Генератор из мотор-колеса

Сейчас хороший выбор вело-мотор-генераторов китайского производства, которые можно купить менее чем за 100 евро. В них магниты перенесены на ротор, а медная обмотка неподвижна. Достаточно неплохие динамо-машины. В качестве мотора используется готовое мотор-колесо. Это мотор-колесо также отличный низкооборотный генератор большой мощности. Мотор-колесо мощностью 350 Вт в режиме генератора может выдавать до 120 Вт энергии (примерно 35% от заявленной мощности). В условиях использования для освещения светодиодов, а также для зарядки различных электронных девайсов этого вполне достаточно.



Как правильно выбрать мотор-колесо.
* Для хорошей производительности в моторе должны использоваться современные редкоземельные постоянные магниты, велогенератор должен быть бесщёточной (бесколлекторной) конструкции.
* Для получения хорошего эффекта инерции, он должен быть тяжёлым и представлять собой электрическое велосипедное колесо.
* Для уменьшения механических потерь мотор должен быть прямоприводным/не использовать передач на шестерёнках.
* Напряжение мотора должно превышать заданное выходное напряжение, чтобы оно не падало ниже критического значения, даже во время вращения не на полную мощность.


На рисунке показано внутреннее устройство мотора, исполненного в виде втулочного генратора на 24 В, 500Вт производства Golden Motor / Jiangsu

Электрическая схема подзарядки аккумуляторов с помощью мотор-колеса.

Мотор-генератор расположен слева схемы, выходящее напряжении (+/-12 В) — справа. К выходу можно подсоединить любую нагрузку: лампочки, люминесцентные лампы, светодиодное осветительное оборудование, радио, зарядное устройство для мобильного телефона, телевизор, спутниковый ресивер, инвертор. Все подключённые устройства должны быть рассчитаны на 12 В.



Велосипедный генератор производит 3-трёхфазный переменный ток, который перед использованием необходимо преобразовать в постоянный. Трёхфазный выпрямитель можно сделать из шести диодов или приобрести в готовом виде (используется в ветроэнергетике). Он выглядит как обычный мостовой выпрямитель, только снабжён пятью клеммами вместо четырёх. Выпрямитель должен быть рассчитан не меньше чем на 100 В и 35 А. Каждый из диодов должен выдерживать такое же напряжение, но только половину тока (20 А). Для выпрямителя требуется некоторое охлаждение — поэтому крепить его необходимо к большой металлической детали.

Выходная мощность выпрямителя не может напрямую подаваться на лампочку или телевизор, так как при генерировании не вырабатывается стабильное напряжение. Оно будет колебаться между нулём и максимумом и может повредить оборудование. Данная проблема решается подсоединением аккумулятора параллельно к выходу выпрямителя, который будет поглощать лишнюю мощность вырабатываемую генератором и заполнять промежутки времени, когда генератор не вырабатывает достаточно мощности или даже останавливается на короткое время. Аккумулятор не обязательно должен быть большим или каким-то особенным — подходит любой свинцово-кислотный аккумулятор. Если он имеет большую ёмкость это тоже неплохо. Можно использовать старый аккумулятор компьютерного ИБП на 12 В 16 А·ч. Для домашнего применения рекомендуются герметичные аккумуляторы, не выделяющие газов.

На схеме есть и другие компоненты. Один из них это плавкий предохранитель, который нужен на случай короткого замыкания. Аккумулятор производит настолько сильный ток, что даже может воспламенится кабель. Рекомендуется кабель 2.5 мм2 и плавкий предохранитель на 30 А. Также на схеме есть два измерительных прибора. Один вольтметр (со своим плавким предохранителем) и один амперметр. Несмотря на то что генератор работает и без них, вольтметр крайне рекомендуется ради исправности аккумулятора. Лучше брать цифровой вольтметр. Для соблюдения условия неперезарядки аккумулятора желательно использовать контроллер заряда. Аналоговый амперметр (с нулевой отметкой в середине шкалы) не очень важен, но он показывает идёт ли закачка энергии в аккумулятор (в итоге ведущая к полной зарядке аккумулятора) или потребление (ведущее к разряду аккумулятора). В схеме не может использоваться цифровой амперметр, так как ток меняется слишком часто, что не позволяет стабильно считывать показания. Диапазон амперметра зависит от отводимого нагрузкой тока. Лучше всего купить с диапазоном +/- 20 А.

При 100-120 оборотах в минуту на выбранной мощности система выдаёт требуемое выходное напряжение.

Лучшим средством для сглаживания минимумов и максимумов напряжения - дополнить схему стабилизатором, собранным на специальной микросхеме.

1 - Статор, 2 - Ротор генератора, 3 - Датчик

Статор генераторов скутеров намотаны на разных количествах катушек, от чего зависит его вырабатываемая мощность. На рисунках представлены статоры на 12 и 7 катушках. В таких генераторах не все катушки работают на одну общую бортовую сеть - некоторые на аккумулятор через выпрямитель, некоторые напрямую к потребителю энергии. Как и в автомобильном генераторе ток выпрямляется и через регулятор напряжения стабилизируется на уровне 14 - 15В. Вся электрическая часть скутера работает на напряжении в 12 вольт.

Далее идет описание процесса переделки генератора скутера по автомобильному принципу - то есть снимаемый ток со всех катушек через регулятор напряжения идет на подзарядку аккумулятора, что нам и надо для использования в самодельных ветряках (но можно и не только для ветряков это сделать - такой генератор можно и к паровому двигателю прикрепить, также можно использовать в гидрогенераторе).

Обмотка генератора намотана на семи полюсах, проводом диаметром 1мм, с общим числом витков около 420, то есть 60 витков на каждом полюсе. Также на генераторе есть еще пустой полюс, судя по всему на нем должна быть намотана обмотка для питания зажигания, но так как все вышеперечисленные скутера имеют батарейную систему зажигания, она не используется.

Сматываем все, что находится на генераторе.



Медным проводом диаметром 1,3мм наматываем по 40-45 витков на каждый полюс. Для намотки подойдет любой обмоточный провод типа ПЭВ или ПТВ, таким проводом намотано большинство трансформаторов и различных катушек. Мотать нужно аккуратно, виток к витку иначе необходимое число витков не поместится в каркасе. И, самое главное, мотать нужно по схеме приведенной ниже. На самом деле все просто, первая катушка мотается против часовой стрелки, вторая мотается по часовой стрелке, третья опять против часовой, ну и так далее.



В результате должно получиться 320-360 витков, расположенных на восьми полюсах. Концы обмотки удлиняем до необходимой длины, к ним будет в дальнейшем подключаться регулятор напряжения. Провод должен быть сечением не менее 1,5мм, к концам провода лучше припаять подходящий разъем.



Перемотанный генератор вполне выдерживает нагрузку мощностью 20-30Вт (на больших оборотах спокойно выдерживает кратковременную нагрузку до 100Вт).

Дале можно самостоятельно собрать регулятор напряжения, чтобы схема оказалась законченной (или использовать готовые решения на базе микросхем). Работает регулятор следующим образом: с генератора напряжение поступает на диодный мост D1-D4, а затем уже постоянное напряжение поступает на аккумулятор (или на реле-регулятор уровня зарядки аккумулятора - для предохранения аккумулятора от перезарядки). Уровень напряжения задается стабилитронами D6-D5. Регулировка напряжение осуществляется симистором T1. Конденсатор С1 уменьшает пульсации на выходе, без него схема работать не будет. Собирается схема навесным монтажом на небольшом радиаторе. Можно использовать радиатор от процессора или любой другой подходящего размера. После сборки и тестирования всю схему необходимо залить герметиком или эпоксидной смолой, это защитит схему от влаги и вибраций. Диоды D7-D8, нужны для развязки АКБ и нагрузки.





График зависимости количества намотанных витков от напряжения при подключении нагрузок на 55 и 115Вт (эта зависимость для установки генератора на скутер, для ветряка будет немного другой график, но сама зависимоть очень явно прослеживается).

КПД использования ветрогенератора незначительно возрастает зимой. В условиях более плотного, холодного воздуха и повышенного давления. При одинаковых скоростях ветра, генерируемая мощность увеличивается на 7 - 10%. Отсутствие листвы и более гладкая, за счёт снежного покрова поверхность земли, также способствует снижению турбулентности и увеличению скорости ветра.



Для расчетов вырабатываемой ветром электроэнергии очень полезно воспользоваться картой ветров регионов России. Здесь приводится не регион в целом, а даются данные по конкретным местностям, привязанным к населенным пунктам.
http://energywind.ru/katalog/recomendacii/karta-rossii