Как выбирать магниты для генератора

Подбор неодимовых магнитов для изготовления ветрогенератора

Неодимовые магниты 30*10 мм
Прямоугольные магниты размером 50*30*10 мм
Прямоугольные магниты размером 30*10*4 мм
Неодимовые магниты 25*8*3 мм
Поиск магнитов на алиэкспресс

В этой статье вы узнаете какие магниты используют в ветрогенераторах, точнее в самих генераторах, сколько их нужно и где купить неодимоые магниты. Имеется в виду конечно же дисковые генераторы, но также разберём подходящие магниты для автомобильных генераторов, и для асинхронных двигателей.

Для дисковых генераторов самые популярные размеры неодимовых магнитов это круглые магниты размером 30*10 мм, и прямоугольные размером 50*30*10 мм. Использование круглых магнитов пришло к нам из американского сегмента интернета. Оттуда появились первые статьи с дисковыми генераторами сделанных на основе автомобильных ступиц с тормозными дисками. После этого и у нас стали появляться последователи, которые покупали на тот момент более менее крупные и доступные магниты размером 30*10 мм. Ну а далее остальные просто повторяли.

Покупали тогда магниты в основном в зарубежных интернет магазинах типа ebay.com, но потом магниты стали появляться и в России, а также стал популярным китайский алиэкспресс. Я заказываю магниты в основном на алиэкспресс, но также пару раз заказывал магниты на supermagnet.ru. Российский сайт по продаже неодимовых магнитов supermagnet.ru мне очень понравился, цены выше чем на алиэкспресс, но доставка быстрее, правда она отдельно оплачивается. И качество магнитов хорошее, а вот на алиэкспресс если покупать самое дешёвое то можно нарваться на подделку, мне попадались некачественные магниты. Но всё же если выбирать продавцов, читать отзывы и смотреть на количество заказов, то на алиэкспресс можно покупать магниты реально дёшево.

Неодимовые магниты диски 30×10 мм

Вот например магниты диски размером 30*10 мм Неодимовые магниты 30*10 мм . Там можно выбрать разные по количеству, выгодно заказывать лоты с большим количеством магнитов, например 30 штук сразу обойдутся 4450.57 рублей, это 148 руб штука, а поштучно будут дороже.

Обычно в генераторах используют по 24 магнита (по 12 шт на дисках). Мощность генератора на таких магнитах при правильном изготовлении и с хорошим трёхлопастным винтом будет до 300-400 ватт. Если нужно больше мощности, то увеличивают количество магнитов на дисках, увеличивают диаметр дисков.

Неодимовые магниты 50×30×10 мм

Для изготовления более мощных генераторов часто заказывают прямоугольные магниты размером 50*30*10 мм . Такие магниты уже достаточно крупные, и в отличие от круглых где магнитное поле сосредоточено в середине магнита, в прямоугольных оно вытянуто. Начинают также с 24 магнита по 12 шт на дисках, мощность генератора при этом может доходить до 600 ватт и более. И для генераторов мощностью в 1,5-2 кВт ставят уже по 24 магнита на диск. Вообще можно ставить любое количество магнитов на дисках, я ставил по 8 штук и у меня генератор получился мощностью при ветре 10 м/с 300 ватт, а так видел и 500-600 ватт.

Неодимовые магниты для пееделки асинхронных двигателей
и автомобильных генераторов

Для переделки автомобильных генераторов часто заказывают прямоугольные магниты размером 30*10*4 мм . Такие магниты как раз с минимальным зазором входят по кругу ротора 24 штуки, на 36 зубьев статора. В асинхронных двигателях из таких магнитов набирают полюса, они плотнее заполняют ротор чем круглые и не нужно делать никакой «шубы».

Также делают и на более тонких и узких магнитах чтобы увеличить количество полюсов на роторе. К примеру делают 34 магнита на 36 зубов в статоре чтобы уменьшить залипание, а катушки соединяются по другому. Более подобно про намотку генераторов под разное количество полюсов можно почитать сдесь Нестандартная обмотка генератора.

Я использовал магниты 25*8*3 мм, они отлично поместились 34 по кругу, переделывал я генератор ВАЗ 2110. Зказать магниты можно по этой ссылке Неодимовые магниты 25*8*3 мм .

Вообще на алиэкспресс можно найти магниты любого размера, но дешевле будут популярные размеры магнитов, и покупать лучше читая отзывы о магнитах и там где есть уже заказы. Хотя я находил дешёвые магниты без заказов, то есть я был первым покупателем и магниты приходили качественные. Очень популярные по заказам магниты для остановки счётчиков, это крупные мощные магниты, ну и много заказов магнитов маленьких размеров. Из подходящих для ветрогенераторов популярны по заказам магниты 40*40*20 мм, 30*20*10 мм, 45*24*10 мм, 30*10 мм, 50*25*10 мм, и другие.

Для переделки асинхронных двигателей популярны магниты 20*10*4 мм, 30*10*4 мм, 30*10*5 мм, 20*10*5 мм, 40*10*4 мм, 30*5*3 мм, и другие.

В Российских магазинах магниты всегда дороже, в некоторых просто до неприличия дорогие магниты, и послать могут некачественный товар. Доставка платная и как правило для крупных магнитов общим весом более 2 кг доставка обходится в 600 руб и более. Да и для мелких магнитов доставка не менее 350 руб. Поэтому алиэкспресс выгоднее, бесплатная доставка, но посылки идут в среднем три недели.

Источник

Расчет самодельного генератора на неодимовых магнитах

Неодимовые магниты сегодня так широко доступны, а изготовление деталей из металла или ПВХ настолько не проблематично, что нет-нет да и закрадывается порою мысль о том, чтобы разработать и собрать собственный генератор переменного тока на неодимовых магнитах.

На самом деле это не так сложно, как может показаться вначале. Достаточно будет произвести элементарные расчеты относительно размера и скорости вращения ротора, параметров требуемых напряжения и тока, после чего останется лишь подобрать магниты и провод.

Вопрос выбора сечения провода оставим за рамками данной статьи, вместо этого подробно остановимся на выборе магнитов, чтобы ясно понимать связь между их параметрами и оборотами генератора, его напряжением.

Характеристики неодимовых магнитов

Неодимовые магниты (чаще всего Nd-Fe-B с никелевым покрытием) различаются не только размерами, но и магнитными характеристиками, в связи с чем имеют соответствующие маркировки. Латинские буквы в начале маркировки информируют нас о максимально допустимой температуре эксплуатации данного магнита:

• N (normal — нормальный) — до 80°C;
• M (Medium — умеренный) — до 100°C;
• H (High — высокий) — 120°C;
• SH(Super High — супер высокий) — до 150°C;
• UH (Ultra High — ультра высокий) — до 180°C;
• EH (Extra High — экстра высокий) — 200°C.

Цифра в маркировке, следующая сразу после букв, — это так называемое максимальное энергетическое произведение BH или полная плотность энергии магнита, которая измеряется в мегагауссах на эрстед. Чем выше данная цифра — тем сильнее магнит. Ниже представлена таблица параметров неодимовых магнитов серии N, в которой кроме параметра BH приведены также остаточная магнитная индукция Br, внутренняя коэрцитивная сила Hcj и максимальная рабочая температура T:

Остаточная магнитная индукция Br

Остаточная магнитная индукция Br, указанная в Тесла для данного магнитного материала, отражает максимальную магнитную индукцию, которую в принципе способен обеспечить магнит из этого материала в замкнутой магнитной системе. Но в реальности магнитная индукция будет меньше, ибо использовать ее в генераторе мы так или иначе будем с некоторого расстояния от магнита, о чем будет разъяснено далее.

Коэрцитивная сила Hcj

Внутренняя коэрцитивная магнитная сила Hcj, указанная в Ампер/метрах для данного магнитного материала, отражает такую величину напряженности приложенного к магниту внешнего магнитного поля, что намагниченный изначально до насыщения магнит из данного материала, станет под действием этого внешнего поля ненамагниченным, то есть размагнитится под действием приложенного внешнего магнитного поля. Это значит, что чем выше внутренняя коэрцитивная сила магнита — тем лучше он сможет сохранять остаточную намагниченность в условиях действия на него внешних полей (в том числе индуцированных).

Максимальная температура эксплуатации Т

Это та температура, достигнув которой магнит временно утратит часть своих магнитных свойств, однако при снижении температуры обратно к нормальному значению, утраченные свойства полностью восстановятся. Не нужно путать данную температуру с температурой Кюри, при которой магнит полностью размагничивается.

Магнитная индукция на расстоянии от магнита

Когда магниты будут установлены на роторе (допустим на немагнитном роторе из ПВХ) то провод обмотки статора так или иначе окажется расположен на некотором расстоянии от магнитов. Это значит, что максимальная магнитная индукция в точках расположения проводов обмотки статора будет всегда меньше величины остаточной магнитной индукции Br непосредственно магнита. Величина индукции на одном и том же расстоянии от магнитов разного размера, изготовленных из одинаковых магнитных материалов, будет тем больше, чем толще магнит.

Для вычисления индукции на определенном расстоянии от магнита, очень удобно пользоваться калькулятором магнитной силы, например вот этим http://www.ndfeb.ru/calc/ — здесь необходимо ввести размеры магнита, указать тип его магнитного материала, задать расстояние от магнита, кликнуть по кнопке «рассчитать», и тут же появится значение индукции на заданном расстоянии от магнита в Гауссах, которое останется перевести в Тесла (для системы СИ), разделив полученное значение в Гауссах на 10000. Например: магнит N52 размером 50*30*10, расстояние от него 1мм. Расчет дает результат 0,63 Тл.

Наводимая ЭДС в обмотке и количество магнитов

Теперь самое главное — ЭДС на выводах генератора. Пусть в генераторе будет всего одна фаза. За исходные данные примем: обороты генератора, диаметр его ротора, частоту генерируемого тока, амплитуду ЭДС. Амплитуда ЭДС находится как произведение индукции, скорости прохождения магнита возле проводника, и полной (для всего ротора) активной длины проводника:

Активную длину проводника l и индукцию магнитов B определим позже. Сначала же подставим в формулу требуемую ЭДС e и скорость v. Здесь скорость v находится как длина окружности ротора по внешним краям магнитов, умноженная на частоту f вращения ротора (в оборотах в секунду). Или через диаметр D ротора (по краю магнитов):

Например: требуемая амплитуда ЭДС e = 310В, частота тока 50Гц, частота вращения ротора f = 1 об/с, диаметр ротора по краю магнитов D=0,4 м.

Тогда: B*l = 310/(3,14*1*0,4) = 246,8 Тл*м. Для получения 50Гц за один оборот необходимо 100 чередующихся магнитных полюсов, то есть 100 магнитов.

Количество магнитов на роторе

Как вы уже поняли, количество магнитных полюсов N на роторе зависит от оборотов в секунду, и от того, какую частоту тока F желательно получить от генератора. Разделитв частоту тока F на обороты в секунду (или на обороты в минуту n, деленные на 60), получим количество периодов генерируемого тока за один оборот ротора. На каждый период переменного тока — по два магнита (северный полюс чередуется с южным), значит умножаем еще на два:

Индукция и размер магнитов

Зная величину B*l, позже можно будет задавшись индукцией B, найти активную длину проводов статора l, или же задавшись активной длиной проводников статора l, найти необходимую индукцию B на окружности статора. Но пока допустим, что на расстоянии в 0,5 мм от магнитов будет расположена обмотка статора, значит величину амплитуды индукции по всей длине окружности статора можно будет легко найти с помощью калькулятора магнитной силы, зная размеры магнитов и их материал.

Например: мы решили, в силу скромных финансовых возможностей, применить магниты из материала N35. Разделив длину окружности ротора на количество магнитов — нашли максимальную ширину полюса (для нашего примера диаметр ротора 400мм, значит длина его окружности 1256,6 мм и если магнитов 100, то максимальная ширина полюса будет равна 12,56 мм). Таким образом имеем ширину полюса и материал магнитов.

Здесь необходимо выбрать высоту ротора (по магнитам). Если высоту ротора выбрали, то известна и высота магнита h. Ширину магнита уже очень нетрудно подобрать.
Количество проводников k в обмотке статора и их эффективная длина l

Дано: высота и ширина магнитов, а также материал магнитов. Осталось определиться с толщиной магнитов и количеством проводников k в обмотке (на каждом полюсе). Определим количество проводников в обмотке. Учтем высоту магнита h, количество полюсов N, а также найденное значение Bl. Выразим общую эффективную длину l, перемножив количество полюсов N, количество проводников в обмотке k (то же самое, что в каждом полюсе) и высоту магнитов h (примерно высота ротора).

Подставив значение B (для этого сначала подберем толщину магнита при помощи калькулятора магнитной силы) – найдем количество проводников на полюс — k. Либо задавшись k – найдем B (и подберем при помощи калькулятора магнитной силы соответствующую толщину магнита).

Теперь Вы понимаете, как связаны параметры магнитов на роторе генератора с его оборотами и генерируемой ЭДС.

Андрей Повный, преподаватель УО БГТУ филиал «ГГПК», редактор сайта Электрик Инфо

Источник

О генераторах на неодимовых магнитах: технические характеристики устройств

Дата публикации: 26 мая 2020

Основные характеристики

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

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

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

Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:

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

Ветрогенератор на неодимовых магнитах мощностью 5,0 кВт

В настоящее время отечественные и зарубежные компании все более широко используют неодимовые магниты при изготовлении тихоходных генераторов электрического тока. Так ООО «Сальмабаш», г. Гатчина Ленинградской области, выпускает подобные генераторы на постоянных магнитах мощностью 3,0-5,0 кВт. Внешний вид данного устройства приведен ниже:

Корпус и крышки генератора изготавливаются из стали, в дальнейшим с покрытием лакокрасочными материалами. На корпусе предусмотрены специальные крепления, позволяющие закрепить электрический аппарат на несущей мачте. Внутренняя поверхность обработана защитным покрытием, предотвращающим коррозию металла.

Статор генератора набран из электротехнических пластин стали.

Обмотка статора — выполнена эмаль-проводом, позволяющим устройству работать продолжительное время с максимальной нагрузкой.

Ротор генератора имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены неодимовые магниты.

Генератор не требует принудительного охлаждения, которое осуществляется естественным путем.

Технические характеристики генератора мощностью 5,0 кВт:

• Номинальная мощность – 5,0 кВт;
• Номинальная частота – 140,0 оборотов/минуту;
• Рабочий диапазон вращения – 50,0 – 200,0 оборотов/минуту;
• Максимальная частота – 300,0 оборотов/минуту;
• КПД – не ниже 94,0 %;
• Охлаждение – воздушное;
• Масса – 240,0 кг.

Генератор оснащен клеммной коробкой, посредством которой осуществляется его подключение к электрической сети. Класс защиты соответствует ГОСТ14254 и имеет степень IP 65 (пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды).

Конструкция данного генератора приведена на рисунке, приведенном ниже:

где: 1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- неодимовые магниты, 6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.

Плюсы и минусы

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

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

К недостаткам подобных устройств можно отнести:

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

Как сделать своим руками

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фазы — что лучше — три или одна?

Многие любители электрической техники идут по пути наименьшего сопротивления и, чтобы не заморачиваться, останавливают свой выбор на однофазном статоре для ветряка. Однако у него имеется одна неприятная особенность, нивелирующая простоту сборки, — это вибрация в нагруженном состоянии, по причине непостоянства отдачи тока. Ведь амплитуда такого статора скачкообразна, — достигая максимума, когда неодимовые магниты располагаются над катушками, а после падая до минимума.

А вот, когда генератор сделан по трехфазной системе, то вибрации отсутствуют, и показатель мощности ветряка имеет постоянное значение. Причина такого отличия заключается в том, что ток, падая в одной фазе, в то же время нарастает в другой. И в итоге, ветрогенератор, работающий в трехфазной системе, может быть более эффективным до 50 %, чем точно такой же, но использующий однофазную систему. И главное, — нагруженный трехфазный генератор не дает вибрации, следовательно, мачта не дает повода для жалоб на ветрогенератор в надзирающие органы недоброжелателям из числа соседей, поскольку не создает надоедливого гула.

Особенности ротора и статора

Генератор на транзисторе

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

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

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

Процесс создания ротора

Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.

Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.

Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.

Модификация автомобильного генератора

Создание ротора на постоянных магнитах требует достаточно серьезного вмешательства в конструкцию. Необходимо уменьшить диаметр на толщину магнитов плюс толщину стальной гильзы, которая одевается на ротор для образования сплошного магнитного потока и одновременно служит посадочной площадкой под магниты. Некоторые специалисты обходятся без гильзы, устанавливая магниты прямо на ротор с уменьшенным диаметром и фиксируя на эпоксидку.

Процесс изготовления требует участия производственного оборудования. В токарный станок зажимается ротор и аккуратно снимается слой с таким расчетом, чтобы установленные магниты вращались с минимальным зазором, но вполне свободно. Установка магнитов производится на пластины ротора с чередованием полюсности.

Наибольшего эффекта удается добиться при установке относительно небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении. Достигается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью во всех точках.

Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска

Рассмотренный способ относится к готовым генераторам, нуждающимся в небольших изменениях конструкции. К таким устройствам относятся автомобильные генераторы, часто применяющиеся самодеятельными конструкторами в качестве базового устройства. Зачастую генераторы собирают полностью самостоятельно, не имея готового устройства.

В таких случаях действуют несколько иначе. За основу берется автомобильная ступица с тормозным диском. Она качественно отбалансирована, прочна и приспособлена к нагрузкам определенного рода. Кроме того, размер ступицы позволяет разместить по окружности большое число магнитов, позволяя получить трехфазное напряжение.

Магниты с чередованием полюсности размещают на равноудаленном от центра расстоянии. Очевидно, что наибольшее число можно установить, если приклеивать их как можно ближе к наружному краю. Наиболее точным показателем станет размер магнитов, который определит возможность размещения на определенном расстоянии. Число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался ритм чередования полюсов при вращении.

Наклейка магнитов на ступицу производится при помощи любого клея, оптимальным вариантом считается эпоксидная смола, которой заливают магниты полностью. Это защищает их от воздействия влаги или от механических воздействий. Перед заливкой по краю ступицы рекомендуется сделать бортик из пластилина, не позволяющий эпоксидке стекать со ступицы вниз.

Конструкция генератора на автомобильной ступице наиболее удобна при изготовлении вертикального ветряка. Примечательно, что подобную схему можно использовать и без ступицы, на диске, вырезанном из обычной фанеры. Такая конструкция намного легче, позволяет выбирать удобный размер, что делает возможным создание чувствительного и производительного устройства.

Ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах

Наиболее сильными магнитами, обладающими оптимальными параметрами для использования в конструкции генератора, являются неодимовые магниты. Они несколько дороже обычных, но превосходят их многократно и дают возможность создать мощное устройство при относительно компактном размере.

Принципиального отличия в конструкции не имеется. Неодимовые магниты изготавливаются в различных формфакторах, позволяющих выбрать наиболее удобный для себя вариант — тонкие продолговатые брусочки, форма таблетки, цилиндры и т.д. если используется металлический ротор, то приклеивать магниты необязательно, они сами по себе с усилием прикрепляются к основанию. Остается лишь залить их эпоксидкой для защиты от коррозии.

Способ намотки катушки статора ветряка

Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.

Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

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

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

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

Мачта для ветрогенератора

Мачту на которой будет расположен данный генератор, можно делать высотой от 6 и выше метров, чем выше, тем больше скорость ветра. Под нее следует вырыть яму и залить основание из бетона, а трубу укрепить таким образом, чтобы магнитный аксиальный ветрогенератор, сделанный своими руками, можно было опускать и поднимать. Делать это можно при помощи механической тали.

Винт ветряка

Его делают из поливинилхлоридных труб, чей оптимальный для этого диаметр — 160 мм. К примеру, ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в два метра и шестью лопастями, при скорости ветра в 8 метров за секунду, способен обеспечить мощность до 300 Вт.

Электрические и технические параметры генератора

Расчет напряжения выполняют по формуле:

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

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

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

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

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

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

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

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

Как согласовать параметры функциональных частей

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

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

Выводы и дополнительная информация

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

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения ротора

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

Источник