Каталог огранизаций по электромонтажу и электролабораторий:
Москва
Санкт-Петербург

Генератор на неодимовых магнитах

Альтернативная энергетика – это не только модное направление деятельности, которое усиленно поддерживают различные экологические движения. Правильное применение соответствующих технологий обеспечит полную или частичную автономию энергоснабжения. Качественный генератор на неодимовых магнитах сэкономит значительные денежные средства с учетом актуальных тарифов. Эта публикация поможет собрать функциональную конструкцию без ошибок.

Мощный генератор на постоянных магнитах обеспечивает необходимое электропитание без подключения к централизованным сетям
Мощный генератор на постоянных магнитах обеспечивает необходимое электропитание без подключения к централизованным сетям

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
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
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.

Главные параметры проекта

После ознакомления с общими принципами надо уточнить личные требования. Мощный ветрогенератор своими руками сделать непросто, поэтому начинают эксперименты с простейших небольших моделей. Впрочем, при правильной подготовке вполне можно приступить к реализации проекта полного обеспечения электроэнергией определенного объекта недвижимости.

Относительно легко получится создать однофазный генератор. Однако на выходе такого устройства образуются значительные перепады тока. Этот процесс сопровождается сильными вибрациями, шумом. Такой звук будет беспокоить самого хозяина. Он станет причиной недовольства соседей. Если превышены установленные действующим законодательством нормы, установку придется демонтировать.

Чтобы исключить перечисленные недостатки и одновременно повысить КПД на 40-50%, предпочтение отдают трехфазной схеме. Если нет подходящего готового электрического асинхронного мотора, его можно создать самому.

Основные компоненты, одно,- и трехфазные схемы подключения обмоток генератора
Основные компоненты, одно,- и трехфазные схемы подключения обмоток генератора

На фото приведен пример с роторами (1), которые сделаны из неодимовых магнитов. Следующие снимки демонстрируют статор из медных катушек на стадии изготовления (2) и после создания цельного блока с заливкой эпоксидной смолой.

Электрические и технические параметры генератора

Расчет напряжения выполняют по формуле:

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.

Особенности ротора и статора

Чтобы сделать эффективный генератор на магнитах из неодимового сплава своими руками, учитывайте при сборке следующие рекомендации:

  • Для повышения прочности диск делают из стали. Его толщину делают не менее чем у самих магнитов. В противном случае часть силового поля будет рассеиваться. При правильном соблюдении пропорций к обратной стороне собранного изделия не притягивается швейная игла;
  • Расстояние между отдельными магнитами делают равным или более половины ширины изделий;
  • Толщину статора в собранном состоянии делают равной или меньше толщины неодимовых магнитов;
  • Трехфазный магнитный генератор делают по пропорциям 3 к 3 или 4 к 3 (количество магнитов/индукционных катушек, соответственно).

К сведению. Магниты прикрепляют, строго соблюдая чередование полюсов. Чтобы не ошибиться, на соответствующих гранях заранее делают пометки маркером.

Как согласовать параметры функциональных частей

Лопасти по энергетическому потенциалу должны соответствовать определенному асинхронному двигателю или собранному своими руками ротору на магнитах. При существенных отклонениях для получения достаточной электрической мощности придется создавать новые изделия с нужными параметрами. Обратная ситуация также недопустима. Слишком крупные лопасти не способны быстро вращаться. При сильном ветре повышается риск разрушения подобных конструкций.

Чтобы не ошибиться, составляют таблицу с режимами работы оборудования при разной скорости вращения с шагом 50-100 об./мин. Далее пользуются специализированными калькуляторами, которые по заданным значениям рассчитывают геометрические параметры винта. Эти изделия создают из подходящей древесины, металла, пластика. В качестве заготовок подойдут стандартные трубы из поливинилхлорида для наружных канализационных сетей.

Выводы и дополнительная информация

С помощью редуктора и тщательного расчета лопастей можно создать тихоходный, малошумящий низкооборотный генератор на неодимовых магнитах. Современные электронные компоненты и соответствующая схемотехника помогут создать инвертор с высоким КПД. Новые модели аккумуляторов выполняют свои функции безупречно, без регламентного обслуживания, сохраняют свои полезные функции после сотен циклов перезарядки.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения ротора
Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения ротора

Для ознакомления с действующими установками можно посмотреть реализованные проекты Сергея Савченко, Александра Седова, Валерия Яловенко, Виктора Бурлака. Их идеи можно трансформировать с учетом личных возможностей и предпочтений. Упростить расчеты несложно с помощью специализированных программ-калькуляторов, которые можно быстро найти в сети Интернет. В любом случае магнитный генератор следует рассматривать вместе с другими частями системы автономного снабжения электроэнергией, чтобы обеспечить хорошую согласованность.

Видео

Похожие публикации