Кпд генератора автомобильного
Зависимость мощности и КПД генератора
>
КПД и мощность генератора это взаимосвязанные вещи. И судя по всем расчётам и формулам, а также по реальным данным прокрутки генераторов на нагрузку, можно увидеть что максимальная мощность генератора когда его напряжение просаживается ровно на 50% от напряжения без нагрузки. При всех других вариантах, когда напряжение генератора падает более 50% или менее, мощность генератора падает.
КПД генератора тоже зависит от падения напряжения, и самый высокий КПД при самой маленькой просадке напряжения. Соответственно чем больше просадка по напряжению тем ниже КПД генератора. Генератор и нагрузку можно представить как два сопротивления в замкнутой цепи, и потреблять больше энергии будет то сопротивление которое выше, так-как на нём меньше падение напряжения при равном токе во всей цепи.
Катушки генератора, то-есть его обмотка по сути работает сама на себя, а нагрузка является лишь проводником замыкающим концы обмоток генератора. Обмотка генератора является также и потребителем своей собственной энергии. По этому катушки становятся магнитами и сопротивляются магнитному полю магнитов, от этого появляется нагрузка при вращении генератора. Но сколько энергии потребляет обмотка генератора, а всё по закону Ома. Потребление обмотки зависит от падения напряжения и тока протекающего через обмотку.
Так к примеру если падение напряжения генератора составило 20 вольт, а сопротивление его обмотки 1,5 Ом, то ток цепи будет равен падению напряжения делённого на сопротивление, и тогда 20v:1.5om=13.3 A. Соответственно умножаем этот ток на напряжение, которое упало на обмотке и получим ту мощность которую потребляет обмотка генератора. То-есть 20v*13.3A=266 Watt.
К примеру мы заряжаем аккумулятор, и его напряжение при заряде 14 вольт. Напряжение генератора упало на 20 вольт, значит оно было в холостую 34 вольта, и падение составило 58%. И тогда мощность потребляемая аккумулятором составит 14*13.33=186 ватт. То-есть 186 ватт жрёт аккумулятор, а 266 ватт жрёт обмотка генератора создавая магнитное поле. Общая мощность которую потрбляет вся эта связка генератор+АКБ равна 266+186=452 ватта. КПД генератора соответственно 41%. Собственно по-этому винт для ветрогенератора в этом случае должен иметь большой запас по мощности, более чем в два раза мощней чем та мощность что выходит из генератора.
Активное сопротивление потребителя, в данном случае АКБ при этом составит, 14V поделённое 13.3A=1.05 Ом.
Вариант второй: Допустим напряжение генератора падает на 15%. Какой будет его КПД в процентах?, и его мощность в процентах от максимально возможной?. Если падение напряжения составило 15% то это значит что сопротивление нагрузки выше чем сопротивление обмотки генератора. Какое оно это сопротивление? Напряжение делённое на ток является сопротивлением, а ток зависит от падения напряжения поделённого на сопротивление.
Пускай будет те-же 34 вольта в холостую у генератора, и его сопротивление 1.5 Оm. Напряжение упало на 15% и составило 25.5 вольт, разница 34-25.5=8,5 вольт. Ток равен падению напряжения умноженного на сопротивление. Тогда 8.5:1.5=5.6А - ток в цепи, 8.5*5.6 это 47.6 ватта, то-есть 47.6 ватт потребление генератора (падает на обмотке генератора в виде создания электрического поля). А потребление нагрузки равно её току и напряжению, это значит 25.5v*5.6a=142.8Watt. Общее потребление всей связки генератор и нагрузка равно 47.6+142.8=190.4 ватта. В этом случае кпд генератора 75%. А сопротивление нагрузки 25.5:5.6=4.5om
Что-же из этого всего следует, а следует прямая зависимость КПД генератора и его мощности от падения напряжения на нём в процентном соотношении. КПД генератора прямо пропорционален падению напряжения на нём. Мощность генератора пропорциональна падению напряжения, и самая высокая мощность когда падение напряжения составляет 50%
Таким образом если хотите с генератора всегда снимать максимум мощности, при любых оборотах то нужно напряжение держать на уровне 50%, но КПД генератора в таком режиме всегда будет равен 50%.
На компетентность и правдивость изложенной информации в статье я не претендую. Это лишь моё видение картины на данный момент моего развития в этой теме, и я вполне могу заблуждаться и сделать неверные выводы из всего этого. Вам решать какие делать выводы из этого. Но если я заблуждаюсь насчёт КПД регенератора, когда говорю что если сопротивление генератора выше то он сам потренбляет больше энергии чем отдаёт нагрузке. То спросите себя куда девается энергия, механическая энергия если КПД генератора например 80%. Например если генератор на 3кВт и его КПД 80% то значит что порядка 800 ватт у нас потери КПД. Где эти потери, в чём они выражаются? Неужели всё уходит в нагрев генератора, целых 800 ватт, да обмотка расплавится и сгорит если там будет выделяться тепла почти 1 кВт, от генератора как от печки тогда можно помещение отапливать. А если КПД 50% то страшно представить сколько там на нагрев пойдёт.
Нет, не на нагрев уходит мощность, а на создание магнитного поля, катушки становятся электромагнитами и потребляют энергию сопротивляясь вращению ротора. Именно в магнитное поле обмотки генератора уходит основная часть энергии, которая падает на генераторе. Ниже видео где я попытался объяснить описанное в статье.
e-veterok.ru
Автомобильный генератор
Изобретение относится к области электрических машин, в частности к автомобильным генераторам. В автомобильном генераторе, согласно изобретению, на роторе с внешней стороны полюсных половин размещены кольцевые постоянные магниты, намагниченные согласно с обмоткой возбуждения и создающие дополнительный магнитный поток в магнитной системе генератора, что снижает ток обмотки возбуждения. Для замыкания магнитного потока постоянных магнитов к ним примыкают магнитные шунты. Магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами и обмоткой возбуждения, взаимодействуют таким образом, что не нарушается регулировка выходного напряжения при изменении нагрузки и оборотов генератора. Технический результат заключается в уменьшении электроэнергии, потребляемой обмоткой возбуждения, и повышении КПД генератора. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции автомобильных генераторов переменного тока, которые используются в качестве источников электроэнергии в автомобилях.
Известен автомобильный генератор переменного тока (В.Е.Барабанов, В.И.Василевский, С.М.Левин. Электрооборудование тракторов и автомобилей. - М.: Колос, 1974. с.57, рис.25, 26), содержащий магнитную систему, включающую ротор с цилиндрическим постоянным магнитом, установленным на валу между клювообразными полюсными половинами.
Недостатком известной конструкции является сложность регулирования напряжения генератора, которое осуществляется изменением магнитного потока в сердечнике статора генератора путем механического перемещения полюсов ротора, что не может поддерживать величину выходного напряжения генератора с необходимой точностью.
Известен также генератор (Чижков Ю.П., Акимов С.В. Электрооборудование автомобилей. - М.: Издательство «За рулем», 1999. с.102, 103, 104, рис.3.10, 3.11, 3.12), содержащий обмотку возбуждения, установленную между клювообразными полюсными половинами, намагничивающая сила которой создает магнитный поток.
Такая конструкция позволяет регулировать магнитный поток в сердечнике статора, путем снижения или увеличения тока в обмотке возбуждения. Это дает возможность поддерживать напряжение генератора в необходимых пределах с достаточной точностью.
Недостатком известной конструкции является значительная величина тока, потребляемого обмоткой возбуждения, что снижает КПД генератора и приводит к увеличению расхода медного провода для изготовления обмотки. Низкий КПД генератора вызывает повышенный отбор мощности от двигателя автомобиля и увеличению расхода топлива.
Задачей изобретения является повышение КПД автомобильного генератора с сохранением возможности регулирования его напряжения с необходимой точностью, а также снижение расхода медного провода для изготовления обмотки возбуждения.
Поставленная задача решается тем, что в автомобильном генераторе, содержащем статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.
На чертеже схематично изображен автомобильный генератор с двумя кольцеобразными постоянными магнитами, установленными с внешней стороны полюсных половин и намагниченными в осевом направлении согласно с обмоткой.
Автомобильный генератор содержит статор 1 с трехфазной обмоткой и ротор. Между ротором и статором 1 имеется воздушный зазор 2. Ротор включает магнитную систему, содержащую выполненные из магнитно-мягкого материала полюсные половины 3, 4 и втулку 5. Магнитный поток в магнитной системе создается обмоткой возбуждения 6 и постоянными магнитами 7 и 8, выполненными в виде колец. К внешней стороне полюсной половины 3 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 7, а к внешней стороне полюсной половины 4 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 8. Постоянные магниты 7 и 8 намагничены в осевом направлении согласно с обмоткой возбуждения 6. К другой торцевой поверхности каждого постоянного магнита 7 и 8 примыкают магнитные шунты 9 и 10 тарельчатой формы, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты 7 и 8 со стороны наружного диаметра. Цилиндрическая часть магнитных шунтов 9 и 10 примыкает торцевой поверхностью к соответствующей полюсной половине 3 и 4, образуя магнитную цепь для прохождения магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8.
Так как части Ф2 и Ф4 магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8, проходящие через воздушный зазор 2 в сердечник статора 1 при выключенной обмотке 6, незначительны, ЭДС, индуктируемая потоками Ф2 и Ф4 в обмотке статора 1, мала, и выходное напряжение генератора минимально.
При включении обмотки 6 проходящий по ней ток создает свой магнитный поток Фк, который замыкается через втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3.
Магнитный поток Фк в полюсных половинах 3 и 4 ротора направлен навстречу магнитным потокам Ф1 и Ф3. Поэтому под действием намагничивающей силы обмотки 6 эти магнитные потоки в полюсных половинах 3 и 4 исчезают, за счет чего потоки Ф2 и Ф4 возрастают и составляют (пренебрегая потоками рассеивания) полный магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 7 и 8.
Таким образом, при включенной обмотке возбуждения 6 магнитный поток Ф2, создаваемый постоянным магнитом 7, проходит через полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, магнитный шунт 9. Магнитный поток Ф4, создаваемый постоянным магнитом 8, проходит через магнитный шунт 10, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4.
При этом магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий в трехфазной обмотке ЭДС, имеет максимальную величину и состоит из суммы магнитных потоков Фк, созданного обмоткой возбуждения 6 и магнитных потоков Ф2 и Ф4, созданных постоянными магнитами 7 и 8.
Регулирование выходного напряжения генератора производится путем включения и выключения тока в обмотке возбуждения 6. В соответствии с этим магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий ЭДС в трехфазной обмотке, изменяется от минимального значения, когда обмотка 6 выключена, до максимального, когда обмотка 6 включена.
Так как магнитный поток в сердечнике статора является суммой потоков Фк, Ф2 и Ф4, намагничивающая сила обмотки возбуждения 6 может быть снижена на величину (Ф2+Ф4). Снижение требуемой намагничивающей силы обмотки возбуждения 6 позволит уменьшить потребляемый обмоткой ток, что приведет к увеличению КПД генератора, а также создаст условия для снижения расхода медного провода при изготовлении обмотки 6.
Автомобильный генератор, содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.
www.findpatent.ru
автомобильный генератор - патент РФ 2319278
Изобретение относится к области электрических машин, в частности к автомобильным генераторам. В автомобильном генераторе, согласно изобретению, на роторе с внешней стороны полюсных половин размещены кольцевые постоянные магниты, намагниченные согласно с обмоткой возбуждения и создающие дополнительный магнитный поток в магнитной системе генератора, что снижает ток обмотки возбуждения. Для замыкания магнитного потока постоянных магнитов к ним примыкают магнитные шунты. Магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами и обмоткой возбуждения, взаимодействуют таким образом, что не нарушается регулировка выходного напряжения при изменении нагрузки и оборотов генератора. Технический результат заключается в уменьшении электроэнергии, потребляемой обмоткой возбуждения, и повышении КПД генератора. 1 ил.
Рисунки к патенту РФ 2319278
Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции автомобильных генераторов переменного тока, которые используются в качестве источников электроэнергии в автомобилях.
Известен автомобильный генератор переменного тока (В.Е.Барабанов, В.И.Василевский, С.М.Левин. Электрооборудование тракторов и автомобилей. - М.: Колос, 1974. с.57, рис.25, 26), содержащий магнитную систему, включающую ротор с цилиндрическим постоянным магнитом, установленным на валу между клювообразными полюсными половинами.
Недостатком известной конструкции является сложность регулирования напряжения генератора, которое осуществляется изменением магнитного потока в сердечнике статора генератора путем механического перемещения полюсов ротора, что не может поддерживать величину выходного напряжения генератора с необходимой точностью.
Известен также генератор (Чижков Ю.П., Акимов С.В. Электрооборудование автомобилей. - М.: Издательство «За рулем», 1999. с.102, 103, 104, рис.3.10, 3.11, 3.12), содержащий обмотку возбуждения, установленную между клювообразными полюсными половинами, намагничивающая сила которой создает магнитный поток.
Такая конструкция позволяет регулировать магнитный поток в сердечнике статора, путем снижения или увеличения тока в обмотке возбуждения. Это дает возможность поддерживать напряжение генератора в необходимых пределах с достаточной точностью.
Недостатком известной конструкции является значительная величина тока, потребляемого обмоткой возбуждения, что снижает КПД генератора и приводит к увеличению расхода медного провода для изготовления обмотки. Низкий КПД генератора вызывает повышенный отбор мощности от двигателя автомобиля и увеличению расхода топлива.
Задачей изобретения является повышение КПД автомобильного генератора с сохранением возможности регулирования его напряжения с необходимой точностью, а также снижение расхода медного провода для изготовления обмотки возбуждения.
Поставленная задача решается тем, что в автомобильном генераторе, содержащем статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.
На чертеже схематично изображен автомобильный генератор с двумя кольцеобразными постоянными магнитами, установленными с внешней стороны полюсных половин и намагниченными в осевом направлении согласно с обмоткой.
Автомобильный генератор содержит статор 1 с трехфазной обмоткой и ротор. Между ротором и статором 1 имеется воздушный зазор 2. Ротор включает магнитную систему, содержащую выполненные из магнитно-мягкого материала полюсные половины 3, 4 и втулку 5. Магнитный поток в магнитной системе создается обмоткой возбуждения 6 и постоянными магнитами 7 и 8, выполненными в виде колец. К внешней стороне полюсной половины 3 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 7, а к внешней стороне полюсной половины 4 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 8. Постоянные магниты 7 и 8 намагничены в осевом направлении согласно с обмоткой возбуждения 6. К другой торцевой поверхности каждого постоянного магнита 7 и 8 примыкают магнитные шунты 9 и 10 тарельчатой формы, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты 7 и 8 со стороны наружного диаметра. Цилиндрическая часть магнитных шунтов 9 и 10 примыкает торцевой поверхностью к соответствующей полюсной половине 3 и 4, образуя магнитную цепь для прохождения магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8.
Когда обмотка возбуждения 6 выключена, магнитный поток в магнитной системе генератора создается только постоянными магнитами 7 и 8. В этом случае большая часть магнитного потока Ф1 постоянного магнита 7 замыкается через примыкающую к нему полюсную половину 3 и магнитный шунт 9, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем замыкания магнитного потока от постоянного магнита 7: полюсная половина 3, втулка 5, полюсная половина 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсная половина 3, магнитный шунт 9, по которому проходит меньшая часть Ф2 потока постоянного магнита 7. Таким же образом, большая часть создаваемого магнитного потока Ф3 от постоянного магнита 8 замыкается через примыкающий к нему магнитный шунт 10 и полюсную половину 4, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем замыкания магнитного потока от постоянного магнита 8: магнитный шунт 10, полюсная половина 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсная половина 3, втулка 5, полюсная половина 4, по которому проходит меньшая часть Ф4 потока постоянного магнита 8.
Так как части Ф 2 и Ф4 магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8, проходящие через воздушный зазор 2 в сердечник статора 1 при выключенной обмотке 6, незначительны, ЭДС, индуктируемая потоками Ф2 и Ф4 в обмотке статора 1, мала, и выходное напряжение генератора минимально.
При включении обмотки 6 проходящий по ней ток создает свой магнитный поток Фк, который замыкается через втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3.
Магнитный поток Фк в полюсных половинах 3 и 4 ротора направлен навстречу магнитным потокам Ф1 и Ф3. Поэтому под действием намагничивающей силы обмотки 6 эти магнитные потоки в полюсных половинах 3 и 4 исчезают, за счет чего потоки Ф2 и Ф 4 возрастают и составляют (пренебрегая потоками рассеивания) полный магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 7 и 8.
Таким образом, при включенной обмотке возбуждения 6 магнитный поток Ф2, создаваемый постоянным магнитом 7, проходит через полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, магнитный шунт 9. Магнитный поток Ф4, создаваемый постоянным магнитом 8, проходит через магнитный шунт 10, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4.
При этом магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий в трехфазной обмотке ЭДС, имеет максимальную величину и состоит из суммы магнитных потоков Фк, созданного обмоткой возбуждения 6 и магнитных потоков Ф2 и Ф 4, созданных постоянными магнитами 7 и 8.
Регулирование выходного напряжения генератора производится путем включения и выключения тока в обмотке возбуждения 6. В соответствии с этим магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий ЭДС в трехфазной обмотке, изменяется от минимального значения, когда обмотка 6 выключена, до максимального, когда обмотка 6 включена.
Так как магнитный поток в сердечнике статора является суммой потоков Фк, Ф2 и Ф4, намагничивающая сила обмотки возбуждения 6 может быть снижена на величину (Ф2+Ф 4). Снижение требуемой намагничивающей силы обмотки возбуждения 6 позволит уменьшить потребляемый обмоткой ток, что приведет к увеличению КПД генератора, а также создаст условия для снижения расхода медного провода при изготовлении обмотки 6.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Автомобильный генератор, содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.
www.freepatent.ru
как сделать, чертежи и все нюансы
Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания. Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, бензиновый или дизельный генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии (солнечного излучения, энергии текущей воды или ветра) в электричество.
Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.
Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора. Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.
Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция, а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.
Общий принцип работы
Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:
- Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
- Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.
Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.
Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.
На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками
Расчет лопастного ветрогенератора
Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.
Энергия ветра может быть определена по формулеP=0.6*S*V³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:R=√(P/(0.483*V³))
Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.
Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.
В Интернете часто можно найти статьи под броскими заголовками наподобие «Ветрогенератор для отопления дома». На самом же деле, как вы уже могли понять из приведенных расчетов, постоянно поддерживать потребляющее несколько киловатт-часов электрическое отопление сможет разве что сеть из не одного десятка самодельных установок.
Предлагаем посмотреть еще один рассказ про ветрогенератор и его изготовление в домашних условиях
Выбор генератора
Наиболее логичным вариантом генераторной установки для самодельного ветряка кажется автомобильный генератор. Такое решение позволяет легко скомпоновать установку, так как генератор уже имеет и крепежные точки, и шкив для ременного мультипликатора. Купить и сам генератор, и запчасти к нему нетрудно. Кроме того, встроенное реле-регулятор позволяет непосредственно подключить его к 12-вольтовой аккумуляторной батарее, а к ней, в свою очередь — инвертор для преобразования постоянного тока в переменный напряжением 220В.
Но, как уже было сказано выше, КПД генераторов с обмоткой возбуждения достаточно низок, что весьма чувствительно для и без того маломощного ветряного генератора. Второй минус в том, что при разряженном аккумуляторе автомобильный генератор не сможет возбудиться.
В ряде самодельных конструкций можно встретить тракторные генераторы Г-700 и Г-1000. Их КПД ничуть не больше, полезным отличием являются лишь намагниченность ротора, позволяющая возбудить генератор даже без аккумуляторной батареи, и низкая цена.
Некоторые авторы при постройке ветрогенераторов пользуются свойством обратимости коллекторных электродвигателей — принудительно вращая их ротор, с него можно снимать постоянный ток. Статор двигателей подобного типа состоит либо из постоянных магнитов, что более предпочтительно в наших целях, либо имеет обмотку. Для применения двигателя в режиме генератора она подключается к автомобильному реле-регулятору, чтобы обеспечить нужное напряжение. Рассмотрим подключение реле-регулятора на примере узла от ВАЗовской классики (оно удобно тем, что не объединено в один блок с щеточным узлом):
- Одну из щеток двигателя соедините с корпусом — это будет отрицательный полюс генератора. Сюда же надежно подключите металлический корпус реле-регулятора и клемму «-» аккумулятора.
- Клемму 67 реле соедините с одним из выводов статорной обмотки, второй временно с корпусом.
- Клемму 15 соедините через выключатель с положительным полюсом аккумулятора (при этом на обмотку подастся ток возбуждения). Придайте ротору вращение в том же направлении, что будет обеспечивать винт ветроустановки, и подключите между свободной щеткой и корпусом вольтметр. Если на щетке обнаружится отрицательный потенциал, поменяйте местами соединения статора с реле-регулятором и массой.
Основной особенностью подключения генератора постоянного тока к аккумуляторной батарее является необходимость в разделении их полупроводниковым диодом, не дающим аккумулятору разряжаться на обмотку ротора при остановке генератора. В современных автомобильных генераторах эту функцию выполняет трехфазный диодный мост, и мы также можем его использовать, параллельно соединив его фазы для уменьшения падения напряжения на нем.
Наибольшую же мощность можно снять с генератора, ротор которого состоит из неодимовых магнитов. Распространены конструкции на основе автомобильной ступицы с тормозным диском, по краю которого закрепляются мощные магниты. На минимальном расстоянии от них располагается статор с однофазной или трехфазной обмоткой.
Такой генератор хорош многим: он возбуждается уже при низких оборотах даже при севшем аккумуляторе, не требует обслуживания щеточного узла. Но при этом его выходное напряжение невозможно отрегулировать, так как оно зависит только от частоты вращения. Домашняя электростанция с генератором на неодимовых магнитах потребует подключения его к дополнительному инвертору для обеспечения зарядки аккумуляторной батареи в большом диапазоне скоростей ветра. Также это устройство часто называется контроллером заряда батарей.
Существует несколько различных вариантов реализации контроллера в зависимости от конкретного решения конструкции генератора. Так как у подобных самоделок большой разброс параметров, приведенную схему стоит рассматривать как иллюстрацию общего принципа устройства контроллера, а не как обязательное решение.
Как видно, эта схема рассчитана на использование в качестве генератора коллекторного электродвигателя. Если же вы использовали самодельный генератор переменного тока, добавьте диодный мост на его выход.
Напряжение с генератора через контрольный узел, состоящий из вольтметра и амперметра, подается на вход двух импульсных стабилизаторов. Зарядку аккумулятора осуществляет блок 2, в то время как задача блока 1 — защита от ухода генератора в разнос при сильном ветре и малом потреблнеии тока нагрузкой: при превышении напряжением порога, задаваемого движком потенциометра R3, блок 1 начинает подавать напряжение на подключенный к его выходу мощный нагрузочный резистор, о чем сообщает загорающийся светодиод LED2.
Нагрузка, не требующая точной стабилизации напряжения (например, низковольтные лампы накаливания), подключаются в обход стабилизатора к выводу диода D2.
Расчет мультипликатора
Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.
Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.
При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.
Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.
Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.
Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).
Мачта
Мачта, на которой крепится ветрогенератор — это один из самых важных его узлов.
Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.
Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:
- Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
- Оптимальная конструкция мачты — это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант — это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
- Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.
Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора
Дополнительное электрооборудование
Как уже было сказано выше, неотъемлемой частью ветряной электростанции является аккумулятор, берущий на себя питание потребителей. при его выборе нужно помнить, что чем больше его емкость, тем дольше он сможет поддерживать напряжение в сети, но при этом и дольше будет заряжаться. Приблизительное время работы можно определить как то время, за которое исчерпается половина емкости аккумулятора (после этого падение напряжения станет уже ощутимым, кроме того, глубокий разряд снижает ресурс свинцово-кислотных батарей).
Пример: Так, аккумулятор емкостью 65 А*ч условно сможет отдавать в нагрузку 30-35 ампер-часов энергии. Много это или мало? Обычная лампа освещения мощностью 60 ватт потребует, с учетом наличия инвертора, преобразующего 12 В постоянного тока в 220 В переменного и имеющего собственный КПД в пределах 70%, тока в 7 ампер — это чуть больше четырех часов работы. Восстанавливать же растраченную энергию наш ветряк с условной мощностью 90 ватт даже в лучшем случае, при постоянном сильном ветре, будет не менее пяти часов. Как вы видите, при использовании ветрогенератора исключительно как автономного источника энергии электричество в вашем доме будет доступным лишь на несколько часов в день.
Вторым узлом системы электроснабжения становится инвертор. В нашем случае можно использовать как готовый автомобильный, так и извлеченный из источника бесперебойного питания. В любом случае важно не перегружать его потреблением тока, учитывая, что реальная эксплуатационная мощность его в 1,2-1,5 раза меньше указываемой максимальной мощности.
Как вы можете видеть, привлекательность использования даровой энергии упирается во многочисленные ограничения, и даже единственный эффективный в средней полосе России вариант — ветрогенератор — неспособен обеспечивать длительную автономность.
Но вместе с тем эта идея неплоха и как источник аварийного электропитания и, особенно, как конструкторская задача — удовольствие от создания своими руками ветрогенераторной установки может в разы превосходить ее мощность.
generatorexperts.ru
Автомобильный генератор с повышенным кпд
КОНТРОЛЬНАЯ ЛАМПА ГЕНЕРАТОРА
КОНТРОЛЬНАЯ ЛАМПА ГЕНЕРАТОРА «Что означает красная лампочка с изображением аккумулятора, загорающаяся на приборной панели моего автомобиля?» В общем случае это значит, что напряжение на выходе генератора
ПодробнееСтартер с улучшенной системой управления
Стартер с улучшенной системой управления к.т.н., доц. Гаранин А.Ю., к.т.н., доц. Пьянов М.А., Тольяттинский государственный университет Одной из основных проблем, выдвигаемых требованиями повышения надежности
ПодробнееАсинхронные электрические машины
1 Асинхронные электрические машины Лекции профессора Полевского В.И. Устройство и принцип действия 3- фазных асинхронных двигателей Лекция 1 Асинхронные машины (АМ) в настоящее время являются самыми распространенными
ПодробнееТема 1. Линейные цепи постоянного тока.
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация
Подробнее7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Основные понятия
7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 7.1. Основные понятия Асинхронные машины относятся к классу электрических машин переменного тока. Мощность асинхронных машин может быть от долей ватта до нескольких тысяч киловатт.
ПодробнееКОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 ВАРИАНТ 1 1. Три источника тока с ЭДС ξ 1 = 1,8 В, ξ 2 = 1,4 В, ξ 3 = 1,1 В соединены накоротко одноименными полюсами. Внутреннее сопротивление первого источника r 1 = 0,4 Ом, второго
ПодробнееДвигатели постоянноготока
Двигатели постоянноготока 1 Двигательспараллельным возбуждением U В w пар R пуск R ш Е R Р 2 3 Если ОВ подключить через регулировочный реостат к другому источнику постоянного напряжения, то получится двигатель
ПодробнееVolkswagen Passat B5
Volkswagen Passat B5 13.9. Система зарядки ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Если контрольная лампа зарядки аккумулятора не горит при включении зажигания, проверьте подключение проводов к генератору и целостность контрольной
ПодробнееСинхронные электрические машины
1 Синхронные электрические машины Общие сведения и элементы конструкции Лекции профессора Полевского В.И. Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока, у которых магнитное поле,
ПодробнееСборник задач для специальности ОП 251
Сборник задач для специальности ОП 251 1 Электрическое поле. Задания средней сложности 1. Два точечных тела с зарядами Q 1 =Q 2 = 6 10 11 Кл расположены в воздухе на расстоянии 12 см друг от друга. Определить
ПодробнееСборник задач для специальности АТ 251
Сборник задач для специальности АТ 251 1 Электрические цепи постоянного тока Задания средней сложности 1. Определить, какими должны быть полярность и расстояние между двумя зарядами 1,6 10 -б Кл и 8 10
ПодробнееГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА 1. Общие сведения о машинах постоянного тока. 2. Принцип действия генератора постоянного тока. 3. Принцип работы двигателя постоянного тока. 4. Рабочий процесс машины постоянного
ПодробнееАвторы: Шаркова Н.А., Шац И.А., Петрова Н.З., Череухо А.Ф., Леоненкова Л.П., Русакова А.И., Добровлянин В.Г.
Авторы: Шаркова Н.А., Шац И.А., Петрова Н.З., Череухо А.Ф., Леоненкова Л.П., Русакова А.И., Добровлянин В.Г. УО «Витебский профессиональный лицей 1 машиностроения им. М.Ф. Шмырева» УО «Республиканский
ПодробнееЭлектротехника Асинхронный двигатель
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" Кафедра "Электротехника и электротехнологические системы"
ПодробнееРабочие режимы ТГ и ГГ
Рабочие режимы ТГ и ГГ Под рабочими режимами работы генератора подразумевают такие режимы, в которых он может работать длительное время. К ним относятся режимы работы машин с различными нагрузками от минимально
ПодробнееРабота по теме : «Магнитное поле»
Работа по теме : «Магнитное поле» Магнитное поле создано цилиндрической или кольцевой катушками. Магнитная проницаемость еды в которой создано магнитное поле μ =.. Начертить катушку, провести еднюю магнитную
ПодробнееВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ
ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ Задача 1. В схеме R 1 = R 3 = 40 Ом, R 2 = 20 Ом, R 4 = 30 Ом, I 3 = 5 А. Вычислить напряжение источника U и ток I 4. Зная ток I 3 (ток в резисторе R 3 ) по закону Ома найдем
ПодробнееЗадачник для специальности АП251
Задачник для специальности АП251 1 Электрическое поле Тесты для самоконтроля 1.Как изменится сила взаимодействия между двумя заряженными телами с зарядами Q и д, если при q = const заряд Q увеличить в
ПодробнееЭлектрические машины
Согласно учебному плану направления 241000.62 (18.03.02) «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», профиль «Охрана окружающей среды и рациональное использование
ПодробнееЧетыре закона электромеханики
Четыре закона электромеханики Содержание: 1. Общие сведения 1.1. Преобразование энергии связано с вращающимися магнитными полями 1.2. Для обеспечения непрерывного преобразования энергии необходимо, чтобы
ПодробнееПредставляет Титаренко Д.Н.
1 Тема 6. Двигатели Отто. Классификация систем зажигания. 0,5 часа. 6.3. Бесконтактные системы зажигания с генератором импульсов и транзисторным коммутатором 6.4. Электронные системы с управлением накоплением
ПодробнееQ=B a1 2 S a1/2 μ 0 (1)
В конструкции возвратно поступательного привода трибометра использованы электромагниты, имеющие подвижный якорь и неподвижный ограничитель движения якоря. Ток, протекающий через обмотку, создает электромагнитный
ПодробнееИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
95 Лекция 0 ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План. Введение. Понижающие импульсные регуляторы 3. Повышающие импульсные регуляторы 4. Инвертирующий импульсный регулятор 5. Потери и КПД импульсных регуляторов
ПодробнееТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.
ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. 1. Достоинства трехфазной цепи. 2. Принцип получения трехфазной ЭДС. 3. Соединение трехфазной цепи звездой. 4. Назначение нейтрального провода. 5. Соединение трехфазной цепи
Подробнееdocplayer.ru
Информация для изготовления генераторов для ветрогенераторов
В разделе размещена основная информация для изготовления генераторов для ветряков. Расчёты напряжения, силы тока, и мощности генераторов. Переделка асинхронных двигателей на неодимовые магниты. Дисковые аксиальные генераторы. Генераторы из автомобильных генераторов. Схемы соединения обмоток статора. >Магниты для ветрогенераторов
Магниты я обычно заказываю на алиэкспресс, но бывает и на одном из российских сайтов, в статье ссылки на популярные магниты и описание >Расчёт генератора - новая версия
Новая врсия расчёта генераторов, возможно более понятная чем предыдущие. Здесь так-же заложен принцип простой формулы Е = BLV, и пример расчёта генератора >Расчёт дискового генератора
В статье я описал базовую информацию по расчёту дисковых аксиальных генераторов. Расчёт размеров и конфигурации генератора, расчёт обмотки статора, ивычисление напряжения, сопротивления, силы тока и мощности генератора >Нестандартная обмотка генератора, снижение залипания
Калькулятор расчёта генераторов с нестандартным количесвом полюсов и схемой намотки трёхфазного генератора. В статье описание как пользоваться калькулятором и ссылка не него, как рассчиать схему намотки и количество магнитов на роторе, их ширину относительно зуба статора. >И снова Авто-генератор!
Автомобильный генератор для ветрогенератора, применение DC-DC преобразователя для повышения напряжения генератора на низких оборотах >Авто-генератор на ветряк без переделки
Применение автомобильного генератора без переделки в качестве генератора для ветряка, на что можно расчитывать и что получится. Схема самовозбуждения, двух-лопастной винт, мощность и обороты >Расчёт и изготовление генератора
Основные моменты расчета генератора для ветряка, вычисление напряжения катушек генератора в зависисости от числа витков и магнитной индукции магнитов. Вычисление силы тока и мощности генератора на зарядку аккумулятора >Как расчитать генератор для ветряка
Простой пример расчета основных параметров трехфазного генератора на постоянных магнитах. Я постарался написать как можно понятнее для начинающих процесс расчета и что к чему, от чего зависят параметры генератора. >Расчет аксиального генератора
Подробно описан процесс расчета аксиального генератора с бесжелезным статором на неодимовых магнитах. Это описание особенно полезно для начинающих так-как дает ответы на все вопросы, которые возникают перед изготовлением первого генератора аксиального типа. >Переделываем асинхронный вгенератор
Переделка асинхронного двигателя в общем-то не так уж и сложна, и в основном для изготовления генераторов средней и большой мощности используют именно асинхронные двигатели, так-как они просты в переделке и конструктивно идеально подходят для низко-оборотного генератора. В статье просто и подробно описаны варианты переделки асинхронника. >Ветрогенератор своими руками
В статье в общих чертах описано как и из чего можно изготовить генератор для ветрогенератора. Дисковый генератор, или как его называют аксиальный. Так-же переделка асинхронного двигателя или автогенератора. В общем основы создания генератора и разъяснения что к чему и зачем. >Как сделать генератор?
Несколько самых распространенных вариантов изготовления генератора для ветряка. Дисковые генераторы, из асинхронных двигателей, и другие. Некоторые особенности, технология и правила изготовления этих генераторов в общих чертах, без формул и расчетов. >Как измерить момент страгивания генератора
Процесс измерения момента страгивания или величины залипания генератора очень прост, всего лишь нужно ускорение свободного падения умножить на длину плеча в метрах и умножить на вес груза весящего на плече в килограммах. Подробнее смотрите в статье. >Борьба с залипаниями в генераторах
Методы уменьшения залипания в генераторах на постоянных магнитах. В статье рассмотрены основные способы расчета и расположения магнитов на роторе для уменьшения залипания генератора. Один из основных параметров генератора, создаваемого для ветряка, это залипание генератора, которое влияет на момент страгивания винта, а далее на старт винта этого генератора.e-veterok.ru