Неодимовый магнит – это редкоземельный металл, обладающий стойкостью к размагничиванию и способностью намагничивать некоторые материалы. Используется при изготовлении электронных устройств (жесткие диски компьютеров, металлодетекторы и т.д.), медицине и энергетике.
Неодимовые магниты используются при изготовлении генераторов, работающих в различных видах установках, вырабатывающих электрический ток.
В настоящее время генераторы, изготовленные с использованием неодимовых магнитов, широко используются при изготовлении ветровых установок.
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:
- Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
- Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
- В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
- Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:
- Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
- Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм 2 , наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
- 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
- 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.
- Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:
- Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
- Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
- На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:
В этом разделе размещены самодельные ветрогенераторы, сделанные на основе дисковых,аксиальных генераторов. Главная особенность и преимущество таких генераторов это полное отсутствие магнитного залипания. Статор не содержит железа, катушки просто залиты эпоксидной или полиэфирной смолой. Но в отличие от классических генераторов с железными статорами, магнитов в такой генератор требуется как минимум в два раза больше - чтобы получить такую-же мощность. Зато ветрогенераторы с такими генераторами стартуют на малой скорости ветра.
>
Генератор 24 вольта 500 ватт
В этой статье фото и описание изготовления аксиального генератора для работы на АКБ 24 вольта. Есть данные по оборотам и мощности, также к нему рассчитан винт диаметом 2.1м из ПВХ трубы 315мм 
>
Фото-отчёт ветрогенератор с дисковым генератором
Изготовление моего пятого ветрогенератора, генератор я делал дисковый для него. Магниты использовал размером 50*30*10 мм, ставил по 8 штук на диск. Статор имеет 12 катушек намотанных проводом 1,06 мм 
>
Изготовление ветрогенератора 1.5 кВт
Описание изготовления ветрогенератора мощностью 1500 ватт 48 вольт. Автор этого ветрогенератора Геннадий Заборовский г. Самара. Конструкция этого генератора отличается от классической, сам генератор закрыт оригинальным корпусом, диски больше статора, и сам статор закреплён внутри, а не снаружи, в общем подробности в статье. 
>
Ветрогенератор 2кВт для дома
Небольшая история о том как и почему строился ветрогенератор, что нужно учитывать новичкам и как все получилось. В статье нет расчетов и подробных фотографий изготовления, статья немног не об этом, зато есть рассказ автора ветрогенератора о том как сделать ветрогенератор и нужен ли он, насколько это сложно. Так-же есть фото его ветрогенератора 
>
Аксиальный ветряк из подручных материалов
Еще один ветрогенератор, собранный из подручных материалов поднят на ветер. Раньше у меня уже были попытки делать такие ветрогенераторы. Но в этот раз я хотел сделать более качественный и долговечный ветрогенератор, чтобы он долго служил и выдавал постоянно около 30-50ватт/ч электроэнергии для зарядки аккумулятора. 
>
Красивый ветрячек получился
Еще немного фотографий изготовления дискового ветрогенератора своими руками. Хоть сам ветрогенератор и не получился из-за банальных ошибок, но зато подход к делу и основательность радует, хорош внешний вид ветрогенератора. Деревянные лопасти, складывающийся хвост, крепкая мачта на растяжках, все это прокрашено. 
>
Как сделать аксиальный ветрогенератор
В статье на конкретном примере описывается процесс создания аксиального ветрогенератора на автомобильной ступице. Для генератора было сделано несколько статоров, особенностью последнего статора является применение сердечников в катушках статора для увеличения мощности. 
>
Аксиальный генератор на ферритовых магнитах
В генераторе использовались обычные ферритовые магниты, из-за невысокой мощности магнитов катушки генератора содержат по 325 витков проводом 0,5мм. Генератор трехфазный 20 полюсов и 15 катушек. Мощность небольшая, всего около 30 ватт на больших оборотах. 
>
Ветрогенератор 20-ти полюсной на магнитах 20*5мм
Фото отчет с кратким описанием процесса создания самодельного ветрогенератора. В основе лежит ступица от прицепа "Зубренок" , поворотная ось так-же сделана из автомобильной ступицы. Генератор трехфазный, 20 полюсов и 15 катушек намотанных проводом 0,7мм по 70 витков. Винт двухлопастной, сделан из ПВХ трубы. 
>
Маленький ветряк на 30ватт
Небольшой двух-лопастной ветрогенератор был построен как тестовая уменьшенная модель, чтобы выдавала на аккумулятор до 1А. В итоге генератор получился удачным, и в будущем планируется построить большой аксиальный ветрогенератор. 
>
Мини ветрогенератор 20ватт/ч
Этот небольшой ветрогенератор делался ради опыта, чтобы возможно в дальнейшем сделать большой и мощный ветрогенератор. Мощность генератора сейчас порядка 50ватт/ч, но это после некоторых улучшений, в частности изготовления нового статора, потом были еще эксперименты и модернизация. 
>
Дешевый мини ветрогенератор для зарядки АКБ
Простейшие мини ветрогенераторы аксиального типа, делать много маленьких проще чем один большой. Каждый такой ветрячек заражает свой аккумулятор напрямую, а слабый ток позволяет не следить за процессом зарядки без контроллера, так-как не вредит АКБ. 
>
Небольшой много-полюсной генератор 50 ватт
В генераторе использовались магниты от первого ветряка, так-как магниты небольших размеров, было решено поднять мощность за счет увеличения числа полюсов генератора. Для проверки своих расчетов и проверки информации из интернета было изготовлено несколько статоров с разным числом катушек и фаз. 
>
Аксиальный ветрогенератор на ступице от ВАЗ2108
Классическая конструкция аксиального генератора на автомобильной ступице. Генератор трехфазный, статор имеет 12 катушек, а на дисках ротора по 16 магнитов 25*8мм. Номинальная мощность этого генератора 100ватт/ч, на слабых ветрах на аккумулятор 2-4А. при усилении ветра ток доходит до 12А, максимальная мощность была зафиксирована в районе 240ватт/ч. 
>
Ветрогенераторы с необычным внешним видом
Аксиальные ветрогенераторы из автомобильных ступиц мы делаем уже давно. В этот раз мы решили придать индивидуальность и красоту нашим ветрякам, чтобы они не только заряжали наши аккумуляторы, но и радовали глаз внешним видом. В конструкции ветрогенераторов ничего особенного кроме внешнего вида нет, классический трехфазный аксиальный генератор. 
>
Мощный ветрогенератор на основе самодельного аксиального генератора
Конструкция этого ветрогенератора специально проектировалась для работы в местности с преобладанием малых ветров. В основе ветрогенератора мы собрали мощный низко-оборотный генератор аксиального типа с бес-железным статором. Генератор собран на основе ступицы от автоприцепа, пяти-метровый винт был рассчитан и изготовлен из дерева. Подробности с множеством фотографий создания в этой статье. 
>
Однофазный ветрогенератор аксиальный
Самодельный ветрогенератор с дисковым генератором на неодимовых магнитах. Классическая схема аксиального генератора на постоянных магнитах.Однофазная схема, 12 катушек и по 12 магнитов на каждом диске, в итоге малыш развивает до 100ватт, а иногда и больше.
>
Фото отчет о строительстве сразу 3-х ветрогенераторов
В этот раз мы вместе с соседями строим сразу три аксиальных ветрогенератора на основе автомобильных ступиц. Генераторы абсолютно идентичны, мощность каждого 500ватт/ч. Эти генераторы мы делаем уже давно, такая компоновка ветрогенератора доступна для повторения каждому, так-как не требует специальных условий и инструментов для изготовления ветряка. Летом мы уже построили подобный ветряк, а сейчас усиливаем батарею ветряков. 
>
Профессионально сделанный ветряк 2кВт
Самедельная домашняя ветровая турбина мощностью 2кВт от Итальянского мастера. Точнее сказать проффесионально сделанный дисковый аксиальный ветрогенератор приличной мошности. В статье много фото процесса изготовления ветряка с небольшим описанием.Аксиальный ветрогенератор, который работает на неодимовых магнитах, впервые начали массово изготавливать в странах Запада. И это были вовсе не заводские изделия, а плод труда местных гаражных мастеров, поставивших себе на службу явление левитации. Серьезной популярности именно такие модели ветряка обязаны массовому распространению и дешевизне неодимовых магнитов. Постепенно комплектующие и схемы изготовления стали распространятся по всему миру и в настоящее время магнитный аксиальный ветрогенератор завоевывает признание на просторах Российской Федерации. Ниже описана последовательность создания одной из самых удачных моделей такого ветряка.
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.
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.
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.
Как повысить мощность ветряка?
Для подъема можно использовать магниты. Попросту на магниты, которые уже установлены наклеить еще по одному такому же или более тонкому. Другой способ основан на установке в катушки металлических сердечников, — пластин трансформатора. Это обеспечит усиление магнитопотока в катушке, однако вызывает небольшое залипание, которое, впрочем, совершенно не ощущается шестилопастным винтом. Стартует такой ветрогенератор при ветре в 2 м/с. Благодаря применению сердечников генератор получил увеличение мощности с 300 до 500 Вт/ч при ветре в 8 м/с. Также следует уделять внимание форме лопастей, — малейшие неточности снижают мощность.
Продолжение темы:
— Конструкция и рассчёт самодельного аксиального ветрогенератора на постоянных магнитах
— Конструкция и расчёт аксиального генератора на постоянных магнитах
Многие люди планируя создать ветрогенератор в поисках нужной информации бороздят просторы интернета, вот и я несколько месяцев делал тоже самое. Изучил множество конструкций самодельных и заводских ветряков и пришел к определённым выводам более эффективном построении аксиальных генераторов для ветряков.
Первые вопросы при построении возникают по поводу количества катушек индуктивности,количества витков и сечения эмальпровода,числа магнитов, и соотношения числа магнитных полюсов к числу катушек статора. Многие здесь советуют использовать не чётное соотношение катушек к числу полюсов. Например если катушек на статоре 9, то число магнитов должно быть 12 пар, а если катушек 12, то магнитов 16 пар.
Ниже расположен рисунок подобного ветрогенератора. Рисунок вид сверху для лучшего понимания крепления элементов хвоста и смещения втроголовки относительно поворотной оси, далее будут представлены ориентировочные размеры элементов.
Сначала опишу про соотношение катушек индуктивности к числу магнитных пар на дисках генератора.
Во-первых я считаю что такое соотношение не оправданно и снижает общую мощность генератора.Почему так?, -сам процесс генерации электроэнергии происходит при прохождении магнитного поля от магнита через медную катушку, при этом в проводе катушки начинает течь ток. Направление тока меняется в зависимости от полярности магнита.
То есть, у магнита две полярности,отрицательная и положительная (север-юг).Когда магнит ориентированный положительным полюсом проходит мимо катушки в катушке происходит индукция и начинает течь ток в определённом направлении. При этом на одном конце катушки появляется плюсовое напряжение, а на другом минусовое, то есть постоянное, но циклично меняющееся.
Когда мимо катушки проходит следующий магнит с противоположной полюсацией, то направление течения тока в катушке тоже изменяется на противоположное, и на выводах катушки минус меняется с плюсом. Эта смена постоянного напряжения происходит каждый раз когда мимо проходит очередной магнит, в связи с частой сменой тока в катушке такое напряжение и называют переменным, потому, что оно постоянно меняется. Одна смена тока в катушке индуктивности с плюса на минус и обратно называется один Герц. Если в генераторе 16 полюсов, то один оборот = 16Герц.
Каждая из катушек статора генератора это отдельный источник тока, который взаимодействует с други такими-же источниками тока,и они вместе образуют напряжение, которое складывается из параметров каждой катушки. Когда-же число катушек меньше по отношению к числу магнитов, то в процессе индуктивности одни магниты проходят катушки в определённом месте, а другие магниты немного в другом.
В следствии чего когда в одних катушках смена импульса тока произошла, то в других она только происходит, и получается что в каких -то катушках напряжение течёт в одну сторону, а в других ещё в обратную, и по отдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неправильно взаимодействуют. А так -как они соединены последовательно, то где-то в определённые моменты происходит неправильная полюсация и часть электроэнергии расходуется на замыкание, в следствии чего генератор легче крутится и происходит недобор мощности.
Ниже представлено расположение магнитов и катушек генератора в виде ленты. На рисунке А число пар магнитов равно числу катушек и смена тока происходит синхронно, а на рис.Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рис.Б магниты в разных частях попадают на катушки по разному, где то два на одну, а где то полтора, а где то один. В следствии чего ток в катушках разный и разное его направление, из-за этого нестабильного возбуждения катушки нагреваются и теряют часть мощности.
Для большего понимания рассмотрим пример
Представим что наши катушки это батарейки, которые соединены последовательно, и их очень быстро меняют местами, то-есть переворачивают меняя минус на плюс и обратно. И так каждый раз когда мимо проходят магниты. И если например число этих батареек 9 а магнитов 12 то получается, что какие-то магниты в какой-то момент проходят катушку-батарейку и в ней происходит смена напряжения.
А где-то магниты только заходят на катушки и сходят с предыдущих, в результате получается что часть батареек уже перекинули плюс с минусом, а часть нет, и третья часть в процессе смены. В результате часть батареек соединенных последовательно имеют последовательную полюсацию, а часть ещё другую, и пока они меняют, то те уже сменили и меняют на противоположную.
Так в определённые моменты происходит замыкание, так как в шести катушках ток уже в другом направлении, а в трех еще в предыдущем, в результате чего 6 катушек в определённый момент имеют правильную полярность по отношению друг к другу, а три неправильную по отношению к другим 6-ти.В следствии чего из-за неправильной полюсации в цепи происходит нагреви потеря мощности из за наведения на катушки нестабильного магнитного поля, и как следствие более легкое кручение генератора.
Обычно так советуют делать для ухода от залипания и легкого старта при малом ветре, но ведь статор с катушками не имеет железа, и магниты не примагничивают его создавая залипания, а значит и о залипаниях не может быть и речи. Сопротивление кручению генератор создаёт когда подключен к нагрузке и сила сопротивления зависит от мощности генератора и нагрузки,которая забирает ток, и естественно чем генератор слабее тем его легче крутить под нагрузкой.
Для большей эффективности надо чтобы во всех катушках генератора происходила синхронная смена тока минуса на плюс и обратно,тогда не будет потерь на нагрев и замыкание. Для этого надо чтобы количество магнитных пар соответствовало количеству катушек индуктивности статора.При этом магниты на всём участке цепи будут проходить одинаково по отношению к катушкам и смена импульсов будет чёткой во всех катушках, словно в одной.
Теперь о количестве витков и толщины эмаль провода для намотки. Параметры напряжения в катушке зависят от количества витков,а сила тока от толщины, то есть чем больше витков тем выше вольты, а чем толще провод тем выше амперы-сила тока. Обычно для последовательного соединения в одну фазу катушки мотают по 60 витков, а толщина провода подбирается с тем учётом, чтобы катушки уместились на статоре.
Если катушки наматываются круглые, то круглые магниты должны быть не больше внутреннего диаметра катушек, так как верхние и нижние части катушек в индукции не участвуют, а ток возбуждается в параллельных витках хода магнита. Или наматывают вытянутые катушки треугольной и конусной формы, это позволяет использовать более толстый провод и уместить их на статоре, или при соединении в звезду наматывать большее количество витков для увеличения напряжения.
Ну чтож, про соотношение катушек к числу магнитных пар я думаю понятно, теперь про число самих полюсов.Магниты на дисках располагаются с чередованием полюсов,и каждая пара магнитов на дисках должна притягиваться, то есть —++—++ и т.д. Понятно, что чем больше магнитных полюсов тем на более меньших оборотах генератор начинает давать приемлемый для зарядки ток. Но очень большое число магнитов часто трудно воплотить в конструкции, так как размеры катушек становятся очень маленькими из-за ограниченных размеров статора.
Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800.
Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.
Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:
1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров
Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.
За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.
Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам. Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.
Так же следует разметить магниты по полюсам маркером. Определить полюса можно поднося поочередно магниты к одной стороне проверяющего магнита, если притягивается - плюс, отталкивается- минус, главное, чтобы полюса при установке на диск чередовались. Это необходимо потому что магниты на дисках должны притягиваться друг к другу, а это будет происходить, только если магниты стоящие напротив друг друга будут разной полярности.
Магниты были приклеены на диски при помощи эпоксидной смолы. Чтобы смола не растекалась за границы диска автор сделал бордюры по краям при помощи мастики, то же самое можно сделать при помощи скотча, просто обмотав колесо по кругу.
Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.
При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.
Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.
Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.
Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.
Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.
После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.
Затем автор изготовил мачту для генератора высотой в 6 метров. В будущем планируется увеличить высоту мачты за счет использования более толстой трубы минимум вдвое. Чтобы мачта была неподвижна основание было залито бетоном. Для опускания и поднимания мачты было сделано металлическое крепление. Это необходимо, чтобы иметь доступ к винту на земле, так как заниматься ремонтными работами на высоте не особенно удобно.
