Зачем на ветряк ставить 3-х-фазный генератор?
- 28.05.09
- Теория, Энергия ветра, Генератор, Сделай сам
- Комментариев: 73
Многие самодельные ветряки снабжаются самодельными генераторами с ротором на постоянных магнитах. В сети есть огромное количество примеров и инструкций как сделать такой однофазный генератор. Поговорим о более совершенном решении.
Трехфазный генератор, это ничто иное, как однофазный с двумя дополнительными обмотками, незначительно смещенными относительно первой.
В однофазном генераторе, для согласованного действия всех обмоток, они должны быть поочередно намотаны в разном направлении.
На рисунке видно, что каждая следующая обмотка намотана противоположно предыдущей. Первая по часовой стрелке, вторая против часовой стрелки. Если ваш ротор содержит 8 постоянных магнитов, то у вас должно быть и 8 обмоток.
В трехфазном генераторе вы можете иметь 3 обмотки на каждую пару магнитов. Под парой магнитов понимается один магнит обращенный северным полюсом к обмоткам и один – южным. Существует множество вариантов намотки. Например, можно использовать 8 магнитов и только 6 обмоток не перекрывающих друг друга или поставить 3 комплекта из 4-х последовательно соединенных обмоток. Ниже представлена диаграмма из 4 магнитов с иллюстрацией размещения каждого комплекта обмоток.
Как видите, первая фаза перекрывает только северные полюса магнитов, и все обмотки одной фазы намотаны в одном направлении. Две другие фазы идентичны первой за исключением того, что они смещены. Следующая диаграмма показывает взаимное размещение всех обмоток 4-х-полюсного 3-х-фазного генератора. Начала обмоток отмечены A, B, C, концы – D, E, F. Выходными у этого агрегата будут провода A, C и E. Причина, по которой выход второй фазы находится в конце обмотки, заключается в том, что когда магнит проходит вторую обмотку, генерируется ток в противофазе токов 1-й и 3-й обмотки. Чтобы не мотать 2-ю обмотку в обратном направлении, мы просто меняем в ней местами вход и выход.
Существует две схемы соединения фаз в 3-х-фазных генераторах: «звезда» и «треугольник». Треугольник дает меньшее напряжение, но больший ток. Звезда наоборот – большее напряжение и меньший ток. При расчете используется коэффициент равный квадратному корню из 3 (примерно 1,732). Каждый набор обмоток – это фаза генератора. Поэтому когда вы измеряете напряжение, ток или сопротивление одного набора обмоток, это будут параметры одной фазы. Когда вы знаете параметры одной фазы, можно посчитать параметры «звезды» и «треугольника». Напряжение для замеров может сниматься с любых двух из трех выходов генератора.
На нашем тестовом генераторе, например, одна фаза выдает 22В и 10А, в этом случае выход «звезды» будет 38,1В (22*1,732) и 10А. Ток остался таким же как и у одной фазы, т.к. при соединении «звездой» фазы соединяются последовательно. При соединении «треугольником» мы получим 22В и 17,32А (10*1,732). Если посчитать мощность двух схем, то получится: 22*17,32=381Вт и 38,1*10=381Вт. И в чем же преимущества каждой схемы?
Обычно сопротивление «треугольника» в 3 раза ниже чем сопротивление «звезды». А т.к. по обмоткам течет ток, то будут и потери мощности. Сопротивление «звезды» нашего генератора составляет 1,5 ом, можем посчитать выходную мощность. При 600 об/мин и соединении «звездой» мы получили напряжения 38В. Это около 16 об/мин на 1В. Т.о. на 1000 об/мин мы можем получить 62,5В. Вычтем напряжение заряжаемого аккумулятора (12,6В) получим 49,9В на выходе. При сопротивлении 1,5 Ом ток будет 49,9/1,5=33,26А. Т.о. на нагрузке получим мощность 33,26*12,6=419 Вт. Не так уж и плохо.
Теперь для «треугольника». На выходе мы получаем 22В при тех же оборотах (около 27 об/мин на 1В). На 1000 об/мин мы получим 37В. Минус 12,6В на батарее, итог: 24,4В. Сопротивление «треугольника» 0,5 Ом, Ток: 24,4/0,5=48,8А, а мощность: 48,8*12,6=614Вт. Почти на 200 Вт больше!!!
Преимущество «звезды» в более высоком напряжении при более низких оборотах, что означает, что наш тестовый генератор сможет начать заряжать аккумулятор на 12,6В уже при 200 об/мин. «Треугольнику» для начала заряда понадобится достичь 340 об/мин.
Но при этому, преимущество треугольника в том, что, достигнув более высоких оборотов, он сможет выдать более высокую мощность.
Теперь надо соединить выходы и преобразовать переменный ток в постоянный для зарядки аккумуляторов. Ниже показаны две различные схемы соединения 3-х-фазных генераторов: «звезда» и «треугольник» и два разных типа выпрямителей для них: на диодах и готовых диодных мостах (диодные сборки для однофазных выпрямителей). Любой из представленных выпрямителей может использоваться для каждой конфигурации фаз.
Ну и напоследок пара фактов о 3-х-фазном токе.
- Большинство современных генераторов в мире – 3-х-фазные.
- Концепция 3-х фаз изначально была предложена Никола Тесла, он и доказал их превосходство над однофазными.
- В одном диапазоне мощностей три фазы обычно на 150% более эффективны одной.
- В однофазных системах мощность падает до нуля 3 раза за каждый оборот генератора, в 3-х-фазных – падение мощности до нуля в течение оборота не происходит. Мощность, подаваемая на нагрузку одинакова в любой момент.
- В 3-х-фазном генераторе сечение проводов может быть на 25% меньше чем сечение проводов в однофазном при одинаковой мощности.
Итак, три фазы, это не намного сложнее одной, но гораздо более эффективно!!!
Оригинал статьи на английском языке на сайте WindStuffNow.Com
Виталий, добрый день!
Мне очень понравилась Ваша конструкция! Вот пытаюсь подвести некоторую теоретическою базу, чтобы при испытаниях было понятнее, откуда и какие значения получились. Выбрал магниты 30-10 N45. Количество магнитов — 16, обмоток соответственно 48 шт.
Катушки думаю делать проводом 0,5 мм по 50 витков в каждой. Соединять «треугольником» (хочу вертикально-осевой ветряк сделать, а у него обороты меньше, чем у горизонталки).
Столкнулся при расчете с проблемой определения индукции в центре катушек. Тем более с применением кольца-магнитопривода.
Подскажите, пожалуйста, как ее вычислить?
И еще вопрос, подойдет ли для магнитопривода упаковочная лента? Насколько знаю, она из низкоуглеродистой стали изготавливается.
Заранее большое спасибо!
С теоретическими расчетами у меня туго. Поэтому с расчетом индукции не помогу.
На счет упаковочной ленты — пойдет. Единственное, что перед намоткой рекомендую ее закинуть в большой костер, чтобы отжиг произвести. Отжиг образует на поверхности металла оксидную пленку, которая является изолятором и поможет бороться с токами Фуко в магнитопроводе.
На 16 магнитов достаточно 24 катушки. Зачем 48?
В последнее время ребята с форума snim.flybb.ru меня почти убедили, что ветряки с горизонтальной осью имеют больше преимуществ, чем вертикальноосевые. Кстати, могу рекомендовать этот форум — там могут и с расчетом индукции помочь.
Прошу прощения, перепутал. 16 пар полюсов. 32 магнита.
Еще вопрос, какого КПД Вам удалось добиться на подобной схеме?
КПД генератора больше зависит не от конструкции, а от отношения внутреннего сопротивления генератора и сопротивления нагрузки. Чем меньше внутреннее сопротивление генератора, тем больше КПД и мощность.
Здравствуйте!Хочу посоветоваться можно ли использовать в качестве генератора статор ассинхронного двигателя 10-13квт уложыв обмотку в пазы статора и какие требования?Зарание благодарю!
При переделке асинхронников в генератор чаще модифицируют не статор с обмотками, а ротор. Ротор протачивается и обклеивается мелкими магнитами. Нюансов очень много, поэтому я в этом вопросе ничего советоровать не возьмусь.
Теорию трехфазного тока, генераторы, двигатели, трансформаторы разработал, изобрел и внедрил наш Доливо-Добровольский. А Тесла уперся как баран на двухфазном токе.
Спасибо!
можете сказать сколько витков намотать , и c какой проводом пользоваться чтобы сделати 3-х фазный гиниратор , стобы хфатила длеа однаво дома ??? и какие магнитов требуица и сколько , ну и катушки скoлика сделати. Заранее большое спасибо! у меня сильный ветер и что вы меня посоветуйте с схеми соединения
Внимательно изучил Вашу статью, имею опыт изготовления трехфазного аксиального генератора и вертикальных ветряков.youtube.com/watch?v=7nZ-oO-FTfE. С приведенными Вами доводами не могу согласиться. Вы совершенно забыли о законе сохранения энергии, которая ни откуда не берется и никуда не девается, а лишь переходит из одного вида в другой. Именно поэтому мощность генератора для ветряка будет определяться не видом соединения, т.е. «звезда» или «треугольник», а приводом на этот генератор. Причем, скорость вращения ветряка пропорциональна скорости ветра, а мощность имеет кубическую зависимость от скорости ветра. В идеале, мощность генератора должна иметь кубическую зависимость от скорости вращения, что на практике трудно выполнимо. Поэтому, ветряк будет эффективно работать лишь в очень малом диапазоне оборотов. Если Вы настроите ветряк для работы на малых ветрах, то он будет малоэффективен на больших скоростях ветра, и наоборот. Вот тут трехфазный генератор дает возможность в некоторых пределах менять свои параметры: для малых ветров коммутироваться «звездой», для более сильных ветров — «треугольником». По-моему, для ветряков, где все зависит от «ветра в поле», который меняется в очень больших пределах, рассматривать генератор без привода не имеет никакого смысла.
Про закон сохранения энергии я не забыл. Вырабатываемая генератором мощность будет одинакова при любом соединении, но в одном случае больше энергии будет рассеяно в виде тепла из-за сопротивления обмоток самого генератора.
Т.е. часть энергии ветра генератор в любом случае переведет в тепло, от типа соединения зависит лишь то, какая это будет часть.
Ваш способ перекоммутации обмоток опасен для генератора — таким способом вы снижаете заряд аккумулятора, но можете спалить обмотки. Для предотвращения перезаряда аккумулятора надо использовать балластную нагрузку, подключаемую к генератору или просто тормозить ветряк механическим тормозом.
прошу прошение, но мне кажется, что есть ошибка в схеме выпремления 3-х фазного электричества от генератора по схеме звезда. на концах обмоток будет фаза, а в центре соединения их (обмоток) должен быть провод ноль (земля). или он сидит на копусе. теперь по моему диодных мостов должно быть 3 шт. на каждом есть 2 входных (переменный ток) и два выходных (постоянных) вывода. на один вход каждого моста поступает своя фаза, а на второй общий ноль. а выходы здесь правильно, только также третий соединить. если я ошибаюсь, то интересно будет услышать ответ.
откапал схемы выпремления звезды без нуля, но только на диодах. еще не проверял, по идее рабочии. но та схема на 2-х мостах, там точно второй мост висит.
Все верно. понял схему. извиняюсь.
и через ноль с 3 мостами тоже будет работать, интересно как лучше? по КПД.
хачю изготовить генератор на 220в 10 квт 2-х фозный подскажите количество витков и сечение провода и вобще это реально спосибо
Уважаемый автор!
Немного не понятно на счет магнитопровода статора. Вот вы пишите в комментариях:»Если ротор однодисковый, то наличие железного магнитопровода за статором очень желательно. Но не стоит туда ставить сплошную металлическую пластину — сделаете только хуже. Желательно положить кольцо из тонкой железной ленты, скрученной в несколько слоев или сделать пластину из композита (отожженные железные опилки в эпоксидке). Этот магнитопровод за статором способствует замыканию магнитных линий и увеличивает эффективную площадь полюсов магнитов.» Я хотел просто вырезать диск оцинковки толщиной 0.8мм в виде шайбы т.е. только по размерам магнитов. Но что значит скрученной в несколько слоев. Можно ответить на мой E-mail. Заранее спасибо.
Магнитопровод из сплошного металла нельзя делать ни в коем случае — вы только ухудшите КПД генератора. Во всем виноваты вихревые токи (токи Фуко), которые будут возникать в таком магнитопроводе. Эти токи будут тормозить движение магнитов и разогревать магнитопровод.
Чтобы сделать магнитопровод из оцинковки нужно нарезать ее в виде длинных полос шириной 1-2 см, поверхность нужно покрыть лаком (для изоляции слоев магнитопровода друг от друга), а потом эти полоски наматывать спиралью, укладывая слои вплотную друг к другу.
Должно получиться что-то такое: http://cxem.net/pitanie/images/5-272-2.jpg
Пример простейшего генератора
http://youtu.be/BZmuzDXLqNg
На видео не генератор, а пример простейшего электродвигателя.
А если например сделать сдвоенный аксиальный генератор, 2 диска с катушками между мини диск с магнитами обклеен с 2 сторон и еще 2 диска с магнитами по бокам. Эти 2 генератора рядом друг с другом конфликтовать не будут?
Т.е. у вас получится 3 роторных диска и 2 статорных.
Если не учитывать излишней сложности, такая схема вполне жизнеспособна. Конфликта магнитов не будет. Но по мне лучше было бы увеличить диаметр генератора, сделав его с одним статором и 2-мя роторными дисками. Это позволит увеличить число полюсов (повышается напряжение, а значит и эффективность на низких оборотах), увеличить сечение провода и упростить конструкцию при том же числе магнитов.
Спасибо, понял. А есть разница в какую сторону мотать катушки для 3-х фазного генератора? И у фазы получается 2 конца провода, какой из них выход, или это неважно?
У катушки один провод — начало, второй — конец. Соединять надо конец одной катушки с началом следующей.
а в каком направлении мотать катушки? и в каком направлении фазы катушек должны лежать? В интернете нашел видео, правда про однофазный генератор, там направление катушек чередуется (почасовой стрелки, против часовой стрелки) и так через одну. И что будет если неправильно разложить катушки. P.S. в элекрике соввем мало понимаю
В однофазном генераторе полярность катушек чередуется, т.к. чередуются и полярности магнитов, а чисто катушек равно числу полюсов ротора.
Объяснить на пальцах это можно просто. Когда над одной катушкой полярность меняется с N на S, над соседней полярность меняется с S на N. Условно, в первой катушке мы получаем напряжение со знаком «плюс», а во второй — «минус». Если бы катушки не были через одну перевернуты, то генерируемое напряжение в двух соседних катушках гасили бы друг друга. А так одна перевернута и «минус на минус дает плюс», вот и получаем 2 «плюса».
В предлагаемой у меня схеме трехфазного генератора катушки идут последовательно без переворачивания полярности, но при этом они располагаются с шагом через один полюс ротора.
Тут направление обмотки катушек не играет никакой роли, главное, чтобы направления всех катушек совпадали между собой.
И последнее, Николай, лучше подучите теорию.
Спасибо, вы на словах так хорошо бьяснили что я все понял)
Спасибо за очень подробное объяснение о трефазном генераторе. А то я вначале сомневался в целесобразности изготовления трёхфазного генератора. Думал — однофазный проще, и в конечном счёте нам же нужен будет только постояный ток с двумя проводами для зарядки аккумулятора. Да и при хорошей мощности трёхфазный ток можно использовать для асинхронного двигателя. Ситуации могут быть разные. Для повышения напряжения для такого двигателя нужен будет повышающий трансформатор трёхфазный. Могут бытьи другие варианты с генераторами, скажем — при хорошей мощности ветродвигателя использовать асинхронный двигатель в генераторном режиме добавив к нему между фазами конденсатор для самовозбуждения, тогда и на выходе с такого генератора мы будем получать напряжение 380/220 вольт. А с таким напряжением можно делать что угодно., хоть мотором пользоватся, хоть делать освещение, хоть заряжать аккумуляторы через зарядное устройство и.т.д. телевизоры, холодильники, отопление. Это конечно мечта каждого хорошего хозяина, но всякое изобретение начиналось с мечты. Работайте и успехов вам.
Трехфазный генератор из асинхронного двигателя получают путем подключения бумажных конденсаторов параллельно обмоткам… емкость на каждый киловат составит примерно 60 -70 мкф на каждую фазу