Часть 3. Подробно рассмотрено изготовление классического низкооборотного генератора на постоянных магнитах мощностью около 35Вт при 200 об/мин и около 160Вт при 400 об/мин.
Поделиться этой страницей в:
7. Проверка и подключение
До использования генератора на постоянных магнитах его следует еще раз проверить: исправить недочеты сейчас намного легче, чем когда генератор на постоянных магнитах будет смонтирован на верхушке мачты.
7.1 Проверка механики
Закрепите профиль с осью вертикально в тисках (ось при этом горизонтальна, как и будет при использовании генератора на постоянных магнитах в ветряке). Магнитные роторы могут свободно вращаться. Проверьте, что провода не коротят (генератор на постоянных магнитах при этом вращается с трудом).
7.1.1 Проверяем свободное вращение роторов.
Закрутите ротор и послушайте звук. Не должно быть никаких шуршаний или поскрипываний при вращении роторов, они должны вращаться свободно несколько секунд и постепенно остановиться. Если они останавливаются резко, значит, где-то проблемы с электрикой или подшипник перезатянут.
Возьмитесь за статор двумя руками. Попытайтесь покачать его туда-сюда, закрутив роторы. Статор не должен касаться роторов. Если все-таки касание есть (определите по звуку), то генератор надо разобрать и увеличить зазор между роторами и статором. Или, как вариант, подрегулировать высоту крепления ротора.
Зафиксируйте ротор в позиции, при которой одна из шпилек находится на 3-х часах (рис ниже). Подвесьте грузик в 100г к этой шпильке. Ротор должен повернуться по часовой стрелке. Если он не поворачивается, значит, подшипник перезатянут или смазан слишком обильно.
7.1.2 Проверка баланса.
Роторы мы уже балансировали ранее (). Однако теперь, когда генератор окончательно собран, процедуру балансировки надо повторить.
Зафиксируйте ротор так же, как и в предыдущем разделе (рис. выше), повторите проверку с каждой из 4-х шпилек. Пробуйте подвешивать к шпилькам разные грузики. Найдите минимальный вес , который выводит ротор из равновесия. Если для какой-то из шпилек требуется существенно больший вес, то это означает, что ротор не сбалансирован. Поприкрепляйте к ротору небольшие грузики, пока он не будет отбалансирован.
Точно также потом надо будет отбалансировать ротор с прикрепленными к нему лопастями ветряка.
7.2 Проверка электрической части
7.2.1 Проверка соединения катушек
Для проверки электрики полезно иметь мультиметр, но можно обойтись и лампочкой на 3 вольта (см. рис. ниже).
• Соедините провода 1В – 4А, 2В – 5А, 3В – 6А (это последовательное соединение однофазных пар катушек)
• Поставьте диапазон мультиметра на 10В
• Подключите мультиметр или лампочку к 1А и 4В
• Вращайте ротор со скоростью около 1 об/сек
• Мультиметр должен показать около 2В, лампочка должна заморгать
• Повторите тест со следующими парами проводников: 2А и 5В, 3А и 6В. Эффект должен быть аналогичным
Если эффекта нет или он мал, проверьте для начала соединение проводников 1В – 4А, 2В – 5А, 3В – 6А. Если с ними все нормально, то, возможно, при изготовлении статора одна из катушек оказалась реверсной (положенной вверх ногами).
Для выявления такой катушки надо провести следующий тест (см. рис. ниже). Соедините 4В-2А, 5В-3А. Проверьте эффект между 1А и 6В – напряжения быть НЕ ДОЛЖНО, или оно будет пренебрежимо мало. Если напряжение все-таки есть, то последовательно меняйте местами А и В поочередно в каждой паре, пока напряжение не пропадет.
Когда реверсная катушка выявлена, перевесьте правильно ярлычки А и В.
В данном тесте напряжение не равно нулю из-за того, что катушки расположены в статоре на идеальным образом. Если в результате тестов не удается получить напряжение менее 1В, то вам либо придется смириться с более низким выходом мощности вашего генератора на постоянных магнитах, либо изготовить новый статор, обращая внимание на симметричное расположение катушек, строго выдерживая расстояние между ними.
7.2.2 Проверка оборудования постоянного тока
После проведения и успешного завершения всех предшествующих тестов подключите выпрямитель, как на рисунке ниже. Соедините провода 1А, 2А, 3А вместе. Подключите каждый провод 4В, 5В и 6В к одному из входов переменного тока выпрямителя. Это соединение типа «звезда». К выходу подключите лампочку или мультиметр.
Закрутите ротор рукой, около 1 об/сек. Мультиметр должен показывать около 4В (если лампочка подключена параллельно – то 3В). Лампочка должна гореть ровно, а не моргать как в предыдущих тестах.
Если нет напряжения, или лампочка все-таки моргает, то это означает неправильную коммутацию или битый выпрямитель.
Можно обойтись и без лампочки с мультиметром. Просто соедините плюс и минус выпрямителя вместе (сделайте КЗ), и попробуйте вращать ротор. Сопротивление усилию должно быть ощутимым и постоянным. Если ротор «сопротивляется» скачками или подрагивает, то что-то неправильно.
7.2.3 Подключение к аккумулятору: звезда и треугольник
Для низких скоростей вращения генератора на постоянных магнитах соедините обмотки звездой, как в п. 7.2.2
Проверка оборудования постоянного тока.
Для сильного ветра и, соответственно, большего тока, соедините катушки треугольником (см. рис. ниже)
Также можно поставить реле для переключения между звездой и треугольником:
В принципе, можно поставить микроконтроллер для измерения скорости вращения и переключения между звездой и треугольником. Но это вряд ли вписывается в бюджет проекта «своими руками».
По большому счету, можно вообще не переключать соединение звезда – треугольник при изменении скорости ветра, но тогда генератор на постоянных магнитах будет выдавать чуть меньшую мощность. Варианта два:
• Если вы ожидаете в основном низкие скорости ветра, сделайте соединение треугольником и все. Если высокая скорость ветра будет редко, ничего с генератором на постоянных магнитах не случится
• Если у вас все-таки часто дуют сильные ветра, то намотайте по 200 витков катушки проводом 1,2 мм. Потом соедините одну группу катушек звездой, а одну треугольником, как на рисунке ниже.
Кабель от генератора до аккумулятора можно сделать либо 3-х фазным переменного тока, либо постоянного тока. Использование переменного тока лишь чуть-чуть уменьшает потери.
При напряжении 12 В диаметр кабеля должен быть большим. Даже если ток будет всего лишь 15 А, то для расстояния 20м надо использовать кабель с жилами как минимум по 3мм.кв. (если ток постоянный). Даже в таком кабеле потери составят порядка 15%. Для большей длины кабеля надо использовать большие диаметры жил, и чем длиннее, тем толще.
7.2.4 Зарядка аккумулятора
12 Вольт стандартного аккумулятора – безопасное напряжение. Однако, если генератор отключен от аккумулятора и крутится достаточно быстро, то напряжение холостого хода может достичь 50 В, а это довольно чувствительно. Поэтому нагрузку от генератора лучше не отключать.
Другая опасность – короткое замыкание на аккумуляторе, которое может привести к нагреву и воспламенению кабеля. Обязательно ставьте предохранитель на каждый провод , подключенный к плюсовой клемме аккумулятора (см. рис. ниже)
Свинцово-кислотный аккумулятор нельзя разряжать полностью. При пропадании ветра обязательно следите за уровнем зарядки аккумуляторов, и своевременно отключайте нагрузку. Ключевым является уровень напряжения – если оно ниже 11,5 вольт, то аккумулятор нельзя разряжать больше.
Идеальный режим зарядки – малый ток в течение длительного времени. Большой ток допустим только на начальном этапе зарядки, когда аккумулятор разряжен.
Перезарядка батарей тоже вредна – пластины перегреваются и портятся. Если напряжение больше, чем 14 вольт, то зарядку надо прекратить.
Уровень зарядки аккумулятора регулируйте током нагрузки. В принципе, существует недорогое устройство для контроля напряжения аккумулятора и соответственного регулирования тока нагрузки.
8. Дополнительная информация
8.1 Эпоксидка
Полиэстеровая смола
Полиэстер – синтетическое вещество типа пластмассы, используется в при строительстве стеклопластиковых лодок, деталей кузова машин, итп. В полиэстеровой смоле обычно имеются различные добавки – для большей твердости или, наоборот, для большей упругости. Если вам попадется смола с добавкой полиэстера – предварительно расспросите продавца об ее свойствах.
Упрочнители
Есть два варианта упрочнить конструкцию, отлитую из эпоксидки: это добавка перекиси и кобальта.
Кобальт – жидкость пурпурного цвета. Когда купите ее, спросите продавца о пропорциях. Кобальт можно заливать в смолу заранее, но хранить смолу с добавкой кобальта надо в темном месте, иначе она застынет.
Перекись – опасный химикат. Храните его в ПВХ-емкости, в темноте, при температуре ниже 25 градусов. Никогда не смешивайте перекись с кобальтом (разве что кобальт был ранее добавлен в смолу и его концентрация уже низка), иначе смесь взорвется. Добавляйте не больше 1-2% перекиси в смолу, иначе она перегреется.
Безвосковая «воздушная» смола типа «Б»
Эта смола используется при изготовлении стеклопластиковых лодок, когда технология требует последовательного нанесения слоев смолы. Мы не рекомендуем использовать эту смолу для генератора на постоянных магнитах – поверхность отливки не будет твердой. Спрашивайте смолу типа «А», или «смолу для отливки»
Тиксотропическая добавка
Это специальный порошок (очень тонко помолотый кварц), добавлется в смолу для густоты. Для нашей цели он не нужен, но если он уже добавлен в смолу, то ничего страшного.
Стиреновый мономер
Около 35% всей смолы – стиреновый мономер. Это делается для разжижения смолы. Она имеет неприятный запах. В заливочную смолу можно добавить до 10% смолы – стиренового мономера.
Пигмент
Красящий пигмент нужен для придания отливке цвета. Добавьте пигмент (максимум – 10%) в первую заливку, которая будет распределена по всей заливочной форме. Пигмент добавлять необязательно, без него отливки будут прозрачными, а катушки и магниты – хорошо видными. В этом есть свой шарм.
Стеклоткань
Без стеклоткани смола не имеет нужной прочности. Стеклоткань продается в виде листов или нарезки волокон. Используйте стеклотканевые листы для прокладки в формы, а нарезку волокон можно высыпать в смолу, что придаст отливке большую прочность. Особенно имеет смысл проделать это с роторами.
Тальк
Это дешевый наполнитель, который можно смешивать со смолой после добавления в нее пероксида. Тальк делает смолу более густой, и уменьшает ее расход. Пропорция смола : тальк может доходить до 1 : 2 без уменьшения прочности. Тальк также уменьшает нагрев при застывании смолы.
8.2 Использование генератора на постоянных магнитах для мини-ГЭС
Наш генератор на постоянных магнитах идеален как для ГЭС с небольшим перепадом и низкой скоростью потока, так и для ГЭС на более мощном потоке, так как генератор может быть настроен как для генерации всего лишь нескольких ватт, так и нескольких сот ватт.
По сравнению с ветрогенерацией, использование генератора для мини-ГЭС может привести к ржавлению металлических деталей из-за постоянной влажности. Во избежание этого используйте гальванизированные или оцинкованные металлические части.
Для использования генератора на постоянных магнитах для мини-ГЭС к внешнему ротору надо приделать простейшее колесо с лопастями.
Вот некоторые примеры использования генератора на постоянных магнитах для мини-ГЭС:
При больших оборотах генератор выработает больше электроэнергии. Увеличение скорости в 2 раза приведёт к увеличению в два раза напряжения. Если катушки намотаны слишком тонким проводом, он может перегреться и тогда КПД упадет. Можно обдумать использование воды для охлаждения генератора.
Тем не менее, использование генератора на постоянных магнитах в режиме высоких оборотов для мини-ГЭС более безопасно, чем для ветряка: в мини-ГЭС не возникает гироскопических сил, изгибающих генератор при его повороте.
Если вам не нужно напряжение выше 12 вольт, то при высоких оборотах можно изменить коммутацию катушек статора, и соединить их параллельно, а не последовательно. Или можно заранее намотать катушки меньшим количеством витков, но более толстым проводом. Второй вариант более предпочтителен, так как позволит избежать паразитных токов, возникающих и в «звезде», и в «треугольнике».
Пример использования генератора на постоянных магнитах для мини-ГЭС можно найти вот здесь:
На главную
