Ветряк с ротором Угринского своими силами

Наши увлечения, кружок умелые руки

Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 09 янв 2016, 16:55

подробнее
Холодными, длинными зимними вечерами наверно и должны приходить в голову такие мысли :) особенно когда куча свободного времени и руки чешутся что то сделать.
Итак, давно хотел иметь на даче альтернативное электричество. Выбор пал на ветряки, так как это самое интересное и творческое направление. После изучения матчасти, остановился на вертикальном ветряке с ротором Угрицкого.
Преимущества:
* почти бесшумный при самых сильных порывах ветра;
* обеспечивает оптимальный КПД при любых ветровых капризах;
* ловит любые направления движения воздуха;
* неприхотлив;
* отсутствие токосъёмных щёток не требует их замены;
* берёт старт при минимальном дуновении ветерка до 1 м/сек;
* в его конструкции используется лишь один подшипник за счёт левитации оси;
* его можно располагать вблизи дома, или на крыше;
* не требует дополнительных приборов для запуска;
* совершенно безобиден для птиц, пчёл, окружающей среды;
* не боится мокрых снегопадов и обледенений.

Выглядит он примерно так Изображение


Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк своими силами

Сообщение Admin » 09 янв 2016, 17:01

Начнем.
Берем два листа фанеры, у меня нижний 12мм и верхний лист 10мм.
Размечаем расположение лопостей согласно чертежу, изобретенному нашим советским инженером К.А.Угринским в 1946 году. Ориентировочное КПД — 41-46%! Их отличительная особенность в том, что в них используется энергия отраженного от лопастей потока, при этом они могут использоваться и как гидрогенераторы.
Изображение
вот что получается, низ и верх
Изображение Изображение

Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 09 янв 2016, 17:06

Далее вырезаем лобзиком шаблоны и болгаркой делаем пазы для установки лопастей
Изображение
я сделал не большие проушины на внешнем радиусе для стягивающих шпилек.

Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 09 янв 2016, 17:17

не много теории и преимуществ этого ротора
Изображение
Здесь канал образуется двумя лопастями, форма поперечного профиля которых напоминает собой ковш с ручкой. Рассмотрим, в чем заключаются отличительные особенности работы этого нового ротора в свободном течении. Проходящая через канал вода дважды отдает свою энергию, как это было и у прежде описанных роторов.

Однако в то время, когда у этих роторов при вращений на место круто изогнутой стенки первой лопасти быстро становится своим внутренним изгибом такая же круто изогнутая часть второй лопасти, в новом роторе происходит нечто иное. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Допустим, что входящая в канал струя сначала ударяется о слабо изогнутую стенку первой части лопасти. На ее место быстро становится круто изогнутая стенка (чашеобразно изогнутая часть профиля) второй лопасти. Она быстро сменяется слабо изогнутой частью той же второй лопасти, вслед за которой набегает круто изогнутая часть первой лопасти, и т. д.

При первом же взгляде на профили лопастей нового ротора видно, что какое положение ни заняли бы лопасти этого ротора относительно горизонтального направления течения, никакого «мертвого» положения нет. Всегда какая-то часть лопасти направлена навстречу к потоку и способствует продолжению вращения ротора, а никак не его остановке. Благодаря этому многоярусное устройство для такого ротора необязательно.

В качестве основного размера для этой схемы ротора автором этих строк принят радиус диска R. Нокак и в предыдущих случаях, сохранено важнейшее условие, чтобы средняя часть канала между лопастями равнялась 2/3 ширины устья канала.

Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 11 янв 2016, 16:39

продолжение здесь

Аватара пользователя
PetCat
Котомагистр
Сообщения: 1206
Зарегистрирован: 10 янв 2013, 17:55
Откуда: Москва
Благодарил (а): 434 раза
Поблагодарили: 361 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение PetCat » 03 фев 2016, 10:10

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 сплюсом. 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 поотдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неравильно 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 рисунке Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рисБ магниты в разных частях попадают на катушки по разному, гдето два на одну, а гдето полтора, а гдето 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-естьпереворачивают 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 имеетжелеза, 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 импульсовбудет чёткой во всех катушках, словно в одной.

Теперь о количестве витков и толщины эмальпровода 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.

Аватара пользователя
PetCat
Котомагистр
Сообщения: 1206
Зарегистрирован: 10 янв 2013, 17:55
Откуда: Москва
Благодарил (а): 434 раза
Поблагодарили: 361 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение PetCat » 03 фев 2016, 10:10

Расчет аксиального генератора Мощность будущего генератора рассчитать достаточно просто, к примеру по этой формуле W=2FnNMTS=U/Om=I/Om . Эта формула подходит для расчетов как бесжелезных аксиальных генераторов так и для генераторов со статорами из электротехнической стали.
Значения переменных в формуле W=2*F*n*N*М*T*S=U:Om
F- обороты ротора с магнитами об/с.

n - число магнитных полюсов

N - количество катушек в фазе, если однофазный то просто общее число катушек в статоре.

M - количество витков в одной катушке статора.

T - магнитная индукция в зазоре Тл , если индукция не известна, то можно поставить среднее значение для бесжелезных статоров 0,5Тл, а для статоров из ЭТС среднее значение 0,8Тл.

S - площадь поверхности одного магнита м2, для статоров с сердечниками площадь зуба ( наконечника) , если магнит меньше наконечника, то площадь магнита.

U - полученное напряжение фазы.

Ом - сопротивление фазы.

I - сила тока Ампер.

W - мощность


Чтобы получить мощность нужно от напряжения генератора отнять напряжение заряжаемого аккумулятора, полученное значение разделить на сопротивление генератора Ug-Ua:Om=W.
Значения переменных Ug-Ua:Om=А
Ug - напряжение генератора без нагрузки, на холостом ходу при определенных оборотах

Ua - напряжение заряжаемого аккумулятора.

Om - сопротивление генератора.

А - сила тока.

Реальные значения могут отличаться, так-как качество сборки генератора сильно влияет на все параметры. А так-же есть неизбежные потери в проводах от генератора к аккумулятору, на диодном выпрямителе и прочем. Но при всем при этом данная методика расчета отражает реальную мощность генератора и имеет погрешность не более 10-15%, зависящую от правильности сборки генератора.

Пример расчета аксиального генератора.
К примеру возьмем генератор состоящий из 12 полюсов на прямо-угольных магнитах размером 40*15*10мм. Имеющий 9 катушек намотанных проводом сечением 1мм по100 витков в каждой катушке, и 12 полюсов ротора. Исходя из этих параметров нам нужно получить напряжение холостого хода.
Для этого 2 умножаем на обороты генератора в секунду, пусть будет 5об/с (300об/м), Далее полученную сумму умножаем на количество полюсов генератора 12, и умножаем на количество катушек в одной фазе 3.

Полученную сумму умножаем на количество витков в одной катушке 100, и умножаем на магнитную индукцию в зазоре 0,5Тл, и умножаем на площадь поверхности магнита 0,0006м2, в итоге всех умножений должно получится напряжение генератора на заданных оборотах.

подсчет
2*5*12*3*100*0,5*0,006=10,8 вольт.

На 300бо/м получается почти 11 вольт. Если соединять фазы треугольником то напряжение будет 10,800вольт. Для звезды нужно напряжение фазы умножить на 1,7 получается 18вольт.

Сопротивление фазы.
Теперь у нас есть напряжение на заданных оборотах, чтобы вычислить мощность генератора нам нужно высчитать сопротивление обмотки генератора. Это делается по формуле R= pL/S,
Переменные значения формулы R= p*L:S,
p - удельное сопротивление, в данном случае удельное сопротивление меди 0,0175Омм2/м

L - длинна провода

S - площадь сечения провода мм2.

Теперь попробуем посчитать, и так у нас 9 катушек по 100 витков проводом 1 мм, в общем получается 900витков, значит количество витков в фазе 300. Теперь нужно найти длину этих 300 витков.
Если не знаем длину провода, то будем считать примерно, и так катушки по высоте у нас к примеру 68мм треугольной формы, а ширина в верхней части 45 мм, в нижней 30мм, ширина витков 14мм, значит можно взять среднюю длину одного витка. Расчет такой 68-7+68-7+30-7+45-7= 181мм, получается средняя длинна витка в катушке 181*300 и получается 54 метра провода в фазе, 7 мм это ширина витков в катушке поделенная на 2.

Теперь удельное сопротивление меди по формуле выше умножаем на длину провода и делим на площадь сечение проводника, площадь сечения определяется так, S=pd2,

переменные формулы S=pd2 .
р - равно 3,14

d- диаметр провода мм

У нас провод диаметром 1 мм, площадь его сечения получается 3,14*1*1=0,785мм2., округлим до 0,8 мм2.
расчет
0,0175*54:0,8=1,18125 Ом.

Округлим и получим сопротивление фазы 1,1 Ом.

Теперь вернемся к нашему генератору, и так мы получили на 300 об/м 11 вольт с фазы. При соединении звездой напряжение составит 11*1,7=18,7 вольт.
Теперь высчитаем мощность этого генератора при 300об/м, 18 вольт генератора минус 12 вольт аккумулятора разделить на сопротивление генератора. Сопротивление фазы 1,1 Ом умножим для звезды на 1,7 и получим 1,8 Ом.

Получается 18-12:1,8= 3,3 Ампера на зарядку аккумулятора.

Наш теоретический аксиальный генератор с магнитами 40*15*10 по 12 на каждый диск ротора, и 9 катушек намотанных проводом 1 мм по 100 витков, должен выдавать на аккумулятор при 300об/м 3,3А. Чтобы узнать мощность отдаваемую генератором в аккумулятор достаточно напряжение аккумулятора умножить на силу тока поступающую в него. В данном случае умножаем 12 вольт на 3,3Ампера, получается что на практике генератор на 300об/м будет выдавать 40 ватт/ч.

Так-как напряжение правильно собранного генератора растет пропорционально оборотам, то можно посчитать отдачу генератора на более высоких оборотах.

300об/м 18-12:1.8= 3,3 Ампер на аккумулятор 12*3,3= 39,6 Ватт.

450об/м 27-12:1,8= 8,3 Ампер на аккумулятор 12*8,3= 99,6 Ватт

600об/м 36-12:1.8= 13,3 Ампер на аккумулятор 12*13,3= 159,6 Ватт

750об/м 45-12:1,8= 38,3 Ампер на аккумулятор 12*38,3= 459,6 Ватт

Теперь несколько моментов о правильности сборки аксиального генератора.
Диски под магниты должны быть равны толщине магнитов, можно толще, но тоньше нет, так-как магнитное поле магнитов замыкается через железо подпитывая магниты, тем самым усиливая передачу магнитного потока к магнитам стоящим на дисках напротив друг друга. Если сделать диски тоньше, то часть магнитного потока будет рассеиваться. Если к обратной стороне диска ничего не магнитится, можно проверить иголкой, то значит все хорошо.
Расстояние на дисках между магнитами должно быть равно половине ширины магнита, можно больше, но если меньше, то часть магнитного поля будет замыкаться на соседние магниты и не пойдет к противоположным магнитам через катушки.

Толщина статора с катушками должна быть не толще магнитов, если толще то из-за большого расстояния между магнитами магнитное поле сильно рассеивается и не все идет к магнитам, которые на дисках на против друг друга. Магниты нужно на дисках наклеивать с чередованием полюсов, а диски должны притягиваться, то-есть магниты стоящие друг на против друга должны притягиваться.

Для однофазного генератора количество катушек должно быть равно количеству магнитных полюсов ротора, то-есть если у вас по 12 магнитов на каждом диске, то и катушек должно быть 12. Катушки соединяются последовательно, конец первой с концом второй,а начало второй с началом третьей, конец третьей с концом четвертой и так далее. Но однофазный генератор я не рекомендую вам делать, во-первых вибрация под нагрузкой, которая предается по мачте и слышно гудение при работе особенно на сильном ветре, и другие неприятные мелочи, о которых долго рассказывать.

Трехфазный генератор делают с соотношением 2/3 или 4/3 где число магнитов/число катушек. К примеру если делать 12 полюсов ( магнитов на дисках), то можно делать как 9 катушек, по три на фазу, так и 18 катушек по 6 на фазу. Катушки фаз соединяются последовательно, или если 20 полюсов, то 15 катушек, по 5 на фазу.

К примеру если у вас 9 катушек, первая фаза начинается с первой катушки, которая соединяется с четвертой, а четвертая с седьмой, и два провода выводятся наружу, это начало первой и конец седьмой катушки_1_4_7_. Вторая фаза так-же, но начинается со второй катушки_2_5_8_, а третья _3_6_9_ катушки. Все шесть выводов желательно вывести наружу чтобы потом соединять звездой или треугольником.

Пока все, дополнительную информацию смотрите на страницах сайта, я думаю вы найдете ответы на все свои вопросы, если что-то не понятно оставляйте сообщения в комментариях или в почту.


Аватара пользователя
PetCat
Котомагистр
Сообщения: 1206
Зарегистрирован: 10 янв 2013, 17:55
Откуда: Москва
Благодарил (а): 434 раза
Поблагодарили: 361 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение PetCat » 05 фев 2016, 19:18

Начинаю проектировать генератор [img]http://николамастер.рф/wind/genvid.gif[/img]

Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 10 фев 2016, 21:09

Если число обмоток равно числу магнитных полюсов, то при прохождении магнитного полюса мимо сердечника обмотки за счет сил притяжения возникает скачок момента на валу. Для ослабления этого эффекта в однофазном генераторе можно увеличить или уменьшить число обмоток (m) на единицу или на два по сравнению с числом магнитов (n) (см. таблицу 1.1). Например, в простейшем случае число магнитных полюсов может быть равно двум, а число обмоток - трем (рис. 1.6), причем выводы обмоток соединяются последовательно. Подобное решение использовано в конструкции 6-полюсных генераторов [1] (число полюсов магнита n = 6, число обмоток m = 7) и [3] (число полюсов магнита n = 6, число обмоток в каждой из двух групп m = 5, дополнительно группы обмоток сдвинуты друг относительно друга на угол в 36 градусов). Возможны и другие соотношения между числом магнитных полюсов и обмоток. Можно вообще отказаться от применения стальных сердечников в обмотках, тогда при любом положении ротора скачков момента на валу в режиме холостого хода не будет. Такие обмотки необходимо делать минимальной высоты, сравнимой с величиной зазора между магнитом и обмоткой, чтобы уменьшение магнитной индукции в зазоре было не слишком существенным. Число обмоток может быть при этом равно числу магнитов. Возможно также использовать трехфазную схему (рис. 1.6). При ее построении число магнитов (полюсов) может быть кратно двум, а число обмоток - трем с тем же коэффициентом (см. таблицу 1.2). Выводы обмоток могут соединяться звездой или треугольником.
Таблица 1.1. Пример соотношения между числом магнитных полюсов и числом обмоток для однофазного электрогенератора.

Число полюсов, n 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Число обмоток, m = n -1 - 3 5 7 9 11 13 15 17
Число обмоток, m = n + 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Число обмоток, m = n - 2 - - 4 6 8 10 12 14 16
Число обмоток, m = n + 2 - 6 8 10 12 14 16 18 20
Таблица 1.2. Пример соотношения между числом магнитных полюсов и числом обмоток для трехфазного электрогенератора.

Число полюсов, n 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Число обмоток, m = 3 · n / 2 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 25 мар 2016, 10:45

Изображение Вот такой чучела :) у нас поселился


Аватара пользователя
Admin
Администратор
Сообщения: 1252
Зарегистрирован: 08 янв 2013, 16:07
Город:: Москва
Откуда: Москва
Благодарил (а): 315 раз
Поблагодарили: 306 раз
Контактная информация:

Ветряк с ротором Угринского своими силами

Сообщение Admin » 16 май 2018, 21:17

Видео, генератор
друзья, просьба, посмотрите видео и поставьте спасибо, а может и подпишитесь. Планирую развивать канал.

Ответить

Вернуться в «Hand MADE - сделано руками»