Саморобний вітрогенератор із гіроскутера. #1 підготовка мотор-колеса

Власний вітряк - це просто

Вітряк-генератор з мотор-колеса гіроборда або гіроскутера

Вітряк-генератор з мотор-колеса гіроборда або гіроскутера

У цій серії публікацій крок за кроком розберемо у найдрібніших деталях процес виготовлення вітрогенератора для садиби або дачі у домашній майстерні.
Промисловий підхід у виготовленні вітряків - наукоємний процес у багатьох галузях. На особистому ж досвіді вже стає зрозумілим - ідея цілком працююча, тема неймовірно цікава. Про все по порядку, але спочатку

Трохи цікавих фактів


Вітропарк у Європі

Вітропарк у Європі
Вітропарки, сонячні електростанції - світова зелена енергетика бурно набирає обертів, тільки у 2019 році встановлено вітряків загальною потужністю під 100 ГВт і станом на 2020-й цей показник сягнув 743 ГВт. Чи багато це? Ви здивуєтесь, але це більше сумарної  встановленої потужності світової атомної енергетики. Нас обманювали у школі? Ні, фокус у тому, що це максимально можлива сумарна потужність, а вітер просто може й не дути, природа - нічого не поробиш.
І якщо Світ всіма зусиллями намагається осідлати вітер з метою мінімізації викиду парникових газів, то наша проблематика більш земна - перебої з електроенергією, вона і у мирний час стояла особливо гостро у сільській місцевості. 

Смуток степового трасформатора

Смуток степового трасформатора


Що отримаємо у результаті?

Якщо Ви сподіваєтесь з цим виробом отримати повну енергетичну незалежність - то маю одразу засмутити такою математикою: гіроборди, зазвичай, мають заявлену потужність близько 500 Вт, фактича - до400 Вт, тобто 200 Вт на колесо. У режимі генерації через втрати можна отримати ще менше - ватт 150. І це при умові, що потужність самого гвинта та сам вітер забезпечать відповідним крутним моментом. І найгірше - вітер, далеко не у кожній місцевості він є достатнім та зі стабільним напрямом. У моєму випадку вітряк крутиться всього близько 5% добового часу (вночі практично не буває вітрів у цій місцевості), і середньодобовий результат складає лише 1-2 Вт/год. Трохи більше за ніщо. АЛЕ! Вітряк крутиться щодня, їсти не просить! Таким чином крапля за краплею заряджаючи акумулятор, заряд якого можна використати у скрутний час: світло, зарядка будь-яких пристроїв чи навіть можна підключити інвертор у 220 В!

Підножні матеріали

А тут приємних новин аж дві - вітряк невеликої потужності можна зібрати "на колінці" без глибоких знань, а по-друге з деталей, що буквально валяються під ногами. "Вивантажувати" весь перелік необхідного залізячча не бачу сенсу, адже DIY витвір є прототипом, а процес його проектування дещо творчий, тому і кінцевий вітряк гарантовано у всіх вирізнятиметья своїми елегантними рішеннями. Разом з тим є деталі та інструменти, без яких сьогодні нам все ж не обійтись:

Те, що сьогодні нам знадобиться

Те, що сьогодні нам знадобиться

  • Колесо від гіроскутера (гіроборда)
  • Викрутка
  • Паяльник (60+ Вт)
  • Мультиметр
  • Припій, каніфоль (або інший флюс)
  • Термоусадочна трубка (~ 4 мм)
  • Дріт багатожильний (в ідеалі гнучкий, у силіконовій ізоляції), не меше 1,5 мм² у перетині
  • Штангенциркуль або лінійка
  • Дриль-шуруповерт з набором свердл
  • Електролобзик
  • Нитки

До роботи

Ось так, через зламаний гіроборд невідомого китайського походження спітнувся і я. Конструктивно гіроборди досить схожі, тому підійде любий. Розбираємо, знімаємо найцінніше - мотор-колеса зі штатним кріпленням та акумулятор. Мотор складається з двох основних частин - ротор (алюмінієвий корпус з магнітами всередині, на який насаджена гума) та статор - цей чорний шток з трьома дротами. Перш за все перевіряємо його працездатність - крутимо-слухаємо, чи немає механічних проблем усередині, мультиметром заміряємо опір, чергуючи усі вихідні дроти між собою. Опори мають складати одиниці Ом (у мене 4 з чимось), та найголовніше - бути однакові хоча б у цілій частині Ома. Так ми можемо припускати, що успередині немає міжвиткових замикань та обривів.  Якщо все гараз - колесо підходить.
Роз’єми одразу можна відкусити - вони нам не знадобляться. Мотор вже являє собою готовий трьофазний генератор, та задля підвищення ефективності та пристосування кріплення до вітряка, його слід дещо доробити, то ж  викручуємо гвинти, але кришку поки не знімаємо, адже вона виконує центруючу роль і у зворотньому випадку під дією магнітних сил ротор щільно прилипне до статора, чим ускладнить його вилучення та піддасть ризику руйнування магнітів.
Затиснувши у тисках статор (або впершись ногами у статор) різким рухом виймаємо одне з одного. При цьому піддівати викруткою чи ще чимось категорично не рекомендую - і не помітите, як розкришите магніти.


Ротор та статор мотор-колеса

Ротор та статор мотор-колеса
Стягуємо з ротора гуму та допоки відкладаємо його у сторону. Зараз нас цікавить статор. Нехай вас не лякає ця купа дротів, з ними нам і доведеться попрацювати - виконати їх перекомутацію. Робіть все послідновно, не поспішайте та обережно поводьтесь з гострими предметами біля обмоток статора. Наразі схематично вони під’єднані у вигляді зірки ось таким чином.

Схема обмоток трьофазного генератора

Схема обмоток трьофазного генератора
Зазвичай кожен промінь зірки складають декілька (у моєму випадку 5) паралельно з’єднаних дротів і фактично схема виглядає ось так 

Схема підключення обмоток у мотор-колесі гіроскутера

Схема підключення обмоток у мотор-колесі гіроскутера

Штатна комутація обмоток мотор-колеса

Штатна комутація обмоток мотор-колеса

Доопрацювання полягає у тому, аби перекомутувати ці паралельно з'єднані дроти у послідовний ланцюг - кінець одного - початок іншого, таким чином зменшивши загальну площу січення провідника на користь його довжини. Відповідно генеруєма напруга також виросте уп'ятеро при тих же обертах. Як перекомутувати обмотки мотор-колеса - задача, яка одразу призводить до розпачу початківця. Запевняю, нічого складного, слід лише чітко притримуватись цієї інструкції. 
Одразу зауважу, що кінець і початок кожного дрота - не одне і те саме, напрямок їх намотки має критичне значення.
Перш за все беремо паяльник потужністю щонайменше 60 Вт (працювати своїм TS-100 виявилось чистим задоволенням), якийсь пінцет (можна обійтись і без нього), мультиметр та жилу за жилою розпаюємо всі штатні скрутки. Робив це так: 
  • Розпаюю центр зірки (найбільше скупчення дротів)
  • Беру перший потрапивший під руку дротик з розпаяного центру, продзвонюю ще його 4 побратими (пам’ятаєте? У мене їх по 5 в паралель)
  • Помічаю шматочками малярного скотча зі зрозумілим для себе написами (наприклад, А1-А5)
  • Знаходжу ще не розпаяні відповідні кінці променя зірки - скрутка, до якої приєднані вихідні дроти та які дзвоняться зі знайденими А1-А5
  • Розпаюю знайдений відповідний кінець променя зірки та помічаю відповідно a1-a5.
  • повторюю попредені кроки щодо інших двох променів
Коли стало зрозуміло хто кому кінець - спаюємо у такій послідовності, попередньо надівши термоусаджуючу трубку діаметром 3-4 мм та довжиною аби та перекривала місця майбутньої спайки:
  • а1+А2, а2+А3, а3+А4, а4+А5
  • Аналогічно спаюємо інші промені B та C
  • Свободні кінці А1, B1, C1 - новий центр нашої зірки, спаюємо та ізолюємо їх
  • Інші свободні кінці а5, b5, c5 - відповідно нові кінці зірки, до них приєднаємо вихідні дроти
Обережно стягуємо все нитками аби нічого не бовталось, та укладаємо так, аби у майбутньому не терлось об ротор. Вихідні дроти не зайвим закріпити за статор стяжками, щоб ненароком не висмикнути їх підчас майбутнього монтажу. Я це зробив за допомогою пастикових стяжок. Термоклей - не краща ідея, але їм також не зайвим додатково замастити отвітр з вихідними дротами.

Перекомутація обмоток мотор-колеса

Перекомутація обмоток мотор-колеса
Знову беремо мультиметр та заміряємо опори всіх виводів генератора між собою. Вони мають бути однаковими (у мене близько 7 Ом) та про всякий випадок перевіряємо, чи немає контакту обмоток з самим якорем статора. Якщо все гаразд - електронну частину переробки мотор-колеса можна вважати завершеною!
Далі працюємо з ротором - треба подумати яким чином майбутні лопаті вітряка кріпитимуться до генератора. Тут кожен знайде для себе своє рішення, але своїм я все ж поділюсь. У статорі слід висвердлити декілька рівновіддалених від центра отворів, попередньо щільно облеявши магніти та підшипник скотчем аби уникнути їх забруднення і пошкодження. 

Не забудьте захистити ротор!

Не забудьте захистити ротор!
Зважаючи на те, що на нерівній поверхні колеса це зробити не дуже зручно - орієнтуюсь на малюнок лиття та насвердлюю 5 отворів для кріплення диску, на який, у свою чергу, кріпитимуться лопаті.

Отвори кріплення диску з лопатями

Отвори кріплення диску з лопатями

Диск для лопатей слід виконати з жорсткого, вологостійкого матеріалу. Я пристосував стеклотекстоліт товщиною 8 мм
Вирізаємо диск діаметром близько 20-30 см, через просвердлений центр продіваємо болт, зажимаємо у патроні шуруповерта та обточуємо об наждачний камінь задля досягнення форми, максимально близької до круга. 

Свіжевиточений диск

Свіжевиточений диск

Просвердлюємо відповідні отвори для кріпленння до генератора. Найзручніше - просвердлити споміжний центральний отвір на колесі та, суміщуючи з центральним отвором на диску - відмітити місця для отворів кріплення.
Якщо лопатей планується 3 - відповідно розмічаємо диск на 3 рівні сектори. Робиться це так. Малюємо діаметральну лінію, а потім хорду, яка проходить через середину радіусу під прямим кутом до нього. 

Розбивка круга на 3 рівні сектори

Розбивка круга на 3 рівні сектори

Все, диск розділено на три рівні сектори. Лінії поділу і будуть осьовими для кріплення лопатей. Їх слід робити якнайдалі один від одного, але так, аби не було накладення з самими статором. Тепер диск можна кріпити до генератора. Але до того пару ньюансів, які врятують ваш час та навіть від провалу всього проекту.
По-перше майте на увазі, що шляпки болтів кріплення будуть впритул проноситись над катушками статора, а тому треба подбати над тим, аби їх «притопити». Я підібрав больти м6 з потайними головками та додатково їх трохи зточив, а також зробив відповідні фаски свердлом більшого діаметру.
По-друге, волога всередині - найбільший ворог, через неї іржавіють підшипники та магніти. Останні в процесі експлуатації можуть відклеїтись та можете собі уявити, який млин у нас вийде. Тому  перед збіркою усі отвори слід ретельно промазати сантехнічним герметиком, а також змазати їм посадкове місце кришки.
Все, збираємо накінець все до купи та проводимо перші тестування.

Диск на роторі генератора

Диск на роторі генератора
Обережно прокручуємо ротор та прислухаємось до зайвих звуків, шорохів. Далі ще раз робимо заміри опорів на виводах генератора. Ще один тест, щоб навірняка - будь-який світлодіод (+резистор на 100-200 Ом) або лампу розжарювання почергово під’єднуємо до фаз генератора та провертаємо ротор. Має відчутись опір, відмінний від холостого ходу, а так мають спостерігатись спалахи лампи.
Що ж, вітаю, генератор готовий, про нього вже можна забути та рухатись далі. Наступна публікація в деталях розповість про виготовлення лопатей для нашого вітрогенератора.
access_time 16.06.2022 person Oleksii (oleksii.bakhtin@gmail.com)
visibility 140 thumb_up 1 comment 0
Атманай
DIY
вітряк
вітрогенератор
мотор-колесо
колесо гіроскутера
перекомутація
gyroboard motor-wheel
wind generator

Щоб залишити свій коментар - будь ласка,

Реклама: