Ветрогенератор своими руками видео: Как сделать ветрогенератор 💨 на 220В своими руками: самодельный ветряк

Содержание

Как самому сделать ветрогенератор?

Построить ветрогенератор своими руками не так сложно, как кажется на первый взгляд. Если скорость ветра в вашей местности больше хотя бы 4 м/с, и в небольшом отдалении от вашего дома есть хорошо продуваемое пространство, вы можете организовать ветроэнергостанцию менее, чем за 100 долларов.

Ветряк, который изготовил автор данной статьи, конечно, требует многих доработок, и если у вас денег больше, чем времени, проще купить готовый генератор: их стоимость начинается примерно от 500 долларов. Но если вам хочется поэкспериментировать — эта статья для вас.

Пропеллер

Пропеллер для этого ветряка будет трехлопастным. Хотя двухлопастный пропеллер проще построить, у такого пропеллера есть свои недостатки, например, он не сразу стартует. Еще одним недостатком является тот факт, что при смене направления ветра двухлопастной пропеллер сильно вибрирует при повороте, а это плохо и для самого пропеллера, и для опоры генератора. Я сделал свой пропеллер из еловых досок размером 1″х4″ (Примечание: Реальный размер деловой древесины, продаваемой в Америке, меньше обозначаемой. В данном случае это ¾ на 3½ дюйма, т.е. примерно 2х9 см). Я постарался найти три доски без сучков, имеющие хорошие вертикальные волокна и имеющие примерно одинаковую плотность (это определялось по весу). Конечно, можно использовать и другие породы дерева, просто у меня нашлась под рукой только ель. Размер досок был подобран так, чтобы пропеллер был достаточно легким, чтобы быстро стартовать и не сильно нагружать опоры. На то, чтобы вырезать лопасти, ушло около 2 часов. Безусловно, если бы я потратил больше времени, пропеллер вышел бы лучше, размеры в основном определялись интуитивно (мой чертеж показан на Рисунке 1). Однако если вы хотите сделать все по правилам, в сети множество информации по аэродинамике, вырезанию по дереву и даже по изготовлению пропеллеров.

Рисунок 1. Поперечный срез лопасти.

 

После проверки лопастей на одинаковый размер я соединял их болтами по двое и проверял, хорошо ли сбалансирована получающаяся конструкция. Когда все три лопасти стали одинаковыми, я покрасил их и присоединил к ступице, в качестве которой использовал старую 8-дюймовую шестерню. После этого я смог насадить всю эту конструкцию на ось и попробовать покрутить, определив степень сбалансированности и подпилив слишком тяжелые части (конечно, потом их пришлось снова покрасить). В сумме процесс построения и балансировки пропеллера занял около 4 часов.

Следует заметить, что три лопасти после балансировки оказались разной толщины, в некоторых местах они отличались на 1/8 дюйма (~3 мм). Чтобы этого избежать, рекомендуется выбирать дерево лучших пород и уделять первоначальному выпиливанию больше внимания. Для выпиливания я пользовался в основном электрорубанком. Стоит также обратить внимание на то, что лопасти не закручены, то есть их угол наклона относительно оси всегда постоянный. Для пропеллера такого небольшого размера это вполне нормально.

Генератор

В качестве генератора для ветряка я использовал асинхронный электродвигатель в 2 л.с., который я вынул из старого тайваньского фрезерного станка. Я разобрал его на части и сделал насечки в якоре, чтобы можно было вставить 8 неодимовых магнитов, чтобы превратить асинхронный электродвигатель в низкоскоростной генератор с постоянными магнитами. Магниты имеют прямоугольную форму и изогнуты так, чтобы подходить к якорям большинства двигателей мощностью от 0.5 л.с. и выше. Насечки имеют такую глубину, чтобы край вставленного в них магнита находился на одном уровне с поверхностью якоря. Магниты приклеиваются эпоксидным клеем. Располагаются они парами по два магнита с одинаковой полярностью.

Подключенный генератор выдает 12В примерно на 160 об/мин. При другом способе подключения генератор мог достичь максимальной нагрузки при 80 об/мин, однако это могло значительно ограничить силу тока. Конечно, результирующий ток переменный, а для зарядки аккумулятора нам необходим постоянный, поэтому я использовал 40–амперный трансформатор.

Башня

Башня — это, возможно, самая важная часть ветряка, и чаще всего именно ею пренебрегают. Для ее размещения я срубил большую сосну, а в центре оставшегося пня сделал выемку. Мачта сделана из соснового древка. Я просверлил основание, чтобы она могла вращаться в пне. На вершину был насажен кусок стальной трубы, чтобы держать и вращать ветряк. Во время сборки мачту поддерживала небольшая сосновая тренога. Еще одна тренога большего размера была использована для подъема. Башня поддерживалась четырьмя проволочными растяжками диаметром 1/8″ (~3 мм) из авиационного кабеля с талрепами для регулировки.

Ходовая часть и хвост ветряка

Ветряк действительно было очень легко сделать. Я начал с кусков стали толщиной 3/8″ (~9,5 мм), к которым можно было прикрутить генератор. Для этого я сварил трубу, которая подходила по размеру к трубе на конце мачты, — на ней ветряк будет вращаться. В этой машине нет токосъемников, я просто использовал достаточное количество кабеля, чтобы она могла сделать несколько оборотов прежде чем остановиться. Линия электропередачи генератора чуть длиннее, чем кабель, чтобы ветряк мог остановиться, не вырвав шнур питания. Хвост закреплен железным треугольником в 4 ярдах (~4 метра) от центра вращения. Два 0.5″ (~1,27 см) стальных бруска служат для лучшего закрепления хвоста. Я слегка сдвинул хвост и генератор относительно оси, это было сделано исключительно интуитивно в надежде, что порывы ветра не закрутят его слишком быстро.

Запуск

Генератор хорошо запускается только на высоких скоростях ветра. Эту проблему можно устранить, сделав пропеллер большего размера, шире лопасти или даже больше лопастей. Зато после запуска генератора, лопасти достаточно хорошо закрутились даже на очень низкой скорости. Ветер в нашей местности порывистый, направление часто меняется, так что мне сложно связать полученное электричество со скоростью ветра. Лучший результат, который мне удалось замерить – 25 А при высокой скорости ветра, хотя обычно на моих 12–вольтовых батареях можно получить 5–15 А при низкой скорости. Возможно, имеет смысл построить регулятор с согласующим трансформатором или линейный усилитель потока, который лучше справится с нагрузкой на генератор и обеспечит значительно большую силу тока.

Проверка в действии

Через 8 недель безупречной работы ветряк сломался. По радио передали штормовое предупреждение. Я убедился, что кабель по-прежнему целый, и постарался сделать так, чтобы он оставался целым и дальше. Через некоторое время я услышал странный звук. Ветряк все еще крутился и даже выдавал 20 А, но было очевидно, что что-то случилось. Оказалось, что одна из лопастей отвалилась.

Я нашел обломки лопасти, похоже, она изначально была надтреснутая. Учитывая, что остальные две лопасти остались целыми, конструкция сама по себе была хорошей. Этот факт подтвердился тем, что ветряк проработал с двумя лопастями довольно долгое время при очень сильном порывистом ветре.

Вместо того чтобы чинить этот пропеллер, я сделал новый. Он был больше, для него использовалось более прочное дерево, кроме того, я слегка закрутил лопасти. Высота мачты осталась прежней. Новый пропеллер стартовал гораздо легче и работал гораздо тише.

Помимо прочего эта поломка доказала, что выбрал правильную конструкцию башни. Она легко опускается и поднимается при необходимости. Спуск старого пропеллера, изготовление нового и монтирование его на мачте заняло всего 4 часа. В результате при нормальной скорости ветра ветряк производит от 100 до 200 Вт.

При нормальной скорости ветра самодельный ветряк производит от 100 до 200 Вт.

Перепечатано с сайта «Энергоэффективная Россия»

Ветрогенератор своими руками в домашних условиях

С каждым годом люди ведут поиски альтернативных источников. Самодельная электростанция из старого автомобильного генератора будет кстати в отдалённых участках, где нет подключения к общей сети.  Она сможет свободно заряжать аккумуляторные батареи, а также обеспечит работу нескольких бытовых приборов и освещения. Куда  использовать энергию, что будет вырабатываться решаете вы, а также собрать его своими руками или  приобрести у производителей, которых на рынке предостаточно. В этой статье мы поможем вам разобраться со схемой сборки ветрогенератора своими руками из тех материалов которые всегда есть у любого хозяина.

Рассмотрим принцип работы ветро-электростанции. Под быстрым ветровым потоком активируется ротор и винты, после в движение приходит основной вал, вращающий редуктор, а потом происходит генерация. На выходе мы получаем электричество. Следовательно, чем выше скорость вращения механизма, тем больше производительности. Соответственно, при расположении конструкций учитывайте местность, рельеф, знать участки территорий, где большая скорость вихря.

Инструкция сборки из автомобильного генератора

Для этого вам потребуется заранее приготовить всё комплектующие. Самым важным элементом является генератор. Лучше всего брать  тракторный или автобусный, он способен  выработать намного больше энергии. Но если такой возможности нет, то вероятнее стоит обойтись и более слабыми агрегатами. Для сборки аппарата вам понадобится:
• вольтметр
• реле аккумуляторной зарядки
• сталь для изготовления лопастей
• 12  вольтовый аккумулятор
• коробка для проводов
• 4 болта с гайками и шайбами
• хомуты для крепления

Сборка устройства для дома на 220в

Когда все потребное готово переходите к сборке. Каждый из вариантов может иметь дополнительные детали, но они чётко оговариваются непосредственно в руководстве.
Первым делом соберите ветряное колесо — главный элемент конструкции, ведь именно эта деталь будет преображать энергию ветра в механическую. Лучше всего, чтобы у него было 4 лопасти. Запомните, что чем меньше их количество, тем больше механической вибрации и тем сложней будет его сбалансировать. Делают их из листовой стали или железной бочки. Форму они должны носить не такую, как вы видели в старых мельницах, а напоминающие крыльчатый тип. У них аэродинамическое сопротивление намного ниже, а эффективность выше. После того как вы с помощью болгарки, вырежете ветряк с лопастями диаметром 1.2-1.8 метра, его вместе с ротором требуется прикрепить с осью генератора, просверлив отверстия и соединив болтами.

Сборка электрической схемы

Закрепляем провода и подключаем их непосредственно к аккумулятору и преобразователю напряжения. Требуется использовать все, что в школе на уроках физики вас учили мастерить при сборке электрической схемы. Перед началом разработки подумайте, какие кВт вам нужны. Важно отметить, что без последующей переделки и перемотки статора вовсе не пригодны, рабочие обороты составляют 1,2 тыс-6 тыс. об/м, а этого недостаточно для производства энергии. Именно по этой причине требуется избавится от катушки возбуждения. Чтобы поднять уровень напряжения, перемотайте статор тонким проводом. Как правило, в результате мощность будет при 10 м/с 150-300 ватт. После сборки ротор хорошо будет магнитить, будто к нему подключили питание.

Роторные самодельные ветрогенераторы очень надёжны в работе и экономично выгодны, единственным их несовершенством является страх сильных порывов ветра. Принцип работы имеет простой — вихрь через лопасти заставляет механизм крутиться. В процессе этих интенсивных вращений вырабатывается энергия, необходимого вам напряжения. Такая электростанция  – это очень удачный способ обеспечить электричеством небольшой дом, конечно, чтобы выкачивать воду из скважины его мощности будет недостаточно, но посмотреть телевизор или включить свет во всех помещениях с его помощью возможно.

Из домашнего вентилятора

Сам вентилятор может быть в нерабочем состоянии, но из него требуется всего несколько деталей — это стойка и сам винт. Для конструкции понадобиться небольшой шаговый двигатель спаянный диодным мостиком для того, чтобы он выдавал постоянное напряжение, бутылочка от шампуня, пластиковая водопроводная трубка длиной примерно 50 см, заглушка для неё и крышка от пластикового ведра.


На станке делают втулку и фиксируют в разъёме от крыльев разобранного вентилятора. В эту втулку будет крепиться генератор. После закрепления, нужно заняться изготовлением корпуса. Срезают с помощью станка или в ручном режиме дно от бутылки шампуня. Во время отрезания, требуется также оставить отверстие на 10, чтобы в него вставить ось, выточенную из алюминиевого прута. Прикрепляют её с помощью болта и гайки к бутылочке. После того как была выполнена припайка всех проводов, в корпусе бутылочки проделывают ещё одно отверстие для вывода этих самых проводов. Протягиваем их и закрепляем в бутылочке сверху на генераторе. По форме они должны совпадать и корпус бутылки должен надёжно скрывать все его части.

Хвостовик для нашего устройства

Чтобы в будущем он улавливал потоки ветра с разных сторон, соберите хвостовик, использовав заранее подготовленную трубку. Хвостовая часть будет крепиться с помощью откручиваемой крышки от шампуня. В ней тоже делают отверстие и, предварительно надев на один конец трубки заглушку, протягивают её и закрепляют к основному корпусу бутылочки. С другой стороны, трубку пропиливают ножовкой и вырезают ножницами из крышки пластикового ведра крыло хвостовика, оно должно иметь круглую форму. Все что вам нужно, это попросту обрезать края ведра, которыми оно прикреплялось к основной ёмкости.

На заднюю панель подставки прикрепляем USB выход и складываем все полученные детали в одну. Крепить радио или подзаряжать телефон можно будет через этот вмонтированный USB порт. Конечно, сильной мощностью он от бытового вентилятора не обладает, но все же освещение одной лампочки может обеспечить.

Ветрогенератор своими руками из шагового двигателя

Устройство из шагового двигателя даже при небольшой скорости вращения вырабатывает около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, а это позволяет заряжать небольшой аккумулятор. В качестве генератора можно вставить шаговый двигатель от принтера. В таком режиме у шагового двигателя вырабатывается переменный ток, а его без труда преобразовать в постоянный, используя несколько диодных мостов и конденсаторы. Схему вы можете собрать собственноручно. Стабилизатор устанавливают за мостами, в следствии получим постоянное выходное напряжение. Чтобы контролировать зрительно напряжение, можно установить светодиод. С целью уменьшения потери 220 В, для его выпрямления, применяются диоды Шоттки.

Лопасти будут из трубы ПВХ. Заготовку рисуют на трубе, а затем вырезают отрезным диском. Размах винта должен составлять около 50 см, а ширина — 10 см. Нужно выточить втулку с фланцем под размер вала ШД. Она насаживается на вал двигателя и крепится с помощью винтов, непосредственно к фланцам будут крепиться пластиковые “винты”. Также проведите балансировку – от концов крыльев отрезаются кусочки пластика, угол наклона изменить посредством нагрева и изгиба. В само устройство вставляют кусок трубы, к которому его тоже прикрепляют болтами. Что касается электрической платы, то её лучше разместить внизу, а к ней вывести питание. С шагового двигателя выходят до 6 проводов, которые соответствуют двум катушкам. Для них потребуются токосъёмные кольца для передачи электроэнергии от подвижной части. Соединив все детали между собой переходим к тестированию конструкции, которая будет начинать обороты при 1 м/с.

Ветряк из мотор-колесо и магнитов

Не каждый знает, что ветрогенератор из мотор-колеса можно собрать своими руками за короткое время, главное заранее запастись нужными материалами. Для него лучше всего подходит ротор Савониуса, его можно приобрести готовый или же самостоятельно. Он состоит из двух полуцилиндрических лопастей и перекрытия, из которых и получаются оси вращения ротора. Материал для их изделия выбирайте самостоятельно: дерево, стеклоткань или пвх-трубу, что является самым простым и оптимальным вариантом. Изготовляем место соединения деталей, на котором нужно проделать отверстия для крепления в соответствии с количеством лопастей. Потребуется стальной поворотный механизм, чтобы устройство могло выдерживать любую погоду.

Из ферритовых магнитов

Ветрогенератор на магнитах будет сложно освоить малоопытным мастерам, но все же можно попробовать. Итак, должны быть четыре полюса, в каждом будет находиться по два ферритовых магнита. Покрывать их будут накладки из металла толщиной чуть меньше миллиметра для распределения более равномерного потока. Основных катушек должно быть 6 штук, перемотаны толстым проводом и должны находиться через каждый магнит, занимая пространство, соответствующее длине поля. Крепление схем обмотки может быть на ступице от болгарки, в середину которой установлен заранее выточенный болт.

Регулируется поток подачи энергии высотой закрепления статора над ротором, чем он выше, тем меньше залипаний, соответственно мощность понижается. Для ветряка нужно сварить опору-стойку, а на диске статора закрепить 4 больших лопасти, которые вы можете вырезать из старой металлической бочки или крышки от пластикового ведра. При средней скорости вращения выдаёт примерно до 20 ватт.

Конструкция ветряка на неодимовых магнитах

Если вы хотите узнать о создании, нужно сделать основой ступицу автомобиля с дисками тормоза, такой выбор вполне оправдан, ведь она мощная, надёжная и хорошо сбалансированная. После того как вы отчистите ступицу от краски и грязи, переходите к расстановке неодимовых магнитов. Их потребуется по 20 штук на диске, размер должен составлять 25х8 миллиметров.

Магниты нужно размещать, учитывая чередование полюсов, перед склейкой лучше создать бумажный шаблон либо прочертить линии, делящие диск на сектора, чтобы не перепутать полюса. Очень важно, чтобы они, стоящие друг напротив друга, были с разными полюсами, то есть притягивались. Клеят их супер-клеем. Поднимите бордюрчики по краям дисков, и в центре намотайте скотч или залепите пластилином для недопущения растекания. Чтобы изделие работало с максимальной отдачей, катушки статора следует рассчитать правильно. Увеличение количества полюсов приводит к росту частоты тока в катушках, благодаря этому, устройство даже при низкой частоте оборота даёт большую мощность. Намотка катушек осуществляется более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них.

Когда основная часть готова, изготовляют лопасти, как в предыдущем случае и закрепляют их к мачте, что может быть изготовлена из обыкновенной пластиковой трубы с диаметром— 160 мм. В конце концов наш генератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в полтора метра и шестью крыльями, в 8м/с, способен обеспечить до 300 Вт.


Watch this video on YouTube

Сегодня существует множество вариантов как сделать устройство для преобразования энергии ветра, каждый способ по-своему эффективен. Если вы ознакомлены с методикой изготовления оборудования вырабатывающего энергию, то будет неважно на базе чего его делать, главное, чтобы он отвечал задуманной схеме, и на выходе давал хорошую мощность.

Видео мастер класс “Ветрогенератор своими руками”


Watch this video on YouTube


Watch this video on YouTube


Watch this video on YouTube


Watch this video on YouTube


Watch this video on YouTube


Watch this video on YouTube


Watch this video on YouTube

 

Ветрогенератор своими руками

Содержание

  • Ветрогенератор роторного типа
  • Преимущества и недостатки роторного ветрогенератора
    • Подготовка материалов для ветрогенератора
    • Конструкторские работы ветрогенератора
  • Ветрогенератор аксиальной конструкции на магнитах
    • Распределяем и закрепляем магниты
    • Трехфазный и однофазный генератор для ветрогенератора
    • Наматываем катушки
    • Делаем винт и мачту для ветрогенератора
  • Заключение

Цены на электроэнергию неуклонно растут. Чтобы ваша жизнь была комфортной как жарким летом, так и морозной зимой, следует или потратить немало денег на электроэнергию, или искать альтернативный источник энергии. В развитых странах уже давно используют солнечную энергию, водную и ветровую. Это природный источник питания, за который вам не придется платить. Довольно популярным способом получать энергию является ветряк, использующий ветер для получения электричества – ветрогенератор.

Россия довольно большая страна с равнинными территориями. Несмотря на то что во многих местах преимущественно медленные ветры, есть регионы, сильно обдуваемые мощными потоками воздуха. Так почему бы не использовать в хозяйстве это преимущество? Все что требуется – потратить время и средства, чтобы сделать самодельный ветрогенератор. Ветряк полностью окупит себя всего за несколько месяцев. Мы рассмотрим 2 вида ветрогенераторов, которые можно сделать своими руками.

Ветрогенератор роторного типа

Для начала мы рассмотрим, как сделать несложную конструкцию роторного вертогенератора. С простого начинать легче, и вы поймете принцип работы. Этот тип ветрогенератора подойдет для владельцев небольшого садового домика. Использовать сделанный ветряк для большого коттеджа не получится, ввиду маломощности ветрогенератора.

Но ветряк легко справиться с тем, чтобы вечером обеспечить светом хозяйственные помещения, осветить садовую дорожку крыльцо и т. д. Давайте подробно рассмотрим, как сделать такой ветрогенератор своими руками.

Преимущества и недостатки роторного ветрогенератора

Когда ветрогенератор сделать как надо, он будет функционировать без каких-либо ошибок. С аккумулятором на 75А и с хорошим инвертером на 1000 W, ветряк без проблем будет обеспечивать светом улицу, площадку дома, питать защитную сигнализацию, видеонаблюдение и т. д.

Ветрогенераторы такого типа имеют следующие преимущества:

  • простота монтажа;
  • небольшая себестоимость;
  • экономичность;
  • податливость к ремонту;
  • не привередлив к условиям функционирования;
  • надежность и бесшумность работы.

Минусов ветрогенератора несколько:

  • небольшая производительность ветрогенератора;
  • полная зависимость ветряка от ветра;
  • лопасти может сорвать воздушный поток.

Подготовка материалов для ветрогенератора

Первым делом нужно собрать все расходники и детали для ветряка. Сделанный вами ветрогенератор будет выдавать мощность не более 1,5 КВт. Чтобы сделать агрегат вам нужно иметь:

  1. Автомобильный генератор на 12 В.
  2. Гелиевый или кислотный аккумулятор на 12 В.
  3. Специальный преобразователь с 12 В на 220 В и с 700 Вт на 1500 Вт.
  4. Большую емкость из нержавейки или алюминия: ведро или кастрюля.
  5. Простой вольтметр.
  6. Болты, шайбы и гайки.
  7. Реле зарядки аккумулятора от автомобиля и контрольной лампочки заряда.
  8. Провода с разным сечением (2,5 мми 4 мм2).
  9. Хомуты, фиксирующие ветрогенератор.
  10. Выключатель «кнопка» полугерметичный, на 12 В.

Кроме того, запаситесь такими инструментами:

  • болгаркой или ножницами по металлу;
  • рулеткой;
  • строительным карандашом или маркером;
  • отверткой, дрелью, кусачками и сверлом.

Конструкторские работы ветрогенератора

Работа заключается в изготовлении ротора и переделывания шкива генератора. Этапы следующие:

  1. Подготовьте ведро или кастрюлю.
  2. При помощи рулетки и маркера сделайте разметку, разделив емкость на 4 одинаковые части.
  3. Теперь нужно вырезать лопасти.

Обратите внимание! Работая ножницами по металлу, необходимо вырезать под них отверстие. Если же ведро сделано не из покрашенной жести или оцинковки, то можно использовать болгарку.

  1. Снизу ведра и в шкиве пометьте место, где будут отверстия. В них ввинчиваются болты. Не торопитесь, сделайте все ровно, так как при вращении может возникнуть дисбаланс. После чего сделайте отверстия.
  2. Теперь отогните лопасти. Только не забудьте учесть, в каком направлении крутится генератор.
  3. Угол изгиба лопасти влияет на площадь, которую будет встречать ветер. Это напрямую влияет на скорость и частоту оборотов ветряка.
  4. При помощи болтов, закрепите ведро на шкиве.
  5. Установите свой ветрогенератор на мачту, закрепив его хомутами.
  6. Осталось подсоединить провода и собрать цепь.
  7. На мачте зафиксируйте провода, чтобы они не болтались.

Для подсоединения аккумулятора возьмите провода, сечение которых 4 мм2. Рекомендуемый размер – не больше 1 м. А благодаря проводам с 2,5 мм2 подключите свет и приборы. Не забудьте установить инвертер (преобразователь). Подключите прибор в сеть к контактам №7 и №8, показанным на схеме ниже. Пользуйтесь проводами 4 мм2.

Вот и все, теперь ваш ветрогенератор готов к работе. Не может не радовать то, что он сделанный своими руками.

Ветрогенератор аксиальной конструкции на магнитах

В основе такого ветряка на 220в, лежит ступица от легковой машины, имеющая тормозные диски. Если деталь не новая, разберите ее проверьте и смажьте подшипники, а также счистите ржавчину.

Распределяем и закрепляем магниты

Для начала нужно наклеить магниты на диск ротора. При этом используемые магниты не обычные, а специальные неодимовые магниты. Они значительно мощнее. Потребуется 20 магнитов, размер которых 25 на 8 мм. Магниты размещаются с чередованием полюсов. Для правильного расположения сделайте шаблон, как показано на фото ниже.

Совет! По возможности используйте для ветрогенератора не круглые магниты, а прямоугольные. У них магнитное поле сосредотачивается не в центре, а по длине.

Чтобы закрепить магниты на диске, пользуйтесь силикатным клеем. А для прочности в конце можно залить магниты эпоксидной смолой. Во избежание протекания смолы, сделайте пластилиновые бордюры или обмотайте скотчем диск.

Обратите внимание! Чтобы не перепутать где какой полюс у магнита, можете пометить их «+» или «–». Чтобы определить это – поднесите один магнит к другому. Поверхности магнита, которые притягиваются, имеют «+». Если магнит отталкивается, он имеет полюс «–».

Трехфазный и однофазный генератор для ветрогенератора

Если сравнивать их, то прибор с одной фазой хуже, ведь при нагрузке он вибрирует за счет разницы в амплитуде тока. А она появляется из-за непостоянности тока. В трехфазных изделиях этот эффект отсутствует. Их мощность всегда одинаковая. Все дело в том, что одна фаза компенсирует другую и наоборот, если в одной фазе ток пропадет, то в другой он будет увеличиваться.

Что получается в итоге? А то, что трехфазные генераторы имеют отдачу на 50% больше, чем однофазные. Кроме того, радует и отсутствие вибрации, которая может раздражать и влиять на комфортность. Работая под большой нагрузкой, статор не будет гудеть. Если же вам шум не мешает, и вы решили использовать однофазный генератор, будьте готовыми к тому, что вибрация негативно скажется на работе ветрогенератора. Срок его эксплуатации будет меньшим.

Наматываем катушки

Очень быстроходным ветрогенератор назвать нельзя. Требуется сделать все так, чтобы аккумулятор на 12 В заражался от 100–140 об./мин. С такими первоначальными данными, все количество витков в катушках должно быть равно 1000–1200. Но как узнать, сколько витков приходится на 1 катушку? Все просто: эта цифра делится на количество катушек.

Если вы хотите, чтобы ветрогенератор при низких оборотах выдавал больше мощности, требуется сделать больше полюсов. В таком случае в катушке частота колебания тока увеличится. Чтобы уменьшить сопротивление и увеличить сопротивление тока, рекомендуем наматывать на катушки толстый провод. Учитывайте и то, что при сильном напряжении сопротивление обмотки может «съесть» ток.

Обратите внимание, что число и толщина магнитов, которые закреплены на дисках, определяют рабочие параметры генератора. Чтобы выяснить, какую мощность может выдавать ветрогенератор, намотайте одну катушку и прокрутите генератор. Измеряйте напряжение на некоторых оборотах без нагрузки. К примеру, за 200 об./мин вы получили силу тока в 30 В с сопротивлением в 3 Ом. Отнимите от этих 30 В 12 В (напряжение аккумулятора). Теперь разделите число, которое получились на 3 Ом. Выглядит все так:

30 – 12 = 18;

18 : 3 = 6.

В итоге получилось 6 А. Именно они пойдут в аккумулятор. Понятно, что на практике будет немного меньше из-за потерь в проводах.

Катушки лучше делайте вытянутой формы. Тогда медь в секторе выйдет больше, а витки будут прямыми. Диаметр отверстия внутри катушки должен быть равен размеру магнитов или немного превышать его.

Обратите внимание! Толщина статора должна быть такой же, как и толщина магнитов.

Формой для статора может быть фанера. Но сектора для катушек можно разместить и на бумаге, сделав пластилиновый бордюр. Катушки нужно закрепить так, чтобы они не двигались, а концы фаз выведите наружу. Все провода соедините звездой или треугольником. Осталось протестировать ветрогенератор, вращая его рукой.

Делаем винт и мачту для ветрогенератора

Мачта для верогенератора должна быть высокой, от 8 до 12 м. Основание нужно забетонировать. Крепление лучше сделать такое, чтобы труба легко поднималась и опускалась лебедкой. Сверху на трубу будет крепиться винт ветрогенератора.

Вы можете сделать его из пластиковой трубы Ø160 мм. Из нее вырежьте винт с шестью лопастями, длиною 2 м.

 

Чтобы увести винт от сильного порыва ветра сделайте складывающийся хвост. В результате вся энергия, которую выработает ветрогенератор, сможет накапливаться в аккумуляторе.

Вот и все, вы знаете, как сделать ветрогенератор на магнитах. Теперь вы можете пользоваться электроэнергией, выработанной таким ветрогенератором, экономя свои средства. Все ваши усилия вознаградятся.

Заключение

Из этой статьи вы узнали, как сделать ветрогенератор своими руками, да не один, а двух видов. Именно такие ветрогенераторы любят и используют для загородных домов владельцы. Как видите, каждый ветрогенератор хорош в чем-то своем и сделать его не тяжело.

Если вы живете в районе с сильными ветрами, то увидите, насколько меньшими стали счета за электроэнергию, благодаря ветрогенератору. Такой ветряк в хозяйстве никогда не будет лишним. Дополнительно предлагаем вам посмотреть видео, как сделать такой ветрогенератор.

  • Строительство туалета на даче своими руками
  • Баня из клееного бруса своими руками
  • Детский деревянный домик своими руками
  • Строим погреб своими руками

Ветрогенератор для частного дома своими руками из автомобильного генератора, фото, видео

Ветрогенератор, изготовленный из автомобильного генератора, может помочь в ситуации, когда в частном доме нет возможности подключения к линии электропередачи. Либо послужит вспомогательным источником альтернативной энергии. Такое устройство можно сделать своими руками из подручных материалов, используя наработки народных умельцев. Фото и видео продемонстрируют процесс создания самодельной ветровой установки.

Содержание

  • Конструкция ветрогенератора
  • Ветровое колесо
  • Мачта
  • Переделка генератора
  • Финальная сборка
  • Обслуживание ветрогенератора
  • Генератор для ветряка своими руками: видео
  • Ветрогенератор для частного дома: фото

Конструкция ветрогенератора

Существует огромное видовое разнообразие ветрогенераторов и чертежей их изготовления. Но любая конструкция включает в себя следующие обязательные элементы:

  • генератор;
  • лопасти;
  • накопительная батарея;
  • мачта;
  • электронный блок.
Обладая некоторыми навыками, можно смастерить ветрогенератор своими руками

Кроме этого, необходимо заранее продумать систему управления и распределения электроэнергии, начертить схему монтажа.

Ветровое колесо

Лопасти, пожалуй, самая важная часть ветрогенератора. От конструкции будет зависеть работа остальных узлов устройства. Изготавливают их из разных материалов. Даже из пластиковой канализационной трубы. Лопасти из трубы просты в изготовлении, стоят дёшево и не подвержены воздействию влаги. Порядок изготовления ветроколеса следующий:

  1. Необходимо рассчитать длину лопасти. Диаметр трубы должен быть равен 1/5 от общего метража. К примеру, если лопасть будет метровая, то подойдёт труба диаметром 20 см.
  2. Разрезаем трубу лобзиком вдоль на 4 части.
  3. Из одной части изготавливаем крыло, которое послужит шаблоном для вырезания последующих лопастников.
  4. Заусенца на краях сглаживаем абразивом.
  5. Лопасти фиксируют к алюминиевому диску с приваренными полосами для крепления.
  6. Далее к этому диску прикручивается генератор.
Лопасти для ветрового колеса

После сборки ветроколесо нуждается в балансировке. Его закрепляют на штативе горизонтально. Операцию проводят в закрытом от ветра помещении. В случае правильно проведённой балансировки колесо не должно двигаться. Если же лопасти вращаются сами, то их требуется подточить до придания равновесия всей конструкции.

Только после успешного завершения данной процедуры следует перейти к проверке точности вращения лопастей, они должны крутиться в одной плоскости без перекоса. Допускается погрешность в 2 мм.

Схема сборки генератора

Мачта

Для изготовления мачты подойдёт старая водопроводная труба диаметром не менее 15 см, длиной около 7 м. Если в пределах 30 м от предполагаемого места монтажа есть постройки, то высоту конструкции корректируют в сторону увеличения. Для эффективной работы ветроустановки лопастник поднимают выше препятствия минимум на 1 м.

Основание мачты и колышки для закрепления растяжек бетонируют. К кольям приваривают хомуты с болтами. Для растяжек применяют оцинкованный 6 мм трос.

Совет. Собранная мачта обладает немалым весом, при ручной установке понадобится противовес из трубы с грузом.

Переделка генератора

Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.

Автомобильный генератор

Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.

Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.

Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.

Генератор для ветряка из автомобильного генератора

Финальная сборка

Раму генератора сваривают из профильной трубы. Хвост изготавливают из оцинкованной жести. Поворотная ось представляет собой трубку с двумя подшипниками. Генератор крепят к мачте таким образом, чтобы расстояние от лопасти до мачты было не менее 25 см. В целях безопасности для финальной сборки и монтажа мачты стоит выбрать безветренный день. Лопасти под действием сильного ветра могут изогнуться и разбиться о мачту.

Чтобы использовать аккумуляторы для питания техники, которая работает от сети 220 В, потребуется установить инвертор преобразования напряжения. Ёмкость батареи подбирается индивидуально к ветрогенератору. Этот показатель зависит от скорости ветра на местности, мощности подключаемой техники и частоты пользования ею.

Устройство ветрогенератора

Чтобы батарея не вышла из строя от чрезмерной зарядки, понадобится контроллер напряжения. Его можно изготовить самостоятельно, если обладаете достаточными знаниями в электронике, или купить готовый. В продаже имеется множество контролеров для механизмов получения альтернативной энергии.

Совет. Чтобы лопастник не сломался при сильном ветре, устанавливают простое устройство – защитный флюгер.

Обслуживание ветрогенератора

Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.

Схема работы ветрогенератора
  1. Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
  2. При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
  3. Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
  4. Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.

Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.

Генератор для ветряка своими руками: видео



Ветряк своими руками

Наряду с мощными ветрогенераторами, предназначенными для выработки энергии в промышленных масштабах и способных обеспечивать целые районы, существуют небольшие установки. Они используются для электроснабжения отдельных домов, усадеб или групп потребителей. Ценность таких устройств состоит в создании автономно существующего дома, не зависящего от ресурсоснабжающих компаний.

Кроме того, существуют регионы, где нет возможности подключения к сети и приходится выходить из положения на месте, используя различные электростанции, чаще всего дизельные или бензиновые. Они требуют наличия топлива, запчастей и прочих расходников, что делает себестоимость энергии довольно высокой.

Использование частных ветрогенераторов также обходится в солидные суммы. Цены на оборудование весьма высоки, что резко снижает возможность приобретения собственной установки у сельских жителей. Решением вопроса становится самостоятельное изготовление ветряка, обходящееся намного дешевле. Созданные из подручных материалов без особых затрат, ветряки зачастую имеют лучшие характеристики, чем устройства, приобретенные за немалые деньги.

Перед монтажом собственного ветрогенератора рекомендуется собрать мини-ветрогенератор, чтобы получить некоторые навыки и практический опыт запуска установки. Ветряк не будет ценным устройством в плане обеспечения энергией, так же как и ветряк из компьютерного кулера, но сможет проиллюстрировать массу важных моментов. Кроме того, создание такой модели совместно с детьми поможет развить у них любовь к техническому творчеству и ветроэнергетике.

План работы

Подготовка

Гвоздь программы – шуруповерт. Нам понадобится зажимной патрон и двигатель от шуроповерта. Остальные части пока не нужны.

Выпиливаем лопасти из ПВХ труб или чего-нибудь еще. Подойдут: алюминиевый лист, плотная пластмасса или пластиковые бочки. Главное, чтобы лопасти были прочными и легкими. В длину около метра. Если есть желание, можно покорпеть над формой. Скопируйте пропорции с заводского ветрогенератора. Тогда лопасти будут поглощать больше воздуха и вертеться даже без сильного ветра. Но вообще-то можно сделать и на глазок, лишь бы крутились.

Выпиливаем пластину для их крепления. Пластина должна выйти прочной. Материал: стальной лист, диск от фрезы или кусок дерева. Она сильно влияет на сбалансированность, поэтому делайте впритык. Должно быть место для надежного крепления лопастей, но ничего сверх этого.

Сверлим отверстия в пластине и шестерне. Количество отверстий определяйте сами. Как минимум два отверстия под каждую лопасть на краю пластины и три в центре, столько же в шестерне.

Делаем корпус по диаметру подшипников для места сцепления. Бутылочные крышки, баночки, трубки, да все что угодно. Корпус необязателен, он нужен только для защиты ротора от пыли.

Сборка

Намертво зажимаем вал двигателя в зажимной патрон и проверяем, чтобы ось двигателя крутилась.

Крепим лопасти к пластине, а пластину к шестерне, желательно болтами. Если делали форму по чертежам, тогда побольше внимание уделяйте месту крепления. Это сильно влияет на баланс винта и может свести все усилия, потраченные на правильную форму, к нулю.

Вставляем корпус.

Чтобы вся конструкция выглядела более цельной, можно притянуть ее зажимами к деревянному бруску.

В принципе все готово. Перед нами ветрогенератор из шуруповерта. Осталось его установить и подключить.

Установка

Сильнее дует ветер – больше вырабатывается энергии, а ветер дует на высоте. Поэтому чем выше, тем лучше. Уже на высоте 5 метров порывы ветра будут достаточными, но если у вас завалялась десятиметровая матча было бы просто прекрасно. Из возможных вариантов: голое дерево, крыша домика или ПВХ труба, вогнанная в землю.

Подключение к электроприборам

От обмотки двигателя уже отходят два проводка: плюс и минус. Что-нибудь простое, например, лампочку можно подключить к ним напрямую. Главное – соблюдать полярность.

Для более сложной техники мощность должна быть постоянной. Чтобы сгладить перепады, нужен аккумулятор и контроллер. Они уже есть в шуруповерте, поэтому просто восстанавливаем родную цепь. От двигателя длинные провода идут к контроллеру, а контроллер соединяется с аккумулятором. А уже от аккумулятора можно подключать к технике.

Ветрогенератор из шуруповёрта

Из старого аккумуляторного шуруповёрта можно сделать небольшой ветрогенератор, предлагаем посмотреть пошаговую фото инструкцию по изготовлению ветрогенератора своими руками.
Итак, первым делом разбираем корпус, электродвигатель шуруповёрта мы будем использовать в качестве генератора для нашей самоделки.

Затем вал двигателя зажимаем в зажимной патрон. Шестерня с обратной стороны будет использоваться для крепления лопастей.

В самой шестерне сверлим 4 отверстия.

Из листовой стали вырезаем круглую пластину, будем её использовать для крепления лопастей.

Подбираем трубку с внутренним диаметром равным наружному диаметру подшипников, распиливаем трубку вдоль на две части.

Далее автор, из скоб, изготовил крепления для оси и генератора.

Лопасти можно сделать из разрезанной вдоль ПВХ трубы.

Корпус для генератора сделан из жестяной банки.

Для штанги можно использовать раздвижную вешалку для одежды.

Провод от ветрогенератора будет проходить внутри штанги, и выводиться снизу.

Теперь нужно поднять ветрогенератор и закрепить штангу.

Самодельный ветрогенератор из шуруповёрта конечно имеет небольшую мощность, но этого достаточно чтобы например, сделать светодиодное освещение или зарядить аккумулятор телефона.

Стоит делать или нет?

Теперь вы умеете собирать простенький ветрогенератор из шуруповерта своими руками. В штормовую погоду он выдаст 200-240 Вт. С экономической точки зрения такой ветряк оправдает себя, только если все запчасти достались даром или валялись в гараже никому ненужные.

Но все мы понимаем, что дело тут не в деньгах, а в том, чтобы создать нечто самому. Добыть энергию из ничего при помощи старого хлама. Это ли не чудо.

Вероятно, после этого захочется собрать агрегат посерьезнее, который обеспечит светом весь дом. Это сложнее, но базовый принцип вам уже известен, так что дерзайте.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Ветрогенератор из шуруповерта

Старый шуруповерт с вышедшей из строя батареей может стать превосходным сырьем для изготовления ветрогенератора. Большой энергетической ценности такое устройство не представляет, но как наглядное пособие или действующая модель вполне сгодится. Наиболее ценным является то обстоятельство, что конструкция шуруповерта имеет все необходимые элементы для создания основного узла ветряка, дополнительных деталей надо немного и они вполне доступны. Рассмотрим порядок сборки поэтапно:

Подготовительные работы

Перед началом сборки понадобится приготовить нужные инструменты. Пригодятся:

  • набор отверток
  • пассатижи
  • паяльник с припоем
  • ножницы
  • электродрель
  • крепежные детали (болты с гайками, стремянки и т.п.)

В процессе изготовления ветряка могут понадобиться и другие инструменты или приспособления, так как создание установки — процесс творческий, мастера могут посетить различные идеи, требующие соответствующего технического сопровождения.

Ветрогенератор своими руками — как сделать роторный, аксиальный, трехфазного и однофазного типа, особенности монтажа, инструкции +видео

В современных реалиях каждый домовладелец хорошо знаком с постоянным ростом стоимости коммунальных услуг – это касается и электрической энергии. Поэтому для создания комфортных условий обитания в загородном домостроении, как летом, так и зимой, придётся или оплачивать услуги по энергоснабжению, или найти альтернативный выход из сложившейся ситуации, благо природные источники энергии бесплатны.

Содержание статьи

  • 1 Как сделать ветрогенератор своими руками — пошаговое руководство
    • 1.1 Роторный
      • 1.1.1 Пошаговые действия
    • 1.2 Плюсы и минусы конструкции
    • 1.3 Аксиальный ветряк на магнитах
      • 1.3.1 Размещение и установка неодимовых магнитов
    • 1.4 Агрегат трёхфазного и однофазного типа
      • 1.4.1 Намотка катушек
    • 1.5 Изготовление мачты и винта
    • 1.6 Видео: самодельный ветряной генератор

Территория нашего государства – это по большей части равнины. Несмотря на то, что в городах доступ ветра перекрыт высотными постройками, за городом буйствуют сильные воздушные потоки. Поэтому самостоятельное изготовление ветряного генератора — единственно правильное решение для обеспечения загородного дома электричеством. Но для начала нужно разобраться, какая модель подходит для самостоятельного изготовления.

Роторный

Роторный ветряк – несложное преобразовательное устройство, которое просто сделать своими руками. Естественно, такое изделие не сможет обеспечить электроэнергией загородный особняк, но для дачного домика вполне сгодится. Он позволит осветить не только жиле домостроение а, и хозяйственные постройки и даже дорожки в саду. Для самостоятельной сборки агрегата мощностью до 1500 ватт нужно подготовить расходные материалы и комплектующие из следующего перечня:

  • автомобильный 12 вольтовый генератор;
  • аккумуляторная батарея соответствующего номинального напряжения;
  • преобразовательное устройство с 12 на 220В и мощностью 1,2 кВт;
  • габаритный алюминиевый или стальной резервуар – небольшая бочка или ведро;
  • зарядное реле и контрольная лампа от автомобиля;
  • выключатель номиналом 12В качественно, защищённый от влаги;
  • устройство контроля напряжения – старый вольтметр;
  • крепёж в виде болтов, гаек и шайб;
  • медные провода сечением не меньше 2 мм;
  • крепёжные хомуты.

Естественно, нужно иметь и минимальный комплект инструмента: ножницы для резки металла, болгарка, измерительная рулетка, карандаш, набор гаечных ключей и отвёрток, дрель со свёрлами и пассатижи.

Пошаговые действия

Сборку начинают с изготовления ротора и переделки шкива для чего придерживаются определённой последовательности работ.

  1. С помощью рулетки и маркера выполняется деление ёмкости на 4 абсолютно одинаковые части. При резке металла ножницами нужно подготовить отверстия для закладки инструмента. Для упрощения работ можно воспользоваться болгаркой. Вырезать лопасти нужно не до конца.
  2. В дне ёмкости и на шкиве высверливаются отверстия под болты. Данный этап требует особой осторожности, чтобы отверстия располагались симметрично.
  3. Лопасти, прорезанные не до конца, немного отгибаются. При выполнении данного мероприятия важно учитывать, в каком направлении будет вращаться ветрогенератор. В большинстве случаев вращение происходит в сторону движения часовой стрелки.
    От угла изгиба лопастей напрямую зависит скорость вращения ветряка.
  4. Заготовка из ведра с лопастями закрепляется на шкиве при помощи болтов. Агрегат закрепляется на мачте посредством хомутов и выполняется подсоединение проводки в соответствии со схемой.
  5. Важно придерживаться цветовой разметки проводки, чтобы не перепутать положительные и отрицательные контакты. Проводку также нужно закрепить на мачте.

Для подсоединения аккумуляторной батареи используются проводники с 4 мм сечением и длиной не более 100 см. Потребители подключаются проводниками с сечением в 2 мм. Важно в разрыв цепи включить преобразователь постоянного напряжения в переменное значение 220В согласно схеме клеммных контактов.

Плюсы и минусы конструкции

Если все манипуляции проделаны, верно, то аппарат прослужит достаточно долго. При использовании достаточно мощной аккумуляторной батареи и подходящего инвертора до 1,5 кВт можно обеспечить питанием уличное и внутридомовое освещение, холодильник и телевизор. Сделать такой ветряк очень просто и экономически выгодно. Такое изделие легко ремонтируется и неприхотливо в использовании. Оно очень надёжно в плане работы и не шумит, надоедая обитателям дома. Однако роторный ветряк имеет низкую производительность, и его работа зависит от наличия ветра.

Аксиальный ветряк на магнитах

Аксиальная конструкция с без железным статором на основе неодимовых постоянных магнитов, на территории нашего государства появились не так давно из-за недоступности комплектующих частей. Но на сегодняшний день, мощные магниты не являются редкостью, да и стоимость на них значительно упала по сравнению с несколькими годами тому назад.

Основой такого генератора является ступица с тормозными дисками от легковой машины. Если это будет не новая деталь, то целесообразно её перебрать и сменить смазочные материалы и подшипники.

Размещение и установка неодимовых магнитов

Работы начинают с наклеивания магнитов на диск ротора. С этой целью используются магниты в количестве 20 шт.

и размерами 2,5 на 0,8 см. Для изменения количества полюсов нужно придерживаться следующих правил:

  • однофазный генератор подразумевает количество магнитов соответствующе числу полюсов;
  • в случае с трёхфазным прибором соблюдается соотношение в 2/3 полюсов и катушек соответственно;
  • размещение магнитов должно происходить с чередованием полюсов, для упрощения их распределения лучше пользоваться готовым шаблоном, сделанным из картона.

По возможности целесообразно использовать магниты прямоугольной формы, так как в круглых аналогах сосредоточение магнитных полей идёт в центре, а не по всей поверхности. Важно соблюсти условие, чтобы стоящие друг напротив друга магниты имели противоположные полюса. С целью определения полюсов магниты подносятся друг к другу, и притягивающиеся стороны являются положительными, следовательно, отталкивающиеся края отрицательными.

Для крепления магнитов используется специальный клеевой состав, после чего для увеличения прочности выполняют усиление посредством эпоксидной смолы.

С этой целью, ею заливают магнитные элементы. Для предотвращения растекания смолы делают бортики при помощи обычного пластилина.

Агрегат трёхфазного и однофазного типа

Однофазные статоры по своим параметрам уступают трёхфазным аналогам, так как при увеличении нагрузки возрастает вибрация. Это обусловлено разницей амплитуды тока возникающей в результате непостоянности его отдачи за определённый промежуток времени. В свою очередь, в трёхфазном аналоге такой проблемы нет. Это позволило увеличить отдачу трёхфазного генератора почти на 50% в сравнении с однофазной моделью. Плюс ко всему из-за отсутствия дополнительной вибрации во время работы устройства не создаются посторонние шумы.

Намотка катушек

Каждый электрик в курсе, что прежде чем начинать намотку катушки, важно выполнить предварительные расчёты. Самодельный ветрогенератор на 220В – устройство, работающее на малых скоростях. Необходимо добиться, чтобы зарядка аккумуляторной батареи стартовала со 100 оборотов в минуту.

Если исходить из таких параметров, то для намотки всех катушек потребуется не более 1200 витков. Для определения витков для одной катушки нужно выполнить простое деление общих показателей на число отдельных элементов.

Для поднятия мощности ветряка с низкими оборотами увеличивается число полюсов. При этом будет происходить увеличение частоты тока в катушках. Намотка катушек должна, выполнятся толстыми медными проводами. Это позволит уменьшить величину сопротивления а, следовательно, увеличить силу тока. Важно учитывать, что с резким увеличением напряжения ток может полностью расходоваться на сопротивление обмоток. Для упрощения намотки можно использовать специальный станок.

В соответствии с числом и толщиной магнитов, закреплённых на дисках, изменяются рабочие характеристики аппарата. Чтобы выяснить, какие показатели мощности получатся в конечном счёте, достаточно выполнить намотку одного элемента и прокрутить его в агрегате. Для определения мощностных характеристик замеряется напряжение при определённых оборотах.

Зачастую катушка выполняется круглой, но целесообразно её слегка вытянуть. В таком случае меди в каждом секторе будет больше, а расположение витков становится плотнее. По диаметру внутреннее отверстие катушки должно равняться габаритам магнита. При изготовлении статора важно учитывать, что он по толщине должен равняться параметрам магнитов.

Обычно в качестве заготовки для статора используется фанера, но, вполне возможно, выполнить разметку на бумажном листе расчертив сектора для катушек, а для бордюров использовать обычный пластилин. Для придания прочности изделию используется стеклоткань, располагаемая на дне формы сверху катушек. Важно чтобы не происходило прилипания эпоксидной смолы к форме. Для этого её покрывают сверху воском. Катушки неподвижно фиксируются друг с другом, а концы фаз выводятся наружу. После чего выполняется соединение всех проводов по схеме звезда или треугольник. Для тестирования готового устройства его вращают вручную.

Изготовление мачты и винта

Обычно конечная высота мачты составляет 6 метров, но по возможности лучше её увеличить в 2 раза. Из-за этого для её крепления используется бетонное основание. Крепление должно быть таким, чтобы труба легко поднималась и опускалась с помощью лебёдки. На верхнем конце трубы выполняется фиксация винта.

Чтобы сделать винт, понадобиться ПВХ труба, сечение которой должно составлять 16 см. Из трубы вырезается винт двухметровой длины с шестью лопастями. Оптимальная форма лопастей определяется экспериментальным путём, что позволяет увеличить крутящий момент при минимальных оборотах. Для отвода винта от сильных порывов ветра используется хвост складной конструкции. Вырабатываемая электроэнергия накапливается в аккумуляторных батареях.

Видео: самодельный ветряной генератор

После рассмотрения доступных вариантов ветрогенераторов каждый домовладелец сможет определиться с подходящим для его целей устройством. Каждый из них имеет как свои положительные стороны, так и отрицательные качества. Особенно прочувствовать эффективность ветряка можно за городом, где происходит постоянное движение воздушных масс.

Комплект ветрогенератора для дома своими руками Hurricane Vector 2.0 Ветряная турбина 1000 Вт 110 В

В настоящее время: $676,00

(пока отзывов нет) Написать рецензию

Артикул:
ХВ110В1000
Состояние:
Новый
Вес:
70,00 фунтов
Ширина:
20. 00 (в)
Высота:
12.00 (в)
Глубина:
50.00 (в)
Доставка:
Рассчитано на кассе

Текущий запас:

Поделиться этой статьей

  • Обзор
  • Видео продукта
  • Отзывы

Описание продукта

Ветряная турбина Hurricane Vector™

Включает:

  • Ветрогенератор White Lightning 110 В 
  • Набор 40-дюймовых лопастей ветряной турбины Stealth Storm (5 лопастей)
  • Ступица и носовой конус
  • Корпус ветряка Vector 2. 0 с хвостовым оперением
  • Крепеж для крепления генератора и хвостовых стабилизаторов к кузову
  • Стопорный хомут
  • Подшипник рыскания
  • Токосъемное кольцо, 6 проводов 

Привет, ребята, Тони из Hurricane Wind Power. Позвольте мне начать с того, что мы вложили много труда в нашу новую ветряную турбину. Мы гордимся тем, чего он добился, и надеемся на множество довольных клиентов.


Почему мы должны покупать у Hurricane?


Ответ прост.

 

Прежде чем купить ветряную турбину со сниженной ценой, которая изобилует обещаниями и минимальна по существу, изучите факты.

Большая часть данных и диаграмм, на которые вы смотрите со многими продуктами на eBay и в других торговых точках, сфабрикованы. Как инсайдер отрасли, я знаю, что это факт
Почему я должен покупать ветряную турбину, которая оценена в два раза дешевле продукта? Ответ прост: номинальная мощность в 1000 Вт, которую мы опубликовали для ветряной турбины Vector от Hurricane Wind Power, основана на стандарте НАЦИОНАЛЬНОЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ – скорости ветра 24,6 миль в час или 11 метров в секунду.

 


Эта турбина и генератор изготовлены из генератора и комплекта лопастей, которые соответствуют стандарту CE и прошли испытания в аэродинамической трубе и одобрены сторонними инженерами.

 


В конечном итоге вы получаете то, за что платите. Эта турбина обладает многими характеристиками и мощностью, которая превосходит, а во многих случаях удваивает или утраивает мощность конкурентов, которые оценивают турбины на мощность 2 кВт и более!

 


В конце концов, если вы посмотрите на диаметр лопастей, ветряная турбина может производить только ту мощность, которая имеется в ветре при данной скорости ветра.

Это может быть выражено математически по формуле:

 

Теоретически доступная мощность ветра может быть выражена как

P = 1/2  ρ  A v 3          (1)

где

P = мощность (Вт)

ρ = плотность воздуха (кг/м 3 )

A = площадь, через которую проходит ветер перпендикулярно ветру (м 2 )

v = скорость ветра (м/с)

 

Если диаметр лопасти недостаточен для производства мощности при заданной скорости ветра, факт в том, что вы можете быть уверены, что реклама является ложной.


Hurricane Vector имеет 5 40-дюймовых лопастей с эффективным воздушным профилем большего диаметра и большей рабочей площадью, обеспечивающей крутящий момент и электроэнергию, чем турбины наших конкурентов того же класса

 

  • Тяжелая стальная рама с порошковым покрытием, обогащенным цинком, для превосходной защиты от коррозии и сохранения красоты на долгие годы.
  • Проверенная технология генератора белого света Hurricane
  • Диаметр лезвия большего диаметра
  • Хвост векторного дизайна для стабильного отслеживания ветра
  • Удлиненный корпус для превосходного отслеживания ветра

Видео о продуктах

Видео Скрыть видео Показать видео

Ветряная турбина использует аэродинамические силы через лопасти, которые работают как лопасти несущего винта вертолета. Этот процесс превращает энергию ветра в электрическую энергию.

С одной стороны давление воздуха уменьшается, когда через нее дует ветер. Ротор передает энергию генератору напрямую или через ряд шестерен, если он включает в себя редуктор. Затем шестерня ускоряет вращение лопастей и позволяет меньшему генератору производить энергию. Благодаря этому процессу аэродинамическая сила, передаваемая генератору, производит электричество.

Преимущества

Основным преимуществом ветряных турбин является их устойчивость. Однако в этом инновационном устройстве есть нечто большее. Вот несколько преимуществ ветряных турбин.

Низкая стоимость

Энергия ветра не стоит столько, сколько наша обычная электроэнергия. Это возобновляемый источник энергии, который будет доступен в любом месте. Энергия, которую мы используем сегодня, невозобновляема и, следовательно, ограничена. Из-за этого его потребление стоит вам больше энергии. Однако использование неограниченного источника энергии сделает его дешевым и доступным.

Экологичность

Ветряная турбина использует только ветер в качестве источника энергии. Он не использует никаких других природных ресурсов. Поэтому он очень экологичен, безопасен и остается устойчивым.

Чистота

Ветряная турбина является экологически чистым источником энергии. Он обеспечивает нетронутое, чистое электричество, которое может работать максимально эффективно. Эти турбины также мало шумят, что очень удобно.

Энергопотребляющие помещения

Ветрогенератор своими руками — это мощный портативный источник энергии. Вы можете брать его с собой, чтобы увидеть, какие части вашего дома потребляют больше электроэнергии, и соответственно экономить электроэнергию.

Используемые компоненты

В приведенном выше видео от New Physicist показано руководство по созданию ветряной турбины с вертикальной осью. Вот список вещей, которые вам понадобятся для сборки ветряной турбины:

  • Инструменты
  • Корпус
  • Лопасти
  • Двигатель
  • Центральный концентратор
  • Хвост
  • Башня
  • Диод и батареи
  • Что влечет зал

Сделать свой собственный ветер. чтобы построить ветряк. Для этого обратитесь к списку выше. Необходимы инструменты для зачистки проводов и паяльники. Кроме того, собирайте материалы, пригодные для вторичной переработки, такие как 2-литровые пластиковые бутылки из-под газировки и крышки. Соберите легкие и тонкие полоски металла с помощью эпоксидной смолы и клея.

Убедитесь, что у вас есть традиционные инструменты, такие как пила, гаечные ключи и электродрель. Было бы полезно, если бы у вас было все вокруг для удобства. Кроме того, составьте конкретный план строительства, прежде чем строить ветряную турбину.

Этап 2:

Водосборный бассейн

Водосборный бассейн — это часть, собирающая ветер. Для изготовления этой детали вам понадобятся верхние части пластиковых бутылок. Отпилив их от горлышка бутылок с газировкой, используйте эпоксидную смолу, чтобы соединить крышки вместе. Затем фиксируйте их, пока не создадите четыре компонента связи.

Шаг 3:

Вентилятор

Чтобы сделать эту деталь, вырежьте букву «x» не менее фута в длину и дюйм в ширину. Затем снова используйте эпоксидную смолу, чтобы прикрепить «веер» к куплетам. Дайте эпоксидке затвердеть.

Шаг 4:

Соединение водосборника и вентилятора

Привинтите крышки бутылок, которые вы предварительно отпилили, к муфтам. Это несложно, если ваши куплеты имеют правильный дизайн.

Шаг 5:

Генератор

В генераторе используются диоды, батареи и двигатель. Закрепите генератор и вентилятор вместе с помощью эпоксидной смолы. Зафиксируйте оставшиеся края клеем.

Шаг 6:

Подставка

Эта часть основана на двигателе, который вы использовали для своего генератора. Тем не менее, вы можете сделать подставку для ветряка с помощью небольшого прямоугольного куска дерева.

Шаг 7:

Завершение

После сборки подставки обязательно аккуратно прикрепите генератор и вентилятор к подставке. Держите аппарат в устойчивом положении. Он должен обладать способностью выдерживать даже сильный ветер. Вы можете использовать механизмы взвешивания, чтобы генератор работал быстро.

Дополнительные советы для ветряной турбины своими руками

  • Вы можете использовать автомобильный генератор переменного тока, силовое оборудование, которое преобразует химическую энергию в электричество, чтобы использовать энергию ветра от турбины.
  • Гибридная концепция слияния солнечной панели с ветряными турбинами обеспечит большую мощность.
  • Самодельная ветряная турбина лучше всего подходит для выращивания крупного рогатого скота, например кроликов, коров, коз или кур, если ее можно сделать достаточно большой, чтобы обеспечить достаточное количество энергии.
  • Сборка шпинделя и спиц турбины иногда может быть сложной, поэтому для этого лучше следовать обучающим видео.
  • Если вы делаете большую ветряную турбину, убедитесь, что основание вашей башни соединяет другие части с помощью соединительной системы.
  • Вы можете сделать ветроэнергетическую систему на столбах забора, которая будет отличным выбором для использования энергии благодаря своей открытости и ненарушению других жилых помещений.

Так что в следующий раз, когда у вас будут школьные проекты по возобновляемым источникам энергии или вы захотите вырабатывать энергию дома, сделайте ветряную турбину своими руками. Вам не нужно было тратить целые состояния на его покупку или установку. Имея значительно меньшие деньги, вы можете построить ветряную электростанцию, которая поможет вам сэкономить деньги даже в будущем. Начните строить его прямо сейчас, чтобы начать экономить как деньги, так и невозобновляемую энергию.

(последнее обновление: 14 июля 2022 г. , Садриш Дабади)

Сила ветра! Проектирование ветряной турбины — задание

(4 рейтинга)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 4 (3-5)

Необходимое время: 1 час 45 минут

(можно разделить на два сеанса по 50 минут)

Расходные материалы Стоимость/группа: 4,00 долл. США

Размер группы: 2

Зависимость от деятельности: Нет

Связанное неформальное обучение: Энергия ветра

Тематические области: Измерение, физика, наука и техника

Ожидаемые характеристики NGSS:

4-ПС3-4

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Учащиеся узнают, как инженеры преобразуют энергию ветра в электрическую, строя свои собственные миниатюрные ветряные турбины и измеряя производимый ими электрический ток. Они исследуют, как дизайн и расположение влияют на производство электроэнергии.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры разрабатывают ветряные турбины, чтобы извлечь выгоду из ветра как чистого, возобновляемого и надежного источника выработки электроэнергии. Энергия ветра предлагает жизнеспособную, экономичную альтернативу традиционным электростанциям во многих районах страны. Концепция ветра может также производить энергию в других приложениях, таких как, например, турбокомпрессор, который представляет собой компрессор, используемый в автомобильных или реактивных двигателях внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности. Компрессор увеличивает количество воздуха и топлива, поступающих в двигатель, потому что чем больше воздуха может всасывать и сжигать автомобиль, тем больше мощности он может выдать. Этот увеличенный воздушный поток (ветер) можно отнести к генераторам ветряных турбин. Фактически, турбонагнетатель включает в себя турбину, которая приводит в действие компрессор, используя отработанную энергию выхлопных газов.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Описать преобразования энергии, происходящие в ветровой турбине.
  • Опишите, как инженеры конструируют ветряную турбину.
  • Объясните, как конструкция и расположение ветряной турбины влияет на вырабатываемую ею электроэнергию.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются Achievement Standards Network (ASN) , проект D2L (www. achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS

4-ПС3-4. Применяйте научные идеи для разработки, тестирования и усовершенствования устройства, преобразующего энергию из одной формы в другую. (4 класс)

Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
Применение научных идей для решения проблем дизайна.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрических токов, которые затем можно локально использовать для создания движения, звука, тепла или света. Токи могли быть созданы для начала путем преобразования энергии движения в электрическую энергию.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Выражение «производить энергию» обычно относится к преобразованию накопленной энергии в желаемую форму для практического использования.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничения). Успех спроектированного решения определяется учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения решений можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует заданным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия может передаваться различными способами и между объектами.

Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

Инженеры улучшают существующие технологии или разрабатывают новые.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Большинство ученых и инженеров работают в командах.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Наука влияет на повседневную жизнь.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
  • Студенты будут развивать понимание атрибутов дизайна. (Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Студенты будут развивать понимание инженерного проектирования. (Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Студенты будут развивать понимание отношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения. (Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Энергия приходит в разных формах. (Оценки 3 — 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Инструменты, машины, продукты и системы используют энергию для выполнения работы. (Оценки 3 — 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписывайся

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

Каждой группе нужно:

  • маленький игрушечный двигатель постоянного тока; доступен онлайн
  • 2 отрезка тонкого электрического провода с зажимами типа «крокодил», каждый длиной около 50 см или 20 дюймов
  • резинка
  • жесткая линейка
  • пробка цилиндрической формы диаметром не менее 2 см или ¾ дюйма; альтернатива пробке: шарик из пенопласта
  • 4 скрепки
  • скотч
  • ножницы
  • 4 куска картона, каждый 3 x 5 см
  • (дополнительно) защитные очки или очки
  • Рабочий лист ветряной турбины, по одному на команду

Для всего класса:

  • 1 или 2 небольших электрических вентилятора или фена
  • Вольтметр постоянного тока; доступен онлайн

Рабочие листы и вложения

Ветряная турбина Рабочий лист (pdf)

Масштабирование: Сила ветра! Рабочий лист по математике (pdf)

Масштабирование: Сила ветра! Ответы на рабочий лист по математике (pdf)

Посетите [www. teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson07_activity2], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Высший элементарный урок

Она дует! Ветер как возобновляемый источник энергии

Студенты узнают о ветре как источнике возобновляемой энергии и изучают преимущества и недостатки ветряных турбин и ветровых электростанций. Они также узнают об эффективности ветряных турбин в различных погодных условиях и о том, как инженеры работают над созданием более дешевой, надежной и надежной ветроэнергетики…

Тар она дует! Ветер как возобновляемый источник энергии

Деятельность средней школы

Проектирование возобновляемых источников энергии: ветряные турбины

Студенты знакомятся с реальным техническим инструментом крепления пропеллера ветряной турбины. Это устройство, которое эффективно собирает энергию ветра, и в этом упражнении они соберут свое собственное устройство, используя ветряную турбину LEGO, вентилятор и счетчик энергии.

Проектирование возобновляемых источников энергии: ветряные турбины

Урок средней школы

Вне сети

Студенты изучают и обсуждают преимущества и недостатки возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Они также узнают об электросетях нашей страны и о том, что означает для жилого дома быть «отключенным от сети».

Вне сетки

Высший элементарный урок

Энергоснабжение США

На этом уроке учащиеся знакомятся с электроэнергетической отраслью США. Студенты также узнают о воздействии на окружающую среду, связанном с различными источниками энергии.

Питание США

Введение/Мотивация

Вы когда-нибудь чувствовали сильный ветер? Каково это? Вы когда-нибудь чувствовали, как его обдувает ветер? Ветер может выполнять работу за нас, перемещая предметы. Иногда мы не хотим, чтобы ветер двигал вещи, например, когда он разносит наши бумаги, и нам приходится их поднимать. Но иногда мы хотим, чтобы ветер двигал вещи вместо нас. Например, когда ветер приводит в движение лопасти ветряной турбины (машина, преобразующая энергию движения ветра в механическую энергию и электрическая энергия ), турбина производит некоторую полезную энергию (в виде электричества).

Давайте поговорим о том, что происходит, чтобы получить электричество из ветра. Прежде всего, чтобы преобразовать энергию ветра в электричество, лопасти ротора вращают ступицу (в центре) турбины . Внутри турбины находится электрический генератор , представляющий собой вращающуюся машину, которая обеспечивает электрическую мощность напряжением и током. Вращающееся действие ступицы вращает магнит внутри катушки с проволокой в ​​генераторе, производя электричество.

Турбина — это, по сути, двигатель, соединенный в обратном направлении. Вместо того, чтобы подключать батарею к двигателю, чтобы заставить что-то двигаться, к двигателю подключается ветряная турбина, и ее движение генерирует электричество. Вы можете измерить, сколько электроэнергии (напряжения) вырабатывается с помощью вольтметра .

Инженеры проектируют ветряные турбины, которые превращают кинетическую энергию ветра (движения ветра) в механическую или электрическую энергию.

Итак, когда лучше всего работает ветряк? Мощность, производимая ветряным двигателем, зависит от высоты над уровнем моря, скорости ветра и температуры воздуха. Ветряные турбины нуждаются в скорости ветра не менее 15 километров (9миль) в час для небольших ветряных турбин и 21 км (14 миль) в час для турбин общего назначения. Ветряные турбины лучше всего размещать в районах со скоростью ветра 26-32 км/ч (16-20 миль/ч) с ветряком на высоте 50 метров (55 ярдов). Это довольно высоко. Чем больше скорость ветра, тем больше энергии вырабатывается. Подумайте об этом: когда ветер дует сильнее, эти бумаги движутся еще быстрее. Если скорость ветра удваивается, мощность, доступная для ветряной турбины, увеличивается в восемь раз. Это означает, что мощность удваивается, удваивается и снова удваивается!

Сегодня мы собираемся действовать так, как будто мы инженеры, и создавать небольшие ветряные турбины, которые преобразуют энергию ветра, подключенную к двигателю, в электрическую энергию (напряжение). Затем мы измерим, как скорость ветра влияет на наши маленькие ветряные турбины. Это поможет нам понять, что нужно знать инженерам при проектировании и размещении ветряных турбин в лучших местах.

Процедура

Перед занятием

  • Полезно заранее построить и испытать ветряную турбину, чтобы использовать ее в качестве примера.
  • Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа ветряной турбины.
  • Подсоедините провода к двигателям постоянного тока.
  • Установите испытательную станцию ​​с вольтметром и источником ветра (вентилятор или фен), где команды могут по очереди измерять мощность своих ветряных генераторов.
  • Проверка правильности работы двигателей и вольтметров.

Со студентами

  1. Разделите класс на команды по два ученика в каждой. Обеспечьте каждую команду материалами и рабочим местом.
  2. Подчеркните меры предосторожности. Учащиеся никогда не должны касаться оголенного или оголенного металла в цепи, вырабатывающей электричество.
  3. Предложите учащимся с помощью резиновой ленты прикрепить электродвигатель к линейке так, чтобы вал двигателя располагался на конце линейки (см. рис. 1). Линейка служит площадкой для ветряка.

Рис. 1. Схема занятия: прототип ветряной турбины, подключенный к вольтметру.

авторское право

Авторское право © 2005 Малинда Шефер Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

  1. Выпрямите нижнюю часть каждой из четырех скрепок.
  2. Вырежьте четыре куска картона размером 3 х 5 см. С помощью скотча плотно прикрепите кусок картона к каждой скрепке.
  3. Вставьте выпрямленную часть каждой скрепки в изогнутые стороны пробки, чтобы получились четыре лопасти турбины. Убедитесь, что лезвия равномерно распределены вокруг пробки.
  4. Вставьте пробку в вал двигателя. Убедитесь, что стержень входит точно в центр пробки.
  5. Поверните лезвие в пробке так, чтобы оно находилось под углом 45º к плоской плоскости края линейки. Вы завершили свою ветряную турбину! Рисунок 2. Настройка деятельности.

    Copyright

    Copyright © 2007 Ashleigh Bailey, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

  6. В группах попросите учащихся принести свои ветряные турбины на испытательную станцию.
  7. Для одной команды используйте зажимы типа «крокодил», чтобы прикрепить свободные концы проводов к вольтметру постоянного тока. Пока вы ждете, попросите другие команды поработать над рабочим листом.
  8. Начните с размещения ветряной турбины примерно в 30 см (12 дюймов) от источника ветра (вентилятора или фена). Отрегулируйте расстояние в зависимости от силы источника ветра.
  9. Включите источник ветра и измерьте производимое напряжение. Запишите в рабочий лист.
  10. Повторить с ветряком на разном расстоянии от источника ветра.
  11. Попросите членов команды вместе заполнить рабочий лист.
  12. После того, как все команды выполнили свою очередь на тестовой станции и заполнили свои рабочие листы, завершите обсуждение в классе. Опишите движение энергии в вашем генераторе, начиная с ветра и заканчивая вольтметром. Просмотрите результаты и наблюдения каждой команды. Выдавала ли конструкция турбины какой-либо команды большее напряжение на одном и том же расстоянии по сравнению с остальными? Кто-нибудь регулировал угол наклона лезвий? Что это сделало? Что происходило, когда вы перемещали ветряную турбину ближе или дальше от источника ветра? Как вы могли бы изменить конструкцию или расположение турбины, чтобы лучше улавливать ветер и производить больше напряжения? Какие факторы могут учитывать инженеры, решая, где разместить ветряной генератор или ветряную электростанцию?

Словарь/Определения

электрическая энергия: электрическая энергия существует, когда заряженные частицы притягиваются или отталкиваются друг от друга. Телевизоры, компьютеры и холодильники используют электрическую энергию.

Энергия: способность выполнять работу.

генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

ступица: центральная часть колеса, вентилятора или пропеллера.

кинетическая энергия: энергия движения. Например, волчок, падающий объект и катящийся мяч обладают кинетической энергией. Движение, если ему противодействует сила, действительно работает. Ветер и вода обладают кинетической энергией.

механическая энергия: механическая энергия — это энергия, которую можно использовать для совершения работы. Это сумма кинетической и потенциальной энергии объекта.

потенциальная энергия: Потенциальная энергия — это энергия, накопленная объектом в результате его положения. Американские горки на вершине холма обладают потенциальной энергией.

возобновляемая энергия: Энергия, полученная из источников, которые можно регенерировать. Источники включают солнечную энергию, ветер, геотермальную энергию, биомассу, океан и воду.

ротор: вращающаяся часть электрического или механического устройства.

турбина: Машина, в которой кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в механическую энергию за счет вращения ряда лопаток, лопастей или лопастей на роторе.

вольтметр: прибор, измеряющий силу электродвигателя в единицах, называемых вольтами.

ветряная турбина: машина, преобразующая движущуюся энергию ветра в механическую и/или электрическую энергию.

Оценка

Предварительная оценка

Мозговой штурм: Предложите учащимся открыто обсудить, как можно использовать ветер в качестве источника энергии. Напомните им, что никакая идея или предложение не является «глупой». Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Запишите их идеи на классной доске.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Попросите группы учащихся записать свои измерения и наблюдения в рабочий лист ветряной турбины. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Оценка после активности

Вопрос/ответ: Спросите учащихся и обсудите в классе:

  • Когда можно использовать энергию ветра? (Ответ: Ветер должен иметь достаточно большую скорость.)
  • Почему инженеры могут быть заинтересованы в развитии ветроэнергетики? (Ответ: ветер — это возобновляемый источник энергии. Энергия ветра не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду. Использование энергии ветра снижает потребление невозобновляемых ископаемых видов топлива.)
  • Почему большие ветряки часто располагаются на холмах? (Ответ: Скорость ветра больше высоко над землей.)
  • Если мы снимем двигатель с ротора ветряной турбины, мы не сможем производить электричество, но мы все равно сможем выполнять работу с нашим ветряком. Какую работу мы могли бы сделать? (Ответ: Мы могли бы выполнять механическую работу, заставляя лопасти ветряной мельницы двигаться.)

Задача инженера Вопрос: Попросите учащихся подумать над следующей задачей инженерного проектирования. Предложите им обсудить свои ответы в группах и поделиться своими мыслями с классом.

  • Домовладелец хочет использовать ветряк для электроснабжения своего дома, но рядом с домом нет холмов. Где инженер мог разместить ветряную турбину? (Ответ: Как можно выше, например, на столбе над крышей или на отдельной конструкции, которая поднимает его очень высоко в воздух.)

Вопросы безопасности

  • Подчеркните меры предосторожности. Учащиеся никогда не должны касаться оголенного или оголенного металла в цепи, вырабатывающей электричество.
  • Напомните учащимся, чтобы они ничего не подносили, в том числе руки, к ветряной турбине или вентилятору, когда он вращается.

Советы по устранению неполадок

Перед занятием проверьте двигатели и вольтметры, чтобы убедиться, что они работают правильно.

Если задание не работает, попробуйте следующий вариант: прикрепите двигатель постоянного тока к колесу. Клейкая лента 2 Эскимо прилипает к колесу, образуя прямую линию. Приклейте клейкой лентой прямоугольный кусок картона к каждой палочке от мороженого под таким углом, чтобы он вращался, когда мимо него дует ветер. Прикрепите двигатель к линейке, которая будет служить ручкой.

Если время ограничено, ускорьте работу, подключив два вентилятора, чтобы обеспечить две испытательные станции.

Расширения деятельности

Предложите учащимся создать свои собственные наборы лезвий, варьируя размер, форму, материал и количество. Попросите учащихся прикрепить эти новые лопасти к двигателю и отрегулировать их под разными углами, чтобы получить максимальное напряжение. Попросите их записать свои переменные и результаты в диаграмму данных, которую они создадут во время занятия. Предложите учащимся поделиться своими проектами и сравнить их, представив классу краткие инженерные отчеты.

Узнайте, как скорость ветра влияет на количество электроэнергии, производимой за счет изменения скорости вращения вентилятора.

Исследуйте Живую Лабораторию Возобновляемой Энергии для реальных измерений ветра, систем сбора энергии и реальных данных. См.: http://www.teachengineering.org/livinglabs/

.

Масштабирование активности

  • Для младших классов подготовьте установку двигателя. Просто попросите учеников сделать лезвия на скрепках и вдавить их в пробку. Помогите учащимся измерить напряжение, генерируемое их ветряными турбинами.
  • Для старшеклассников попросите учащихся построить график зависимости напряжения, создаваемого вентилятором, от расстояния до вентилятора. Предложите учащимся решить проблемы с электроэнергией в Wind Power! Рабочий лист по математике.

использованная литература

Поддержите ветер и боритесь с глобальным потеплением! Чистый воздух-холодная планета . По состоянию на 20 октября 2005 г. (хорошие фотографии первой крупной ветряной турбины коммунального масштаба, установленной в индейской резервации сиу Роузбад) http://www. cleanair-coolplanet.org/action/windbuilders.php 

Планы занятий по возобновляемым источникам энергии . Infinite Power, Управление энергосбережения штата Техас. По состоянию на 19 октября 2005 г. http://www.infinitepower.org/lessonplans.htm

Как работают ветряные турбины . Обновлено 3 октября 2005 г. Программа ветряных и гидроэнергетических технологий, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. По состоянию на 19 октября 20015 г. (Великолепная анимация ветряной турбины, вырабатывающей электричество) http://www1.eere.energy.gov/wind/wind_animation.html

Авторские права

© 2005 Регенты Колорадского университета

Авторы

Сочитл Замора-Томпсон; Сэйбер Дюрен; Натали Мах; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 3 ноября 2020 г.

This ingenious wall could harness enough wind power to cover your elec

This ingenious wall could harness enough wind power to cover your elec
  • Homepage

  • Co.Design

  • Tech

  • Work Life

  • Новости

  • Воздействие

  • Podcasts

  • Video

  • Live Event

    Innovation Festival

  • IF360

  • Subscribe

Help Center

fastco works

  • AWS

  • Deloitte

  • Dept

  • Elevate Prize

  • EY

  • IBM

  • Кларна

  • 1

    9

  • FastCo Works

    An award-winning team of journalists, designers, and videographers who tell brand stories through Fast Company’s distinctive lens

FC Executive Board

collections

  • Fast Government

    The future of инновации и технологии в правительстве на благо

  • Самые инновационные компании

    Ежегодный рейтинг компаний Fast Company, оказывающих огромное влияние

  • Самые творческие люди

    Лидеры, творчески формирующие будущее бизнеса

  • Идеи, меняющие мир

    Новые рабочие места, новые источники пищи, новая медицина и даже совершенно новая экономическая система

  • Innovation By Design

    Празднование лучших идей в бизнесе

Информационный бюллетень

События

  • Фестиваль инноваций

Курсы и обучениеРекламаCurrent Issue

ПОДПИСАТЬСЯ

Подписывайтесь на нас:

Автор: Элиссавета М. Брэндон 2 минуты Прочитано

Использование энергии ветра скоро станет легким делом. Сегодня большая часть нашей ветровой энергии поступает от крупных ветряных электростанций, расположенных на холмистой местности и продуваемых ветрами побережьях. Плавучие ветряные электростанции также появляются в более глубоких водах, где ветер сильнее. Но что, если бы мы могли строить ветряные турбины в наших городах, прямо здесь, на наших собственных дворах? Не высокие и громоздкие столбы с огромными вращающимися лопастями, а новый тип ветряной турбины — такой, который можно было бы спрятать на виду и легко принять за стену?

Американский дизайнер и предприниматель Джо Дусе создал такой концепт, и он выглядит как кинетическая арт-инсталляция. Стена его ветряной турбины состоит из сетки квадратных стекол, вращающихся одновременно по 25 осям. Точный размер и формат не высечены на камне, поэтому варианты этой стены можно использовать в любом месте с приличным пролетом, например, на обочине шоссе или заборе вокруг здания. Другими словами, это может сделать ветряные электростанции еще более распространенными — не только в океане, но и на суше.

[Изображение предоставлено Joe Doucet] В текущей версии стена состоит из 25 готовых генераторов ветряных турбин (средняя часть, вокруг которой вращаются лопасти). Они прикреплены к 25 вертикальным стержням с прикрепленными к ним квадратными панелями. Прямо сейчас стена имеет высоту 8 футов и ширину 25 футов, но концепцию можно масштабировать. «У вас могут быть 25-футовые стержни, покрытые целыми зданиями», — говорит Дусе. Единственной проблемой будет правильное соотношение веса, поэтому, чтобы сделать его легче, Дусе предлагает каркас из алюминия, который затем можно обшить любым легким материалом.

В последние годы энергия ветра стала одним из самых популярных источников возобновляемой энергии в США. По прогнозам, к 2027 году рынок ветровой энергии превысит 180 миллиардов долларов, и только на прошлой неделе администрация Байдена объявила о своих планах построить все побережье США ветряными электростанциями. «Есть много причин, по которым ветряные электростанции находятся в океане», — говорит Дусе. «Это массивные башни; вы не увидите их разбросанными по городу». Справедливости ради следует отметить, что многие ветряные электростанции находятся в океане или вдоль побережья, потому что это самые ветреные места, которые не загорожены зданиями или другими признаками городской жизни.

Но это не значит, что города не подвержены сильным ветрам. В Бостоне, например, ветры были настолько сильными, что в 2016 году они опрокинули вековую 8-футовую статую Бенджамина Франклина. Традиционная ветряная электростанция не работала бы в Бостоне. Однако массив стен ветряной турбины может помочь.

Дусе построил прототип одиночного спиннинга и на его основе провел моделирование. Среднегодовое потребление электроэнергии для американского дома составляет немногим более 10 000 киловатт-часов в год. Одной из этих стен было бы достаточно. Но где Дусе видит истинный потенциал, так это в крупных коммерческих зданиях и даже в городах. «Вместо типичных подпорных стен вдоль дорог и автомагистралей у вас будет множество таких», — говорит Дусе, который говорит, что ведет переговоры с несколькими производителями, чтобы помочь ему вывести продукт на рынок. «Благодаря дополнительному ветровому ускорению от грузовиков наши автомагистрали могли бы позаботиться обо всех наших потребностях в энергии».

Значит, когда-нибудь в ближайшем будущем любое место с достаточным пролетом для 25-футовой стены может стать потенциальным источником энергии. «В городских районах не так много солнечного света, чтобы солнечная энергия работала, — говорит Дусе. «Ветер есть всегда».

Tech

Tech

Выполняйте эти 3 действия, чтобы каждое утро пользоваться Gmail

Tech

ORBITS Act: что нужно знать об усилиях Конгресса по очистке космического мусора TikTok копирует это

Новости

Новости

В этом году на Неделе моды в Нью-Йорке криптовалюты и Web3 находятся в центре внимания мира высокой моды

Новости

Соискатели: социальная теория 50-летней давности может стать ключом к вашему успеху в LinkedIn

Самые инновационные компании

Самые инновационные компании 2023 года: используйте эти удивительные советы, чтобы написать успешную заявку MIC за джинсами будущее

Co. Design

Нереализованная мечта Моше Сафди о Habitat 67 наконец-то может стать реальностью

Трудовая жизнь

Трудовая жизнь

Чтобы исправить бюрократию, требуется более чем месячный спринт. Вот почему

Work Life

Мы все знаем о «тихом увольнении». , и более мощный

Снижение цен на солнечную энергию привлекает все больше внимания, но и в ветроэнергетике происходят большие перемены. И я имею в виду большой .

Математика ветряных турбин довольно проста: чем больше, тем лучше. В частности, есть два способа получить больше энергии от ветра в данной области.

Первый вариант с более крупными роторами и лопастями для покрытия большей площади. Это увеличивает мощность турбины, т. е. ее общую потенциальную выработку.

Второй — поднять лопасти выше в атмосферу, где ветер дует более стабильно. Это увеличивает «коэффициент мощности» турбины, то есть количество энергии, которую она фактически производит, по отношению к ее общему потенциалу (или, в просторечии: как часто она работает).

История развития ветроэнергетики — это история создания все более высоких турбин с все большими и большими лопастями. Это непростое и тонкое дело. Высокие, худые вещи, размещенные при сильном ветре, имеют тенденцию изгибаться и сгибаться. Когда длинные лопасти турбины изгибаются, они могут врезаться в башню или ступицу, как это сделала датская система в 2008 году после того, как у нее отказал «тормоз» и она вышла из-под контроля: материалов, способных выдерживать нагрузки, возникающие при высоте и сильном ветре. Эти напряжения становятся довольно сильными — посмотрите это видео, в котором инженеры испытывают огромную турбинную лопасть, тяня ее взад и вперед с «весом примерно 16 африканских слонов».

В любом случае, делать турбины все больше и больше — вот в чем суть игры. Когда дело доходит до наземных (наземных) турбин, этот процесс начинает наталкиваться на различные нетехнические ограничения — проблемы с транспортом и инфраструктурой, вопросы землепользования, заботы о видах, крупных птицах, тенях и т. д.

Но особенно в Европе , энергия ветра все больше перемещается в море. А в океане, когда земля едва видна, единственное ограничение по размеру — инженерное. Следовательно, сегодняшние морские турбины поднимаются даже быстрее, чем наземные турбины за последнее десятилетие.

Яркий пример этой тенденции всплыл в марте 2018 года (когда я впервые опубликовал эту историю). GE Renewable Energy объявила, что инвестирует 400 миллионов долларов в разработку новой турбины-монстра: Haliade-X, которая будет (по крайней мере, до следующего большого анонса) самой большой, самой высокой и самой мощной в мире.

Лопасти ветряной турбины GE Haliade-X мощностью 12 МВт длиной 351 фут являются самыми длинными в мире. GE Возобновляемая энергия

Это впечатляющее инженерное достижение, но значение увеличения размера турбины выходит далеко за рамки этого. Большие турбины собирают больше энергии и более стабильно; чем больше они становятся, тем менее изменчивы и надежнее они становятся, и тем легче их интегрировать в сеть. Ветер уже вытесняет другие источники на оптовых рынках энергии. После еще нескольких поколений роста это больше не будет соревнованием.

Какие ветряные турбины получают до

Чтобы понять, насколько велика эта новая турбина GE, давайте начнем с некоторых сравнений.

Я позвонил Бену Хоэну, научному сотруднику Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, чтобы узнать последние данные о размерах ветряных турбин. (Он подчеркивает, что это предварительные данные — отчет LBNL об этом выйдет через несколько месяцев, но он не ожидает, что эти цифры сильно изменятся, если вообще изменятся). от основания до кончика) наземной турбины в США в 2017 году составляла 142 метра (466 футов). Средняя турбина была ближе к 152 метрам (499 футов). На самом деле, сказал Хоэн, медиана приближается к максимуму. Другими словами, со временем береговые турбины США, похоже, сойдутся примерно на этой высоте. Почему? Потому что, если вы строите выше 499 футов, Федеральное авиационное управление требует дополнительных шагов в процессе утверждения, и, по-видимому, большинство разработчиков не считают, что это стоит хлопот.

Самые высокие береговые турбины США находятся на проекте Hancock Wind в округе Хэнкок, штат Мэн. Те — Vestas V117-3.3, если хотите знать — около 574 футов в высоту.

Итак, на берегу. Что насчет офшоров? Что ж, на данный момент в США есть одна и только одна действующая морская ветряная установка — ветряная электростанция Блок-Айленд у Род-Айленда. Его турбины поднимаются примерно на 590 футов.

Как Haliade-X соотносится со всем этим? По данным GE, он достигнет высоты 90 124 853 фута 90 126 .

Хавьер Заррачина

Насколько мне известно, это будет самая высокая ветряная турбина в мире. Насколько я могу судить по гуглю (как я уже сказал, эти вещи быстро меняются), предыдущий рекордсмен — 809.наземная турбина в Германии.

Большие турбины означают большую мощность, чаще

Высота — это не все, что имеет значение. Haliade-X также может похвастаться несколькими превосходными степенями.

Диаметр ротора — это измерение полного размаха лопастей турбины (диаметр окружности, которую они определяют). При прочих равных условиях больший диаметр ротора означает, что турбина может собирать больше ветра.

В 2017 году, как сказал мне Хоэн, ветряные турбины США имели средний диаметр ротора 367 футов. Haliade-X будет иметь ротор диаметром 9 мм.0124 722 футов, что примерно вдвое больше среднего. Лопасти будут гигантскими, 351 фут в длину каждая, длиннее футбольного поля и длиннее, по словам GE, чем любая другая морская лопасть на сегодняшний день.

Огромный диаметр ротора, плюс устойчивый морской ветер, плюс турбина мощностью 12 МВт (в среднем около 3 МВт на суше; около 6 МВт на море) означают, что Haliade-X будет иметь необычно высокий коэффициент мощности.

Эта цитата из Отчета Министерства энергетики о рынке ветровых технологий за 2016 год показывает, как коэффициенты ветровой мощности менялись с течением времени: «Средний коэффициент мощности в 2016 году среди проектов, построенных в 2014 и 2015 годах, составил 42,5% по сравнению со средним значением 32,1% среди проектов. построенных в 2004–2011 гг. и всего 25,4% среди проектов, построенных с 19с 98 по 2001 год».

Для сравнения: в 2016 году средний коэффициент мощности атомного флота США составлял около 92 процентов. (Учитывая нынешние рынки, атомная энергия выгодна только при непрерывной работе в качестве базовой нагрузки.) Уголь и природный газ составляли 55 и 56 процентов соответственно. (Природный газ так низок, потому что он часто то растет, то падает, следуя за колебаниями спроса. Раньше цена на уголь приближалась к 80, но эксплуатация угольных электростанций становится все менее и менее рентабельной.)

Таким образом, современный ветер в США до 42,5 процента, а природный газ – до 56 процентов. По словам GE, Haliade-X будет иметь коэффициент мощности 9.0124 63 процента . Это чушь, хотя и не самая высокая в мире — плавучие морские турбины в проекте Hywind Scotland недавно достигли 65 процентов.

Сложите все это, и на «типичном немецком объекте в Северном море», по словам GE, каждый Haliade-X будет производить около 67 ГВтч в год, «достаточно чистой энергии для 16 000 домохозяйств на турбину и до 1 миллиона домохозяйств в Европе. в конфигурации ветряной электростанции мощностью 750 МВт». (Достаточно сказать, что для расточительных американских домохозяйств это число будет меньше.) По данным компании, это «на 45% больше энергии, чем у любой другой офшорной ветряной турбины, доступной сегодня».

Первый Haliade-X в настоящее время строится в Роттердаме, Нидерланды. В апреле GE заявила, что начнет производить электроэнергию в конце этого года.

ГЭ

Более крупные турбины, которые работают чаще, сокрушат всех конкурентов

Давайте посмотрим, что означают эти растущие коэффициенты мощности для ветра.

Я часто возвращаюсь к этому посту 2015 года энергетического аналитика Рамеза Наама о конечном потенциале энергии ветра. «Ветер с коэффициентом мощности 60%, — писал он, — даже при той же сегодняшней цене за киловатт-час был бы гораздо более ценным, чем сейчас, с меньшими ограничениями на то, сколько его мы могли бы использовать.

Почему? Некоторые причины.

  • Чем более изменчив источник, тем больше резервных копий требуется для его укрепления и обеспечения надежности. (Сегодня резервное питание чаще всего обеспечивают электростанции, работающие на природном газе, хотя количество аккумуляторов растет.) Делая ветер менее изменчивым и более надежным, более высокие коэффициенты мощности снижают затраты на резервное питание.
  • Переменная возобновляемая энергия (солнце и ветер) имеет тенденцию «съедать свой собственный обед». Поскольку все они производят энергию одновременно (когда светит солнце или дует ветер), следующее приращение добавленной мощности приводит к снижению клиринговой цены для всех остальных приращений. Чем больше энергии поступает в сеть одновременно, тем ниже цена. Распределяя свою энергию на более длительный период — примерно в два раза больше, чем 32 процента турбин 2011 года выпуска — турбина с коэффициентом мощности 60 процентов притупляет и замедляет этот эффект подавления цен.
  • Увеличивая часы работы, турбина с высоким коэффициентом мощности, скорее всего, будет работать во время пиков спроса, когда мощность наиболее ценна.

Коэффициент мощности 60+ процентов — это не совсем «базовая нагрузка», но он выглядит гораздо менее изменчивым. Таким образом, такие турбины, как Haliade-X, были бы более ценными, даже если бы цена на ветровую электроэнергию оставалась прежней.

Но, конечно, это не останется прежним; с 2009 года он упал на 65 процентов. В недавнем отчете NREL прогнозируется, что инновации в технологии ветроэнергетики (одной из многих которых являются более крупные турбины) могут снизить его еще на 50 процентов к 2030 году. (Исследователи из Университета Вирджинии работают над проект морской турбины, которая будет возвышаться, без лжи, на 1640 футов выше, чем Эмпайр Стейт Билдинг.)

Допустим, к 2025 году средняя высота ступицы новых ветряных турбин в США достигнет 460 футов, что примерно соответствует текущим прогнозам. Согласно данным NREL, такие турбины могут достигать коэффициента мощности более 60 процентов на более чем 750 000 квадратных миль территории США и более 50 процентов на площади 1,16 миллиона квадратных миль.

НРЭЛ

Такое количество ветра, при таком коэффициенте мощности, при обозримом прогрессе в области ветровых технологий, будет производить достаточно дешевую энергию, чтобы полностью сокрушить всех конкурентов. Да и 2025 не за горами.


Поддержите ли вы разъяснительную журналистику Vox?

Миллионы обращаются к Vox, чтобы понять, что происходит в новостях. Наша миссия никогда не была более важной, чем в этот момент: расширять возможности через понимание. Финансовые взносы наших читателей являются важной частью поддержки нашей ресурсоемкой работы и помогают нам сохранять нашу журналистику бесплатной для всех. Пожалуйста, рассмотрите возможность сделать вклад в Vox сегодня.

Построить ветряную турбину для выработки энергии

Научные проекты

Реферат

Альтернативные источники энергии сегодня очень актуальны. Одним из таких источников является ветер. Узнайте, как ветряная турбина может использовать силу ветра для выработки энергии в этом инженерном проекте научной выставки. Вы будете проектировать различные лопасти, чтобы выяснить, какие из них производят больше всего энергии, и заставите ветер работать на вас!

Краткий обзор

Аэродинамика и гидродинамика

 

Краткий (2-5 дней)

Нет

Доступен

Очень низкий (менее 20 долларов США)

Будьте осторожны при использовании дрели. Всегда надевайте защитные очки при работе с электроинструментом. Рекомендуется наблюдение взрослых.

Джастин Спан, Стажер, Научные друзья

Кэтрин Фоша, Инженер-авиатор/механик, Northrop Grumman

Elmer’s® является зарегистрированным товарным знаком компании Elmer’s Products, Inc.

Цель

В рамках этого научно-технического проекта вы будете разрабатывать и исследовать конструкции роторов ветряных турбин, чтобы оценить, какие из них производят больше энергии при определенной скорости ветра.

Введение

В настоящее время потребность в надежных источниках энергии заставляет многих говорить о энергии ветра. Энергия ветра собирается с помощью ветряных турбин — высоких столбовых конструкций с машиной наверху, которая выглядит как очень большой вентилятор. Однако вместо того, чтобы выдувать воздух, турбины ловят воздух. Когда дует ветер, он заставляет лопасти вентилятора, называемые роторами, вращаться, что приводит в движение турбину внутри и вырабатывает электричество. В основном, ветер делает действует на турбину, когда она заставляет ее вращаться. Работа — это приложение энергии, которое заставляет что-то двигаться. Энергия работы ветра забирается турбиной и преобразуется в электричество для использования в домах и городах.

Что такого особенного в форме ротора ветряной турбины, благодаря которой он легко вращается на ветру? Это из-за аэродинамики ротора — его формы и кривизны? В этом проекте научной выставки вы исследуете эффективность роторов турбины, сделав маленькую модель турбины и несколько роторов, меняя их форму и кривизну. Вы определите эффективность, измерив выходную мощность с использованием работы. Модель ветряной турбины будет выполнять работу с небольшим весом, поднимая его с земли на вершину турбины. Это будет представлять собой выходную мощность ветряной турбины. Вы будете измерять производительность каждой конструкции ротора по тому, какой вес он может нести — ротор, который тянет наибольший вес, является наиболее эффективной конструкцией. Чего ты ждешь? Заставим ветер работать!

Термины и понятия

Вы должны быть знакомы с приведенными ниже терминами, а также названиями частей ветряной турбины.

  • Энергия ветра
  • Ветряная турбина
  • Ротор
  • Работа
  • Аэродинамика
  • Эффективность
  • Энергия
  • Башня
  • Фонд
  • Гондола

Вопросы

  • Как ветряная турбина вырабатывает энергию из ветра?
  • Почему ветряная турбина должна иметь хорошую аэродинамическую конструкцию?
  • Почему демонстрация работы (перетаскивание груза) — это то же самое, что выработка электроэнергии?

Библиография

Это детский научный словарь, который можно использовать для поиска терминов, перечисленных во введении:

  • Кляйнедлер, Стивен. Детский научный словарь американского наследия. Бостон: Компания Houghton Mifflin, 2003.

Это более стандартный научный словарь, который также можно использовать для поиска терминов, перечисленных во введении:

  • Kleinedler, Steven, ed. Научный словарь американского наследия. 1-е изд. Бостон: Компания Houghton Mifflin, 2005.
  • .

На этом веб-сайте представлена ​​отличная картина аэродинамики ветряных турбин и дано объяснение энергии ветра:

  • Layton, J. (2008). Как работает энергия ветра. HowStuffWorks, Inc. Проверено 30 июля 2008 г.

Этот проект научной ярмарки основан на демонстрации на страницах 28-29 этой книги. Чем этот проект научной ярмарки отличается от демонстрации, приведенной в книге?

  • Паркер, Стив. Наука о воздухе. Чикаго: Библиотека Хайнемана, 2005 г.

Вот веб-сайт с хорошим общим объяснением того, что такое ветряные турбины и как они работают:

  • Alliant Energy. Сила ветра. Проверено 16 февраля 2012 г.
  • .

Материалы и оборудование

  • Высокая бутыль для воды объемом 1 л
  • Короткая бутылка для воды 500 мл с крышкой
  • Ножницы
  • Мрамор (около 50)
  • Бумага для принтера (несколько листов), разрезанная на кусочки размером 8 x 10 см
  • Линейка
  • Ножницы
  • Лента
  • Негнущиеся соломинки (около 30-40 шт.)
  • Перманентный маркер
  • Несколько больших скрепок (около 20)
  • Веревка или нить
  • Маленькие шайбы (3), примеры см. на рисунках 5, 6 и 7 на вкладке «Процедура»
  • Клей общего назначения, такой как Elmer’s® Glue-All
  • Плоскогубцы с тонкими губками
  • Маленький вентилятор, который можно поставить на стол, хорошего размера
  • Дрель со сверлом ¼ дюйма
  • Лабораторный блокнот

Экспериментальная процедура

Сборка ветряной турбины

  1. Убедитесь, что обе бутылки с водой сухие. Ознакомьтесь с названиями каждой части турбины, потому что эти термины будут использоваться в этой процедуре.
  2. 1-литровая бутылка с водой будет опорой и основанием ветряной турбины. Отрежьте горлышко бутылки. Затем вырежьте что-то вроде держателя из верхней части, чтобы он мог удерживать меньшую бутылку с водой, когда она лежит горизонтально, отрезав две «стороны» и оставив две «стороны». См. рис. 1 ниже, где показан пример того, как обрезать бутылку — оставление двух боковых панелей — не единственный способ держать другую бутылку. Можете ли вы придумать другой способ?
  3. Теперь, когда вы отрезали крышку от 1-литровой бутылки, наполните ее шариками. Это делает градирню очень тяжелой в нижней части, чтобы вентилятор не сдул ее позже, когда вы будете тестировать роторы. Кроме того, в этом случае бутылка является и башней, и основанием, потому что она удерживает остальную часть турбины и прочно стоит на земле.
  4. Теперь гондола , , которая будет сделана из короткой бутылки с водой. Во-первых, отложите колпачок в сторону. Затем вам нужно просверлить два отверстия в этой бутылке, так что взрослый вам поможет. Вам нужно одно отверстие в середине крышки и одно отверстие в середине дна, и оба должны быть достаточно большими, чтобы соломинка могла проходить через них и иметь возможность легко перемещаться. Используйте сверло диаметром ¼ дюйма. Позже вы будете вставлять соломинки в оба отверстия, и они должны легко прокручиваться в отверстиях.
  5. Просверлив отверстия, установите гондолу в башню — см. рис. 2. Примечание: На рисунке крышка снята, но она понадобится вам позже.

Сборка ротора в сборе

В этом эксперименте вы испытаете различные типы роторов на турбине. У вас будет два ротора для каждой конструкции, а не три, как на настоящей турбине, так как последнюю сделать гораздо сложнее. Вы, конечно, захотите создать некоторые базовые конструкции, такие как плоские роторы, оба ротора изогнуты в одном направлении, каждый ротор изогнут в противоположных направлениях и т. д. Попробуйте придумать и другие идеи, например, разрезанные роторы. в закругленный, зазубренный или треугольный стиль. См. Рисунок 3 для примеров различных конструкций роторов.

  1. Все ваши роторы должны быть сделаны из листов бумаги одинакового размера. Таким образом, вы сможете контролировать различия между каждой конструкцией ротора и знать, какие различия заставляют ротор вращаться больше всего. Рекомендуемый размер 8 см х 10 см. Для каждого дизайна вам понадобится два листа бумаги такого размера. Вырежьте столько пар бумаги, сколько у вас есть дизайнов для проверки; например, если у вас есть восемь рисунков, вырежьте восемь пар бумаги (всего 16 квадратов).
  2. Вам нужно сделать роторы похожими на крылья. Чтобы сделать один, аккуратно согните бумагу так, чтобы вы могли склеить два 10-сантиметровых края вместе, не сминая бумагу. У вас получится маленькое крыло, которое со стороны выглядит как слезинка. Проделайте это со всеми вырезанными листами бумаги и обязательно разложите роторы попарно.
  3. Если у вас есть конструкции ротора, которые должны быть обрезаны (например, верхняя конструкция на рис. 3), отрежьте их, прежде чем склеивать концы вместе, а затем склеивайте их, когда у вас будет правильная форма. Если бы вы приклеили их скотчем перед тем, как разрезать, то вы бы обрезали края скотча.
  4. Теперь вы соберете ось, которая будет сделана из соломки и будет крутиться, когда ветер попадает в крылья ротора. Вам понадобится в два раза длиннее соломинка, поэтому вы соедините концы двух соломинок вместе. Это делается путем зажимания конца одной из соломинок, а затем вставления защемленного конца в конец другой соломинки. Когда вы сделаете это, первая соломинка снова откроется во второй соломинке и застрянет внутри. Убедитесь, что двойная соломинка достаточно длинная, чтобы полностью пройти через гондолу, и что она не будет легко отделяться.
  5. Отмерьте 10 см с каждого конца двойной соломинки и сделайте отметку перманентным маркером. У вас должно быть только две отметки. Эти метки показывают, где будут располагаться крылья ротора на двойной соломинке.
  6. Аккуратно нанесите полоску клея на один конец двойной соломинки между концом и одной из 10-сантиметровых отметок, которые вы сделали. Этот клей удержит крыло ротора на соломе. Аккуратно пропустите этот конец соломинки через одно из крыльев ротора и убедитесь, что он касается клея. Держите крыло ротора на соломинке и дайте ему высохнуть в течение нескольких минут.
  7. Когда первое крыло ротора высохнет, повторите шаг 5 для другого конца двойной соломинки. Убедитесь, что концы второго ротора с лентой обращены в том же направлении, что и конец первого ротора. См. рис. 3 — хотя крылья ротора сложены, все они по-прежнему направлены в одном направлении.
  8. Теперь вы прикрепите еще одну соломинку к узлу ротора. Это соломинка, которая направлена ​​вниз на всех роторах на рис. 3, и она будет частью оси, поднимающей вес вверх, когда дует ветер. Эта соломинка крепится с помощью скотча и скрепки.
    1. Осторожно с помощью острогубцев (с помощью взрослых) разогните одну из скрепок и снова согните ее в форме буквы «Т». См. рис. 4 ниже. Убедитесь, что нижняя часть буквы «Т» достаточно тонкая, чтобы поместиться в соломинку.
    2. Теперь прикрепите эту канцелярскую скрепку в форме буквы «Т» к середине двойной соломинки с крыльями ротора. Убедитесь, что плечи «Т» приклеены к двойной соломинке и что нижняя часть «Т» направлена ​​вниз точно в том же направлении, что и заклеенные концы крыльев ротора.
    3. Теперь наденьте соломинку на нижнюю часть скрепки в форме буквы «Т», а затем прикрепите соломинку к двойной соломинке. Убедитесь, что все склеенные лентой части этого узла ротора прочны — не накладывайте слишком много ленты, но обязательно используйте достаточно, чтобы детали были надежно закреплены. Теперь ваш узел ротора должен выглядеть так, как показано на рис. 3.
  9. Повторите шаги 1-8 для каждой имеющейся у вас пары роторов. Сначала может показаться, что это много работы, но после того, как вы сделали это несколько раз, все пройдет гладко и быстро.
  10. Наконец, узлы ротора необходимо согнуть для проверки. Прямо сейчас они не должны сильно отличаться (за исключением тех, которые вы нарезали в разные формы). Чтобы ротор работал правильно, нужно согнуть крылья ротора в противоположные стороны. Это делается путем оборачивания одного крыла ротора по часовой стрелке, а другого крыла ротора против часовой стрелки вокруг соломинки. Здесь будьте осторожны — убедитесь, что вы смотрите прямо на соломинку, когда решаете, по часовой стрелке или против часовой стрелки. Вы должны представить себе циферблат на каждом конце соломинки, чтобы согнуть крылья ротора в правильном направлении. Когда вы оборачиваете каждое крыло ротора вокруг соломинки, держите его там в течение минуты, а затем отпускайте. Он развернется, но будет согнут в кривую. Будьте осторожны при сгибании! Не оборачивайте крылья ротора вокруг соломинок так сильно, чтобы оторвать их от клея!
  11. Убедитесь, что у вас есть разные конструкции для каждого узла ротора — другими словами, убедитесь, что нет двух абсолютно одинаковых узлов ротора. Например, на рис. 3 все три крыла согнуты одинаково, но конструкция у них разная: у одного крылья нормального размера, у другого крылья большего размера, а у третьего крылья обрезаны. Если вы хотите иметь большие крылья несущего винта, см. раздел «Вариации» под этими инструкциями.

Изготовление оси и завершение гондолы

Чтобы продемонстрировать эффективность ваших конструкций ротора, турбине нужна ось, которая будет вращаться вместе с узлом ротора и поднимать вес на башню. Вы уже построили половину оси — нижнюю часть буквы «Т» каждого узла ротора. Каждая сборка вставляется в гондолу через отверстие в крышке бутылки и соединяется с другой соломинкой, которая вставляется в гондолу через отверстие с другой стороны.

  1. Чтобы сделать вторую половину оси, согните внешнюю петлю скрепки так, чтобы она выглядела как скрепка на рисунке 5. Сделайте небольшой надрез рядом с концом соломинки, чтобы вы могли вставить скрепку — разрез должен быть небольшой щелью, не больше. Вставьте удлиненный конец скрепки и прикрепите ее скотчем к соломинке, чтобы она была хорошо прикреплена и не двигалась легко. Вам нужна дополнительная устойчивость, которую обеспечивает прорезь, потому что вы будете подвешивать к ней грузы, а лента сама по себе недостаточно прочна, чтобы удерживать зажим на оси.
  2. Затем отрежьте веревку длиной примерно равной высоте башни и привяжите ее к скрепке двойным узлом, как показано на рис. 5. Возьмите шайбу и завяжите ее двойным узлом на другом конце веревки. Вы закончили заднюю половину оси — она будет использоваться в каждом тесте, а узлы ротора будут изменены для тестирования каждой конструкции.
  3. Теперь вы соедините ось, которая завершает сборку ветряной турбины.
    1. Возьмите соломинку, к которой вы только что прикрепили канцелярскую скрепку, и зажмите другой ее конец, как вы делали это в шаге 4 сборки ротора. Держите его закрытым в течение минуты или около того, чтобы он согнулся таким образом и не открывался слишком быстро.
    2. Затем вставьте этот конец в отверстие на дне маленькой бутылки с водой (гондола). В то же время вставьте Т-образный конец одного из ваших узлов ротора в отверстие крышки бутылки в передней части гондолы. Теперь осторожно вставьте соломинку в нижней части гондолы в соломинку ротора, точно так же, как и соломинки из шага 4 сборки ротора. Этот шаг может быть сложным, потому что вы пытаетесь соединить их внутри гондолы. Продолжайте пробовать, пока у вас не получится. Если вам нужно, выньте соломинку из нижней части бутылки с водой и еще немного расплющите ее конец, чтобы она вошла в соломинку с ротором.
    3. Примечание: Вы будете отсоединять узел ротора и соединять его с другими узлами ротора при тестировании каждой конструкции, поэтому убедитесь, что вы знаете, как соединить две соломинки внутри гондолы!
  4. Вы построили весь ветряк. Это должно выглядеть так, как показано на рисунке 6 ниже. Есть несколько вещей, которые нужно перепроверить:
    1. Убедитесь, что вы можете легко вращать ось (две соломинки, соединенные внутри гондолы). Сделайте это, аккуратно вращая ротор пальцем. Если ось плохо крутится, возможно, вам придется вынуть соломинки и попросить взрослого расширить просверленные отверстия на обоих концах гондолы.
    2. Также убедитесь, что стиральная машина свисает с гондолы и не опирается на землю. Если это так, вы можете разместить всю турбину поверх книги, чтобы сделать ее выше.
    3. Убедитесь, что шайба не настолько тяжелая, чтобы слишком сильно натягивать скрепку или ось в гондоле.

Проверка конструкции ротора

  1. Освободите место на столе или прилавке. Убедитесь, что вокруг нет ничего, что может сдуться маленьким вентилятором. Установите вентилятор так, чтобы он был направлен прямо на ветряную турбину. Представьте, что это ветер, и убедитесь, что ветер дует прямо в ротор. Если турбина недостаточно высока, установите ее на несколько коротких книг, чтобы вентилятор мог дуть прямо в нее.
  2. Когда вентилятор и турбина настроены, включите вентилятор на минимальную скорость. Если узел ротора начинает вращаться, он работает! Если нет, вам может понадобиться больше скорости ветра. Попробуйте каждую из скоростей на вентиляторе, пока не найдете ту, которая работает. Если турбина по-прежнему не работает, попробуйте изменить положение вентилятора, чтобы убедиться, что он дует прямо на ротор. Также проверьте все детали турбины — легко ли крутится ось в гондоле? Стиральная машина слишком тяжелая?
  3. Когда вы определили оптимальную скорость вентилятора и установили его на нужной высоте, чтобы дуть прямо в ротор, запишите все детали настройки в лабораторную тетрадь и используйте одни и те же настройки для каждого испытания.
  4. Ваша цель в каждом испытании — определить, какой вес каждая конструкция ротора может поднять на всю высоту башни. Для каждой конструкции начните только с одной шайбы. См. рис. 7, чтобы увидеть вытащенную шайбу — веревка должна намотаться на скрепку и довести шайбу до оси. Затем привяжите вторую шайбу к веревке и посмотрите, сможет ли ротор вытащить ее. Если да, привяжите третью шайбу и так далее, если вам нужно больше шайб.
  5. Если ваша турбина больше не может тянуть шайбы, вы должны вместо этого продолжить свои испытания со скрепками. Снимите только последнюю добавленную шайбу (из-за чего она стала слишком тяжелой) и держите остальные шайбы привязанными к веревке. Затем добавьте к веревке скрепки по пять за раз и повторите попытку. Продолжайте добавлять скрепки, пока турбина не сможет больше тянуть вес. Запишите максимальное количество шайб и скрепок, которые может нести ваша турбина.
  6. Повторите шаги 4-5 еще два раза — убедитесь, что вы продолжаете увеличивать вес, пока не достигнете максимальной мощности турбины! Для каждой конструкции ротора вам потребуется три испытания максимального количества, чтобы доказать, что оно действительно является максимальным при данной скорости ветра. Проверяйте это каждый раз, добавляя больше скрепок и следя за тем, чтобы он не мог их тянуть. Когда вы убедитесь, что конструкция ротора показала одинаковые результаты в трех испытаниях с максимальным весом, запишите средний максимальный вес в лабораторную тетрадь.
  7. Теперь вы будете тестировать новую конструкцию ротора. Выньте узел ротора из гондолы и вставьте новый, внимательно следя за тем, чтобы ось-солома вставлялась в соломинку ротора. Повторите шаги 4-6, чтобы найти максимальное количество шайб и скрепок, которые может вытащить эта вторая конструкция ротора, а затем проверьте максимальное количество еще два раза, чтобы убедиться, наконец, вычислив среднее значение. Повторите эти тесты со всеми конструкциями роторов.
  8. Какая конструкция вытащила наибольшее количество скрепок и шайб? Если у вас есть галстук, проверьте каждый, добавляя скрепки по одной вместо пяти за раз. Какая конструкция лучше всего подходит для настоящей ветряной турбины? Почему вы считаете его лучшим?

Задать вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы по вашему научному проекту? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Опубликовать вопрос

Варианты

  • Попробуйте использовать в своих конструкциях крылья ротора разных размеров. Вместо 8 см х 10 см попробуйте 10 см х 10 см или 12 см х 8 см и т. д. Проявите творческий подход! Вы можете сделать весь второй набор таких же конструкций, которые вы использовали с крыльями ротора 8 x 10, и сделать второй набор точно таким же, но большего размера. Вы делаете такой же вывод с большими крыльями несущего винта? Или есть новый дизайн, который выдерживает наибольший вес?
  • Попробуйте сделать узел ротора с тремя или четырьмя крыльями вместо двух. У вас может быть небольшой кусочек глины в центре, чтобы держать их вместе. Убедитесь, что глина не слишком тяжелая, и воткните в нее соломинки, чтобы сделать отверстия для соломинок крыла ротора и соломинки оси. Затем выньте соломинки и обожгите глину (с помощью взрослого). Когда глина остынет и затвердеет, вклейте соломинки в отверстия, которые вы сделали раньше, а затем протестируйте новый дизайн. Будет ли турбина тянуть больше веса, если у нее более двух лопастей ротора? Он меньше весит? Почему ты так думаешь?

Вакансии

Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:

  • Руководство по проекту научной ярмарки
  • Другие подобные идеи
  • Идеи проекта аэродинамики и гидродинамики
  • Мои любимые

Лента новостей по этой теме

 

, ,

Процитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена ​​здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.

Стиль MLA

Сотрудники научных друзей. «Заставь ветер работать на тебя!» Друзья по науке , 3 марта 2022 г., https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Aero_p040/aerodynamics-hydrodynamics/wind-turbine-design.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.