Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Автомобильный генератор для ветряка: Автогенератор на ветряк без переделки

Содержание

Автогенератор на ветряк без переделки








Автомобильный генератор самый доступный генератор, и если планируется делать ветрогенератор, то сразу невольно при поиске генератора вспоминается именно автомобильный генератор. Но без переделки на магниты и перемотки статора он не подходит для ветряка так-как рабочие обороты автомобильных генераторов 1200-6000 об/м.

По-этому чтобы избавится от катушки возбуждения ротор переделывают на неодимовые магниты, и чтобы поднять напряжение перематывают статор более тонким проводом. В итоге получается генератор мощностью при 10 м/с 150-300 ватт без использования мультипликатора (редуктора). Винт ставят на такой переделанный генератор диаметром 1.2-1.8 метра.

>

Сам автомобильный генератор очень доступен и его можно легко купить Б/У или новый в магазине, стоят они не дорого. Но вот чтобы переделать генератор нужны неодимовые магниты, провод для перемотки, а это ещё дополнительные траты денег. Так-же конечно надо уметь это делать, иначе можно всё испортить и выкинуть в мусор. Без переделки генератор можно использовать если сделать мультипликатор, к примеру если передаточное соотношение сделать 1:10, то при 120 об/м начнётся зарядка аккумулятора 12 вольт. При этом катушка возбуждения (ротор) будет потреблять около 30-40 ватт, а всё что останется пойдёт в аккумулятор.

Но если делать с мультипликатором, то конечно получится мощный и большой ветрогенератор, но при малом ветре катушка возбуждения будет потреблять свои 30-40 ватт и аккумулятору мало что достанется. Нормальная работа будет наверно на ветре от 5 м/с. При этом винт для такого ветряка должен быть диаметром около 3 метра. Получится сложная и тяжёлая конструкция. А самое сложное это найти готовый мультипликатор, подходящий с минимальными переделками, или изготовление самодельного. Мне кажется сделать мультипликатор сложнее и дороже чем переделать генератор на магниты и перемотать статор.

Если авто-генератор использовать без переделки, то он начнёт заряжать АКБ 12 вольт при 1200 об/м. Сам я не проверял при каких оборотах начинается зарядка, но в интернете после долгих поисков нашёл некоторую информацию, которая указывает что при 1200 об/м начинается зарядка АКБ. Есть упоминания что генератор заряжает при 700-800 об/м, но проверить это не представляется возможным. Я по фотографиям статора определил что обмотка статора современных генераторов ВАЗ состоит из 18 катушек, а каждая катушка имеет по 5 витков. Посчитал какое должно получится напряжение по формуле из вот этой статьи Расчёт генератора. В результате у меня как-раз получилось что 14 вольт при 1200 об/м. Конечно генераторы не все одинаковые и я где-то читал про 7 витков в катушках вместо пяти, но в основном 5 витков в катушке, а значит всё-таки 14 вольт достигается при 1200 об/м, от этого будем исходить далее.


Двух-лопастной винт на генератор без переделки



В принципе если на генератор поставить скоростной двух-лопастной винт диаметром 1-1.2 метра, то такие обороты легко достигаются при ветре 7-8м/с. Значит можно сделать ветряк и не переделывая генератор, только работать он будет на ветре от 7м/с. Ниже скриншот с данными двух-лопастного винта. Как видно обороты такого винта при ветре 8м/с составляют 1339 об/м.

>

Так-как обороты винта растут линейно в зависимости от скорости ветра, то (1339:8*7=1171 об/м) при 7м/с начнётся зарядка АКБ. При 8 м/с ожидаемая мощность опять-же по расчёту должна быть (14:1200*1339=15.6 вольт) (15.6-13=2.6:0.4=6.5 ампер*13=84.5 ватт). Полезная мощность винта судя по скриншоту 100 ватт, по-этому он свободно потянет генератор и должен недогруженный выдать даже больше оборотов чем указано. В итоге 84 .5 ватт должно быть с генератора при 8 м/с, но катушка возбуждения потребляет около 30-40 ватт, значит в аккумулятор пойдёт всего 40-50 ватт энергии. Совсем мало конечно так-как переделанный на магниты генератор и перемотанный при этом-же ветре на оборотах 500-600 об/м выдаст в три раза больше мощности.

При ветре 10 м/с обороты будут (1339:8*10=1673 об/м), напряжение в холостую (14:1200*1673=19. 5 вольт), а под нагрузкой АКБ (19.5-13=6.5:0.4=16.2 ампер*13=210 ватт). В итоге получится 210 ватт мощности минус 40 ватт на катушку и полезной мощности останется 170 ватт. При 12 м/с будет примерно так 2008 об/м, напряжение без нагрузки 23.4 вольта, ток 26 ампер, минус 3 ампер на возбуждение, и того 23 ампер ток зарядки аккумулятора, мощность 300 ватт.

Если сделать винт меньшего диаметра, то обороты ещё возрастут, но тогда винт не потянет генератор когда достигнет порог зарядки акб. Я посчитал разные варианты во время написания этой статьи и дву-лопастной винт оказался самым оптимальным для генератора без переделки.

В принципе если рассчитывать на ветра от 7м/с и выше, то такой ветрогенератор будет хорошо работать и выдавать 300 ватт при 12 м/с. При этом стоимость ветряка будет совсем небольшой, по сути только цена генератора, а винт и остальное можно сделать из того что есть. Только винт нужно делать обязательно по расчётам.

Переделанный правильно генератор начинает давать заряду уже с 4 м/с, при 5 м/с ток зарядки уже 2 ампера, при этом так-как ротор на магнитах, то весь ток идет в АКБ. При 7 м/с ток зарядки 4-5 ампер, а при 10 м/с уже 8-10 ампер. Получается что только при сильном ветре 10-12 м/с генератор без переделки может сравнится с переделанным, но он ничего не даст на ветре меньше 8 м/с.



Самовозбуждение автомобильного генератора




Чтобы генератор самовозбуждался без аккумулятора в ротор нужно поставить пару маленьких магнитиков. Если катушку возбуждения запитать от аккумулятора, то она постоянно и не зависимо от того вырабатывает энергию или нет ветрогенератор, будет потреблять свои 3 ампера и заряжать аккумулятор. Чтобы этого не происходило нужно поставить блокирующий диод, чтобы ток шол только в акб, а обратно не уходил.

Катушку возбуждения можно запитать от самого генератора, минус на от корпуса, а плюс от плюсового болтика. А в зубы ротора нужно поставить пару маленьких магнитиков для самовозбуждения. Для этого можно просверлить сверлом дырочки и на клей посадить маленькие неодимовые магнитики. Если нет неодимовых магнитов то можно вставить обычные ферритовые от динамиков, если маленькие, то просверлится и вставить, или проложить между когтей и залить эпоксидной смолой.

Так-же можно использовать так-называемую таблетку, то-есть реле-регулятор как в автомобиле, который будет отключать возбуждение если напряжение АКБ достигло14.2 вольта, чтобы не перезарядить. Ниже на рисунке схема самовозбуждения генератора. Вообще генератор сам возбуждается так-как ротор имеет остаточную намагниченность, но это происходит на высоких оборотах, лучше для надёжности добавить магниты. В схему включен реле-регулятор, но его можно исключить. Развязывающий диод нужен чтобы аккумулятор не разряжался так-как без диода ток будет течь в обмотку возбуждения (ротор).

>

Так-как ветрогенератор будет очень маленький с винтом диаметром всего 1 метр, то никакие защиты от сильного ветра не нужны и с ним ничего не случится если будет крепкая мачта и крепкий винт.

Есть генераторы на 28 вольт, но если их использовать для зарядки 12 вольт АКБ, то оборотов нужно в два раза меньше, около 600 об/м. Но так-как напряжение будет не 28 вольт, а 14, то катушка возбуждения будет давать только половину мощности и напряжение генератора будет меньше, по-этому ничего не получится из этого. Можно конечно попробовать в генератор, статор которого намотан на 28 вольт, поставить ротор на 12 вольт, тогда должно быть получше и зарядка начнётся раньше, но тогда нужны два одинаковых генератора чтобы заменить ротор, или искать отдельно ротор или статор.






Ветряк из автомобильного генератора

Самодельное ветровое устройство, как основной источник электроэнергии в доме

Перед тем как начать строить самодельную ветряную электростанцию, на базе автогенератора, необходимо выполнить очень важную и кропотливую работу, суть которой состоит в  переделке самого автомобильного генератора. Сам процесс изменения этого  устройства нужно разбить на несколько шагов.

  • 1-й шаг. Состоит из изготовления нового вала из немагнитного материала по образцу старого (например из титана).
  • 2-й шаг. Заключается в перемотке статора автогенератора, где увеличивают количество витков в 5-7 раз, а диаметр провода уменьшают. Это делается для увеличения генерации энергии на малых оборотах. Автогенератор при работе в автомобиле развивает обороты до 6000, ветряк же выдает не более 600.
  • 3-й шаг. На этом шаге необходимо изготовить новый ротор из алюминиевой болванки и напрессовать ее на новый вал. На самом ново-изготовленном роторном устройстве нужно сделать выборку под бандажные кольца и постоянные магниты.
  • 4-й шаг. Это последний шаг,  где устанавливаются бандаж, который можно сделать из обычной водопроводной трубы, и садят на эпоксидный клей парное число неодимовых магнитов. Их можно найти и купить в интернете. Магниты устанавливаются с небольшим смещением, чередуя полюса.

Следующим этапом изготовления ветряка из автомобильного генератора, станет определение мощности ветровой установки.

Экономический расчет по сбережению электричества в частном доме

Чтобы выполнить расчет, в первую очередь, нужно определить саму мощность самодельной ветровой установки. Для этого необходимо суммарное  значение площади лопастей умножить на коэффициент ветроиспользования 0,6 (при вращении винта перед ним создается воздушная подушка, которая не позволяет полностью использовать энергию ветра). Дальше полученное число еще раз умножаем, но уже на скорость ветра в третьей степени (средняя скорость ветра составляет 5 м/с). Идеальным вариантом значения мощности, которое будет иметь проектируемый ветряк из автомобильного генератора, является 3 кВт/ч.

Устройство с такой мощностью спокойно обеспечит на 100% необходимой электрической энергией потребителя, нагрузка которого составляет в среднем 3кВт. Но это идеальный вариант, при наличии ветра с необходимой высокой скоростью, идеального генератора с минимальными потерями. Поэтому для исключения неблагоприятных погодных условий для выработки собственной электроэнергии необходимо построить целую собственную сеть, способную компенсировать киловатты  за счет их накопления.

Принцип действия

самодельного ветрового устройства на базе автомобильного генератора.

Принцип работы этого устройства очень прост. Ветер нужной скорости воздействует через лопасти на автомобильный генератор, заставляя его крутится. В процессе вращения генерирующего устройства вырабатывается электрический ток, поступающий к нагрузке потребителя через инверторное устройство.

Стоить отметить очень важную деталь в работе ветрового устройства – это наличие флюгера, который обеспечивает вращение лопастей по ходу ветра.

Конструкция ветровой установки на базе автомобильного генератора.

Для того чтобы сделать ветряк из автомобильного генератора в конечном его виде, необходимо набраться немного терпения и разбить сам процесс на два этапа:

  • 1-й этап – изготовление лопастей. Этот элемент можно изготовить из ПВХ трубы, диаметр и размер которой должен соответствовать рассчитанной необходимой площади лопастей исходя из выше указанной формулы. Саму трубу необходимо разрезать на три равных частей по ее длине. Из полученных частей вырезаются лопасти, по форме которые должны быть трапецеидальными. Полученные элементы вращения крепим на основание. Само основание можно сделать из старой циркуляционной пилы, сточив для этого дела ее  зубья. Полученный пропеллер необходимо закрепить на вал генератора.
  • 2-й этап – сборка полной конструкции поворотной части ветровой установки. На этом этапе нужно взять квадратную трубу 20*25мм, которую с одной стороны необходимо разрезать вдоль и в полученный прорез вставить флюгер, сделанный из листового металла, любой формы. На другую сторону трубы, с помощью хомутов крепится генератор с пропеллером.

Стоит запомнить, что автомобильный генератор, для достижения нужных результатов, должен быть с мощного авто или трактора, в комплекте с аккумулятором  и его релейными устройствами. Поднимать ветряк нужно как можно выше. Скорость ветра линейно зависит от высоты подъема. Постарайтесь устанавливать ветрогенератор на возвышенности или в степных районах с минимальной застройкой.

В принципе ветровая установка готова. Остался контроллер, аккумуляторы, инвертор и вперед, но это тема для отдельной статьи.

Самодельные генераторы для ветряка

С древних времен и до сегодняшнего дня человечество пытается найти альтернативные источники энергии. Но, несмотря на прогресс в абсолютно всех без исключения отраслях промышленности и регулярное внедрение в производство инновационных способов получения мощности, самыми надежными и распространенными по-прежнему остаются природные ресурсы – вода, ветер и пр. И если с монтажом гидроэлектростанции у рядового потребителя могут возникнуть проблемы, то оборудовать такой механизм, как ветряк для частного дома, в состоянии практически каждый хозяин. Именно об этом устройстве, его технических характеристиках, видах и особенностях монтажа далее пойдет речь.

Что собой представляет ветряной генератор?

Такой механизм представляет собой изделие, основное назначение которого заключается в преобразовании энергии ветра в электрическое напряжение. Подобными приборами, которые среди потребителей именуются ветряками, пользовались еще на заре нашей эры, только форма их, безусловно, была иной. Сегодня такое устройство значительно усовершенствовалось.

Основной ресурс для такого механизма – это ветер. Исходя из проводимых наблюдений, основывающихся на его скорости и плотности, специалисты выясняют, какой именно должна быть высота для размещения этого прибора, каким количеством лопастей он должен обладать и пр. Генераторы для ветряка производятся на специализированных предприятиях, однако многие хозяева предпочитают изготавливать такой механизм своими силами при помощи подручных средств. Но прежде чем говорить об особенностях этого процесса, следует выяснить, каким образом функционирует такой механизм.

Принцип работы самодельного ветряка

Очень похожей на систему этого генератора является знакомая всем турбина самолета. Главное отличие – у ветряка вращение лопастей происходит не за счет работы мощного двигателя. В основе функционирования лежит свободная энергия ветра, которая поглощается и впоследствии преобразуется в нужное хозяевам электричество.

Как правило, форма лопастей подбирается такая, чтобы любое, даже малейшее дуновение было ощутимым, а механизм сразу же на него реагировал. Несмотря на то что скорость вращения часто кажется низкой, малые шестерни крутятся гораздо быстрее больших, что не всегда заметно на первый взгляд. Работая таким образом, механизм прекрасно справляется с разгоном лопастей и энергия производится в нужном объеме.

Основные достоинства ветряных генераторов

К неоспоримым преимуществам подобных изделий можно отнести следующие:

— экологическая безопасность. Ветряк для частного дома никак не влияет на состояние атмосферы и не выделяет в воздух никаких вредных выхлопов и газов, поскольку топлива для его функционирования не требуется;

— как становится понятно, этот механизм очень выгоден с экономической точки зрения, так как тратиться на горючее не придется. Все расходы будут связаны лишь с монтажом структурных частей ветряка, и в частности его генератора.

Однако у такого функционального устройства все же есть и некоторые отрицательные характеристики, о которых нельзя не упомянуть.

Недостатки ветряков

Главный минус изделия – неспособность управлять скоростью его работы, что объясняет постоянную разницу в объеме производимой энергии. Говоря проще, при отсутствии ветра возникает неизбежная необходимость использовать иной источник, функционирующий уже на каком-либо топливе.

Кроме того, с точки зрения эргономичности подобные установки не очень удобны, поскольку они занимают много места. К тому же для максимального эффекта размещать их лучше всего на возвышенности, а не на равнинной местности.

Монтируя вертикальный ветряк, крайне важно согласовать его установку с соседями, так как встречаются случаи, когда этот механизм выступает серьезной помехой для телевизионных антенн, а уровень шума порой бывает слишком высоким.

Далее следует рассмотреть два основных типа ветряка – горизонтальный и вертикальный. У каждого из них есть свои особенности, связанные как с установкой, так и с эксплуатацией.

Устройство горизонтального ветрогенератора

Различие между двумя вышеупомянутыми видами этих механизмов заключается в расположении оси. Горизонтальный вариант является более распространенным для обеспечения электричеством небольших построек частного типа и состоит из следующих структурных компонентов:

  1. Роторный вал.
  2. Коробка передач.
  3. Непосредственно генератор.
  4. Система тормозов.

Перед тем как сделать ветряк, следует четко уяснить, что лопасти такого изделия должны изготавливаться из прочного металла, способного выдержать воздействия непогоды. Благодаря коробке передач весь механизм функционирует надежно. Для предотвращения непредвиденных ситуаций допускается монтаж дополнительного мотора, способного вырабатывать электрическую энергию.

Функционирование вертикального ветряка

Эта система оснащена роторным валом, расположенным уже не горизонтально, а прямо. Основное достоинство такой конструкции заключается в том, что свободная энергия, получаемая из воздуха, производится вне зависимости от какой-то конкретной силы ветра. Кроме того, совершенно необязательно монтировать подобный механизм на открытом участке, его в отличие от горизонтального образца можно установить внутри постройки.

Функционируют генераторы для ветряка, оборудованного вертикально, очень просто. Поступающая энергия преобразуется в электричество за счет вращающихся лопастей, которые, в свою очередь, работают благодаря роторному валу. При этом получаемое напряжение всегда можно не просто направить в жилое помещение, но и подвести к конкретному оборудованию или прибору.

Материалы для сборки ветрогенератора

Комплектация такого самодельного устройства не включает каких-либо деталей, которые трудно достать, как правило, все элементы есть в свободном доступе на рынке или в хозяйстве. Так, монтируется механизм при помощи следующих материалов:

  • автомобильный генератор для ветряка 12 V;
  • обычный аккумулятор той же мощности;
  • посуда, изготовленная из алюминия или нержавеющей стали, например, ведро или большая кастрюля;
  • реле автомобиля;
  • выключатель в виде кнопки;
  • специальный прибор для измерения напряжения – вольтметр;
  • провода нужной длины;
  • технические инструменты – дрель, отвертка, кусачки;
  • крепежные элементы в виде гаек, болтов и шайб.

Имея в наличии все вышеперечисленные материалы, можно начинать собирать горизонтальный или вертикальный ветряк.

Процесс изготовления

Если лопасти прибора будут изготавливаться из ведра, то его следует разделить на 4 части, соблюдая пропорции будущих деталей, а затем, не доходя до конца, вырезать элементы специальными ножницами, предназначенными для металла.

На дне и на шкиве необходимо разметить и просверлить отверстия для крепежа болтов. Важно, чтобы полученные проемы располагались симметрично друг другу, иначе, вращаясь, ветряк может крениться.

После этого лопасти следует немного отогнуть. Генераторы для ветряка могут крутиться в разные стороны, поэтому здесь следует учитывать, в каком направлении он движется, чтобы сместить в эту сторону металлические части. Угол сгиба напрямую влияет на скорость вращения.

Крепление ведра с подготовленными лопастями к шкиву осуществляется посредством болтов.

Далее к системе подключается генератор. Правильно совместив все провода, можно добиться бесперебойной работы оборудования и обеспечить электричеством не только жилые помещения, но и дополнительные коммуникации наподобие охранной сигнализации, видеонаблюдения и пр.

Существуют и другие варианты сборки, где используются совершенно иные детали, одна из которых – магнит для генератора ветряка. Но изделие, изготовленное из автомобильного аккумулятора, является самым простым в монтаже и эксплуатации.

Как защитить ветрогенератор от урагана

Бывают случаи, когда применение такого устройства является крайне нежелательным. В особенности это касается тех ситуаций, когда скорость порывов ветра превышает показатель в 8-9 м/с. В этом случае самодельное изделие нуждается в определенной защите.

Во время непогоды генераторы для ветряка лучше всего укрывать боковой лопатой. Такой механизм заслужил широкую популярность среди потребителей во многом благодаря простоте своего устройства. Монтируется эта лопата из стандартной профильной трубы, имеющей сечение 20x40x2,5 мм и обычного листа стали, толщина которого не должна превышать 1-2 мм.

Пружиной, удерживающей подобный элемент, может стать любой материал, изготовленный из углеродистой стали и обработанный цинком.

Установив такое защитное средство, можно быть спокойным за целостность генератора, так как даже самый сильный ветер не сможет нанести ему никаких механических повреждений. Касается это и всей конструкции изделия.

Правильный уход за самодельным ветряком

Для того чтобы созданное в домашних условиях оборудование функционировало нормально, следует руководствоваться следующими рекомендациями по его эксплуатации:

  1. Спустя несколько недель после первого запуска ветрогенератор необходимо опустить и проверить надежность всех креплений.
  2. Все структурные части генератора не реже двух раз в год обязательно нужно смазывать маслом.
  3. Заметив, что лопасти вращаются криво или постоянно дрожат, ветряк следует незамедлительно опустить и сразу устранить все неисправности.
  4. Щетки приемника тока следует проверять не реже одного раза в год. Это позволит избежать возможных неприятностей, связанный с замыканием в сети.
  5. Покраску структурных частей всего механизма можно выполнять один раз примерно в 2-3 года.

Таким образом, можно с уверенностью сказать, что гораздо проще и дешевле эксплуатировать именно самодельные ветряки. Генераторы, цены на которые являются весьма немаленькими, лучше всего изготавливать вручную, нежели приобретать дорогостоящее заводское оборудование. Важно лишь соблюсти все условности сборки, и тогда полученное устройство будет работать долго и надежно.

Как сделать ветрогенератор | Строительный портал

Установка ветрогенератора — отличная альтернатива традиционным источникам питания. Но стоимость ветрогенераторов довольно высокая, гораздо проще сделать ветряк своими руками. Перед началом данного процесса следует ознакомиться с принципом работы и разновидностями ветроустановок, а затем перейти к инструкции о том, как сделать ветряк.

Оглавление:

  1. Принцип работы и конструкция ветрогенератора
  2. Преимущества установки ветрогенератора
  3. Расчет мощности ветряка
  4. Разновидности ветроустановок
  5. Изготовление самодельного ветрогенератора
  6. Установка ветрогенератора

Принцип работы и конструкция ветрогенератора

Принцип работы ветряка напрямую зависит от главной функции данного устройства — преобразования механической энергии ветра в постоянную, которая используется для обеспечения электричеством одного частного дома или целого поселка, в зависимости от мощности и количества установок.

Ветрогенератор состоит из основных и дополнительных компонентов. Основными составляющими каждой ветроустановки выступают:

1. Мачты — устройства для поддержания ветроустановки на необходимой высоте, в некоторых моделях мощнейших ветрогенераторов длина мачты достигает 200 м. Высота мачты определяет скорость работы и устойчивость ветряка.

2. Лопасти ветроустановки — приборы, которые улавливают ветер и приводят в действие генератор.

3. Генераторы — устройства для преобразования механической энергии ветра в электрическую.

Кроме основных комплектующих, ветрогенераторные установки оснащают дополнительными компонентами, которые помогают усовершенствовать ветрогенератор для обеспечения полной независимости от традиционных источников получения электричества.

Дополнительные компоненты ветроустановки:

  • контроллеры — приборы, которые отвечают за направление лопастей, обеспечивают качественную защиту ветряка и контролируют заряд аккумуляторов;
  • аккумуляторные батареи — используют для накапливания энергии при сильных порывах ветра. Батареи выполняют дополнительную функцию выравнивания и стабилизации энергии;
  • измеритель ветра или анемоскоп — устройства сбора и накопления данных о качественных характеристиках ветра. Анемоскопы отвечают за определение скорости, направления и порывов ветра;
  • автоматизаторы совместных источников питания — при наличии нескольких источников питания, например, ветрогенератора и дизельного или бензинового генератора, данные устройства переключают один источник питания на другой;
  • инвертор — преобразователь постоянного электричества в переменное, которое обеспечивает бесперебойную работу большинства электрооборудования.

Ветер, попадая на лопасти ветряка приводит в действие весь механизм устройства. Во время движения ветрового механизма происходит выработка переменного тока, который первым делом, поступает в контроллер для ветрогенератора и перерабатывается в постоянный. Постоянный ток в инверторе преобразовывается в однофазный переменный и обеспечивает дом или другое сооружение электричеством. Остатки тока накапливаются в аккумуляторных батареях, которые отвечают за энергоснабжения, в то время, когда нет ветра и ветрогенератор не способен вырабатывать электричество.

Ветрогенератор используют параллельно с такими источниками электропитания:

  • ветрогенератор, работающий на аккумуляторных батареях;
  • работа ветроустановки параллельно с аккумуляторными и солнечными батареями;
  • применение дизельного, газового или бензинового генератора в совокупности с ветряком;
  • параллельное энергоснабжение при помощи ветрогенератора и традиционной электросети.

Преимущества установки ветрогенератора

Установка ветрогенератора позволяет получить экологически чистое, безопасное и надежное электроснабжение, как для дома, так и для большого предприятия или целого поселка. Также ветрогенераторы устанавливают в отдаленных местах, где невозможно использовать традиционное электроснабжение, например, на кораблях или яхтах.

Установка ветрогенератора существенно снижает затраты на электричество. Один раз потратившись на качественный ветрогенератор больше не придется тратить деньги на оплату ежемесячных счетов за электричество, тем более возможно сконструировать самодельный ветряк, который обойдется в несколько раз дешевле, чем покупной.

Ветрогенератор максимально работает в осенне-зимний период, когда преобладание ветра имеет наивысшую степень. В это же время потребность в электричестве возрастает, так как приходится использовать электроэнергию для отопления.

Ветрогенератор работает параллельно с другими источниками питания. Так, например зимой и осенью возможно использование ветрогенератора, а летом и весной — солнечных батарей.

Расчет мощности ветряка

Мощность ветроустановки зависит от типа местности и количества потребляемой электроэнергии, поэтому выбор ветрогенератора целиком соответствует индивидуальным особенностям потребителя.

Чтобы определить мощность ветряка, нужно выяснить номинальную выходную мощность ветроустановки, которая зависит от мощности инвертора. Выходная мощность определяется количеством потребляемой электроэнергии. Самый простой способ определения номинальной выходной мощности — вычисление среднего показателя потребления электроэнергии, для этого соберите счета за электричество за последний год, определите общую сумму количества электроэнергии и разделите полученную сумму на 12.

Далее следует определить среднюю скорость ветра в регионе будущей установки ветряка. Эта информация находится в ближайшем метеорологическом центре.

Формула расчета мощности ветроустановки:

Р = 0,5 * rho*S*Ср*V3*ng*nb. Р — показатель мощности ветрогенератора, rho — обозначение плотности воздуха, S — показатель участка метания ротора, Ср — величина аэродинамического влияния, V — показатель быстроты ветра, ng — радиаторный КПД, nb — редукторный КПД.

Разновидности ветроустановок

По размещению турбин к поверхности земли ветрогенераторы разделяют на:

  • вертикальные,
  • горизонтальные.

Турбина вертикального ветрогенератора размещается перпендикулярно к поверхности площадки, на которой установлен ветряк, а горизонтальный ветрогенератор имеет турбину, размещенную параллельно к поверхности земли.

Вертикальные ветрогенераторы имеют несколько разновидностей:

1. Стандартный вертикальный ветряк — характеризуется наличием вертикальной оси вращения и двух цилиндров. Вертикальный ветряк совершает постоянные вращательные движения. Недостаток такого ветряка — низкое потребление энергии ветра.

2. Роторная вертикальная ветроустановка характеризуется наличием ротора, который уменьшает общую нагрузку на подшипники ветряка, тем самым продлевая эксплуатационный строк устройства. Недостатками роторного ветряка является сложный монтаж и большая стоимость.

3. Ветряк вертикальной оси вращения с геликоидным ротором характеризуется наличием закрученных лопастей, которые отвечают за равномерность вращения ветра.

4. Ортогональный тип вертикального ветрогенератора не требует наличия сильного ветра и работает даже при малейшей скорости ветра от 0,7 м/с. Достоинства ортогонального ветряка — бесшумная работа, высокий уровень безопасности, хорошие технические особенности. К недостаткам ортогональных ветрогенераторов относят массивные лопасти и затрудненный монтаж.

Горизонтальные ветряки характеризуются наивысшим коэффициентом полезного действия и наличием флигеля, который отвечает за поиск ветра. Горизонтальные ветрогенераторы работают только при скорости ветра, которая составляет минимум 2-2,5 м/с.

Среди горизонтальных ветрогенераторов выделяют:

  • однолопастные ветряки, которые характеризуются небольшим весом и простотой монтажа;
  • двухлопастные ветряки имеют две лопасти и довольно высокие обороты;
  • трехлопастные ветряки имеют оптимальное количество лопастей и применяются в электроснабжении частных домов;
  • многолопастные ветроустановки используют для работы насосных или очистных водных станций.

В зависимости от материала, из которого изготовлены лопасти выделяют ветряки:

  • с жесткими лопастями: металлическими или стекловолокнистыми;
  • с парусными лопастями.

В соотношении с шаговым признаком винта выделяют:

  • ветрогенераторы с закрепленным шагом;
  • ветряки измеряемого шага.

В зависимости от сферы использования ветрогенераторы разделяют на:

  • промышленные;
  • домашние.

Промышленные ветряки занимают целые площадки и вырабатывают огромное количество электроэнергии. Такие устройства изготавливают на специальных заводах.

Домашние ветрогенераторы возможно изготовить самостоятельно. Такие устройства менее мощные и отличаются простотой и легкостью конструкции.

Изготовление самодельного ветрогенератора

Инструменты для работы:

  • сварочный аппарат;
  • электрическая дрель;
  • шуруповерт;
  • паяльный аппарат.

Рассмотрим инструкцию по изготовлению вертикального генератора своими руками:

1. Первым делом, необходимо рассчитать мощность устройства и определиться с выбором генератора для ветряка. В качестве генератора разрешено использовать автомобильный генератор. Но, использование генератора от автомобиля имеет несколько недостатков: скорость вращения лопастей должна быть достаточно высокой для обеспечения бесперебойной работы ветряка, для запуска такого устройства необходимо наличие дополнительного аккумулятора, автомобильный генератор имеет большой вес и отяжеляет общую конструкцию ветроустановки. Наилучшим генератором для ветряка, будет двигатель постоянного тока или электродвигатели, которые использовали в электронновычислительных машинах прошлого века. Приобретают такие устройства на радиорынке.

2. Чтобы оптимизировать работу ветрогенератора, следует использовать редуктор цепного или ременного типа. Редуктор ременного типа легче изготовить, а цепной редуктор обеспечивает высокую надежность устройства.

3. В изготавливаемом устройстве используем цепной редуктор. Для изготовления такого редуктора необходимо соединить ротор и генератор старой велосипедной цепью.

4. Чтобы прикрепить генератор, используйте болты или пластиковую трубу с хомутами. Участки, где расположены места крепления залейте силиконом или клеем.

5. Советы по изготовлению ротора:

  • от уровня сбалансированности ротора зависит коэффициент полезного действия ветрогенератора;
  • для изготовления лопасти для ветряка используйте двухмиллиметровый алюминий или пластиковые трубы с диаметром 6-8 см;
  • размер лопастей зависит от скорости ветра: лопасти большого размера лучше работают при слабом ветре, но имеют низкую скорость вращения, а узкие лопасти быстрее вращаются, но для работы требуют сильного ветра;
  • лучше соорудить съемные лопасти среднего размера, чтобы при слабом ветре снимать их, а при сильном устанавливать.

6. Для сооружения мачты используйте отрезки стальной трубы. Мачта должна состоять из нескольких секций, для облегчения монтажа и транспортировки ветряка. В качестве мачты используют антенные вышки или телескопические мачты.

7. Установка дополнительного шарнира на мачте позволит защитить ветроустановку от перегрузки во время сильных порывов ветра.

8. Чтобы сделать хвост ветрогенератора, возьмите отрезок трубы или уголок и прикрепите вертикальную лопасть на конец отрезка.

9. Главными элементами пульта управления является наличие вольтметра, амперметра, балластного проволочного резистора и диодного моста. При перемещении движка резистора в крайнее положение цепь размыкается и резистор начинает работать. Резистор обеспечивает аварийную остановку генератора. Максимальный ток, который выдерживает резистор 20-35 А за половину минуты.

10. В качестве инвертора используйте преобразователь покупного типа или старые источники бесперебойного питания для компьютеров.

Схема ветрогенератора:

Установка ветрогенератора

1. Определите место для установки мачты ветряка — крыша или площадка. Если мачта устанавливается на площадке, нужно залить фундамент и установить анкерное кольцо для фиксации мачты.

2. Следующий этап — сборка и соединение секций мачты.

3. После сборки мачты прикрепите генератор с помощью болтов или хомутов.

4. Закрепите лопасти на роторе. Соедините ротор с мачтой.

5. Установите датчики направления ветра.

6. Установите и закрепите ветрогенератор.

7. Подключите и запустите устройство.

Самодельный ветрогенератор с однопроводным генератором GM

Во время одной из наших недавних поездок по Интернету мы наткнулись на статью, в которой обсуждалось, как сделать собственный ветряк с помощью однопроводного генератора GM. Ссылка находится здесь:

Ветрогенератор своими руками. Фото с сайта www.diybullseye.com

Практически сразу мы заподозрили неладное. Любой, у кого разряжена батарея, пытающаяся снова зарядить ее, может сказать вам, что низкие скорости, например, на холостом ходу, ничего не заряжают.

Мы немного покопались в информационном супермагистрали, чтобы узнать правду о ветряных генераторах, сделанных с помощью генераторов переменного тока Delco. Как оказалось, автомобильные генераторы переменного тока стали чрезвычайно популярными и относительно экономичными для использования в небольших ветряных генераторах. Кто знал?

Еще немного копания, и мы обнаружили еще несколько истин, например, статор генератора переменного тока Delco намотан для работы на очень высоких оборотах, потому что он предназначен для работы с мощным двигателем с относительно высокими оборотами.Рабочие обороты автомобильного генератора Delco примерно в три раза превышают обороты коленчатого вала двигателя.

В Интернете есть несколько бесплатных проектов для создания собственных ветряных генераторов. Фото с сайта theselfsufficientliving. com

Поскольку коленчатый вал автомобиля обычно работает со скоростью около 1000–4000 об/мин, автомобильный генератор рассчитан на хорошее зарядное напряжение и силу тока в диапазоне 3000–12 000 об/мин. Потребовался бы ветер ураганной силы, чтобы вращать небольшую ветряную турбину достаточно быстро, чтобы даже начать заряжать аккумулятор.

Мы также обнаружили, что генератор Delco можно модифицировать, чтобы он подходил для небольшого ветрогенератора. Во-первых, стандартная проводка статора генератора переменного тока Delco должна быть заменена на статор, который имеет больше витков провода меньшего сечения, а мощные неодимовые магниты заменяют стандартные магниты, чтобы обеспечить большую выходную мощность.

Фото с сайта theselfsufficientliving.com

Если все это кажется слишком сложным, есть еще один способ построить свой собственный ветряной генератор.Купите генератор переменного тока от WindBlue Power, в котором уже установлены постоянные магниты, чтобы завершить проект. Мы нашли несколько полезных советов и дизайнов на сайте theselfsufficientliving.com.

Альтернативное питание

Уильям Б. Кушман, доктор философии.

Ветер дает огромное количество энергии, если ее можно собрать, и многие умные люди обнаруживают, что это возможно. Сначала может показаться, что проблема проста; просто идите на свалку по соседству и возьмите хороший подержанный автомобильный генератор переменного тока, поставьте его на столб с несколькими лезвиями и вперед.Но с этим простым подходом связаны серьезные технические трудности. Автомобильный генератор переменного тока был разработан для вращения с высокими оборотами двигателя, а не с низкими оборотами, которые удобно производить с помощью ветряной турбины. Автомобильный генератор переменного тока почти всегда использует обмотку возбуждения для управления своей выходной мощностью, и ток, используемый этой обмоткой возбуждения, обычно потребляет около 48 Вт, когда поле находится под полным напряжением. Это означает, что мощность, которую вы получаете от системы в целом, будет равняться непосредственно произведенной минус 48 ватт, которые вы вкладываете в поле.Это было бы не так плохо, если бы прямая выходная мощность генератора переменного тока всегда превышала мощность, потребляемую обмоткой возбуждения, как это было бы верно в автомобиле, но это редко бывает так, когда источником энергии является ветряная турбина. Ветряная турбина часто просто не создает необходимый крутящий момент для вращения генератора переменного тока с достаточно высокой скоростью, чтобы компенсировать потери, присущие обмотке возбуждения, и когда такая ситуация преобладает, конечным результатом является разрядка батареи, а не ее зарядка. Это.Хуже того, автомобильный генератор переменного тока обычно имеет встроенный регулятор напряжения, рассчитанный на практически неограниченный крутящий момент. Таким образом, если батарея разряжена, регулятор попытается быстро зарядить ее, подав на обмотку возбуждения максимальный ток. В автомобиле для этого достаточно крутящего момента. Но, поскольку ветровая турбина редко имеет достаточный крутящий момент, чтобы генерировать большие токи, нагрузка, которую генератор переменного тока представляет для источника движения (лопасти ветряной турбины) из-за подачи избыточного тока на обмотку возбуждения, может привести ветряную турбину к почти полному выходу из строя. остановить .. . что эффективно устраняет любое текущее производство. И эта ситуация будет иметь место, пока регулятор напряжения будет продолжать разряжать батареи с максимально возможной скоростью, чтобы компенсировать потери, которые он ощущает. В этой ситуации скорость разряда батареи будет почти равна потребляемой мощности обмотки возбуждения, около 48 Вт. Таким образом, в целом немодифицированный автомобильный генератор является крайне плохим выбором для генератора ветряной турбины.

С другой стороны, я могу купить генератор Denso (мой нынешний фаворит, каламбур) в местном магазине You-Pull-It за 15 долларов. Это дает мне хороший алюминиевый корпус для работы с несколькими хорошими подшипниками в машине, которая, по сути, предназначена для того, чтобы вращаться и производить электричество. В качестве важного дополнительного плюса форма ротора практически исключает «заедание» от сильного магнитного поля. Этот генератор переменного тока также имеет очень прочное крепление, а ведущий шкив установлен на резьбовом валу, который выглядит так, как будто он просто напрашивается на лопасти гребного винта. Когда я впервые начал исследовать возможности использования автомобильного генератора переменного тока для ветряной турбины, генератор Denso выглядел чертовски хорошим местом для начала, и, как оказалось, так оно и было.Модификации, показанные на связанных страницах ниже, позволяют квалифицированному мастеру изготовить генератор переменного тока, который начнет заряжать 12-вольтовую батарею непосредственно от диодов со скоростью около 400 об/мин. Этот генератор использует один постоянный редкоземельный магнит (NdFeB) для своего поля, и этот магнит создает плотность потока, которая намного сильнее, чем любое поле, которое можно было бы создать из исходных обмоток электромагнитного поля. Но самое главное, поле от этого постоянного магнита не требует никакой мощности, в любое время, при любых условиях работы.48 Вт, которые вы потратили бы на создание поля в этом генераторе переменного тока без постоянного магнита, можно использовать вместо этого для зарядки ваших аккумуляторов. Кроме того, у этого генератора нет возможности разрядить связанную с ним батарею, если все работает правильно. Полученная таким образом повышенная напряженность поля также значительно повышает способность машины развивать значительный зарядный ток при более низких оборотах, удобных для генератора переменного тока ветровой турбины.

Однако при реализации этого проекта необходимо решить несколько серьезных проблем.Ремесленник, пытающийся это сделать, должен будет сделать (или сделал) некоторую механическую обработку, ему потребуются некоторые специальные инструменты, и используемый магнит легко оторвет концы большинства его пальцев, если он не будет очень, очень осторожным с ним. . Сила натяжения этого магнита превышает 150 фунтов! Я не могу не подчеркнуть, что магнит, используемый для этого преобразования, достаточно силен, чтобы быть просто опасным. Он достаточно прочен, чтобы остановить движение механических часов на запястье человека, держащего их в руке.Буквально, я не шучу об этом. Я усвоил этот факт старомодным трудным путем. И даже не думайте приближаться с этим магнитом к какому-либо компьютерному оборудованию или магнитным носителям любого рода, он, скорее всего, сотрет ваши носители начисто. С другой стороны, если вы проигнорируете это предупреждение и обнаружите, что полностью очистили жесткий диск. . . Ну, я сказал тебе не приближаться. Однако стереть жесткий диск не так уж и плохо. Чистый жесткий диск с наконец-то сбросил все эти вирусы Windows и связанные с ними проблемы — это отличная возможность загрузить бесплатный дистрибутив Linux и начать заново с настоящей операционной системой.Но я отвлекся.

Магнит, используемый для описываемой здесь модификации, был специально разработан для этого применения и этого конкретного генератора переменного тока, и мне пришлось купить 100 штук, чтобы снизить цену до разумного уровня и погасить затраты на инструменты. Так что я продаю дополнения по 50 долларов за штуку, если вы думаете, что хотели бы попробовать. Плюс доставка.

Пожалуйста, внимательно изучите следующие страницы, прежде чем приступать к этому. Такой проект не для всех, и для его успеха требуется довольно высокий уровень навыков.

На следующих страницах представлена ​​основная информация, необходимая для модификации генератора Denso для использования в качестве генератора ветряной турбины. Обратите внимание, что даже если у вас есть хороший генератор переменного тока, вам все равно нужно что-то, чтобы его вращать! Генератор Denso способен производить ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО 1000 Вт … если вы можете обеспечить крутящий момент для его вращения. При низкой скорости ветра, скажем, 3,7 м/с, что даст вам примерно 25 ватт на квадратный метр турбины, это будет означать, что вам потребуется 40 квадратных метров омываемой площади.Если бы это было в форме какого-то круглого «пропеллера», то диаметр был бы 8 метров! Конечно, если у вас средняя скорость ветра всего 3,7 м/с, то вам действительно не стоит думать о ветряных турбинах. У большинства людей будет намного больше ветра, чем это, и мощность увеличивается пропорционально квадрату скорости ветра.

Пожалуйста, проработайте все это перед тем, как начать. Лучше всего начать с недавней статьи, опубликованной в журнале Low-tech Magazine, которую можно прочитать здесь: http://www.lowtechmagazine.com/2009/04/small-windmills-test-results.html Обязательно прочитайте комментарии внизу!

Определение подходящего генератора.

Разборка.

Модификация статора.

Модификация ротора.

Сборка и регулировка напряжения.

Конструкция лопасти ветряной турбины

Ресурсы и услуги.

Купите наш специальный магнит.

Интеграция ветра в движущиеся транспортные средства для удовлетворения его общей потребности в энергии

Временные реакции электрической системы ветряных турбин намного быстрее, чем у механических частей в WECS. Это позволяет разделить схемы управления ветровой турбиной и DFIG и, таким образом, описать каскадную структуру управления, основанную на двух подсистемах управления:

  1. 1.

    Управление подсистемой ветровой турбины относится к аэродинамической подсистеме, которая предоставляет опорные входные данные для управления подсистемой DFIG.

  2. 2.

    Управление подсистемой DFIG касается электрогенератора через силовой преобразователь.

В дальнейшем эти два уровня управления будут рассматриваться отдельно, как показано на рис. 5.

Рис. 5

Блок-схема всей системы

Стоит отметить, что нет необходимости в опорном напряжении, ограничителе крутящего момента или блоке насыщения из-за внутренних ограничений опорных сигналов, генерируемых переходными процессами. После получения напряжения широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется для генерации стробирующих импульсов с фиксированной частотой переключения для преобразователя на стороне нагрузки.

Управление подсистемой ветровой турбины

На рисунке 6 показаны четыре отдельных области типичной системы WECS, где V max — скорость ветра, при которой достигается максимально допустимая скорость вращения ротора, а V
отсечка — это скорость ветра при закручивании, при которой турбина должна быть отключена для защиты.

Рис. 6

Зоны управления и контроля WECS

На практике возможны две области работы турбины: высокоскоростная и низкоскоростная (E.W.E Association 2012). Работа на высокой скорости (IV) часто ограничена ограничением скорости машины. И наоборот, регулирование в области низких скоростей (II) обычно не ограничено ограничениями скорости.

Однако в этой области система имеет нелинейную неминимальную фазовую динамику. Как правило, цели управления ветровой турбиной зависят от скорости ветра.Для низкой скорости ветра цель состоит в том, чтобы оптимизировать улавливание энергии ветра путем отслеживания сигналов оптимальной скорости вращения ротора (Файда и Саади, 2010 г.; Бьянки и др., 2007 г.; Геннам и др., 2007 г.). Как только скорость ветра превышает ее номинальное значение, цель управления переходит на номинальную регулирующую мощность. В литературе было предложено множество методов MPPT (Gopal Sharma et al. 2013; Gupta et al. 2011).

Метод, предложенный в этой статье, прост и основан на предельной скорости ветровой турбины.Поэтому для измерения скорости ветра на ветродвигателе необходим анемометр. Предполагая, что оптимальное значение TSR λ может быть получено из рис. 4, оптимальную скорость турбины можно определить следующим образом, используя уравнение (3):

$$ \varOmega_{{t,{\text{opt}}}} = \frac{{\lambda_{\text{opt}} \cdot V}}{R} $$

(9)

Для этого метода MPPT регулятор скорости непрерывно регулирует скорость вала генератора, чтобы наложить эталонный электромагнитный момент DFIG с целью отслеживания, как показано на рис. 7. Затем регулируют скорость вращения вала турбины для получения максимального коэффициента мощности. Метод MPPT значительно повышает эффективность ветроустановки. Для каждой скорости ветра существует определенная частота вращения, при которой кривая мощности данного ветродвигателя имеет максимум ( C
p достигает своего максимального значения). Начиная описание WECS с аэродинамической подсистемы, следует отметить, что настоящая работа посвящена области II.Блок-схема системы управления MPPT для ветроустановки показана на рис. 7.

Рис. 7

Блок-схема MPPT с ведомой скоростью при регулировании мощности, получаемой от ветра, для подачи ее на последовательность турбины, шестерня и вал DFIG; в частности, цель управления состоит в том, чтобы захватить максимальную мощность, доступную от ветра

Эта блок-схема управления WECS с фиксированным шагом с переменной скоростью в области II обычно направлена ​​​​на регулирование мощности, получаемой от ветра, путем изменения скорости генератора; в частности, цель управления фиксирует максимальную энергоэффективность (MPE) кривых скорости вращения мощности для 7. ВЭУ мощностью 8 кВт, рассматриваемый в настоящей статье, при различных скоростях ветра. Соединяя все MPP из каждой кривой мощности, получается оптимальная кривая мощности, а система управления должна следовать кривой характеристики слежения (TCC) ветровой турбины. Каждая ветряная турбина имеет TCC, аналогичную показанной на рисунке ниже. При работе в области IV, которая возникает при скорости ветра выше номинальной, турбина должна ограничивать улавливаемую мощность ветра таким образом, чтобы не превышались безопасные электрические и механические нагрузки (рис.8).

Рис. 8

Аэродинамические мощности различные скоростные характеристики для различных скоростей ветра, с указанием максимальной мощности с кривой слежения

Управление подсистемой DFIG

Принцип этого метода состоит в ориентации потока статора таким образом, чтобы вектор потока статора указывал в направлении оси d (Heier 1998; Hossain 2016). Этот подход реализуется путем установки квадратичной составляющей потока статора в нулевое значение:

$$ \phi_{s} = \phi_{ds} \Rightarrow \phi_{qs} = 0 $$

(10)

В системе отсчета Park этот подход показан на рис.9. Используя приведенное выше условие и предположив, что система энергосистемы устойчива при одном напряжении 90 109 В 90 110
с
, что приводит к постоянному потоку в статоре ϕ
с
, мы можем легко вывести напряжение как

Рис. 9

Блок-схема нечеткого регулятора

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} {v_{ds} = 0} \hfill \\ {v_{qs} = \omega_{s} \cdot \phi_{s} = V_{s} } \hfill \\ \end{массив} } \right.$$

(11)

Пофазное сопротивление статора не учитывается (реалистичная аппроксимация для машин средней мощности, используемых в WECS).

Следовательно, вектор напряжения статора является квадратичным опережением по сравнению с вектором потока статора. Используя уравнения (5) и (11), получаем напряжения ротора:

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} { v_{dr} = \sigma L_{r} \frac{ {{\text{d}}i_{dr}}}{{{\text{d}}t}} + R_{r} i_{dr} — \sigma L_{r} \omega_{r} i_{qr } + \frac{M}{{L_{s}}}\frac{{{\text{d}}\phi_{ds}}}{{{\text{d}}t}}} \hfill \\ { v_{qr} = \sigma L_{r} \frac{{{\text{d}}i_{qr}}}{{{\text{d}}t}} + R_{r} i_{qr} + \sigma L_{r} \omega_{r} i_{dr} + g\frac{M}{{L_{s} }}V_{s} } \hfill \\ \end{массив} } \right.$$

(12)

где В
с
— величина напряжения статора, которое предполагается постоянным, а g — диапазон скольжения. Мы можем переписать напряжения ротора следующим образом:

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} { v_{dr} = \sigma L_{r} \frac{{di_{dr} }}{dt} + R_{r} i_{dr} + {\text{fem}}_{d} } \hfill \\ {v_{qr} = \sigma L_{r} \frac{{di_{qr} } }}{dt} + R_{r} i_{qr} + {\text{fem}}_{q} } \hfill \\ \end{array} } \right. $$

(13)

С внутренней резьбой d
и фам q
, скрещенные члены связи между осью d и осью q следующие:

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} {\text{fem }}_{d} = — \sigma L_{r} \omega_{r} i_{qr} } \hfill \\ {{\text{fem}}_{q} = \sigma L_{r} \omega_{ r} i_{dr} + s\frac{M}{{L_{s} }}V_{s} } \hfill \\ \end{массив} } \right.$$

(14)

Следовательно, с учетом (10) потоки (6) упрощаются следующим образом:

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} {\phi_{ds} = L_{s } i_{ds} + Mi_{dr} } \hfill \\ {0 = L_{s} i_{qs} + Mi_{qr} } \hfill \\ \end{массив} } \right. $$

(15)

Из (15) мы можем вывести, что токи равны

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} {i_{ds} = \frac{{\phi_{ds} — Mi_{dr} }}{{L_{s} }}} \hfill \\ {i_{qs} = — \frac{M }{{L_{s} }}i_{qr} } \hfill \\ \end {массив} } \право. $$

(16)

Использование уравнений. (7), (11) и (16), активная и реактивная мощности статора могут быть связаны с этими токами ротора следующим образом:

$$ \left\{ {\begin{array}{*{20}l} {P_{s} = — V_{s} \cdot \frac{M }{{L_{s} }}i_{qr} } \hfill \\ {Q_{s} = — V_{s} \frac{M }{{L_{s} }}\left( {i_{dr} — \frac{{\phi_{ds} }}{M}} \right)} \hfill \\ \end{array} } \right. $$

(17)

Из-за постоянного напряжения статора активная и реактивная мощности статора контролируются через i
кв
и и
др
.

Таким образом, можно выполнять ориентированное на поле управление DFIG, при этом токи ротора рассматриваются как регулируемые переменные.

Развязанное управление гарантируется без упреждающей компенсации, поскольку FLC по своей сути устраняет условия перекрестной связи между двумя осями [уравнение. (14)]. В установившемся режиме для генератора без потерь мы можем использовать следующий энергетический баланс: P
с
 +  Pr  =  P
м
, где Р
с
 =  Т
эм ω
с
и Р
м
 =  Т
q
ω.

В методе MPPT электромагнитный крутящий момент используется для расчета эталонного значения активной мощности статора, которое соответствует заранее заданной характеристике мощность-скорость турбины для отслеживания точки максимальной мощности (Hossain 2016; Tsourakisa et al. 2009; Гретцель 2001).

Скорость вращения вала турбины регулируется для получения максимального коэффициента мощности. Отсюда следует, что P
с
 =  Т
эм ω
с
, где Т
em * — эталонный электромагнитный момент, полученный из стратегии управления MPPT.{2} }}{{\omega_{s} L_{s} }}} \right)} \hfill \\ \end{array} } \right. $$

(18)

Преобразование генераторов переменного тока и двигателей переменного/постоянного тока в генераторы ветряных турбин

Это ответ на вопрос «Спросите Стива».

Сегодняшний вопрос исходит от Питера. Он спрашивает, как мне сделать ветряк, который использует генератор для выработки электроэнергии?

 

Как генератор вырабатывает электричество

В 1831–1832 годах Майкл Фарадей открыл, что электрический ток создается путем перемещения медного провода через магнитное поле. Вы можете создать непрерывный поток электронов или тока, непрерывно перемещая катушку с проводом через магнитное поле.

Здесь MrTeslonian объясняет больше:

 

Почему не работает генератор от вашего автомобиля?

В генераторах переменного тока, используемых в турбинах, есть твердотельные магниты (что означает, что они имеют постоянное/статическое магнитное поле), но в генераторах переменного тока в автомобилях есть электромагниты (которые имеют магнитное поле, которое зависит от того, сколько электричества вы в них вложили). ).Это означает, что автомобильным генераторам нужна энергия для выработки электроэнергии. Производители автомобилей делают это, чтобы при необходимости включать и выключать генератор переменного тока, предотвращать перезарядку аккумулятора и контролировать количество вырабатываемой электроэнергии.

Это делается с помощью регулятора напряжения. Хотя некоторые современные автомобильные генераторы переменного тока поставляются с внешними регуляторами напряжения, большинство из них имеют внутренние. В любом случае они не будут работать для ветряной турбины без некоторой модификации.

В дополнение к этому, количество оборотов в минуту (RPM), необходимое для создания хорошего тока, выше, чем RPM, которое может создать средняя турбина.Чтобы заставить его работать, вам нужно будет добавить шестерню и шкивы, которые создадут трение и потерю эффективности.

Здесь Дэн Рохас рассказывает больше о генераторах переменного тока

 

Преобразование автомобильного генератора переменного тока

Я не хочу сказать, что вы не можете использовать автомобильный генератор для вашего ветряка, но я скажу, что он потребует некоторой модификации. У мистера Теслоняна есть пара информативных видеороликов о том, как он преобразовал автомобильный генератор переменного тока или создал генератор для использования в турбине.К сожалению, он не показал свой готовый продукт или то, насколько хорошо он работал.

MrTeslonian оснастил вращающийся сердечник (ротор) и установил постоянные магниты, затем переоборудовал медные обмотки (сердечник статора) самостоятельно с нуля. Очень круто.

Если вы хотите что-то с меньшим количеством нестандартных инструментов. Здесь Джефф покажет вам, как это сделать с помощью деталей, которые он продает в компании Missouri Wind and Solar. Он продает роторы с предварительно установленными постоянными магнитами.

Потолочный вентилятор Класс Часть 2

Потолочный вентилятор Класс Часть 3

Потолочный вентилятор, класс, часть 4 (только для заметок о выпрямителях в 4:23)

Потолочный вентилятор Класс Часть 6

Потолочный вентилятор Класс Часть 7

Потолочный вентилятор Класс Часть 8

Потолочный вентилятор Класс Часть 9

 

Преобразование асинхронного двигателя переменного тока в генератор

Асинхронные двигатели переменного тока

похожи на двигатели потолочных вентиляторов тем, что в них обоих используются статические катушки и ротор, состоящий из ряда стальных пластин, расположенных в определенном геометрическом порядке. Однако они разные, потому что катушки в двигателе переменного тока находятся снаружи, а ротор — внутри.

При преобразовании в генератор вы демонтируете двигатель, просверлите отверстия или углубления в роторе и приклеите к нему магниты. Подобно тому, что мистер Теслонян сделал со своим автомобильным генератором. Вот отличное маленькое видео Скотта Брауна, объясняющее и демонстрирующее это. (В качестве отказа от ответственности я не встречался со Скоттом, и руководство «Жизнь вне сети» не имеет каких-либо отношений с ним и Green Wind и другими зелеными энергиями.Я просто думаю, что он делает хорошую работу. Спасибо Скотт)

 

Преобразование двигателя постоянного тока в генератор

Двигатели постоянного тока

отличаются от асинхронных двигателей тем, что в них уже установлены постоянные магниты. Поэтому вам не нужно ничего с ними делать, чтобы они генерировали для вас электроэнергию. Однако они будут производить переменный ток, поэтому вам придется использовать диоды для выпрямления или преобразования тока в постоянный. Еще одна проблема с использованием двигателя постоянного тока заключается в том, что щетки изнашиваются, и вам придется проводить техническое обслуживание.

Здесь Дэн Рохас демонстрирует и обсуждает двигатели постоянного тока в качестве генераторов:

 

Создание генератора постоянного тока с нуля

Вы можете сделать свой собственный генератор с нуля, создав 2 одиночные проволочные петли и повернув их между магнитами.

Здесь MrTeslonian демонстрирует:

 

Создайте свой собственный генератор

Вы можете создать свой собственный генератор, используя конструкцию, аналогичную преобразованию потолочного вентилятора. Вместо того, чтобы располагать катушки параллельно оси ротора и магниты снаружи, вы размещаете катушки «плоско» или перпендикулярно оси, а магниты «над» ними. Здесь Aceman307 показывает, как он построил свой:

.

Обмотка обмоток/катушек

Изготовление катушки статера

Создайте свой нижний ротор

Сборка вашего топового ротора

Здесь Aceman307 показывает вам другую сборку от начала до конца с использованием змеевидного статора вместо статора с катушкой.

 

Изготовление самой ветряной турбины

В

Make TV есть отличное объяснение того, как построить турбину, а также показано, как создавать лопасти.

На сайте Freenrg.com есть шаблон для блейдов.

Вот другая сборка рамы, созданная Скоттом Брауном. Я извиняюсь за прерывистость этих видео, но если вы проявите терпение и просмотрите их полностью, вы поймете, о чем идет речь.

Создание детали рамы 1

Создание рамки, часть 2

Создание рамки, часть 3

Создание каркаса, часть 5

Вы также можете создать турбину с вертикальной осью вместо традиционного пропеллерного типа.Эти должны работать тише. Aceman307 демонстрирует, как он построил свой ветряк с вертикальной осью.

Турбина с вертикальной осью

 

Особая благодарность

Я хотел бы воспользоваться моментом, чтобы поблагодарить Скотта Брауна, Дэна Рохаса, MrTeslonian, Aceman307 и Джеффа из Missouri Wind and Solar за то, что они собрали эти видео для публики и за всю работу, которую они делают, чтобы сделать эти знания более доступными. Спасибо.

Я также хотел поблагодарить Питера за вопрос.

Я надеюсь услышать и от вас. Какой у Вас вопрос? Перейдите в раздел «Спросить Стива» и оставьте свой вопрос.

Зарегистрируйтесь здесь, чтобы получить БЕСПЛАТНЫЙ набор инструментов для самостоятельной сборки ветроэнергетики со ссылками на подробные инструкции и расходные материалы!

Каталожные номера

www.dieselserviceandsupply.com/How_Generators_Work.aspx
in.answers.yahoo.com/question/index?qid=200041510AAjQCYE
www.madelectrical.com/electricaltech/howitworks.shtml
www.otherpower.com/otherpower_wind_alternators.html
www.autoshop101.com/trainmodules/alternator/alt102.html
auto.howstuffworks.com/alternator3.htm
www.econofix.com/ alt.html
www.youtube.com/channel/UCVP1PTBbRGpmTQE1oQx8xNw
www.youtube.com/user/MissouriWindandSolar/videos

www.otherpower.com/otherpower_wind.html

Генератор против Генератора
www. youtube.com/watch?v=4NsAYiUHsho

фрирнрг.com/category/wind/
freernrg.com/a-new-vawt-design-for-generating-electricity/
freernrg.com/using-a-car-alternator-to-generate-lot-of-energy/
freernrg .com/потолочный вентилятор-в-ветряной-генератор-преобразование-демонстрация/
freernrg.com/building-wind-turbine-blades/
freernrg.com/how-to-build-a-ветряная-турбина-из-переработанного -parts/
freernrg.com/ceiling-fan-to-wind-generator-conversion-demo/

Двигатели
www.mpoweruk.com/machines.htm
www.science.smith.edu/~jcardell/Courses/EGR325/Readings/MotorFundam.pdf
www.otherpower.com/otherpower_experiments_motor_convert.html
www.explainthatstuff.com/induction-motors.html

Потолочный вентилятор
//www.lightingcatalog.com/ceilingfanguide.aspx?CeilingFanGuide=Components

Патент США на ветряную турбину для электромобиля. Патент (Патент № 10 358 038, выдан 23 июля 2019 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННУЮ ЗАЯВКУ НА ПАТЕНТ

Настоящая заявка является продолжением ранее поданных в совместном владении заявок под названием «Ветряная турбина для электромобиля» Питера В. Рипли, единственный владелец и изобретатель приложения Ser. № 13/506,733, поданной 14 мая 2012 г. и выданной как патент США. № 8,513,828 и сер. № 13/986,792, поданной 5 июня 2013 г. и выданной как патент США. № 9428061, которые полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к устройствам для зарядки электрической батареи моторизованного транспортного средства и, более конкретно, к устройствам для использования энергии ветра для зарядки электрической батареи электрического автомобиля.

Предшествующий уровень техники

Используемые здесь термины «электрический автомобиль», «электрический гибрид», «гибридный газ/электрический двигатель», «полностью электрический двигатель» и «полностью электрический автомобиль» и «гибридный автомобиль» относятся к любое транспортное средство, которое приводится в действие в основном, частично и/или исключительно за счет электрической трансмиссии. Гибридные автомобили с трансмиссией, приводимой в действие двигателем внутреннего сгорания в сочетании с одним или несколькими электродвигателями, теперь широко распространены на наших улицах и автомагистралях, но общественное признание полностью электрических транспортных средств было относительно медленным.Медленное принятие полностью электрических транспортных средств во многом связано с ограниченным запасом хода, на который такие автомобили в настоящее время способны на одном заряде своих электрических аккумуляторов.

Кроме того, в настоящее время относительно мало мест, доступных для населения, для подзарядки аккумуляторов полностью электрического автомобиля по сравнению с количеством заправок бензином и дизельным топливом. Кроме того, время, необходимое для перезарядки аккумуляторов, значительно превышает время, необходимое для заполнения топливного бака автомобиля, работающего на бензине или дизельном топливе.Вождение полностью электрического транспортного средства за пределами его номинального диапазона движения и в месте, где нет подходящих средств для зарядки аккумуляторов, вероятно, будет означать затраты времени и средств на помощь эвакуатора, прежде чем водитель сможет снова начать движение.

Для решения этих проблем, связанных с электромобилями и гибридными автомобилями, а также для содействия общественному признанию гибридных и полностью электрических автомобилей и транспортных средств с батарейным питанием было бы желательно использовать энергию ветра, чтобы поддерживать часть заряда в аккумуляторе электроэнергии. аккумулятор всех типов транспортных средств, имеющих одну или несколько аккумуляторных батарей, включая, например, гибридные автомобили, работающие на газе/электромобиле, электромобили и полностью электрические транспортные средства, во время движения транспортного средства, а также для зарядки аккумулятора за счет использования энергии ветра во время движения транспортное средство припарковано.

Патент США. US 7886669 B2 раскрывает способ использования энергии ветра для зарядки системной батареи, которая питает ограниченное количество электронных компонентов стационарного локомотива после остановки двигателя или когда локомотив движется по инерции под действием силы тяжести с выключенным двигателем. Эти компоненты могут включать в себя освещение и бортовые системы мониторинга и отображения локомотива.

Этот метод также описывает электрическое устройство, такое как двигатель, который может работать в режиме электрического генератора.Двигатель может быть соединен с устройством воздушного потока, вращаемым потоком окружающего воздуха. Также включен контроллер для активации устройства воздушного потока и генератора, когда возникает некоторая минимальная скорость вращения устройства воздушного потока. Например, устройство воздушного потока может представлять собой лопасти вентилятора, приводимые в движение электрическим устройством для обеспечения охлаждения. Устройство воздушного потока также может использовать энергию окружающего ветра для приведения в действие электрического устройства для выработки электроэнергии для электронных компонентов или зарядки аккумулятора.

Патент США.В US 7828091 B2 описано полностью электрическое транспортное средство с внутренним генератором ветровой турбины, установленным в носовой части транспортного средства. Генератор использует сжатый воздух и аккумулятор высокого напряжения для выработки электроэнергии для питания двигателей постоянного тока, которые приводили в движение автомобиль. Когда доступной энергии ветра недостаточно, сжатый воздух, хранящийся в одном или нескольких воздушных резервуарах, требуется для привода пневматического двигателя, соединенного с электрическим генератором, для выработки электроэнергии, которая перезаряжает электрическую батарею и / или приводит в действие двигатели постоянного тока.

Устройства, известные в этой области техники, были ограничены для использования в специализированных приложениях для электромобилей и не могли эффективно собирать энергию ветра для использования с более доступными электромобилями, такими как электромобили. Например, устройство, используемое с локомотивами, использует ветряные устройства, которые не подходят для использования с электрическими автомобилями из-за необходимости интеграции в существующие воздуходувки или которые должны выступать за пределы локомотива.

Вариант генератора ветровой турбины предназначен для установки на передней части того, что выглядит как электродвигатель автомобиля, и не подходит для эффективного сбора энергии ветра, проходящего вокруг транспортного средства. Любой из этих типов систем требует высокого уровня технических знаний и знаний о транспортном средстве для включения, обслуживания, ремонта и/или модернизации мощностей по выработке электроэнергии.

Необходимы новые методы и устройства для более эффективного сбора энергии воздушного потока для выработки электроэнергии для использования в электромобилях.Также необходимы менее сложные устройства, использование которых не ограничивается специализированными приложениями. Что необходимо, так это устройства, которые можно адаптировать для использования с более широким спектром электромобилей, особенно потребительских автомобилей. Также было бы выгодно, если бы были доступны методы и системы сбора энергии ветра, которые могли бы использоваться пользователями, которые могут не иметь очень продвинутой технической подготовки и знаний о том, как устанавливать, обслуживать и эксплуатировать такие методы и устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает систему для зарядки электрической аккумуляторной батареи электродвигателя, такого как автомобиль.В одной конфигурации система эффективно собирает энергию ветра из воздушного потока, движущегося по крыше транспортного средства во время движения вперед. В других схемах система использует навесное оборудование для сбора энергии ветра, когда транспортное средство неподвижно. Во всех вариантах система адаптирована для установки на крыше транспортного средства без ее существенных изменений.

Кроме того, система включает в себя легко обслуживаемые конфигурации, позволяющие операторам электромобилей обслуживать, модернизировать и эксплуатировать систему без необходимости наличия высокого уровня технических знаний, обучения и опыта.

Система зарядки включает первую ветряную турбину, расположенную внутри корпуса, который крепится к крыше транспортного средства. Внутренний ветродвигатель предназначен для обеспечения заряда электрическим током аккумуляторной батареи транспортного средства во время движения транспортного средства.

Изобретение дополнительно включает в себя вторую внешнюю ветровую турбину, которая также крепится к внутреннему узлу первой турбины и/или внешней части крыши. Второй ветряк обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи автомобиля электрическим током, когда автомобиль стоит или припаркован.Термин «внешний» здесь означает, что вторая внешняя ветровая турбина является внешней как по отношению к транспортному средству, так и по отношению к корпусу первой внутренней ветровой турбины.

Внутренний корпус ветряной турбины включает нижнюю панель, которая проходит поперек и крепится к крыше транспортного средства от переднего конца до противоположного заднего конца. Нижняя панель имеет такие размеры и контуры, чтобы соответствовать крыше транспортного средства, и включает в себя сквозное отверстие, совпадающее с отверстием в крыше транспортного средства. В других вариантах внутренняя ветряная турбина может быть установлена ​​на крыше транспортного средства без нижней панели, при этом крыша транспортного средства служит нижней панелью.

Корпус дополнительно включает впускное отверстие для воздуха, которое выходит за передний конец нижней панели (или крышу транспортного средства, используемую вместо нижней панели), отверстие для выпуска воздуха, которое выходит за задний конец нижней панели, и воздуховыпускное отверстие коридор потока, прикрепленный к нижней панели, которая проходит между входным и выходным отверстиями для воздуха и соединяет их. Коридор воздушного потока содержит входную часть, сообщающуюся с отверстием для впуска воздуха, выпускную часть, сообщающуюся с выпускным отверстием для воздуха, и центральную часть, которая сообщается с входной и выпускной частями.

Входная часть имеет форму, позволяющую направлять воздух, поступающий во впускное отверстие, когда автомобиль движется вперед к центральной части. Центральная часть выполнена таким образом, чтобы направлять воздух вокруг внутренней ветряной турбины. Выпускная часть принимает воздух из центральной части и направляет или сообщает воздух к выпускному отверстию для воздуха.

Внутренняя ветряная турбина дополнительно включает узел турбинных лопастей, расположенный в центральной части коридора воздушного потока.Узел лопаток турбины включает в себя ступицу, которая проходит в осевом направлении вдоль оси вала турбины от первого нижнего конца до второго верхнего конца и может вращаться вокруг оси. Множество лопаток турбины распределено по периферии ступицы, простираясь радиально от ступицы перпендикулярно оси вала турбины. Каждая лопатка турбины также предпочтительно имеет утяжеленную вершину лопатки.

При работе внутреннего ветродвигателя утяжеленные наконечники увеличивают угловой момент инерции ветродвигателя.Увеличенный момент инерции стабилизирует или управляет угловым моментом вращающейся внутренней ветряной турбины, чтобы противодействовать ударам и турбулентности, возникающим в результате изменений в воздухе, проходящем через турбину.

Внутренняя ветряная турбина также включает средства электрического генератора, которые включают в себя электрический генератор; средство для крепления электрогенератора к внутренней поверхности крыши транспортного средства; и средство для соединения вала электрогенератора со ступицей узла лопаток турбины. Первая ветряная турбина дополнительно включает в себя крышку, которая проходит в продольном направлении от ее переднего конца к ее противоположному заднему концу. Электрический генератор может быть и/или включать в себя один или несколько или по меньшей мере один генератор, генератор переменного тока, динамо-машину и/или магнето, которые можно использовать отдельно или в любой комбинации.

Передний конец крышки шарнирно прикреплен к передней части корпуса, так что крышка может поворачиваться между опущенным положением, закрывающим корпус, и поднятым, открытым положением. В опущенном положении крышка в сочетании с коридором, нижней панелью и уплотнительными средствами образует замкнутый отсек, окружающий блок лопаток турбины, за исключением воздухозаборного и воздуховыпускного отверстий.

Внутренняя ветряная турбина дополнительно включает средства блокировки, прикрепляемые к заднему концу крышки и к задней части транспортного средства для попеременной фиксации крышки в опущенном закрытом положении и освобождения крышки в поднятом положении. Узел лопаток турбины может быть извлечен из корпуса для замены поврежденных лопаток, очистки корпуса, а также для удаления, замены, обслуживания и модернизации любых компонентов электрогенератора, включая один или несколько генераторов переменного тока, динамо-машину и/или магнето.

Для облегчения извлечения узла лопаток турбины из корпуса средства для соединения вала электрогенератора со ступицей узла лопаток турбины предпочтительно включают переходник с радиально направленными шлицами, который крепится к валу электрогенератора вал с помощью установочных винтов. В комплект входит вал втулки, который проходит в осевом направлении через втулку и имеет нижнюю выемку, форма и размеры которой соответствуют шлицам адаптера в сопряженном зацеплении. Съемный штифт вставляется через совмещенные отверстия в ступице, и вал ступицы соединяет их так, что они вращаются вместе.

Лопасти желательно прикреплять к ступице с помощью резьбовых соединений. Такое расположение позволяет заменить поврежденные лезвия. Лезвия легче заменить после снятия узла со шлицевого адаптера и автомобиля.

Изобретение также включает внешнюю ветряную турбину. Внешняя ветряная турбина также позволяет собирать энергию ветра, преобразовывая ее в электрический ток для зарядки аккумулятора транспортного средства, когда транспортное средство неподвижно и/или припарковано. Для установки второго ветродвигателя в крышке имеется отверстие, через которое проходит ось вала турбины (А-А).

В корпус встроены средства для защиты от проникновения влаги и воздуха. Средство уплотнения может включать дискообразную втулку втулки, расположенную сверху и закрывающую верхнюю часть втулки. Втулка имеет вертикальную шейку, которая проходит через отверстие в крышке. На горловине, примыкающей к верхней поверхности крышки, установлена ​​шайба, а на горловине поверх шайбы установлено колпачковое уплотнение.

Внешняя ветровая турбина включает внешний вал, который проходит от верхнего конца к противоположному нижнему концу вдоль оси внешнего вала, при этом вал может вращаться вокруг оси. Внешний вал является «внешним» при установке в рабочем режиме на припаркованном автомобиле. При такой установке вал проходит вверх и наружу от корпуса, так что только нижняя концевая часть вала проходит внутрь и внутрь корпуса. Внешняя ветровая турбина дополнительно включает в себя множество направленных радиально или наружу плеч, разнесенных по окружности вокруг внешнего вала, при этом каждое плечо имеет внутренний конец, прикрепленный к валу, и противоположный внешний конец.

Для «улавливания» движений окружающего ветра к внешнему концу каждого плеча прикреплен элемент турбины, такой как лопасть или чашка типа анемометра.Каждый элемент турбины или лопатка или стакан имеют вогнутую внутреннюю поверхность и выпуклую наружную поверхность, которые имеют общую периферийную кромку, определяющую отверстие стакана. Отверстие каждой чашки обычно ортогонально и направлено, по существу, по касательной к траектории вращения чашек, перемещающихся вместе с рычагами вокруг внешней оси вала. Чашки расположены так, чтобы вращаться вокруг внешней оси вала и определять круговую траекторию во время вращения.

Количество плеч и чашек может варьироваться, но в данной области техники хорошо известен вариант с тремя плечами, в котором каждая чашка и соответствующий рычаг расположены на расстоянии 120° друг от друга вокруг оси вала.Таким образом, внешний ветряк по внешнему виду и механическому назначению напоминает чашечный анемометр.

Изобретение дополнительно включает средства для соединения нижнего конца внешнего вала со ступицей для совместного вращения с ней, при этом внешний вал остается соосным с осью вала турбины. В первом варианте осуществления средство для соединения внешнего вала со ступицей выполнено следующим образом. Верхняя концевая часть ступичного вала имеет цилиндрическую верхнюю выемку, которая проходит вниз вдоль оси вала турбины от верхнего конца ступичного вала до нижнего конца нижней выемки ступичного вала.

Верхняя выемка образована стенкой верхней выемки, размеры которой рассчитаны на прием в окружающем зацеплении нижней концевой части внешнего вала. Верхняя стенка выемки имеет пару канавок или шпоночных канавок, расположенных в диаметрально противоположных местах на стенке выемки. Каждая дорожка или шпоночная канавка включает последовательно первую ветвь, которая проходит от верхнего конца вала втулки к нижнему концу выемки. Вторая опора включена и проходит по дуге окружности, перпендикулярной оси вала турбины.Также включена третья нога, проходящая в обратном направлении и частично назад к верхнему концу вала ступицы 70 , тем самым образуя глухой конец пути.

Пара противоположно расположенных, противоположно направленных или выступающих проушин или шпонок, прикрепленных и отходящих от нижней концевой части внешнего вала, форма и размеры которых позволяют входить в скользящее зацепление внутри желобчатые дорожки или шпоночные канавки. Дискообразная буферная пластина расположена внутри верхней промежуточной выемки и между нижним концом и его желобчатыми дорожками.

Буферная пластина рассчитана на скользящее зацепление с внутренней поверхностью верхней стенки выемки и вдоль оси вала турбины. Между нижней стенкой верхней выемки и буферной пластиной расположена пружина. Пружина отталкивает буферную пластину от нижнего конца выемки к желобчатым дорожкам.

Для установки внешней ветряной турбины на припаркованном, полностью электрическом или гибридном электромобиле она будет использоваться с оставленной на месте внутренней ветряной турбиной, установленной на внешней стороне крыши, с опущенной и запертой крышкой.Нижний конец внешнего вала внешней ветровой турбины вставляется вниз через отверстие в крышке и выравнивается так, чтобы быть соосным с осью внутреннего вала ветряной турбины. При установке уши или шпонки внешнего ветродвигателя совмещаются с первыми ножками пазов или шпоночных канавок.

Внешний вал ветряной турбины прижимается к буферной пластине по мере того, как шпонки или проушины скользят вниз через первые ножки шпоночных канавок или канавок, тем самым сжимая пружину.Затем внешний вал частично вращается вокруг оси вала турбины для закручивания и перемещения ушек во вторые ножки канавок и через них. Затем внешний вал частично втягивается, так что ушки или шпонки скользят вверх по третьим ножкам, чтобы шпонки или ушки поместились в глухие концы канавок или шпоночных канавок. Для демонтажа внешнего ветряного двигателя с транспортного средства этот процесс выполняется в обратном порядке.

Во втором альтернативном варианте осуществления изобретения соединение внешнего вала ветродвигателя со ступицей внутреннего ветродвигателя осуществляется следующим образом.Верхняя концевая часть вала ступицы внутренней ветровой турбины образована верхней выемкой, проходящей вниз вдоль оси вала внутренней ветряной турбины, между (10) верхним концом вала ступицы и (2) нижним концом выемки. Верхняя выемка определяется стенкой верхней выемки, форма и размеры которой позволяют принимать и окружать нижнюю концевую часть внешнего вала

Один или несколько шарико-пружинных узлов прикреплены к внутренней поверхности углубления в его нише.Каждый шарико-пружинный узел содержит пружину, имеющую первый конец, прикрепленный к верхней стенке выемки, и второй, противоположный конец, к которому прикреплен шарик, так что шарик может перемещаться между выдвинутым положением, закрывающим углубление, и втянутым положением. , незагораживающее положение в нише.

Нижняя концевая часть внешнего вала имеет, по крайней мере, одно скошенное углубление, форма и размеры которого рассчитаны на прием в скользящем зацеплении шарика шарико-пружинного узла, что приводит к тому, что при перемещении внешнего вала в верхнюю выемку , следующая последовательность действий: скользящее зацепление с шариками, постепенное сжатие пружин, втягивание шариков в соответствующие ниши и затем захват шариков в скошенной выемке внешнего вала.Соответственно, движение вниз нижнего конца внешнего вала вдоль оси вала турбины приведет к посадке внешнего вала для совместного вращения со ступицей. И наоборот, сильный рывок вверх за внешний вал отсоединяет вал от верхней выемки, чтобы можно было снять внешний ветряной двигатель с транспортного средства, когда он не нужен, а также для хранения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид спереди в перспективе электромобиля, такого как полностью электрический автомобиль, оборудованный установленной на крыше ветровой турбиной, предназначенной для зарядки электрической аккумуляторной батареи транспортного средства от потока ветра, движущегося по крыше, когда транспортное средство находится в движении. в движении и/или в неподвижном состоянии, когда дует ветер;

РИС.2 вид сверху в перспективе ветровой турбины, показанной на фиг. 1, с крышкой, снятой с системы для наглядности;

РИС. 3 представляет собой вид спереди в перспективе ветровой турбины, показанной на фиг. 1, показывающий, что крышка шарнирно закреплена вокруг системы и частично приподнята, чтобы показать лопасти узла турбинных лопастей;

РИС. 4 представляет собой вид сзади системы, показанной на фиг. 1 с крышкой в ​​закрытом положении;

РИС. 5 — вид спереди в перспективе системы, показанной на предыдущих фигурах, с внешней ветровой турбиной, установленной на транспортном средстве для зарядки электрической аккумуляторной батареи системы, когда транспортное средство припарковано;

РИС.6 представляет собой увеличенный вид сбоку в разобранном виде системы, изображенной на предыдущих фигурах, показывающий внутренний узел ветровой турбины системы;

РИС. 7 представляет собой вид сбоку в разобранном виде системы, показанной на предыдущих фигурах, и иллюстрирующий узел ступицы турбины и верхнюю концевую часть вала электрогенератора, имеющего нижний шлицевой переходник;

РИС. 8 представляет собой увеличенный вид сбоку узла ступицы, показанного на ФИГ. 7, показывающий вал ступицы, проходящий вдоль оси А-А (ФИГ.7) ступицы и выступает над ступицей. Также изображены лопатки турбины, установленные в радиально направленные манжеты;

РИС. 9 представляет собой вертикальный разрез по линии 9 9 на фиг. 8, с удаленными для иллюстрации различными конструкциями;

РИС. 10 представляет собой перспективный вид сбоку одной лопатки турбины, показанной на фиг. 7, 8 и 9 с удаленными различными конструкциями для ясности иллюстрации, показывающими лезвие, вставленное в буртик, и имеющее пару грузов, прикрепленных к входной, вогнутой стороне лезвия на его концевом конце;

РИС. 11 представляет собой увеличенный вид сбоку ступичного вала, показанного на ФИГ. 6, 7, 8 и , , в котором верхняя концевая часть вала втулки имеет цилиндрическую верхнюю выемку, размеры которой позволяют принимать нижнюю концевую часть внешнего вала внешней ветровой турбины, показанной на ФИГ. 5 в положении перед установкой;

РИС. 12 представляет собой увеличенный вертикальный вид в разрезе нижней концевой части внешнего вала турбины, показанной на ФИГ. 5 и 11 после установки с отверстием в крышке;

РИС.13 представляет собой увеличенный вид сбоку альтернативного вала ступицы, показанного на ФИГ. 5, 11 и 12 показано в положении перед установкой;

РИС. 14 представляет собой увеличенное поперечное сечение сборки, показанной на фиг. 13, показывающий альтернативный вал ступицы после установки;

РИС. 15 представляет собой увеличенный вид сверху с удаленными для ясности различными конструкциями, показывающий внешнюю ветровую турбину, показанную на ФИГ. 5, 11, 12, 13 и 14 во время работы;

РИС.16 представляет собой увеличенный вид в перспективе ветровой турбины по фиг. 2, с различными дополнительными компонентами системы, изображенными в иллюстративных целях; и

РИС. 16А представляет собой увеличенный вид с удаленной частью конструкции ветровой турбины по фиг. 16, на которой схематично показаны некоторые компоненты; и

РИС. 17 представляет собой вид сбоку одной лопатки турбины, показанной на фиг. 7, 8, 9 и 10 с различными дополнительными элементами, изображенными для дополнительной иллюстрации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Обратимся теперь к фиг.1, 2, 3 и 4 внутренняя ветряная турбина 10 настоящего изобретения показана установленной на крыше 14 полностью электрического или гибридного автомобиля 12 . Изображенный автомобиль представляет собой 2-дверный седан, но изобретение может быть установлено на крыше других типов автомобилей, таких как гибридные и полностью электрические 4-дверные седаны, родстеры, фургоны, пикапы, грузовые автомобили и т. другие виды транспортных средств. Предполагается, что ветряная турбина устанавливается либо в качестве оригинального оборудования производителем транспортного средства, либо в качестве дополнения послепродажного обслуживания, либо в виде комбинации вышеперечисленного.

Хотя это и не показано на чертежах, следует понимать, что транспортное средство 12 оснащено одной или несколькими аккумуляторными батареями, которые обеспечивают электроэнергией различные компоненты транспортного средства, включая один или несколько приводных двигателей, которые находятся в зацеплении с приводом. колесами 18 автомобиля во время движения автомобиля.

Перед установкой внутренней ветровой турбины 10 на крыше 14 транспортного средства 12 в крыше 14 можно сформировать или просверлить вертикальное сквозное отверстие 16 , как показано на рис. ФИГ. 6, 12 и 14, для конфигураций, в которых турбина приводит в действие генератор или другие компоненты внутри транспортного средства 12 . Внутренняя ветряная турбина 10 заключена в корпус 20 , который включает нижнюю панель 22 , проходящую в продольном направлении от переднего конца 22 F до противоположного заднего конца 22 R, а также выступающую в поперечном направлении. между первой стороной 26 и противоположной второй стороной 28 . Нижняя панель 22 может быть независимым компонентом или также может быть крышей 14 автомобиля.

Для простоты установки, повышения эксплуатационной эффективности и эстетического вида, а именно для сведения к минимуму сопротивления ветра и шума во время движения транспортного средства, при использовании нижняя панель 22 предпочтительно имеет такие размеры и контур, чтобы плотно перекрывать наружная поверхность по крайней мере части крыши транспортного средства 14 , которая включает сквозное отверстие 16 . Более предпочтительно, нижняя панель 22 сформирована так, чтобы она с возможностью регулировки соответствовала крыше 14 транспортного средства, чтобы свести к минимуму любые зазоры передней кромки между нижней панелью 22 и крышей 14 .В других вариантах нижняя панель 22 не используется, и вместо нее в качестве нижней панели 22 используется крыша транспортного средства 14 . Например, зазор между нижней панелью 22 и передней кромкой и внешней поверхностью крыши 14 предпочтительно должен составлять менее примерно 5 мм. В качестве альтернативы зазор отсутствует, когда крыша транспортного средства 14 используется в качестве нижней панели 22 .

Теперь также конкретно со ссылкой на фиг.2 и 6 нижняя панель 22 изображена сформированной с крышей 14 транспортного средства, которая определена как имеющая расположенную по центру область в целом плоской верхней поверхности 30 . Для приложений, где турбина 10 приводит в движение компоненты внутри транспортного средства 12 , верхняя поверхность может включать и определять вертикально направленное отверстие 32 вала, проходящее через нижнюю панель 22 к противоположной нижней поверхности нижняя панель 22 или через крышу 14 .Передний конец 22 F нижней панели 22 или крыши транспортного средства 14 образует отверстие 34 для впуска воздуха, которое расположено так, чтобы воздух мог поступать во внутреннюю ветряную турбину 10 во время движения транспортного средства 12. движется вперед.

Крыша автомобиля 14 или нижняя панель 22 также имеет отверстие для выпуска воздуха 36 , определяемое задним концом 22 R нижней панели 22 или крышей автомобиля 36 903 воздух для выхода из внутреннего ветродвигателя 10 . Коридор 38 потока воздуха образован вокруг крыши транспортного средства или нижней панели 22 и проходит между отверстием для впуска воздуха 34 и отверстием для выпуска воздуха 36 и соединяется с ним.

РИС. 2 показан воздушный поток 38 коридора, дополнительно включающий входную часть 38 E, сообщающуюся с отверстием для впуска воздуха , 34 , выпускную часть , 38 D, сообщающуюся с отверстием для выпуска воздуха , 36 , и центральную часть. часть 38 C, сообщающаяся с входной 38 E и выпускной 38 D частями.Входная часть 38 E предпочтительно имеет такую ​​форму, чтобы направлять или направлять воздух, поступающий во входное отверстие 34 , ко второй стороне 28 нижней панели 22 .

Центральная часть 38 C также имеет форму, позволяющую направлять воздух из входной части 38 E по существу с вращением вокруг отверстия вала 32 . Центральная часть 38 С также образована первой и второй вертикальными полуцилиндрическими внутренними стенками, которые расположены в поперечном направлении и обычно симметрично на расстоянии друг от друга на противоположных сторонах оси А-А вала турбины.

Хотя термин «полуцилиндр» обычно относится к половинке цилиндра, разделенной пополам, здесь предполагается, что он не ограничивается этим и вместо этого описывает дугообразную форму, которая может быть несколько меньше, чем полная дуга полукруга или полуцилиндра с углом 180° отмеченная половинка цилиндра. Например, поперечное сечение описанной контурной центральной части 38 C предполагает поперечное сечение, имеющее дугообразную форму, образующую дугу в любом месте в диапазоне от примерно 120° до примерно 180°.Выпускная часть 38 D имеет аналогичную форму для направления воздуха из центральной части 38 C к выходному отверстию 36 для воздуха.

Соответственно, когда транспортное средство 12 движется вперед, воздух поступает во внутреннюю ветряную турбину 10 через воздушный коридор 38 и передает свою кинетическую энергию для вращения узла лопаток турбины 40 вокруг оси вала турбины. AA (фиг. 6 и 7) против часовой стрелки, как коридор 38 изображен на фиг.2. Внутренняя ветряная турбина 10 может быть дополнительно адаптирована, при этом коридор воздушного потока 38 дополнительно включает язычок 38 T (фиг. 2), который проходит сбоку от первого шарнирного крепления 81 (фиг. 6). частично поперек и над передним краем 22 F нижней панели 22 , тем самым дополнительно определяя отверстие для впуска воздуха 34 .

При таком расположении язычок 38 T отклоняет встречный поток воздуха от первой стороны 26 ко второй стороне 28 нижней панели 22 . Это, в свою очередь, дополнительно улучшает управление направлением потока воздуха, проходящего через внутреннюю ветряную турбину 10 , что предназначено для улучшения передачи энергии от движущегося воздуха к узлу 40 лопаток турбины.

Обращаясь теперь также к ФИГ. 6-12, конфигурация узла 40 турбинных лопаток может быть понята как расположенная в центральной части 38 C коридора 38 воздушного потока. Узел лопаток турбины 40 содержит ступицу 42 , которая вращается вокруг оси АА вала турбины и проходит в осевом направлении вдоль оси АА между первым нижним концом 42 L и вторым верхним концом 42 U. .

Множество лопаток турбины 44 распределены по периферии втулки 42 и проходят радиально от втулки 42 , в основном перпендикулярно оси вала турбины А-А. Ступица 42 имеет буртик 41 для каждой лопасти 44 , расположенный внутри отверстия в ступице 42 , при этом буртик 41 может быть приварен или запрессован в отверстие ступицы.

Первый конец каждой лопасти 44 крепится резьбовыми креплениями 45 (например,г., болты с шестигранной головкой) к буртику 41 и имеет противоположный наконечник 46 . Предпочтительно каждый наконечник лезвия , 46, имеет вес, например, как показано на ФИГ. 10, одним или двумя грузами, которые могут быть металлическими валиками 47 , приваренными к входной, вогнутой стороне конца лопасти. Предпочтительно каждый конец лопасти включает в себя груз, составляющий приблизительно по меньшей мере 10% от веса всей лопасти 44 , при этом вес выбирают для оптимизации вращательного баланса и/или углового момента узла 40 лопатки турбины. Поврежденное лезвие 44 можно снять для замены, ослабив резьбовые крепления 45 и сняв лезвие с буртика 41 .

Обратимся теперь к фиг. 6 внутренняя ветряная турбина 10 дополнительно показана как включающая в себя электрический генератор 48 , узел крепления 50 для крепления электрического генератора 48 в любом месте узла ветряной турбины 10 , включая, например: ( a) внутри или около воздушного коридора 38 и (b) на внутренней поверхности крыши 14 транспортного средства 12 и средств 52 (фиг.6 и 7, более подробно описанные ниже) для соединения вала 54 электрогенератора 48 со ступицей 42 . Хотя в данном описании используется фраза «электрический генератор 48 », электрический генератор 48 может представлять собой любое одно или несколько устройств и компонентов, генерирующих электроэнергию, которые могут включать, помимо прочего, и в целях примера, один или несколько магнитоузлов. , генератор переменного тока (AC), генератор постоянного тока или динамо-машина, а также связанные с ними компоненты и их комбинации.

Средства 50 для крепления электрогенератора 48 к воздушному коридору 38 и/или к внутренней поверхности крыши 14 могут быть любыми из различных средств, известных специалистам в данной области. искусство установки электрических компонентов автомобиля, таких как пара кронштейнов 56 и резьбовые крепления 58 , изображенные на фиг. 6. Чтобы свести к минимуму внешний профиль узла ветряной турбины 10 и уменьшить пространство над головой внутри пассажирского салона транспортного средства 12 , электрогенератор 48 должен быть компактным и иметь форму блина или узкую сторону. профиль.В качестве альтернативы, электрический генератор 48 может быть размещен снаружи транспортного средства и внутри кожуха внутренней ветряной турбины 10 , как более подробно описано в другом месте настоящего документа. Внешний электрогенератор 48 исключает необходимость создания сквозного отверстия в крыше 14 .

Средства 52 (фиг. 6 и 7) для соединения вала 54 электрогенератора 48 со ступицей 42 предпочтительно прикреплены к валу 54 для вращения вокруг оси вала турбины. АА.Средства , 52, включают в себя, как показано на фиг. 7, переходник 60 , который можно прикрепить к валу генератора 54 , например, с помощью установочных винтов 62 , которые ввинчиваются в резьбовые отверстия в переходнике 60 .

Адаптер 60 включает в себя множество радиально направленных шлицев или лопаток 60 S, разнесенных по окружности вокруг адаптера. Сквозное отверстие 60 B имеет диаметр, соответствующий размеру вала генератора 54 . Хотя адаптер 60 , изображенный на ФИГ. 7 имеет четыре шлица 60 S, количество шлицов также может варьироваться от одного до 12 или в зависимости от необходимости. Ступица 42 имеет осевое сквозное отверстие 42 B, которое проходит от нижнего конца 42 L до верхнего конца 42 U.

Вал втулки 70 , внешний диаметр которого несколько меньше внутреннего диаметра сквозного отверстия 42 B, может вставляться в сквозное отверстие и выходить из него с возможностью скольжения.Опционально, при полной вставке в сквозное отверстие 42 B ступицы 42 вал 70 ступицы может иметь верхнюю концевую часть 74 , которая выступает над верхним концом 42 U ступицы 362 42 , как показано на фиг. 6. Этот выступ ограничен, чтобы не мешать опусканию крышки 80 в полностью закрытое и заблокированное положение.

Нижняя концевая часть вала втулки 70 включает нижнюю выемку 72 (показана скрытыми линиями с пунктирным контуром на РИС.7), форма и размеры которого рассчитаны на прием в сопряженном зацеплении шлицов 60 S адаптера 60 . Когда шлицы 60 S адаптера 60 вставлены в нижнюю выемку 72 вала ступицы 70 , вал генератора 54 соединяется с возможностью совместного вращения с валом ступицы 6 70 .

Штифт 76 вставляется через горизонтальное отверстие 78 в валу втулки 70 , а также через совмещенное отверстие 73 во втулке 42 возле верхнего конца 42 ступица 42 .Если штифт 76 вставлен через ступицу 42 и вал ступицы 70 , вал генератора 54 , переходник 60 , вал ступицы 70 и ступица 40336 являются механическими. соединены и будут вращаться как одно целое вокруг оси АА вала турбины.

Кроме того, в случае толчков автомобиля 12 при движении по неровной поверхности штифт 76 предотвращает относительное вертикальное перемещение между ступицей 42 и валом ступицы 70 .Подняв или сняв крышку 80 и вытащив штифт 76 из ступицы 42 и вала ступицы 70 , ступицу 42 и прикрепленные к ней лопасти 44 можно поднять и снять с адаптера . 60 и ступичный вал 70 . Эта конфигурация позволяет заменить поврежденный нож 44 и/или очистить корпус 20 от скопившейся грязи и мусора.

Чтобы свести к минимуму трение вращения узла лопаток турбины 40 и выдерживать его осевую нагрузку, между нижним концом вставлена ​​концентрическая пара обойм шарикоподшипников 33 , содержащая множество шарикоподшипников (не показаны). 42 L ступицы 42 и верхней поверхности 30 нижней пластины 22 .К верхней поверхности 30 прикреплены кольца шарикоподшипников 33 , центрированные по оси вала турбины А-А. Нижний конец 42 L ступицы 42 опирается на шарикоподшипники 33 , как показано на РИС. 6. Внутренняя ветряная турбина 10 дополнительно включает крышку 80 , которая проходит в продольном направлении от переднего конца 80 F к противоположному заднему концу 80 R. корпуса 20 .Корпус 20 имеет пару разнесенных по бокам, стоящих вертикально, перфорированных шарнирных опор 81 , прикрепленных к нижней панели 22 на переднем конце 22 F панели или рядом с ним. Передний конец 80 F крышки 80 имеет направленное вбок отверстие 85 для приема штифтов, которое шарнирно прикреплено к шарнирным креплениям 81 с помощью пары шарнирных штифтов 83 , которые вставляются в отверстия. Это позволяет крышке поворачиваться между опущенным положением крышки корпуса (РИС.1) и в поднятом открытом положении (РИС. 3).

Для облегчения ремонта и обслуживания внутреннего ветродвигателя 10 шарнирные штифты 83 можно вынуть из шарнирных опор 81 , что позволяет полностью снять крышку 80 с корпуса 20 . Крышка 80 имеет отверстие 82 , совмещенное с осью А-А вала турбины, когда крышка находится в опущенном положении. В опущенном положении крышка 80 в сочетании с коридором 38 , нижней панелью 22 и уплотнительным средством 90 образует закрытый отсек, окружающий узел 40 турбинных лопаток.

На фиг. 6, уплотнительное средство 90 для герметизации корпуса 20 от проникновения влаги и воздуха включает втулку ступицы 92 , такую ​​как кольцевая шайба. Втулка 92 соединена с вертикальной полой цилиндрической горловиной или трубкой, которая проходит через отверстие 82 в крышке 80 . Горловина втулки втулки 92 выступает над верхней поверхностью крышки 80 , например, на 3-10 мм.Съемный колпачок 96 входит в комплект поставки и имеет направленную вниз полую цилиндрическую шейку или трубчатые крепления на этой верхней удлиненной части шейки втулки втулки 92 .

Предпочтительно уплотнительное средство 90 дополнительно включает кольцевую шайбу 97 , которая также устанавливается на шейку втулки втулки 92 между верхней поверхностью крышки 80 и колпачком

36 . Уплотнительное средство 90 обычно остается на месте, прикрепленным к крышке 80 , пока крышка поворачивается вверх и вниз между ее опущенным и поднятым положениями.

Когда транспортное средство 12 припарковано с опущенной крышкой и желательно использовать энергию ветра для зарядки аккумуляторной батареи, крышка 96 снимается, а внешний вал 202 внешнего, второй ветряк 200 вставляется через отверстие в крышке 82 и втулку ступицы 92 . Отверстие в крышке 82 и втулка ступицы 92 рассчитаны на установку внешнего вала 202 .Втулка 92 ступицы, колпачок 96 и кольцевая шайба 97 предпочтительно могут быть изготовлены из бутилкаучука, податливых силиконовых материалов или любого другого подходящего гибкого материала.

Внутренняя ветряная турбина 10 также имеет средства блокировки крышки, обычно обозначаемые цифрой 100 , состоящие из пары разнесенных по бокам верхних полузамков 102 , которые шарнирно крепятся к заднему концу 80 R крышку 80 и ответную пару разнесенных по бокам полузастежек 104 , которые крепятся к задней части автомобиля 12 резьбовыми креплениями 106 , например, к задней части 14 R крыша 14 изд. Для этой цели могут быть использованы любые из множества видов ответных пар полузастежек, например, ответные пары полузастежек на пароходных стволах, а также ответные пары полузастежек на инструментальных ящиках слесарей.

Для преобразования энергии окружающего ветра в электрический ток для зарядки электрической аккумуляторной батареи гибридного и/или полностью электрического транспортного средства 12 , когда транспортное средство припарковано, изобретение дополнительно включает внешнюю вторую ветровую турбину 200 (ФИГ. .5 и 15). Внешнюю вторую ветряную турбину 200 можно хранить в багажнике 13 или в другом безопасном месте внутри транспортного средства 12 до тех пор, пока она не понадобится.

Как видно на ФИГ. 5 и 15, внешняя ветровая турбина , 200, включает в себя внешний вал , 202, , который проходит от верхнего конца , 202, U до противоположного нижнего конца , 202, L вдоль оси вращения внешнего вала. Внешняя ветряная турбина , 200, дополнительно включает в себя множество радиально направленных рычагов , 204, , разнесенных по окружности вокруг верхнего конца , 202, U внешнего вала , 202, .Каждый рычаг 204 имеет внутренний конец 2041 , прикрепленный к внешнему валу 202 , и противоположный внешний конец 204 J. Для улавливания окружающих ветровых потоков к внешнему концу 204 прикреплена чашка 206 . Дж каждого плеча 204 .

Каждая чашка 206 имеет вогнутую внутреннюю поверхность 208 (показана на РИС. 5 пунктирными линиями на РИС. 15) и выпуклую наружную поверхность 210 , которые сходятся у отверстия 212 чаши .Отверстие 212 каждой чашки 206 направлено по касательной к траектории вращения (стрелки, 232 ) чашек вокруг внешней оси вала (коллинеарной оси А-А вала турбины), и все чашки ориентированы в одном и том же направлении вращения относительно внешней оси вала, как показано, например, на фиг. 5 и 15.

Количество рычагов и чашек может быть разным, но предпочтительно по три, которые могут располагаться друг от друга с интервалом в 120 градусов относительно внешней оси вала.Таким образом, внешний ветряк 200 напоминает чашечный анемометр по внешнему виду и механическим функциям. Чашки 206 используются во внешней ветровой турбине вместо лопастей турбины как лучший способ использовать энергию окружающего, переменного ветра с низкой скоростью, когда транспортное средство 12 припарковано.

Внешняя ветряная турбина 200 включает в себя средства для соединения нижней концевой части 202 L внешнего вала 202 со ступицей 42 , при этом внешний вал остается соосным с осью вала турбины А-А.С этой целью верхняя концевая часть 70 U вала 70 втулки имеет стенку 230 W выемки, которая образует цилиндрическую выемку 230 , которая проходит вниз вдоль оси А-А вала турбины от верхнего конца вала ступицы к нижнему концу 230 B выемки.

Углубление 230 имеет форму и размеры для приема цилиндрической нижней концевой части 202 L внешнего вала 202 , когда вал вставляется через отверстие 82 крышки 80 .В первом варианте осуществления изобретения стенка , 230, W углубления имеет пару желобчатых каналов , 270, , расположенных в диаметрально противоположных местах на стенке углубления.

Как показано на РИС. 11 и 12, каждая дорожка 270 включает в себя первую ветвь 270 A, которая проходит от верхнего конца вала 70 ступицы к нижнему концу 230 B выемки 230 . Также включена вторая ветвь 270 B, которая проходит по дуге окружности перпендикулярно оси вала турбины A-A.Затем включенная третья ножка 270 C частично проходит назад к верхнему концу вала 70 втулки, тем самым образуя глухой конец канала 270 .

К нижней концевой части 202 L внешнего вала 202 прикреплена пара противоположно расположенных ушек 220 . Ушки 220 имеют такую ​​форму и размеры, чтобы входить в скользящее зацепление с канавками 270 , когда нижняя концевая часть 202 L внешнего стержня вставлена ​​в выемку 230 .

Нижняя концевая часть 202 L внешнего вала 202 предпочтительно соединена со ступицей 42 и дополнительно содержит дискообразную буферную пластину 260 , расположенную рядом с нижним концом 230 B углубление 230 . Диаметр буферной пластины 260 немного меньше внутреннего диаметра выемки 230 , так что буферная пластина 260 может скользить в осевом направлении вверх и вниз по стенке выемки 230 W. Пружина 262 (например, винтовая пружина) поджимает буферную пластину 260 в осевом направлении вверх по направлению к дорожкам 270 и расположена между буферной пластиной 260 и дном 230 В выемки. соедините внешний вал 202 с ступичным валом 70 , нижняя концевая часть 202 L внешнего вала вставляется через отверстие 82 опускаемой крышки 80 . Затем уши 220 выравнивают с первыми ногами 270 А путей 270 .Затем вал 202 прижимается к буферной пластине 260 по мере того, как ушки скользят вниз вдоль первых ножек 270 A (стрелка 240 A), тем самым сжимая пружину 262 .

Затем внешний вал 202 вращается вокруг оси вала турбины A-A, чтобы проушины 220 скользили по периферийным ножкам 270 B (стрелка 240 B). Наконец, внешний стержень 202 отводится в осевом направлении, чтобы позволить ушкам 220 скользить вдоль ножек 270 C (стрелка 240 C) и застревать в глухих концах каналов 270 .Пружина 262 помогает надежно удерживать уши 220 в слепых концах каналов 270 .

Для правильной работы расстояние H между ушками 220 и нижним концом внешнего стержня 202 должно быть примерно равно расстоянию между буферной пластиной 260 и глухими концами каналов. 270 , когда внешний вал соединен с валом втулки. Другими словами, когда пружина 262 по меньшей мере частично сжата, чтобы прижать буферную пластину 260 к ушкам 220 , которая поджимает и упирает ушки 220 в слепые концы каналов 270 . Чтобы отсоединить внешний вал 202 от ступичного вала 70 , этот процесс выполняется в обратном порядке.

Во втором альтернативном устройстве, показанном на РИС. 13 и 14, вал ступицы 70 также имеет направленную в осевом направлении цилиндрическую выемку 230 , которая проходит от верхнего конца вала ступицы до нижнего конца 2308 выемки. Выемка рассчитана таким образом, чтобы в зацепление по окружности входила нижняя концевая часть 202 L внешнего вала 202 .

Как показано на РИС. 13 и 14, к стенке 230 W выемки прикреплена пара противоположно расположенных шарико-пружинных узлов, обозначенных цифрами 250 . Каждый такой узел 250 содержит пружину 254 , имеющую первый конец прикреплен к нише 256 в стенке углубления 230 W, а противоположный конец прикреплен к шару 252 . Для каждого узла 250 , когда его пружина 254 не сжата, его шарик 252 выступает, по крайней мере, частично из ниши 256 и частично перекрывает углубление 230 .

Нижняя концевая часть 202 L внешнего вала 202 имеет пару противоположно расположенных зубчатых выемок 258 . Каждая выемка 258 содержит верхнюю краевую поверхность со скошенной внутрь кромкой, которая соединена с нижней краевой поверхностью со скошенной наружу кромкой. Расстояние H’ между дном 202 B внешнего вала 202 и выемками 258 соответствует расстоянию H’ между дном 230 B углубления и узлами шариков и пружин 250 .

Соответственно, чтобы соединить внешний вал 202 со ступичным валом 70 , при припаркованном автомобиле 12 и крышке 80 в опущенном положении, крышка 96 снимается, а нижняя часть снимается. 202 L внешнего вала проходит через отверстие в крышке 82 и в выемку ступичного вала 230 . Первоначально движение вниз внешнего вала 202 толкает шарики 252 в ниши 256 , а пружины 254 сжимаются; но при попадании зубцов 258 в ниши 256 шарики под давлением пружин 254 перемещаются в углубления.

Таким образом, для правильной работы ниши 256 должны быть достаточно большими, чтобы в них могли поместиться как шарики 252 , так и пружины 254 . Чтобы отсоединить внешний вал 202 от ступичного вала 70 , внешний вал захватывают и дергают вверх, в результате чего нижние скошенные поверхности выемок 258 скользят мимо шариков 252 , заставляя шарики вернуться в ниши до тех пор, пока внешний вал не будет полностью поднят над ними, после чего шары снова выдвигаются из ниш наружу в углубление. Хотя были проиллюстрированы и описаны только одна пара зубцов 258 и одна пара шарико-пружинных узлов 250 , дополнительные пары каждого из них для соединения внешнего вала 202 с валом втулки 70 в пределах объема и цели настоящего изобретения.

Таким образом, должно быть очевидно, что система использования энергии ветра для зарядки электрической аккумуляторной батареи любого типа транспортного средства, включая полностью электрический автомобиль, была показана и описана достаточно подробно, чтобы позволить любому специалисту в данной области искусство практиковать изобретение.Хотя это не проиллюстрировано и не описано выше, следует понимать, что реализация изобретения требует прокладки электрических кабелей от электрических выходных клемм генератора 48 через транспортное средство 12 к его электрической аккумуляторной батарее и системе зарядки.

Продолжая ссылаться на различные фигуры, а теперь также конкретно на ФИГ. 16 и 17 другие типы электрических генераторов изображены в других конфигурациях, которые включают один или несколько или по меньшей мере один генератор переменного тока, динамо-машину и/или магнето, расположенные вокруг ветровой турбины 10 .На фиг. 16 генератор , 300, показан в виде блинчика или генератора с тонким профилем, или генератора переменного тока, который расположен как часть или внутри ступицы 42 . В этом варианте генератор 300 является частью или соединен со ступицей 42 и может включать в себя зубчатые механизмы для регулировки скорости вращения генератора 300 для согласования различных скоростей вращения соединенного узла турбины 40 . внутреннего ветродвигателя 10 , а также наружного ветрогенератора 200 .

РИС. 16 также показаны магнето и/или узлы , 310, магнето, расположенные вокруг центральной части , 38, C в непосредственной близости от вращающихся внутри законцовок , 46, лопаток турбинных лопаток , 44, . Теперь также со ссылкой на фиг. 17, одна или несколько или каждая из лопастей , 46, может быть дополнительно модифицирована для включения магнитных элементов , 320, , которые генерируют динамический магнитный поток относительно магнето или магнето в сборе , 310, во время вращения лопастей , 46, .В дополнительных альтернативных конфигурациях металлические валики 47 могут быть заменены магнитными элементами 330 или включать их. В вариантах магнитных элементов , 320, могут использоваться двухполюсные магниты, в которых передняя и задняя кромки магнитных элементов , 320, являются противоположными полюсами.

В другом варианте один конец лопасти 46 может иметь однополюсный магнитный элемент 320 , а последующий или ведомый конец лопасти 46 , следующий за ним во время вращения, может иметь магнитный элемент 320 противоположного полюса, чтобы установите схему чередования противоположных полюсов от одной лопасти 46 к другой. Расположение магнитных элементов , 320, с чередующимися полюсами в концах лопастей 46 может быть, в целях иллюстрации, каждым вторым кончиком лезвия 46 , или может пропускать один или несколько концов лезвия, например, каждый второй или третий конец лезвия . 46 и так далее. Схема может быть оптимизирована в соответствии с выбранным размером внутренней ветряной турбины 10 и лопастей 44 , а также с выбранными характеристиками магнето и/или узлов 310 магнето.

Во время вращения законцовок лопастей 46 в любой из этих конфигураций однополюсных, двухполюсных и чередующихся магнитных элементов 320 в законцовках лопастей изменяющиеся поля магнитного потока позволяют работать магнето или узлам магнето 310 . Различные компоновки генератора , 300, могут включать в себя один или несколько или все такие, предусмотренные вместе или в комбинациях, где генератор, генератор переменного тока и/или магнето и магнето в сборе могут использоваться для выработки электроэнергии генератором во время вращения внутренних и внешних ветряных турбин. 10 , 200 .

Поскольку различные модификации в деталях, материалы, расположение частей и их эквиваленты находятся в пределах духа раскрытого и описанного здесь изобретения, объем изобретения должен быть ограничен исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами для ветряных турбин

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами в качестве ветрогенератора

Из предыдущего руководства по ветряным турбинам мы знаем, что электрический генератор представляет собой вращающуюся машину, которая преобразует механическую энергию, производимую лопастями ротора ( первичный двигатель) в электрическую энергию или мощность.Это преобразование энергии основано на законах электромагнитной индукции Фарадея, которые динамически индуцируют ЭДС. (электродвижущая сила) в обмотки генератора по мере его вращения. Существует множество различных конфигураций электрического генератора, но одним из таких электрических генераторов, который мы можем использовать в ветроэнергетической системе, является генератор постоянного тока с постоянными магнитами или генератор с постоянными магнитами постоянного тока .

Машины постоянного тока с постоянными магнитами могут использоваться либо как обычные двигатели, либо как генераторы ветряных турбин постоянного тока, поскольку конструктивно между ними нет принципиальной разницы.Фактически, одна и та же машина с постоянным током может иметь электрический привод в качестве двигателя для перемещения механической нагрузки или механический привод в качестве простого генератора для выработки выходного напряжения. Это делает генератор постоянного тока с постоянными магнитами (генератор PMDC) идеальным для использования в качестве простого генератора ветряной турбины.

Если мы подключим машину постоянного тока к источнику постоянного тока, якорь будет вращаться с фиксированной скоростью, определяемой подключенным напряжением питания и напряженностью его магнитного поля, тем самым действуя как «двигатель», создающий крутящий момент.Однако, если мы механически вращаем якорь со скоростью, превышающей расчетную скорость двигателя, используя лопасти ротора, то мы можем эффективно преобразовать этот двигатель постоянного тока в генератор постоянного тока, производящий генерируемую выходную ЭДС, которая пропорциональна его скорости вращения и магнитному полю. сила.

Как правило, в обычных машинах постоянного тока обмотка возбуждения находится на статоре, а обмотка якоря — на роторе. Это означает, что они имеют выходные катушки, которые вращаются со стационарным магнитным полем, создающим необходимый магнитный поток.Электроэнергия берется непосредственно от якоря через угольные щетки с магнитным полем, которое регулирует мощность, подаваемую либо постоянными магнитами, либо электромагнитом.

Вращающиеся катушки якоря проходят через это стационарное или статическое магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует электрический ток в катушках. В генераторе постоянного тока с постоянными магнитами якорь вращается, поэтому полный генерируемый ток должен проходить через коммутатор или токосъемные кольца и угольные щетки, обеспечивающие электрическую мощность на его выходных клеммах, как показано.

Типовая конструкция генератора постоянного тока

Простой генератор постоянного тока может быть сконструирован различными способами в зависимости от взаимосвязи и взаимосвязи каждой из катушек магнитного поля с якорем. Двумя основными соединениями для машины постоянного тока с самовозбуждением являются «Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой», в котором основная обмотка возбуждения соединена параллельно с якорем. «Генератор постоянного тока с последовательным возбуждением» имеет токонесущую обмотку возбуждения, соединенную в серии с якорем.Каждый тип конструкции генератора постоянного тока имеет определенные преимущества и недостатки.

Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой. В этих генераторах ток возбуждения (возбуждения) и, следовательно, магнитное поле увеличивается с увеличением рабочей скорости, поскольку оно зависит от выходного напряжения. Напряжение якоря и электрический крутящий момент также увеличиваются со скоростью. Генератор с параллельной обмоткой, работающий с постоянной скоростью при различных условиях нагрузки, имеет гораздо более стабильное выходное напряжение, чем генератор с последовательной обмоткой.Однако по мере увеличения тока нагрузки внутренние потери мощности на якоре вызывают пропорциональное уменьшение выходного напряжения.

В результате ток через поле уменьшается, уменьшая магнитное поле и вызывая еще большее снижение напряжения, а если ток нагрузки намного выше расчетного значения генератора, снижение выходного напряжения становится настолько серьезным, что приводит к большим внутренним потери в якоре и перегрев генератора. В результате генераторы постоянного тока с параллельной обмоткой обычно не используются для больших постоянных электрических нагрузок.

Генератор постоянного тока с обмоткой серии

. Ток возбуждения (возбуждения) в генераторе с последовательной обмоткой такой же, как и ток, который генератор выдает на нагрузку, поскольку они оба соединены последовательно. Если подключенная нагрузка мала и потребляет лишь небольшое количество тока, ток возбуждения также мал. Следовательно, магнитное поле последовательной обмотки возбуждения слишком слабое, и генерируемое напряжение также низкое.

Аналогичным образом, если подключенная нагрузка потребляет большой ток, ток возбуждения также будет высоким. Поэтому магнитное поле последовательной обмотки возбуждения очень сильное, а генерируемое напряжение высокое. Одним из основных недостатков генератора постоянного тока с последовательной обмоткой является то, что он плохо регулирует напряжение, и в результате генераторы постоянного тока с последовательной обмоткой обычно не используются для флуктуирующих нагрузок.

Генераторы постоянного тока с автовозбуждением серии и серии с обмоткой имеют недостаток, заключающийся в том, что изменения тока нагрузки вызывают серьезные изменения выходного напряжения генератора из-за реакции якоря, и в результате эти типы генераторов постоянного тока используются редко. как ветрогенераторы.

Однако «составной» генератор постоянного тока имеет комбинацию как шунтирующих, так и последовательных обмоток, включенных в один генератор, и которые могут быть соединены таким образом, чтобы получить «составной генератор постоянного тока с коротким шунтом» или «длинный шунтирующий генератор». составной генератор постоянного тока». Этот тип конструкции генератора постоянного тока с самовозбуждением позволяет объединить преимущества каждого типа в одной машине постоянного тока.

Другим способом преодоления недостатков генератора постоянного тока с самовозбуждением является внешнее подключение обмоток возбуждения.Затем это производит другой тип генератора постоянного тока, называемый генератором постоянного тока с независимым возбуждением .

Как следует из названия, генератор постоянного тока с независимым возбуждением питается от независимого внешнего источника постоянного тока для обмотки возбуждения. Это позволяет току возбуждения создавать постоянный поток магнитного поля независимо от условий нагрузки на якорь. Когда к генератору не подключена электрическая нагрузка, ток не течет, и на выходных клеммах появляется только номинальное напряжение генератора.

Если к выходу подключить электрическую нагрузку, потечет ток, и генератор начнет подавать электроэнергию на нагрузку.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением имеет множество применений и может использоваться в качестве генератора ветряных турбин. Однако недостатком генераторов постоянного тока для ветряных турбин является то, что для возбуждения шунтирующего поля необходим отдельный источник питания постоянного тока. Тем не менее, мы можем преодолеть этот недостаток, заменив обмотку возбуждения постоянными магнитами, создав генератор постоянного тока с постоянными магнитами или генератор PMDC .

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами можно рассматривать как коллекторный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и постоянным магнитным потоком. Фактически, почти все щеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) можно использовать в качестве генераторов постоянного тока с постоянными магнитами, но, поскольку они на самом деле не предназначены для использования в качестве генераторов, они не являются хорошими генераторами ветряных турбин, потому что при работе в качестве простого постоянного тока генератора, вращающееся поле действует как тормоз, замедляющий ротор.

Эти машины постоянного тока состоят из статора с редкоземельными постоянными магнитами, такими как неодим или самарий-кобальт, для создания очень сильного магнитного поля статора вместо намотанных катушек и коммутатора, соединенного через щетки с намотанным якорем, как и раньше.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами

При использовании в качестве генераторов постоянного тока с постоянными магнитами двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно должны приводиться в движение намного быстрее, чем их номинальная скорость двигателя, чтобы производить что-либо близкое к их номинальному напряжению двигателя, поэтому машины постоянного тока с высоким напряжением и низкой скоростью вращения лучше Генераторы постоянного тока.

Главное преимущество по сравнению с другими типами генераторов постоянного тока заключается в том, что генератор постоянного тока с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменения скорости ветра, поскольку их сильное поле статора постоянно присутствует.

Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами, как правило, легче, чем машины с обмоткой статора, для данной номинальной мощности и имеют более высокий КПД, поскольку отсутствуют обмотки возбуждения и потери в катушках возбуждения.

Кроме того, поскольку статор оснащен системой полюсов с постоянными магнитами, он устойчив к воздействию возможного попадания грязи.Однако, если они не полностью герметизированы, постоянные магниты будут притягивать ферромагнитную пыль и металлическую стружку (также называемую стружкой или опилками), что может привести к внутреннему повреждению.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами является хорошим выбором для небольших ветряных турбин, поскольку они надежны, могут работать на низких скоростях вращения и обеспечивают хороший КПД, особенно в условиях слабого ветра, поскольку их точка включения довольно низкая.

Существует множество готовых генераторов постоянного тока с постоянными магнитами с широким диапазоном выходной мощности от нескольких ватт до многих тысяч ватт. Напряжение постоянного тока, генерируемое машиной постоянного тока с постоянными магнитами, зависит от следующих трех факторов:

  • Магнитное поле, создаваемое статором. Это зависит от физических размеров генератора, силы и типа используемых постоянных магнитов.
  • Количество витков или петель провода на якоре. Это значение определяется физическими размерами генератора и якоря, а также размером проволочного проводника. Чем больше витков используется, тем выше выходное напряжение. Точно так же, чем больше диаметр провода или площадь поперечного сечения, тем выше ток.
  • Скорость вращения якоря, определяемая скоростью вращения лопастей ротора ветряной турбины относительно скорости ветра. Для генераторов и двигателей с постоянным током выходное напряжение пропорционально скорости и, как правило, является линейным.

Наиболее распространенным типом генераторов постоянного тока для ветряных турбин и небольших систем ветряных турбин, используемых для зарядки аккумуляторов, является генератор постоянного тока с постоянными магнитами, также известный как Dynamo . Динамо — хороший выбор для новичков в ветроэнергетике, поскольку они большие, тяжелые и, как правило, имеют очень хорошие подшипники, поэтому вы можете установить довольно здоровенные лопасти ротора прямо на вал их шкива.

Дизельные динамо-машины старого образца для грузовиков или автобусов являются лучшим выбором для ветряных турбин, поскольку они предназначены для выработки требуемого напряжения и тока на более низких скоростях с упором на эффективность, а не на максимальную мощность. Кроме того, большинство динамо-машин для автобусов и грузовиков могут генерировать мощность до 500 Вт при напряжении 24 вольта, чего более чем достаточно для зарядки аккумуляторов и питания осветительных приборов в небольших низковольтных системах.

Другие типы двигателей постоянного тока, которые подходят для ветряных генераторов постоянного тока, включают тяговые двигатели, используемые в тележках для гольфа, вилочных погрузчиках и электромобилях.Обычно это двигатели на 24, 36 или 48 вольт с высоким КПД и номинальной мощностью.

Одним из основных недостатков генераторов постоянного тока с постоянными магнитами является то, что эти машины имеют коммутирующие щетки, которые пропускают полный выходной ток генератора, поэтому машины постоянного тока, используемые в качестве динамо-машин и генераторов, требуют регулярного обслуживания, поскольку угольные щетки, используемые для извлечения генерируемого тока быстро изнашиваются и производят много электропроводной угольной пыли внутри машины. Поэтому иногда используются генераторы переменного тока.

Автомобильные генераторы переменного тока — еще один очень популярный выбор в качестве простого генератора постоянного тока для использования в качестве генератора ветряной турбины, особенно среди новичков и энтузиастов-любителей, поскольку низковольтный постоянный ток также может генерироваться генераторами переменного тока. Большинство автомобильных генераторов переменного тока содержат выпрямители переменного тока в постоянный, которые обеспечивают постоянное напряжение и ток. В генераторе переменного тока магнитное поле вращается, и переменный трехфазный переменный ток, генерируемый стационарными катушками статора, преобразуется в 12 вольт постоянного тока с помощью внутренней цепи выпрямителя.Автомобильные генераторы переменного тока имеют то явное преимущество, что они специально разработаны для зарядки 12- или 24-вольтовых аккумуляторов.

Закрытые генераторы PMDC предпочтительнее использовать в системах генераторов ветряных турбин, чтобы защитить их от непогоды, но стандартные автомобильные генераторы переменного тока обычно открыты и охлаждаются окружающим воздухом, вентилируемым через генератор, поэтому требуется дополнительная защита от атмосферных воздействий. Они также бывают разных размеров и номинальной мощности, предназначенные для небольших автомобилей и больших грузовиков, и, хотя они могут быть дешевыми, легкодоступными, они не очень эффективны по сравнению с более крупными генераторами постоянного тока с постоянными магнитами.

Ключом к простоте и повышению эффективности является создание ветряной турбины с прямым приводом, в которой лопасти турбины установлены непосредственно на валу главного шкива генератора. Как только вы внедряете шестерни, ремни, шкивы или любые другие способы увеличения или уменьшения их скорости, вы вносите потери энергии, дополнительные затраты и сложность.

Несмотря на то, что трехлопастной ротор диаметром от 1,5 до 2 метров достигает скорости свыше 1000 об/мин, это все же слишком медленно, чтобы подходить для большинства обычных автомобильных генераторов, которые вращаются со скоростью от 2000 и 10000 об / мин, поскольку они прикреплены к двигателю автомобиля, поэтому потребуется коробка передач или система шкивов для увеличения скорости вращения генератора переменного тока и увеличения его выходной мощности.

Кроме того, автомобильным генераторам переменного тока требуется дополнительный внешний источник питания для подачи небольшого тока смещения (обычно через индикаторную лампу приборной панели) на их катушки возбуждения, чтобы запустить процесс возбуждения и, следовательно, процесс генерации до того, как генератор достигнет своей скорости включения .

Этот внешний ток возбуждения может обеспечиваться присоединенным аккумуляторным блоком, но проблема заключается в том, что аккумуляторы будут постоянно подавать ток на обмотку возбуждения, что может привести к разрядке аккумуляторов, даже когда лопасти турбины неподвижны в периоды нулевого или слабого ветра .Еще одна проблема с современными автомобильными генераторами переменного тока заключается в том, что они созданы для дешевизны и легкого веса, поэтому обычно имеют только небольшие валы ротора диаметром 5/8 дюйма или 17 мм для установки шкива, на который может быть немного мала сторона, чтобы принять вес и напряжения вращающихся лопастей.

Одна из самых сложных частей проектирования малогабаритной ветряной турбины низкого напряжения для производства электроэнергии заключается в поиске подходящего генератора постоянного тока.

Генераторы постоянного тока с постоянными магнитами — это низкоскоростной генератор, который достаточно надежен и эффективен при слабом ветре для использования в «автономных» автономных системах для зарядки аккумуляторов или для питания низковольтного освещения и приборов.Как правило, они имеют линейные кривые мощности с низкой скоростью включения около 10 миль в час. К сожалению, становится все труднее найти старые генераторы постоянного тока с постоянными магнитами, которые больше, тяжелее и надежнее.

Наряду с генераторами постоянного тока с постоянными магнитами автомобильный генератор переменного тока также является еще одним популярным выбором среди многих самодельщиков для использования в качестве низковольтных генераторов постоянного тока для ветряных турбин. Однако, будучи автомобильным генератором переменного тока, прикрепленным болтами сбоку, или двигателем внутреннего сгорания, они требуют высоких оборотов для выработки мощности и не всегда очень эффективны.Автомобильные генераторы также требуют внешнего источника питания для питания электромагнитов, создающих внутреннее магнитное поле.

Автомобильные генераторы ограничивают собственный ток с помощью встроенной схемы регулятора, которая также предотвращает перезарядку подключенных аккумуляторов генератором. Тем не менее, автомобильный генератор переменного тока никогда не следует подключать к аккумуляторной батарее в обратном направлении или запускать генератор на высоких скоростях без подключенной батареи, так как выходное напряжение поднимется до высокого уровня (намного больше 12 вольт) и разрушит внутренний выпрямитель.

Низковольтные автономные ветроэнергетические системы постоянного тока отлично подходят для зарядки аккумуляторов и т. д., но если мы хотим питать более крупные устройства, подключенные к сети, или иметь систему, которая «привязана к сети», нам нужно либо использовать какую-либо форму инвертора для изменения постоянного тока низкого напряжения, генерируемого генератором постоянного тока с постоянными магнитами, в источник переменного тока более высокого напряжения (120 или 240 вольт) или установить другой тип ветряного генератора.

В следующем уроке по энергии ветра мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой синхронным генератором.Синхронный генератор сильно отличается от генератора постоянного тока с постоянными магнитами, поскольку его можно использовать для выработки электроэнергии трехфазного переменного или переменного тока, подключенного к сети.

Почему электромобили не используют колеса, как ветряные турбины, для подзарядки батарей во время движения? : askscience

Турбины/генераторы не являются чистым положительным результатом. Всегда необходимо учитывать некоторые потери на трение, преобразование и временные потери. Если у вас есть ветряная турбина, паразитное сопротивление турбины будет превышать возвращаемый заряд; поскольку ничто не является эффективным на 100%, часть энергии будет потеряна на звук/тепло/преобразование/хранение.Кроме того, вес системы и ее сложность дополнительно приведут к ухудшению энергопотребления.

Единственный способ получить «бесплатную» энергию — это создать систему генерации, для работы которой не требуется энергия (например, ветер). Солнечная энергия — очевидный выбор, и Tesla действительно планирует вариант солнечной крыши. Здесь вы сталкиваетесь с проблемами стоимости и сложности, а также с тем фактом, что солнечные батареи в настоящее время не очень эффективны; в лучшем случае можно ожидать, что панель площадью 1 м2 будет производить около 400 кВтч в год.Сравните это с емкостью батареи Tesla P90D на 60 кВтч; если солнечная панель получает полную экспозицию в очень солнечной среде, этого достаточно, чтобы обеспечить эквивалентный заряд батареи 6-7 раз в год. Да, это польза, но она невелика.

Регенеративное торможение, которое вы упомянули в Prius, — это совсем другое дело. Это использует кинетическую энергию (движение транспортного средства) для питания генератора. Двигатель, вращающийся в обратном направлении за счет механического воздействия, становится генератором; в Prius двигатели, приводящие в движение колеса, используют механическое движение автомобиля вперед для выработки электроэнергии, которая затем сохраняется в аккумуляторной батарее.(Хотя у Prius также есть обычные диски с колодками и ротором, динамо-сила рекуперативного торможения означает, что эти расходные материалы служат очень долго, поскольку они не так нужны.