки энергетики.

В те времена, такой силовой агрегат смог бы не только поднимать разные грузы, но и крутить мельницы, а также водяные насосы. В XX веке произошло знаменательное открытие, которое дало толчок к созданию силового агрегата – открытие постоянного магнита с последующим изучением его возможностей.

Модель мотора на его основе должна была работать неограниченное количество времени, из-за чего его назвали вечным. Но как бы там ни было, а вечного ничего нет, так как любая часть или деталь может прийти в неисправность, поэтому под словом «вечно» необходимо понимать только то, что он должен работать без перерывов, при этом не подразумевая каких-либо затрат, включая топливо.

Сейчас невозможно точно определить создателя первого вечного механизма, в основе которого, стоят магниты. Естественно, он сильно отличается от современного, но есть некоторые мнения на тот счет, что первые упоминания о силовом агрегате на магнитах, есть в трактате Бхскара Ачарья математика из Индии.

Первые сведения о появления такого устройства в Европе, появились в XIII веке. Информация поступила от Виллара д’Оннекура, выдающегося инженера и архитектора. После своей смерти, изобретатель оставил потомкам свой блокнот, в котором были разные чертежи не только сооружений, но и механизмов для поднятия грузов и собственно первым устройством на магнитах, что отдаленно напоминает вечный двигатель.

Электрические и технические параметры генератора

Расчет напряжения выполняют по формуле:

Генератор тока переменного

U=2*Ч*КП*КК*КВ*МИ*П, где:

U – напряжение в Вольтах;
Ч – частота оборотов ротора генератора за одну секунду;
КП – количество магнитных полюсов;
КК – количество индукционных катушек в статоре;
КВ – число витков проводника в одной индукционной катушке;
МИ – магнитная индукция в Тл, которая образуется в стандартном зазоре (2 мм);
П – площадь поверхности одного неодимового магнита, в кв. м.

Если применяют простые катушки, для расчета берут магнитную индукцию 0,5 Тл. При добавлении сердечника из электротехнической стали значение увеличивают до 0,7-0,9Тл.

К сведению. Формула действительна при соединении обмоток «треугольником». Если трехфазный генератор собирают по схеме «звезда», полученное значение умножают на поправочный коэффициент 1,7.

После вычисления напряжения надо узнать сопротивление в обмотках. После этого несложно будет определить силу тока и мощность. Для медного проводника удельное сопротивление составляет 0,0175 Ом на мм кв./ метр. Для расчета общей величины применяют формулу:

С= (УС*Д)/ПП, где:

С – сопротивление, в Ом;
УС – удельное сопротивление определенного материала;
Д – длина проводника в метрах;
ПП – площадь проводника в сечении, мм кв.

Для расчета силы тока вычитают из напряжения магнитного генератора на холостом ходу напряжение подсоединенного для зарядки аккумулятора. Полученное значение делят на величину рассчитанного по предыдущей формуле сопротивления.

Увеличение/уменьшение оборотов меняет соответствующим образом силу тока при неизменном значении напряжения на клеммах батареи аккумуляторов. Для расчета производительности ветроустановки в разных режимах используют стандартную формулу:

P=I*U, где:

Р – мощность, Ватт;
I – сила тока, Ампер;
U – напряжение, Вольт.

Генератор своими руками

Получение электричества в неограниченном количестве из ниоткуда, при этом, не платя ни гроша – идея заманчивая, а главное, вполне реальная.

Рассмотрим на примере создание генератора по типу Адамса, с получением небольшой мощности.

Итак, для работы понадобятся:

Магниты – их величина будет влиять на индукционное поле и вырабатываемую энергию, поэтому для пробы подойдут небольшие куски, желательно одинаковых размеров. Для полноценного генератора 15 штук будет вполне достаточно.

Магниты должны обязательно устанавливаться друг к другу одним полюсом – плюсом. В противном случае индукционное поле не создастся.

Медные провода.
Две катушки – ее можно как взять из уже готовых моторов, так и сделать самостоятельно, путем постепенного наматывания двух медных проводков, начиная снизу, и двигаясь вверх.
Листы стали, из которых будет изготовлен корпус (рамка).
Гвозди, болты и шайбы для закрепления мелких деталей.

Приступаем к работе. Первым делом нужно прикрепить линейный магнит к основанию катушки, путем высверливания отверстия и закрепления последнего болтами. На катушки наматываем провода (по 1,25 мм) с изоляцией. На металлическую рамку устанавливаем катушки таким образом, чтобы в торцах были зазоры, необходимые для кручения основного элемента. Собственно, агрегат готов к использованию. Правильно его собрали или нет – проверить очень просто. Для этого нужно крутить магниты рукой, приложив максимальную силу. Если на концах обмотки появилось напряжение (проверяем специальным прибором), значит агрегат полностью готов к эксплуатации.

Естественно, эта схема примитивная, но отображает суть задумки – создать генератор, который бы работал без топлива, используя силу магнитного тока. Для дома вряд ли подойдет такой генератор, а вот зарядить мобильный телефон вполне удастся.

Для получения более серьезных генераторов, основанных на магнитном поле, лучше обратиться за помощью к специалистам и приобрести уже готовую модель у производителя.

Генератор на неодимовых магнитах: принцип и схема работы

Неодимовые магниты – элементы, которые позволяют конструировать альтернативные источники энергии

Неважно, какими они будут: ветряными, водными или механическими. Речь идёт не о мифологических вечных двигателях, а о целиком реальных устройствах с высоким КПД. В быту они, как минимум, помогут вам зарядить гаджеты или автомобильный аккумулятор

В быту они, как минимум, помогут вам зарядить гаджеты или автомобильный аккумулятор.

В таких устройствах за основу взят обычный маятник, а давать низкопотенциальную энергию будет сила тяжести. Схема работы такова:

В верхней части маятник вольно качается на паре подшипников.
Внизу на конце рычага маятника находится дугообразный отрезок с парой мощных неодимовых магнитов.
На неподвижной опоре в верхних точках колебания маятника установлены два электромагнита, сопоставимые по мощности с неодимовыми. По мере приближения маятника они будут кратковременно включаться и отталкивать его.
По качающейся дуге располагаются менее мощные неодимовые магниты. На них возложена функция ротора.
На неподвижной платформе в нижнем сегменте окружности маятника размещены статорные катушки без сердечника (6-12 шт., в зависимости от размеров устройства). Их функция – сокращение торможения.
Выше дуги можно расположить ещё одну, меньше по количеству магнитов, по размеру и мощности.
Электромагниты следует запитать от маломощной батареи из электроконденсаторов.
Чтобы преобразовать энергию в переменный ток, нужно установить инвертор.

Изготовление ветряка

Изготовление ветрогенератора своими руками состоит из двух этапов. Первый — создание вращающейся турбины (крыльчатки), работа слесарная, с материалами и инструментами. Вторым этапом становится создание генератора, процедура не менее ответственная и требующая тщательности и наличия определенного опыта и знаний. При этом, изготовление генератора «на глазок» никаких полезных результатов не принесет. Необходим расчет, позволяющий совместить характеристики крыльчатки и генератора, дающий возможность получить представление о характеристиках создаваемого устройства. Рассмотрим порядок расчета и величины, которые необходимы для его выполнения.

Как производится расчет генератора?

Основная формула расчета ЭДС генератора выглядит следующим образом:

E = V × B × L, где

E — ЭДС.

V — Линейная скорость движения магнитов (М/с).

B — Магнитная индукция магнитов (Тл).

L — Активная длина проводника (м)

Используя формулу можно получить значение ЭДС генератора для определенной скорости движения (вращения) ротора. Некоторую сложность представляет собой определение величины магнитной индукции. Точного значения найти вряд ли удастся, поэтому обычно принимают значение, равное 0,8 Тл. Или, как вариант, измеряют величину зазора между магнитами и катушками статора. Считается, что зазор размером в толщину магнита обеспечивает магнитную индукцию в 1 Тл. Если зазор увеличивается, то величина индукции падает.

Активная длина проводника — это длина провода обмоток, накрытая магнитами. То есть, та часть обмоток, которая попадает в магнитное поле. Поэтому изготовление слишком больших катушек нецелесообразно, их размер должен максимально коррелировать с величинами магнитов. Для круглых магнитов на немагнитном основании активная длина принимается равной диаметру магнита, а при использовании железного статора активная длина принимается равной ширине статора, так как он весь становится сплошным магнитом.

Исходя из приведенной формулы можно сделать вывод — при прочих равных условиях можно увеличить ЭДС, изготавливая дисковые генераторы с большим диаметром диска. Линейная скорость магнитов увеличится, и устройство даже на низких скоростях будет вырабатывать неплохое напряжение. Однако, генератор с высоким напряжением — не самоцель, устройство должно вырабатывать именно то количество тока, какое подойдет для качественной зарядки аккумуляторов.

Нерационально создавать ветряк, если большая часть выработанного тока будет сбрасываться на балластную нагрузку. Кроме того, необходимо заранее выяснить преобладающую скорость ветра в регионе и вычислить оптимальную скорость вращения крыльчатки. В противном случае можно получить генератор, дающий слишком высокое напряжение, чреватое закипанием аккумуляторов.

Определения и формулировка задач

В данном проекте переменный ток получают за счет индукции. Она образуется при перемещении проводника в силовых линиях магнитного поля. Это движение обеспечивают с помощью ротора, который приводится в действие силой ветра.

Схема электроснабжения

Этот рисунок поясняет состав типичной установки. На большой высоте увеличивается сила ветра, поэтому генератор переменного тока на постоянных магнитах закрепляют на соответствующей прочной опоре. Для лучшей устойчивости его закрепляют растяжками. Основную опору можно сделать с креплением к закладной в бетонном фундаменте.

Следует продумать механизм обслуживания рабочих агрегатов в процессе эксплуатации. В крупных установках закрепляют лестницы на опорах для доступа персонала. Сравнительно меньшие конструкции бытовой категории делают разборными. Иногда применяют вращающийся опорный узел, чтобы при необходимости переместить стойку в горизонтальное положение.

Блок ветряка закрепляют на подшипнике, чтобы обеспечить беспрепятственное вращение на 360 градусов. Для автоматического разворота в нужном направлении устанавливают вертикально хвостовую пластину, как в обычном флюгере. Ураганные ветра способны раскрутить ротор слишком быстро. Чтобы исключить повреждения в таких ситуациях, применяют специальный тормоз. Особо крупные конструкции оснащают поворотными лопастями.

Защита от сильного ветра с механизмом складывания и возвратной пружиной

Ветровой магнитный генератор не отличается постоянством параметров. По этой причине необходимо устройство накопления электроэнергии. Полученный переменный ток выпрямляют. Далее в цепь устанавливают прибор для оперативного контроля (амперметр). Следующий блок, контроллер, обеспечивает правильную зарядку подсоединенного аккумулятора.

Накопленную энергию можно использовать непосредственно для питания ламп. Другие потребители подключаются через преобразователь (инвертор), образующий на выходе переменное напряжение с необходимыми параметрами.

Способ намотки катушки статора ветряка

Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность. Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.

Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.

Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.

НЕОДИМОВЫЕ МАГНИТЫ В КОНСТРУКЦИИ

Эта деталь является самой дорогостоящей во всей конструкции – это, несомненно, является недостатком. Но, с другой стороны, человечество еще не придумало более мощный и доступный при этом магнит. Сейчас их несложно достать: размеры, сила, масса – было бы только желание и деньги.

Неодимовые магниты имеют разные размеры и мощность

В нашем ветрогенераторе применяются неодимовые магниты диаметром 25 миллиметров и высотой 8 миллиметров. Количество: по 20 магнитов на дисках. Монтаж магнитов – самый ответственный после соблюдения точности процесс. Лучше всего использовать сильный клей, который желательно предварительно испытать на прочность удерживания. Магниты должны располагаться по кругу с обязательным чередованием полюсов.

Можно расчертить ступицу, можно заранее все выполнить на бумаге – в любом случае ошибку допустить нельзя. Полюс можно отметить маркером на поверхности магнита, тогда вероятность ошибки сводится к нулю. После приклеивания поверхность диска заливается эпоксидной смолой. По краям диска наматывается борт. Это может быть тонкая полоса шпона или грубый картон, можно также использовать гибкую пластмассу. Некоторые обклеивают края пластилином.

Что это такое

Неодимовым магнитом является магнитный элемент, который состоит из неодимового редкоземельного борного и железного материала. Обладает кристаллической структурой, тетрагональной формой и формулой Nd2Fe14B.

Неодимовый магнит как самый распространенный вид

Впервые был создан организацией General Motors в 1982 году. Является самым сильным постоянным магнитным элементом, величина мощности которого в несколько раз больше обычного. Оснащен большой магнитной индукцией в 12 400 гаусс.

Обратите внимание! Это хрупкий сплав, имеющий формулу NdFeB, а также жесткий никелированный защитный слой и соответствующий класс. Пользуется большой популярностью и выпускается в разной форме. Полное определение материала

Полное определение материала

Преимущества

Приборы приобретают в готовом виде или изготавливают самостоятельно. Купив ветрогенератор, его остается только установить. Все регулировки и центровки уже пройдены, проведены испытания при различных климатических условиях.

Неодимовые магниты, которые используются вместо редуктора и подшипников, позволяют достичь следующих результатов:

сокращается трение, и повышается срок эксплуатации всех деталей;
исчезает вибрация и шум прибора при работе;
себестоимость уменьшается;
экономится электроэнергия;
исчезает необходимость регулярно обслуживать прибор.

Ветрогенератор можно приобрести со встроенным инвертором, который заряжает батарею, а также с контроллером.

Плюсы и минусы

К достоинствам ветрогенераторов, изготовленных с использование неодимовых магнитов можно отнести следующие характеристики:

Высокий КПД устройств, достигаемый за счет минимизации потерь на трение;
Продолжительные сроки эксплуатации;
Отсутствие шума и вибрации при работе;
Снижение затрат на установку и монтаж оборудования;
Автономность работы, позволяющая осуществлять эксплуатацию без постоянного обслуживания установки;
Возможность самостоятельного изготовления.

К недостаткам подобных устройств можно отнести:

Относительно высокая стоимость;
Хрупкость. При сильном внешнем воздействии (ударе), неодимовый магнит способен лишиться своих свойств;
Низкая коррозийная стойкость, требующая специального покрытия неодимовых магнитов;
Зависимость от температурного режима работы – при воздействии высоких температур, неодимовые магниты теряют свои свойства.

Основные характеристики

Для того, чтобы определиться в целесообразности изготовления генератора на неодимовых магнитах, нужно рассмотреть основные характеристики данного материала, которыми являются:

Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.

В состав неодимовых магнитов, кроме неодима входит железо и бор и зависимости от и их процентного соотношения, получаемое изделие, готовый магнит, различается по классам, отличающимся по своим характеристикам, приведенным выше. Всего выпускается 42 класса неодимовых магнитов.

Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:

Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм , ВН.
Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).

Ветрогенератор на неодимовых магнитах