Как сделать несложный генератор – ветрогенератор своими руками для частного дома?

Сделать или купить?

Желание иметь в своем пользовании электрогенератор омрачается одной неприятностью – это высокая стоимость агрегата. Как ни крути, но самые маломощные модели имеют достаточно заоблачную стоимость – от 15 000 рублей и выше. Именно этот факт наталкивает на мысль о собственноручном создании генератора. Однако, сам процесс может быть затруднительным, если:

нет навыка в работе с инструментом и схемами;
нет опыта в создании подобных приборов;
не имеется в наличии необходимых деталей и запчастей.

Если же все это и огромное желание присутствуют, то можно попробовать собрать генератор, руководствуясь указаниями по сборке и приложенной схемой.

Не секрет, что покупной электрогенератор будет обладать более расширенным перечнем возможностей и функций, в то время как самоделка способна подводить и давать сбои в самые неподходящие моменты. Поэтому, покупать или делать своими руками – вопрос сугубо индивидуальный, требующий ответственного подхода.

Как работает электрогенератор

Принцип работы электрогенератора основывается на физическом явлении электромагнитной индукции. Проводник, проходящий через искусственно созданное электромагнитное поле, создает импульс, который преобразуется в постоянный ток.

Генератор имеет двигатель, который способен вырабатывать электричество, сжигая в своих отсеках определенный вид топлива: бензин, газ или дизельное топливо. В свою очередь топливо, попадая в камеру сжигания, в процессе горения вырабатывает газ, который вращает коленчатый вал. Последний передает импульс ведомому валу, который уже способен предоставить определенное количество энергии на выходе.

Читайте так же: Узнаем, как заряжать автомобильный аккумулятор зарядным устройством?

Принцип работы устройства достаточно прост, но ровно до тех пор, пока нет необходимости рассмотрения каждого отдельного процесса. Нужно понимать, что закон Фарадея о принципах магнитной индукции, который используется в электрогенераторе, даст желаемый результат только тогда, когда будут созданы определенные условия. Главным из них является правильный расчет и соединение главных конструктивных единиц.

Независимо от потребляемого топлива и мощности, электрогенераторы имеют два основополагающих механизма: ротор и статор. Ротор необходим для создания электромагнитного поля, поэтому в его основе лежат магниты, равноудаленные от сердечника. Статор неподвижен, позволяет приводить ротор в движение, а также регулирует электромагнитное поле, за счет наличия металлических блоков из стали.

Вариант изготовления электрогенератора своими руками показан на видео

Асинхронный генератор: особенности и преимущества

По типу вращения ротора генераторы бывают синхронными и асинхронными. Первые имеют сложную конструкцию, а также более чувствительны к перепадам напряжения в сети, что сказывается на их продуктивности. Асинхронные, напротив, обладают более простым принципом действия, а также имеют отличные технические характеристики.

На роторе синхронного генератора помещаются магнитные катушки, что усложняет процесс движения ротора, в то время как ротор асинхронного генератора скорее похож на обычный маховик. Конструктивные особенности значительно влияют на КПД, и в синхронном есть его потери (до 11%). В асинхронном показатель потери энергии снижается до 5%, что делает его более востребованным не только в быту, но и в производстве.

Также есть и другие преимущества асинхронных генераторов:

Более простой корпус защищает двигатель от попадания влаги и отработанного топлива, снижая необходимость частого технического обслуживания.
Генератор устойчив к перепадам напряжения, а также имеет выпрямитель на выходе, который защищает подключенные электроприборы от поломки.
Устройство способно служить источником питания для приборов, имеющих омическую нагрузку и высокую чувствительность к скачкам напряжения: сварочные аппараты, компьютерная и вычислительная техника, лампы накаливания.
Обладает высоким КПД, который сочетается с минимальным клирфактором (показатель потери энергии, которая затрачивается на нагрев самого прибора).
Имеет срок службы не менее 15 лет, поскольку все используемые детали достаточно надежные и не поддаются быстрому износу в процессе эксплуатации.

Читайте так же: Изготовление зарядного устройства для автомобильного аккумулятора своими рукамиВсе эти преимущества дают повод к использованию именно асинхронного агрегата, а простота его конструкции позволяет собрать в домашних условиях.

Вариант электрогенератора с асинхронным двигателем Toyota

Особенности самодельных генераторов

Главная особенность, из-за которой многие пользователи всевозможных гаджетов решаются на подобную «самоделку» – возможность довести генератор до мощности, которой хватит не только на то, чтобы подзарядить мобильник, но и на снабжение ноутбука, телевизора и даже самодельной мини-морозилки, не говоря о десятке светодиодных ламп. Как правило, выбирается вариант устройства с наибольшей отдачей на выходе и наименьшими прилагаемыми усилиями.

Основой в любом случае является обратимый двигатель, работающий не только на превращение электричества в кинетическую (механическую) энергию, но и наоборот.

Чтобы изготовить такое устройство, пользователь должен обладать следующими познаниями.

Разбираться в электросхемах, уметь их читать. По одной из них и собирается подобное устройство.
Иметь представление о том, как работает электрогенератор. В основе его работы лежит закон Фарадея: число магнитных линий постоянного магнита, пронизывающего контур, должно меняться, иначе электричество вырабатываться не будет.
Обладать навыками электромонтажных и слесарных работ, уметь обращаться с электроинструментами. Раньше, в советское время, обязательной частью образовательной программы являлась не только физика, но и сопромат (раздел науки о сопротивлении материалов). Дело в том, что неправильно выбранные элементы несущих конструкций, соединённые между собой не так, как это требуется, при активной нагрузке быстро деформируются.

При наличии всех вышеперечисленных знаний и желания пользователь легко соберёт устройство, экономящее (по сравнению с промышленным) не один десяток тысяч рублей.

Изготовление

Сделать своими руками электрогенератор в домашних условиях несложно. Простой магнитный генератор собирается на основе любого из готовых двигателей: коллекторного, шагового и т. д. Собрать с нуля такую «самоделку» также можно, закрепив магниты на вращающейся оси и поместив их в прямоугольную катушку, вырабатывающую при их вращении электростатическое поле.

Электрогенератор на дровах – это, по сути, печь (в том числе и походная), на стенках которой закреплены элементы Пельтье, закрытые радиаторами. Суть эффекта Пельтье заключается в том, что пластины из разных проводников с одной стороны нагреваются, а с другой – охлаждаются. Это приводит к появлению электрического тока на полюсах такой пластины. Лучше всего подобная печь-генератор работает на морозе: наибольшая разница температур с каждой из сторон пластины приводит к выработке предельной мощности.

Паровой генератор – это классическая ТЭС в мини-исполнении. Печь с водяным контуром вырабатывает пар, подающийся на лопасти турбины. Тепловая энергия пара заставляет турбину крутить мотор-генератор, чей вал жёстко соединён с валом самой турбины. Такая система является замкнутой: она требует периодического контроля со стороны, а также наличия охлаждающего контура, в котором пар переконденсируется обратно в воду.

Подобная установка весьма массивна, в поход вы её с собой не возьмёте.

Генератор на базе асинхронного двигателя, работающего от сетевых 220 вольт – это устройство с тремя разнесёнными обмотками статора (неподвижной части мотора). Поскольку сам мотор работает от 220 или 380 (в трёхфазной сети) вольт, то и вырабатывать он будет такое же напряжение, стоит только раскрутить его вал хотя бы до 50 оборотов в секунду. Собирать его незачем: чтобы задействовать готовый агрегат, к обмоткам всего-навсего потребуется подключить дополнительные конденсаторы.

Инструменты и материалы

В качестве рабочего модуля электромагнитного (механического) генератора берётся подходящий двигатель. Используются двигатели нескольких типов: коллекторный (щёточный), бесколлекторный, шаговый (щётки и кольца не используются), синхронный и асинхронный. В зависимости от того, какой ток вырабатывается, применяют следующие детали и узлы.

Диоды выпрямительные. Преобразуют переменный ток в постоянный. В продаже имеются высокомощные диодные мосты, рассчитанные на ток в десятки ампер и напряжение до 50 В.
Полярные конденсаторы. Рассчитаны на постоянный ток. Играют роль сглаживающего фильтра, выравнивающего пульсации постоянного напряжения.
Дополнительная плата с USB-портом – преобразует напряжение в 1,5-20 вольт в нужные смартфонам, планшетам и большинству ноутбуков 5. Заказывается на AliExpress и в других интернет-магазинах.

Все эти радиокомпоненты нужны, когда мотор-генератор выдаёт не более пары десятков вольт.

Использование же, например, асинхронного двигателя потребует подключения ваших гаджетов и других устройств в обычном режиме – как от бытовой розетки.

Вспомогательные материалы могут быть любыми, так как они играют роль несущей конструкции:

деревянные бруски;
металлическая арматура;
профили;
крепёжные соединения (болты с гайками и шайбами, хомуты, скобы, струбцины, кронштейны, саморезы);
трубы любого диаметра и т. д.

В качестве электроинструментов применяются следующие изделия.

Болгарка с набором отрезных дисков (по металлу и по дереву) и шлифдиском (поставляется в виде наждачки-круга или универсального твёрдого диска).
Электродрель с набором свёрл по металлу. Если устанавливается, например, ветрогенератор с опорой на стене дома, то может потребоваться стандартный перфоратор с набором ударных свёрл и/или коронок по бетону. Перфоратор может также комплектоваться переходником под простые или конические свёрла и коронки по дереву.
Шуруповёрт. Потребуется, когда конструкция массивная, а вкрутить саморезы нужно в количестве от нескольких десятков. Может комплектоваться головками под переходник-гайковёрт или универсальной головкой под гайки, напоминающей разводной ключ.

Подготовив нужный инвентарь, приступим к процессу изготовления генераторной установки.

Схема сборки

Асинхронный генератор обладает свойством самосинхронизации: включение в работу без питания роторной обмотки, в которой возбуждается постоянное магнитное поле. Самовозбуждение обмотки короткозамкнутого ротора производится за счёт явления остаточной намагниченности. Чтобы собрать асинхронный генератор, следуйте нижеописанной инструкции.

Разместите двигатель и передаточный привод на одной несущей конструкции.
Подключите к обмоткам переменные (неполярные) конденсаторы. Сами обмотки включены по схеме «звезда»: одни их концы сходятся в центре (на корпус), другие же выведены отдельно.
Конденсаторы соединятся по схеме «треугольник»: к его вершинам и подключаются свободные концы обмоток. Мощность двигателя – 2-5 киловатт, ёмкость конденсаторов – 28-138 микрофарад. Подберите такую ёмкость, чтобы вырабатываемое напряжение не снижалось – в зависимости от нагрузки, которую планируется использовать.

Перед запуском генератора произведите его тестирование. Тест можно выполнить с помощью обычной лампочки накаливания на несколько десятков ватт. Задача – обеспечить бесперебойную выдачу вырабатываемого напряжения. Потребуется установка, способная выдать 3000 оборотов в минуту. Например, мощный ветряк с редуктором (или цепным приводом), топливный двигатель от любого агрегата, гидротурбина на речке и т. д.

Дело в том, что человек в одиночку не сможет раскрутить любой мотор-генератор на мощность свыше 150 Вт, какие бы усилия ни прилагал. Здесь его возможности ограничены.

Изготовление асинхронного генератора – это простейшая переделка схемы готового такого же двигателя. Переточки ротора под неодимовые магниты не требуется, чего не скажешь об автомобильном генераторе, в котором питание роторной обмотки производится от аккумулятора. Кстати, большинство современных автомобильных генераторов выполняется на основе синхронного двигателя, в котором число оборотов в минуту жёстко связано с частотой вырабатываемого тока. Чтобы избавиться от необходимости питать обмотку ротора, можно переделать двигатель, сняв эту обмотку и проточив ось ротора под плоские магниты.

Для сборки генератора на дровах сделайте следующее.

На стенке буржуйки или пиролизной печи поместите радиатор «шипами» внутрь.
Смонтируйте на нём один или несколько элементов Пельтье, ориентируясь по площади радиатора.
Прикрепите к элементу Пельтье ещё один радиатор.
Расположите установку на теневой стороне дома в специально отведённом месте. Стена не должна иметь утепления, а также быть слишком толстой в данной точке, поскольку нужен доступ к уличному холоду. Идеальный вариант – техническое помещение-отсек для такой печки, в котором есть втяжной вентканал для горения дров. Радиатор располагают рядом с ним с холодной стороны.

Запуск такого генератора осуществляется при поджигании дров. Когда дрова разгорятся, элемент Пельтье выдаст максимальную мощность. Он будет охлаждаться холодным воздухом, заходящим с улицы. Процесс же нагрева обеспечит стенка печки.

Для сборки коллекторного генератора рекомендуется воспользоваться следующей инструкцией.

Поместите коллекторный мотор на несущую раму или другую конструкцию.
Присоедините к его выводам сглаживающий конденсатор постоянного тока и плату преобразователя (DC-инвертор).
Подсоедините к выходу DC-платы USB-порт (если она им не укомплектована).
Расположите генератор на раме велосипеда либо изготовьте «ветряк» для него (например, из деталей от вентилятора с вышедшим из строя двигателем). В последнем случае для удобства «ветряка» размещают флюгер-хвостовик, поворачивающий конструкцию в ту сторону, куда дует ветер.

Подключите смартфон, планшет, мобильник, смарт-часы или иное устройство. Моторчик от принтера, например, вырабатывает до нескольких ватт мощности: так, при 12 вольтах, на которые он рассчитан, ток может достигать 600 миллиампер. Недостатки коллекторных двигателей: низкий КПД и частая замена щёток.

Работая каждый день по нескольку часов, щётки прослужат максимум 2-3 месяца.

Вместо коллекторного электродвигателя используйте шаговый: его КПД значительно выше, он способен прослужить не один десяток лет. В интернет-магазинах полно моделей, дающих напряжение в 12 вольт и ток в 1,8-4,2 ампера. Обмоток у шагового двигателя может быть 2, 3 или 4. Включив их последовательно, вы получите 24, 36 или 48 В. Параллельное включение даст пропорционально больший ампераж. «Разогнать» генератор до нужного номинала напряжения будет сложнее.

Простейшая ветроэлектрическая установка

Для изготовления ветрогенератора прежде всего понадобятся чертежи с указанием размеров установки.

Роторный ВЭУ с вертикальной осью вращения и мощностью, не превышающей 1,5 кВт, сможет обеспечить электрической энергией небольшой дом, а также осветить садовый участок.

Что нужно для изготовления такого ветрогенератора? Лопасти этой ветроэнергетической установки изготовляются из ведра, небольшой металлической бочки либо кастрюли из не поддающихся коррозии металлов.

Кроме этого следует приготовить:
Автомобильный генератор с напряжением на выходе 12В – 1 шт.;
Автомобильный аккумулятор — шт.;
Кнопочный выключатель 12 В, полугерметичный;
Конвертор, преобразующий напряжение 12 В в напряжение 220 В, мощностью 0,7 – 1,5 кВт;
Автомобильное реле индикаторной лампы заряда аккумулятора;
Болты, шайбы, гайки;
Хомуты – 2 шт., для крепления генератора;
Мультиметр;
Электропровод сечением 2,5 кв. мм и 4 кв. мм;
Ножницы для резки металла или болгарка;
Дрель;
Слесарные инструменты и принадлежности.

Как, затратив незначительные средства, своими руками сделать несложный ветрогенератор. На ведро, небольшую бочку либо кастрюлю нанесем разметку, поделив имеющуюся емкость на 4 одинаковые части. Затем вырезаем лопасти ВЭУ, используя болгарку либо ножницы.

Недостатки

Мощность такой ВЭУ иногда не в полной мере обеспечивает потребности хозяйства в электроэнергии.
Недостаточная защищенность от порывов ветра. Конструкция установки такова, что сильным ветром ее может опрокинуть.

Принцип работы

Электромагнитная индукция лежит в основе принципа работы электрогенератора.

Создаётся искусственное магнитное поле. Через него проходит проводник, создающий импульс. Импульс тем временем становится постоянным током.

В самом генераторе есть двигатель, который способен к выработке электричества через сжигание топлива определённого вида. Это может быть дизельное топливо, бензин, газ.

В это время топливо, попадающее в место сжигания, производит газ в процессе горения. А газ заставляет вращаться коленчатый вал. Он в свою очередь даёт импульс ведомому валу. Последний предоставляет энергию на выходе в определённых количествах.

Электрогенераторы в своей основе имеют два обязательных механизма — ротор и статор. Их наличие от топлива и мощности не зависит.

Ротор нужен, чтобы создать то самое электромагнитное поле. В его основе лежат магниты, которые находятся на одинаковом расстоянии от сердечника.

Статор не двигается. Это позволяет заставлять ротор двигаться, пока статор регулирует электромагнитное поле. Достигается из-за стальных блоков в его устройстве.

Самостоятельное, почти не требующих затрат, изготовление ВЭУ

Пошаговая инструкция: как сделать ветрогенератор своими руками из негодных автомобильных деталей и куска пластиковой трубы:

Разобрать автомобильный генератор.
Проводом Ø 0,56 мм сделать 35 витковую новую обмотку 36 статорных катушек.
Генератор собрать, покрыть лаком и краской.
Параллельно соединить провода генератора, а 3 вывести наружу.
К оси поворота приварить подшипники.
Изготовить хвостовую часть из оцинкованного листа стали толщиной не менее 0,4 см.
Закрепить шурупами лопасти, изготовленные из пластиковой трубы.
Собрать ветрогенератор и провести его испытания.

Следует отметить, что налоговым законодательством нашей страны не предусмотрено налогообложение доходов, полученных от выработки электроэнергии бытовыми ветрогенераторами.

Во избежание конфликта с местными властями необходимо выяснить, существуют ли в данном регионе законодательные ограничения на использование бытовых ВЭУ.

Сборка

Процесс сборки может быть усложнён по разным причинам. Например, нет определённого навыка для работы. Нет опыта в создании таких устройств. Нет нужных деталей и запчастей. Однако если всё это и большое желание в наличии, то попробовать можно.

Но перед началом работы обязательно нужно выполнить несколько условий — добыть материалы и инструкции для изготовления электрогенератора. И прочесть их. А также позаботиться о технике безопасности.

Перед началом работы имеет смысл позаботиться о схемах сборки и чертежах. Это значительно облегчит и ускорит процесс.

Газовые и бензиновые электрогенераторы собираются своими руками чаще всего. Но как при их сборке, так и при сборке других, нужно произвести подготовку и некоторые расчёты. Например, важно знать мощность нужного генератора.

Чтобы определить скорость вращения, двигатель должен быть подключён в сеть. Для определения потребуется тахометр. Величину, полученную при измерениях, нужно прибавить к компенсаторной величине, составляющей 10%. Эта величина позволяет не дать двигателю перегреться.

Обратите внимание!

Антенный усилитель: мастер-класс, как сделать и использовать простое устройство своими руками
Восстановление аккумулятора – лучшие методы реанимации батареи в домашних условиях
Мини паяльник – как сделать в домашних условиях из подручных материалов (инструкция + 85 фото)

Учитывая мощность нужно подобрать конденсаторы.

Важно помнить о заземлении, ведь дело идёт о работе с электричеством. И это не только вопрос износа устройства, но и вопрос безопасности.

Сама сборка проста — Конденсаторы подсоединяются к двигателю по очереди по схеме (её можно найти в интернете). Это всё, что нужно для создания генератора малой мощности.

Этот вариант самый удобный и лёгкий. Однако стоит обратить внимание на следующие моменты:

Нужно следить за температурой двигателя, чтобы он не перегрелся.
Иногда генератору нужно будет давать остыть до 40 градусов.
КПД, возможно, будет снижаться в зависимости от времени работы. Это нормально.
Пользователю нужно будет самостоятельно следить за состоянием генератора, подключать к нему измерительные приборы.

После сборки механической части следует заняться электрической стороной. Начинать стоит после установки шкивов, соединяющихся ремнем.

Обмотки на электрическом моторе соединяются согласно схеме звезда.
Конденсаторы, подключаемые к обмотке, должны образовать собой треугольник.
Напряжение будет сниматься между концом обмотки и средней точкой. Тогда получается ток с напряжением 220 вольт, а между обмотками — 380 вольт.

Обратите внимание!

Как сделать электрогитару: пошаговое описание изготовления гитары из подручных материалов
Оплетка на руль – как надеть и зашнуровать современные модели кожухов
Фонарик своими руками – как сделать новогодний регулируемый фонарик быстро и просто

Специалисты дают ещё несколько полезных советов, которые помогут при сборке генератора:

Электрический двигатель может сильно нагреваться. Чтобы этого не было — нужно заменить конденсаторы на те, у которых меньше ёмкость.
Самодельные электрогенераторы обычно предполагают конденсаторы с напряжением от 400 вольт. Для правильной работы хватит и одного.
В сети нужен трехфазный трансформатор, если для питания дома нужны все фазы двигателя.

Скорее всего, даже сделанный, как на красивых фото, самодельный электрогенератор, не сможет конкурировать с покупными моделями.

Однако, если воспринимать его как дополнительный, запасной источник электроэнергии, то его вполне можно сделать и использовать. Тем более что как показывает практика, сделать генератор самостоятельно не так уж и сложно. Нужно просто приложить старания и всё получиться.

Типовые примеры самодельных ветрогенераторов

Устройство ветрогенератора одинаковое, вне зависимости от выбранной схемы.

Пропеллер, который может быть установлен как непосредственно на вал генератора, так и с помощью ременной (цепной, шестеренной передачи).
Собственно генератор. Это может быть готовое устройство (например, с автомобиля), либо обычный электродвигатель, который при вращении вырабатывает электроток.
Инвертор, регулятор напряжения, стабилизатор — в зависимости от выбранного напряжения.
Буферный элемент — аккумуляторные батареи, обеспечивающие непрерывность генерации, вне зависимости от наличия ветра.
Установочная конструкция: мачта, кронштейн для монтажа на крыше.

Пропеллер

Можно изготовить из любого материала: хоть из пластиковых бутылок. Правда гибкие лопасти существенно ограничивают мощность.

Достаточно вырезать в них полости, для забора ветра.

Неплохой вариант — ветряк бытового из кулера. Вы получаете готовую конструкцию с профессионально выполненными лопастями и сбалансированным электродвигателем.

Аналогичная конструкция изготавливается из охладителя компьютерных блоков питания. Правда мощность такого генератора мизерная — разве что зажечь лампу на светодиодах, или зарядить мобильный телефон.

Тем не менее, система вполне работоспособна.

Неплохие лопасти получаются из алюминиевых листов. Материал доступен, его несложно отформовать, пропеллер получается достаточно легким.

Если вы создаете роторный пропеллер для вертикального генератора, можно воспользоваться жестяными банкам, разрезанными вдоль. Для мощных систем применяются половинки стальных бочек (вплоть до объема 200 литров).

Разумеется, придется с особой тщательностью подойти к вопросу надежности. Мощный каркас, вал на подшипниках.

Генератор

Как говорилось выше, можно использовать готовый автомобильный, или электродвигатель от промышленных электроустановок (бытовой техники). В качестве примера: ветрогенератор из шуруповерта. Используется вся конструкция: двигатель, редуктор, патрон для крепления лопастей.

Компактный генератор получается из шагового двигателя принтера. Опять же, мощности хватает лишь на питание светодиодного светильника или зарядного устройства смартфона. На природе — незаменимая вещь.

Если вы с паяльником «на ты», и неплохо разбираетесь в радиотехнике — генератор можно собрать самостоятельно. Популярная схема: ветрогенератор на неодимовых магнитах. Преимущества конструкции — можно самостоятельно рассчитать мощность под ветровую нагрузку в вашей местности. Почему неодимовые магниты? Компактность при высокой мощности.

Можно переделать ротор имеющегося генератора.

Либо создать собственную конструкцию, с изготовлением обмоток.

Эффективность такого ветряка на порядок выше, чем при использовании схемы с электродвигателем. Еще одно неоспоримое преимущество — компактность. Неодимовый генератор плоский, и его можно разместить непосредственно в центральной муфте пропеллера.

Мачта

Изготовление этого элемента не требует познаний в электронике, но от его прочности зависит жизнеспособность всего ветрогенератора.

Например, мачта высотой 10–15 метров требует грамотно рассчитанных растяжек и противовесов. Иначе сильный порыв ветра может завалить конструкцию.

Если мощность генератора не превышает 1 кВт, вес конструкции не такой большой, и вопросы прочности мачты отходят на второй план.

Самодельные ветровые генераторы

Изготовление «ветряка» собственными руками — задача вполне решаемая. Причём конструктивный и рациональный подход к делу поможет свести до минимума неизбежные финансовые траты. В первую очередь стоит набросать проект, провести необходимые расчёты балансировки и мощности. Эти действия будут не просто залогом успешной постройки ветряной электростанции, но также залогом сохранения в целостности всего приобретенного оборудования.

Начать рекомендуется с постройки микро-ветряка, мощностью в несколько десятков ватт. В дальнейшем полученный опыт поможет создать более мощную конструкцию. Создавая домашний ветряной генератор, не стоит делать упор на получение качественного электричества (220 В, 50 Гц), так как этот вариант потребует существенных финансовых вложений. Разумнее ограничиться использованием изначально полученного электричества, которое можно успешно применять без преобразования для иных целей, к примеру, для поддержки систем отопления и горячего водоснабжения, построенных на электронагревателях (ТЭН) — такие приборы не требуют стабильного напряжения и частоты. Это делает возможным создавать простую схему, работающую напрямую от генератора.

Скорее всего, никто не будет утверждать, что отопление и горячее водоснабжение в доме по значимости уступают бытовой технике и осветительным приборам, для питания которых зачастую стремятся устанавливать домашние ветряки. Устройство ВЭУ именно с целью обеспечения дома теплом и горячей водой — это минимальные затраты и простота конструкции.

Обобщенный проект домашней ВЭУ

Конструктивно домашний проект во многом повторяет промышленную установку. Правда, бытовые решения зачастую базируются на вертикально-осевых ветродвигателях и комплектуются низковольтными генераторами постоянного тока. Состав модулей бытовой ВЭУ при условии получения качественного электричества (220 В, 50 Гц):

ветродвигатель;
устройство ориентации по ветру;
мультипликатор;
генератор постоянного тока (12 В, 24 В);
модуль заряда аккумуляторных батарей;
аккумуляторные батареи (литий-ионные, литий-полимерные, свинцово-кислотные);
преобразователь постоянного напряжения 12 В (24 В) в переменное напряжение 220 В.

Bетрогенератор PIC 8-6/2.5

Как это работает? Просто. Ветер крутит ветродвигатель. Крутящий момент передается через мультипликатор на вал генератора постоянного тока. Полученная на выходе генератора энергия через зарядный модуль аккумулируется в батареях. От клемм аккумуляторных батарей постоянное напряжение 12 В (24 В, 48 В) подается на преобразователь, где трансформируется в напряжение, пригодное для питания бытовых электрических сетей.

О генераторах для домашних «ветряков»

Большинство бытовых конструкций ветровых установок, как правило, конструируются с применением малооборотных электродвигателей постоянного тока. Это самый простой вариант генератора, не требующий модернизации. Оптимально — электродвигатели с постоянными магнитами, рассчитанные на питающее напряжение порядка 60–100 вольт. Имеется практика применения автомобильных генераторов, но для такого случая требуется внедрение мультипликатора, так как автогенераторы выдают нужное напряжение только на высоких (1800–2500) оборотах. Один из возможных вариантов — реконструкция асинхронного двигателя переменного тока, но также достаточно сложный, требующий точных расчётов, выполнения токарных работ, установки неодимовых магнитов в области ротора. Есть вариант для трехфазного асинхронного двигателя с подключением конденсаторов одинаковой емкости между фазами. Наконец, существует возможность изготовления генератора с нуля собственными руками. Инструкций на этот счёт имеется масса.

Вертикально-осевой самодельный «ветряк»

Достаточно эффективный и главное недорогой ветрогенератор можно соорудить на основе ротора Савониуса. Здесь в качестве примера рассматривается микро-энергетическая установка, мощность которой не превышает 20 Вт. Однако этого устройства вполне достаточно, например, для обеспечения электрической энергией некоторых бытовых приборов, работающих от напряжения 12 вольт.

Набор деталей:

Лист алюминиевый толщиной 1,5–2 мм.
Труба пластиковая: диаметр 125 мм, длина 3000 мм.
Труба алюминиевая: диаметр 32 мм, длина 500 мм.
Двигатель постоянного тока (потенциальный генератор), 30–60В, 360–450 об/мин, к примеру, электродвигатель модели PIK8-6/2.5.
Контроллер напряжения .
Аккумулятор.

Изготовление ротора Савониуса

Из алюминиевого листа вырезаются три «блина» диаметром 285 мм. По центру каждого просверливаются отверстия под алюминиевую трубу 32 мм. Получается что-то подобное компакт-дискам. От пластиковой трубы отрезаются два куска длиной по 150 мм и разрезаются пополам вдоль. Результат — четыре полукруглых лопасти 125х150 мм. Все три алюминиевых «компакт-диска» надеваются на трубу 32 мм и закрепляются на расстоянии 320, 170, 20 мм от верхней точки строго горизонтально, образуя два яруса. Между дисками вставляются лопасти, по две штуки на ярус и закрепляются строго одна против другой, образуя синусоиду. При этом лопасти верхнего яруса смещаются относительно лопастей нижнего яруса на угол 90 градусов. В итоге получается четырехлопастной ротор Савониуса. Для крепежа элементов можно использовать заклепки, саморезы, уголки или применить другие способы.

Соединение с двигателем и установка на мачту

Вал двигателей постоянного тока с указанными выше параметрами обычно имеет диаметр не более 10–12 мм. Для того чтобы соединить вал двигателя с трубой ветродвигателя, в нижнюю часть трубы запрессовывается латунная втулка, имеющая требуемый внутренний диаметр. Сквозь стенку трубы и втулки просверливается отверстие, нарезается резьба для вкручивания стопорного винта. Далее труба ветродвигателя надевается на вал генератора, после чего соединение жестко фиксируется стопорным винтом.

Оставшаяся часть пластиковой трубы (2800 мм) — это мачта ветроустановки. Генератор в сборе с колесом Савониуса монтируются наверху мачты — просто вставляется внутрь трубы до упора. В качестве упора используется металлическая дисковая крышка, закрепленная на переднем торце мотора, имеющая диаметр несколько больший диаметра мачты. На периферии крышки просверливаются отверстия для крепления растяжек. Так как диаметр корпуса электродвигателя меньше внутреннего диаметра трубы, для выравнивания генератора по центру применяются прокладки либо упоры. Кабель от генератора пропускается внутри трубы и выводится через окно в нижней части. Необходимо учесть при монтаже исполнение защиты генератора от воздействия влаги, используя для этого герметизирующие прокладки. Опять же с целью защиты от осадков, выше соединения трубы ветродвигателя с валом генератора можно установить зонт-колпак.

Установка всей конструкции выполняется на открытой хорошо обдуваемой площадке. Под мачту выкапывается яма глубиной 0,5 метра, нижняя часть трубы опускается в яму, конструкция выравнивается растяжками, после чего яма заливается бетоном.

Контроллер напряжения (простое зарядное устройство)

Изготовленный ветряной генератор, как правило, не способен выдавать напряжение 12 вольт по причине низкой частоты вращения. Максимальная частота вращения ветродвигателя при скорости ветра 6–8 м/сек. достигает значения 200–250 об/мин. На выходе удается получить напряжение порядка 5–7 вольт. Для заряда аккумулятора требуется напряжение 13,5–15 вольт. Выход из положения — применение простого импульсного преобразователя напряжения, собранного, допустим, на основе регулятора напряжения LM2577ADJ. Подавая на вход преобразователя 5 вольт постоянного тока, на выходе получают 12–15 вольт, что вполне достаточно для заряда автомобильного аккумулятора.

Готовый преобразователь напряжения на LM2577

Данный микро-ветрогенератор, безусловно, можно совершенствовать. Увеличить мощность турбины, изменить материал и высоту мачты, добавить преобразователь постоянного напряжения в переменное сетевое напряжение и т. д.

Горизонтально-осевая ветреная электроустановка

Набор деталей:

Пластиковая труба диаметром 150 мм, алюминиевый лист толщиной 1,5–2,5 мм, деревянный брусок 80х40 длиной 1 м, сантехнические: фланец — 3, уголок — 2, тройник — 1.
Электродвигатель постоянного тока (генератор) 30–60 В, 300–470 об/мин.
Колесо-шкив для двигателя диаметром 130–150 мм (алюминий, латунь, текстолит и т. п.).
Стальные трубы диаметром 25 мм и 32 мм и длиной соответственно 35 мм и 3000 мм.
Зарядный модуль для аккумуляторов.
Аккумуляторы.
Преобразователь напряжения 12 В — 120 В (220 В).

Изготовление горизонтально-осевого «ветряка»

Пластиковая труба необходима для изготовления лопастей ветродвигателя. Отрезок такой трубы, длиной 600 мм, разрезается вдоль на четыре одинаковых сегмента. Для ветряка требуются три лопасти, которые изготавливаются из полученных сегментов путем среза части материала по диагонали на всю длину, но не точно с угла на угол, а от нижнего угла к верхнему углу, с небольшим отступом от последнего. Обработка нижней части сегментов сводится к формированию крепёжного лепестка на каждом из трёх сегментов. Для этого по одному краю вырезается квадрат размером примерно 50х50 мм, а оставшаяся часть служит крепежным лепестком.

Лопасти ветродвигателя закрепляются на колесе-шкиве с помощью болтовых соединений. Шкив насаживается непосредственно на вал электродвигателя постоянного тока — генератора. В качестве шасси ветродвигателя используется простой деревянный брусок сечением 80х40 мм и длиной 1 м. Генератор устанавливается на одном конце деревянного бруска. На другом конце бруска монтируется «хвост», изготовленный из листа алюминия. В нижней части бруска, крепится металлическая труба 25 мм, предназначенная исполнять роль вала поворотного механизма. В качестве мачты используется трехметровая металлическая труба 32 мм. Верхняя часть мачты является втулкой поворотного механизма, куда вставляется труба ветродвигателя. Опора мачты изготавливается из листа толстой фанеры. На этой опоре, в виде диска диаметром 600 мм, собирается конструкция из сантехнических деталей, благодаря которой, мачту можно легко поднимать или опускать, либо монтировать — демонтировать. Для крепления мачты применяются растяжки.

Вся электроника ветряной установки монтируется отдельным модулем, интерфейс которого предусматривает подключение аккумуляторов и потребительской нагрузки. В состав модуля входит контроллер заряда батарей и преобразователь напряжения. Подобные устройства можно собирать самостоятельно при наличии соответствующего опыта, либо приобретать на рынке. В продаже имеется множество разных решений, позволяющих получить нужные выходные значения напряжений и токов.

Характеристики вертикальных ветряков

Сегодня более распространены ветровые генераторы с вертикальной осью вращения. По принципу работы вертикальные ветряки делятся на: тихоходные и быстроходные. Наиболее популярный ветряк вертикального типа – карусельные ветрогенераторы.
У каждой конкретной модели свои мощности и характеристики в работе, но можно выделить усредненный рабочий параметр каждого из них:
1. Значение оптимальной мощности – 1кВт.
2. Устанавливается 2 ветровых модуля.
3. В модельной конструкции нет растяжек.
4. Средняя высота – 12м.
5. Бесшумность в работе.
6. Необходимая минимальная скорость ветра – 3мс.
На сегодняшний день такие установки пользуются большим спросом в США, Японии и Великобритании.
В этих странах производство ветряков ставится на массовые потоки. Вертикальные ветряки также является довольно простыми в эксплуатации, не нуждаются в сложном техническом обслуживании и могут прекрасно справиться даже с частоизменяющимся воздушным потоком.
При возрастании скорости ветра, такая установка может моментально наращивать силу тяги. В результате, скорость вращения оси будет автоматически стабилизироваться. К преимуществам данных установок можно также отнести их бесшумную работу, что позволяет использовать их недалеко от жилых площадей.

Отметим еще ортогональный тип ветряков, который применяется в основном в крупной энергетике. Такие ветряки имеют большой минус в работе – потребность «разбега», т.е. необходимо сначала подвести энергию к устройству, а затем уже запустится сам процесс раскрутки определенных аэродинамических параметров.

Блок управления

Предназначен для стабилизации напряжения заряда аккумулятора, а также ограничения значения тока максимально допустимых значений, стабилизации нагрузки генератора при отсутствии потребителя либо полном заряде аккумулятора. Ниже предоставлена схема, в которой блок управления состоит из 2-ух модулей.
– Первый модуль – импульсный стабилизатор напряжения, служит ограничителем по току в 10% общей емкости аккумулятора, при этом значение напряжения на выходе составляет 14,2В.
– Второй модуль – импульсный коммутатор нагрузки. Если мощность ветряка не используется, а значение напряжения на входе составляет 18В, коммутатор подключит резистор (импульсный режим). В результате произойдет максимальный отбор мощностей.

Как сделать ветряк на даче
Питание потребителя 220В возможно благодаря подключению через обычный автомобильный инвертор. В части освещения планируется переход на светодиоды либо отдельную сеть (напряжение 12В).

Лопасти для ветряка

Специалисты утверждают, что лопасти – одна из основных составляющих частей при конструировании ветряка. Поэтому, о них постараюсь рассказать максимально подробно.
1. Чем длиннее лопасти, тем они будут легче крутиться при слабом ветре, но при этом есть один минус – маленькая скорость кругового вращения.
2. Следует помнить, что на концах лопастей вращение обычно намного сильнее, чем у самого основания, именно поэтому следует рассчитывать отношение скорости вращения лопастей ветряка. По статистике, большинство мельниц имеет среднюю скорость 40 оборотов в минуту.
3. Вот формула для расчетов:
P=k*v^3, где k-постоянная ветряка, v-скорость ветра.
4. Чем Выше будет установлен Ваш ветряк над уровнем, тем большее количество вырабатываемой мощности можно получить из потребляемого ветра. Специалисты рекомендуют использовать расстояние на 6-15 м.
Лопасти для ветряка изготовить самому очень даже легко. Для этого необходимо разрезать трубу на 3 секции. Две из них будут по 150 градусов, а третья, как Вы уже догадались – 60 градусов. Красные линии на рисунке – это линии среза.
В итоге мы получим две большие 150 градусные лопасти, которые будут крутиться практически в любой ветер, но только с маленькой скоростью.

Угол для лопастей. Следующей нашей задачей будет изготовление узла крепления лопастей для ветряка. Вообще, существует очень много способов крепления лопастей. Но я Вам расскажу об одном наиболее эффективном из них. Рекомендую сделать следующее: изготавливать мы будем винт из диска для пилы, поэтому, сначала найдите пилу.
Теперь при помощи дрели проделайте три группы отверстия в этом винте. Смещение отверстий должно быть по 120 градусов каждое, соответственно. Для удобства можете использовать чертежный транспортир.
Да, и еще – т.к. мы будем использовать диск от пилы, то нужно будет еще и избавиться от зубов, расположенных на краях диска. Ведь он может слететь с ветряка и попасть в человека, что крайне опасно. Последствия могут быть самые катастрофические.
Должен получиться вот такой вот верх ветряка:
Изготовление флюгера и шарнира. Теперь нам нужно изготовить платформу для поворота лопастей. Именно на ней и будет установлен генератор. Для изготовления платформы будем использовать квадратную трубу, а также фланец и лист металла, предварительно обрезанный по Вашим расчетам.

Как сделать ветряк на даче
– Тем временем вырезаем из железа хвост для будущего ветряка.
– Теперь делаем пропил вдоль трубы ( для этого используем болгарку).
– Не забудьте также и о чехле для защиты ветряка от плохих погодных условий. Можете использовать пластиковую трубу.
– Теперь крепим все в единое целое, устанавливаем внутрь мотор для ветряка, получаем следующую картину.
Изготовление мачты для ветряка. Мачту можете изготовить по своему усмотрению, я бы посоветовал использовать 4 трубы с переходным креплением:

Как вы поняли, влево ушла та часть мачты, на которую будем крепить ветряк. Получилось!
Теперь давайте сравним текущие цены на рынке оборудования. К примеру, ветряки марки “WIND TURBINE” (не учитываем стоимость мачты, преобразователь и блок управления): мощность 500 Вт 28.500 руб., 2кВт 60.000руб., 3кВт 120.000 руб., 5кВт 180.000 руб.
Если рассмотреть ветряки типа ВЭУ, то цены на них будут на порядок ниже. К примеру, ветровой генератор мощностью в 1 кВт без блока управления, мачты и прочих элементов стоит всего 19.000 руб.
Как видите, покупка такого дорогостоящего оборудования для установки его на даче – крайне сомнительна. Поэтому приходится работать самостоятельно либо обращаться за помощью к специалистам.

Советы и рекомендации

При изготовлении и установке ветрогенератора своими руками рекомендуется учесть следующие моменты:

· Не устанавливайте ветряк в оврагах и впадинах.

· Генератор и токосъемный узел обязательно защитите от попадания влаги.

· Не используйте ветрогенератор во время штормовой погоды.

· Для временной остановки ветряка можно использовать шарнирное основание, механизм автоматического складывания флюгера, либо же блокировку генератора нагрузкой (последнее используется в заводских изделиях).

· Не подключайте самодельный ветрогенератор к потребителям напрямую.

· Регулярно проводите технический осмотр механической и электрической частей ветрогенератора.

· Если ветряк устанавливается возле постройки, то его следует поднять на высоту не менее трех метров от вершины крыши.

· Не рекомендуется жестко крепить ветрогенератор к конструкциям жилого дома, так как шум и вибрация может создавать определенный дискомфорт.

· По возможности используйте для накопления сгенерированной ветряком электроэнергии больше аккумуляторов.

· По максимуму используйте накопленную энергию без преобразований, чтобы уменьшить потери на инверторе.

[spoiler title=”Источники”]

https://generatorexperts.ru/elektrogeneratory/svoimi_rukami-2.html
https://stroy-podskazka.ru/generatory/svoimi-rukami/
https://svoimirykamicentr.ru/vetrogenerator-svoimi-rukami/
https://sdelatlegko.ru/elektrogenerator-svoimi-rukami/
https://ProFazu.ru/elektrooborudovanie/samodelki-oborud/vetrogenerator-svoimi-rukami.html
https://www.rmnt.ru/story/electrical/kak-sdelat-vetrjanuju-elektrostantsiju-svoimi-rukami.562098/
https://www.umeltsi.ru/prisposoblenia/5840-kak-sdelat-vetryak-na-dache-svoimi-rukami.html
https://zen.yandex.com/media/ecoenergetics/kak-sdelat-vetrogenerator-svoimi-rukami-dlia-chastnogo-doma-5cc0a699c5ed1700b3e44e9d?from=feed&rid=97023481.457.1560447066690.83884&integration=site_desktop&place=layout

[/spoiler]