Мой ветрогенератор на шаговом двигателе из флоппи-дисковода

Мой ветрогенератор на шаговом двигателе из флоппи-дисковода

Однажды, разбирая коробку с компьютерным хламом, я обнаружил у себя несколько дисководов от от старых 3-х дюймовых гибгих дисков. В свое время я извлек из них шаговые двигатели, а выбросить оставшиеся внутренности не поднялась рука. Сейчас мое внимание привлек двигатель для вращения дисков. Он выполнен самостоятельным блоком на отдельной печатной плате вместе с контроллером привода.
Задача состояла в том, как его запустить. Поиск решения в сети Internet по запуску такого двигателя не дал какого-либо положительного результата. Было множество статей по использованию шаговых двигателей позиционирующих магнитную головку и практически ничего по запуску “блина” – двигателя вращения диска. Единственная обнаруженная статья была на английском языке, но там описывался очень древний и конкретный дисковод. В общем пришлось искать способ запуска самостоятельно.

С чего я начал. К плате управления подходит шлейф из 4-5 цветных проводов в зависимости от типа дисковода. Два из них подают питание 12V (это было не трудно проследить), и как правило имеют цвета черный(общий) и красный(+). Оставшиеся провода, как я предположил, должны управлять пуском двигателя и скорее всего имеют ТТЛ уровни.

На плате я также обнаружил два фотоэлемента: один на краю платы – он определяет, что диск вставлен в приемник; второй фотоэлемент стоит ближе к центру двигателя – он позиционирует начальное положение диска в котором имеется соответсвующее отверстие. Нас интересует первый (удаленный) фотоэлемент, так как при вставленном диске мотор уже начинает вращаться (в подключенном к компьютеру дисководу).
Фотография контроллера с мотором от дисковода фирмы TEAC приведена на рисунке 1.


Puc.1

Далее, проследив на плате цепь от фотоэлемента, я установил, что она через транзистор поступает на вход управления микросхемы H13431 – контроллер двигателя (описание этой микросхемы нашел только на японском языке). На тот же транзистор подключен через диод один из проводов входного шлейфа.
Далее – дело техники. Подал на плату питание 12 вольт. Через резистор номиналом 3,3 ком вычисленный контак соединил с плюсом питания. ВСЕ. Двигатель начал вращаться!
Фрагмент платы с установленныи резистором показан на рисунке 2. Крайний левый контакт не задействован (видимо какой-то выходной сигнал). Следы пайки на плате – моя оплошность: подал на входной контакт непосредственно напряжение питания 12В и сжег транзистор, далее действовал осторожнее – через резистор номиналом 3,3 ком.


Puc.2

На другом дисководе (рис.3) с названием Sankyo и микросхемой контроллера M51784 пошел таким же путем (описание этой микросхемы есть на сайте www.datasheetcatalog.com). Нашел входной контакт на плате который выходит через резистор на управляющий транзистор и фотоэлемент. Также через резистор подал на него положительный потенциал. И. тишина. Попробовал поочередно позамыкать на “землю” оставшиеся два входных контакта. Заработало. Что это за контакт я не стал выяснять.


Puc.3

Увеличенный фрагмент второй доработанной платы приведен на рисунке 4. “Земляной” контакт и контакт от него слева запаяны вместе. Крайний левый контакт остался свободным.


Puc.4

Таким образом порядок подключения неизвестного дисковода достаточно прост:

1. Находим провода питания (обычно красный+ и черный-).

2. Пытаемся найти цепь управляющего транзистора и фотоэлемента (примерная схема на рис.5).

3. Если двигатель не вращается оставшиееся контакты замыкаем на “землю” (или подаем на них положительный потенциал через ограничительный резистор в несколько ком).


Puc.5

Дальнейшие эксперимены с двигателем показали, что он работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 7 до 12 вольт. При этом скорость вращения его очень стабильна, так как задается кварцевым или пъезокерамическим резонатором. Кстати можно попытаться поставить резонатор на другую частоту тем самым изменив скорость вращения. На моих платах резонатор выполнен в виде пластмассового прямоугольника синего цвета – его легко найти.

Применение данного двигателя оставляю на вашу фантазию. Желаю удачи!

Мой самодельный ветрогенератор на шаговом двигателе

Проезжая на велосипеде мимо дачных участков, я увидел работающий ветрогенератор:

Большие лопасти медленно, но верно вращались, флюгер ориентировал устройство по направлению ветра.
Мне захотелось реализовать подобную конструкцию, пусть и не способную вырабатывать мощность, достаточную для обеспечения “серьезных” потребителей, но все-таки работающую и, например, заряжающую аккумуляторы или питающую светодиоды.

Шаговые двигатели

Одним из наиболее эффективных вариантов небольшого самодельного ветроэлектрогенератора является использование шагового двигателя (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) – в таком моторе вращение вала состоит из небольших шагов. Обмотки шагового двигателя объединены в фазы. При подаче тока в одну из фаз происходит перемещение вала на один шаг.
Эти двигатели являются низкооборотными и генератор с таким двигателем может быть без редуктора подключен к ветряной турбине, двигателю Стирлинга или другому низкооборотному источнику мощности. При использовании в качестве генератора обычного (коллекторного) двигателя постоянного тока для достижения таких же результатов потребовалась бы в 10-15 раз более высокая частота вращения.
Особенностью шаговика является достаточно высокий момент трогания (даже без подключенной к генератору электрической нагрузки), достигающий 40 грамм силы на сантиметр.
Коэффициент полезного действия генератора с ШД достигает 40 %.

Для проверки работоспособности шагового двигателя можно подключить, например, красный светодиод. Вращая вал двигателя, можно наблюдать свечение светодиода. Полярность подключения светодиода не имеет значения, так как двигатель вырабатывает переменный ток.

Кладезем таких достаточно мощных двигателей являются пятидюймовые дисководы гибких дисков, а также старые принтеры и сканеры.

Например, я располагаю ШД из старого 5.25″ дисковода, работавшего еще в составе ZX Spectrum – совместимого компьютера “Байт”.
Такой дисковод содержит две обмотки, от концов и середины которых сделаны выводы – итого из двигателя выведено шесть проводов:

первая обмотка (англ. coil 1) – синий (англ. blue) и желтый (англ. yellow);
вторая обмотка (англ. coil 2) – красный (англ. red) и белый (англ. white);
коричневые (англ. brown) провода – выводы от средних точек каждой обмотки (англ. center taps).


разобранный шаговый мотор

Слева виден ротор двигателя, на котором видны “полосатые” магнитные полюсы – северный и южный. Правее видна обмотка статора, состоящая из восьми катушек.
Сопротивление половины обмотки составляет

Я использовал этот двигатель в первоначальной конструкции моего ветрогенератора.

Находящийся в моем распоряжении менее мощный шаговый двигатель T1319635 фирмы Epoch Electronics Corp. из сканера HP Scanjet 2400 имеет пять выводов (униполярный мотор):

первая обмотка (англ. coil 1) – оранжевый (англ. orange) и черный (англ. black);
вторая обмотка (англ. coil 2) – коричневый (англ. brown) и желтый (англ. yellow);
красный (англ. red) провод – соединенные вместе выводы от средней точки каждой обмотки (англ. center taps).

Сопротивление половины обмотки составляет 58 Ом, которое указано на корпусе двигателя.

В улучшенном варианте ветрогенератора я использовал шаговый двигатель Robotron SPA 42/100-558, произведенный в ГДР и рассчитанный на напряжение 12 В:

Ветротурбина

Возможны два варианта расположения оси крыльчатки (турбины) ветрогенератора – горизонтальное и вертикальное.

Преимуществом горизонтального (наиболее популярного) расположения оси, располагающейся по направлению ветра, является более эффективное использование энергии ветра, недостаток – усложнение конструкции.

Я выбрал вертикальное расположение оси – VAWT (vertical axis wind turbine), что существенно упрощает конструкцию и не требует ориентации по ветру. Такой вариант более пригоден для монтирования на крышу, он намного эффективнее в условиях быстрого и частого изменения направления ветра.

Я использовал тип ветротурбины, называемый ветротурбина Савониуса (англ. Savonius wind turbine). Она была изобретена в 1922 году Сигурдом Йоханнесом Савониусом (Sigurd Johannes Savonius) из Финляндии.

Сигурд Йоханнес Савониус

Работа ветротурбины Савониуса основана на том, что сопротивление (англ. drag) набегающему потоку воздуха – ветру вогнутой поверхности цилиндра (лопасти) больше, чем выпуклой.

Коэффициенты аэродинамического сопротивления (англ. drag coefficients) $C_D$

двумерные тела:

вогнутая половина цилиндра (1) – 2,30
выпуклая половина цилиндра (2) – 1,20
плоская квадратная пластина – 1,17
трехмерные тела:
вогнутая полая полусфера (3) – 1,42
выпуклая полая полусфера (4) – 0,38
сфера – 0,5
Указанные значения приведены для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) в диапазоне $10^4 – 10^6$. Число Рейнольдса характеризует поведение тела в среде.

Читайте также:  Как проверить датчик Холла VW Passat B3?

Сила сопротивления тела воздушному потоку $ = <<1 over 2> S rho > $, где $rho$ – плотность воздуха, $v$ – скорость воздушного потока, $S$ – площадь сечения тела.

Такая ветротурбина вращается в одну и ту же сторону, независимо от направления ветра:

Подобный принцип работы используется в чашечном анемометре (англ. cup anemometer) – приборе для измерения скорости ветра:

Такой анемометр был изобретен в 1846 году ирландским астрономом Джоном Томасом Ромни Робинсоном (John Thomas Romney Robinson):

Робинсон полагал, что чашки в его четырехчашечном анемометре перемещаются со скоростью, равной одной трети скорости ветра. В реальности это значение колеблется от двух до немногим более трех.

В настоящее время для измерения скорости ветра используются трехчашечные анемометры, разработанные канадским метеорологом Джоном Паттерсоном (John Patterson) в 1926 году:

Генераторы на коллекторных двигателях постоянного тока с вертикальной микротурбиной продаются на eBay по цене около $5:

Такая турбина содержит четыре лопасти, расположенные вдоль двух перпендикулярных осей, с диаметром крыльчатки 100 мм, высотой лопасти 60 мм, длиной хорды 30 мм и высотой сегмента 11 мм. Крыльчатка насажена на вал коллекторного микродвигателя постоянного тока с маркировкой JQ24-125H670. Номинальное напряжение питания такого двигателя составляет 3 . 12 В.
Энергии, вырабатываемой таким генератором, хватает для свечения “белого” светодиода.

Скорость вращения ветротурбины Савониуса не может превышать скорость ветра, но при этом такая конструкция характеризуется высоким крутящим моментом (англ. torque).

Эффективность ветротурбины можно оценить, сравнив вырабатываемую ветрогенератором мощность с мощностью, заключенной в ветре, обдувающем турбину:
$P = <1over 2>rho S $ , где $rho$ – плотность воздуха (около 1,225 кг/м 3 на уровне моря), $S$ – ометаемая площадь турбины (англ. swept area), $v$ – скорость ветра.

Первоначально в крыльчатке моего генератора использованы четыре лопасти в виде сегментов (половинок) цилиндров, вырезанных из пластиковых труб:

Размеры сегментов –
длина сегмента – 14 см;
высота сегмента – 2 см;
длина хорды сегмента – 4 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения – 3 см.

Я установил собранную конструкцию на достаточно высокой (6 м 70 см) деревянной мачте из бруса, прикрепленную саморезами к металлическому каркасу:

Недостатком генератора была достаточно высокая скорость ветра, требуемая для раскрутки лопастей. Для увеличения площади поверхности я использовал лопасти, вырезанные из пластиковых бутылок:

Размеры сегментов –
длина сегмента – 18 см;
высота сегмента – 5 см;
длина хорды сегмента – 7 см;
расстояние от начала сегмента до центра оси вращения – 3 см.

Проблемой оказалась прочность держателей лопастей. Сначала я использовал перфорированные алюминиевые планки от советского детского конструктора толщиной 1 мм. Через несколько суток эксплуатации сильные порывы ветра привели к излому планок (1). После этой неудачи я решил вырезать держатели лопастей из фольгированного текстолита (2) толщиной 1,8 мм:

Прочность текстолита на изгиб перпендикулярно пластине составляет 204 МПа и сравним с прочностью на изгиб алюминия – 275 МПа. Но модуль упругости алюминия $E$ (70000 МПа) намного больше, чем у текстолита (10000 МПа), т.е. тексолит намного эластичнее алюминия. Это, по моему мнению, с учетом большей толщины текстолитовых держателей, обеспечит гораздо большую надежность крепления лопастей ветрогенератора.
Ветрогенератор смонтирован на мачте:

Опытная эксплуатация нового варианта ветрогенератора показала его надежность даже при сильных порывах ветра.

Недостатком турбины Савониуса является невысокая эффективность – только около 15 % энергии ветра преобразуется в энергию вращения вала (это намного меньше, чем может быть достигнуто с ветротурбиной Дарье (англ. Darrieus wind turbine)), использующей подъемную силу (англ. lift). Этот вид ветротурбины был изобретен французским авиаконструктором Жоржем Дарье (Georges Jean Marie Darrieus) – патент США от 1931 года № 1,835,018.

Жорж Дарье

Недостатком турбины Дарье является то, что у нее очень плохой самозапуск (для выработки крутящего момента от ветра турбины уже должна быть раскручена).

Преобразование электроэнергии, вырабатываемой шаговым двигателем

Выводы шагового двигателя могут быть подключены к двум мостовым выпрямителям, собранным из диодов Шоттки для снижения падения напряжения на диодах.
Можно применить популярные диоды Шоттки 1N5817 с максимальным обратным напряжением 20 В, 1N5819 – 40 В и максимальным прямым средним выпрямленным током 1 А. Я соединил выходы выпрямителей последовательно с целью увеличения выходного напряжения.
Также можно использовать два выпрямителя со средней точкой. Такой выпрямитель требует в два раза меньше диодов, но при этом и выходное напряжение снижается в два раза.
Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью емкостного фильтра – конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для защиты от повышенного генерируемого напряжения параллельно конденсатору включен стабилитрон на 25 В.

схема моего ветрогенератора

электронный блок моего ветрогенератора

Применение ветрогенератора

Вырабатываемое ветрогенератором напряжение зависит от величины и постоянства скорости ветра.

При ветре, колышущем тонкие ветви деревьев, напряжение достигает 2 . 3 В.

При ветре, колышущем толстые ветви деревьев, напряжение достигает 4 . 5 В (при сильных порывах – до 7 В).

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К JOULE THIEF

Сглаженное напряжение с конденсатора ветрогенератора может подаваться на Joule Thief – низковольтный DC-DC преобразователь

Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) – целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.
Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp-транзистора ГТ308В (VT) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 – выводы 2-3, L2 – выводы 5-6) :

ЗАРЯД ИОНИСТОРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)

Ионистор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.
Ионистор – неполярный элемент, но один из выводов может быть помечен “стрелкой” – для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.
Для первоначальных исследований я использовал ионистор 5R5D11F22H емкостью 0,22 Ф на напряжение 5,5 В (диаметр 11,5 мм, высота 3,5 мм):

Я подключил его через диод к выходу Joule Thief через германиевый диод Д310.

Для ограничения максимального напряжения зарядки ионистора можно использовать стабилитрон или цепочку светодиодов – я использую цепочку из двух красных светодиодов:

Для предотвращения разряда уже заряженного ионистора через ограничительные светодиоды HL1 и HL2 я добавил еще один диод – VD2.

Продолжение следует

Из старого флоппи-дисковода – станок для правки мелких свёрл

Когда-то давным-давно сделал из старого «винчестера» станочек для правки и заточки мелких свёрл, но у него слишком велика минимальная скорость вращения и обычно когда торопишься, то свёрла перегреваются. Пытался как-то уменьшать обороты, ничего хорошего не получилось и поэтому оставил всё как есть, просто заставив себя не торопиться. А тут недавно пришли знакомые компьютерщики и с вопросом «посмотри, из этого можно что-нибудь полезного сделать?» начали вываливать на стол множество дисководов на три с половиной дюйма (рис.1). И почему-то первой же мыслью было – а не попробовать ли собрать новую низкоскоростную «правку»…

Не откладывая это дело в долгий ящик, тут же снимаем крышки с нескольких дисководов разных марок и смотрим, что там внутри.

А внутри всё по-разному и у разных моделей одной марки управление двигателями может быть собрано и на одной и на двух микросхемах (рис.2).

Рассматриваем детали на платах поподробнее и отдаём предпочтение варианту с двумя микросхемами (рис.3) – по дорожкам и подходящим проводам видно, что правая микросхема ALPS-R SD705A (кроме всего прочего) отвечает за работу шагового двигателя перемещения считывающей головки, а левая LB11813 – только за работу двигателя вращения диска.

Читайте также:  Монтажный блок реле и предохранителей автомобиля ВАЗ 2107 - Схема предохранителей ВАЗ-2107

Также видно, что обе микросхемы соединяются всего двумя сигнальными дорожками – 33 и 34 выводы большой микросхемы идут к соединённым вместе 10-му и 11-тому выводам и к 12 выводу LB11813 соответственно.

Честно говоря, ранее уже приходилось сталкиваться с дисководами и уже есть некоторое представление о принципе их работы, поэтому, сказав для пущей важности «сейчас мы здесь что-нибудь отрежем…», аккуратно перерезал обе эти дорожки (рис.4).

Вывод 12 микросхемы LB11813 оставляем в покое, а на 10-й и 11-й нужно подать тактовый сигнал CLK. Так как частота его следования должна быть около 1 МГц, а амплитуда стандартная для микросхем пятивольтовой серии, то собираем на подвернувшемся под руку кусочке текстолита генератор прямоугольных импульсов на микросхеме К555ЛН1. Ставим переменный резистор для регулирования частоты и при среднем его положении подбором ёмкости конденсатора подгоняем выходную частоту к 1 МГц. Затем соединяем выход генератора с выводами LB11813 (рис.5), подпаиваем шины питания дисковода и генератора и включаем БП. Слышим, что двигатель начал вращаться. Это хорошо… Покрутив ручку переменного резистора, слышим как меняется частота вращения двигателя. И это хорошо…

Гости, радостные и окрылённые открывшимися перспективами, помчались домой, на ходу обдумывая, как можно использовать это «чудо техники», а я вернулся к схеме, чтобы посмотреть, что нужно оставить, а что убрать, и как это всё это облагородить в корпусе…

Сначала, вооружившись тестером, карандашом и листком бумаги, срисовал с платы схему (рис. 6). Здесь нумерация элементной обвязки, относящейся к микросхеме LB11813, оставлена старой, т.е. той, что была на плате.

Затем посмотрел некоторые технические характеристики. Потребляемый от пятивольтового блока питания ток на холостом ходу равен 0,22 А, при средней «нагрузке» на валу двигателя – меняется от 0,5 А до 0,7 А. Перед самой остановкой вращения ток достигает значения 0,85 А. Температура нагрева корпуса микросхемы LB11813 зависит от нагрузки, но в любом случае не превышает 50-70 градусов.

Минимальная частота генератора, при которой ещё вращается двигатель – около 0,45 МГц, максимальная – около 4,6 МГц.

Теперь дисковод полностью разбираю, оставив только две платы, соединённые 4-мя цветными проводами – по ним микросхема LB11813 управляет двигателем (рис.7). Белый восьмипроводный шлейф тоже не нужен – на плате с двигателем что было интересного, так это не то дроссель, не то какой другой элемент, но очень похожий на дроссель и отвечающий, скорее всего, за контроль частоты вращения двигателя (т.е. выполняющий функции датчика Холла) – так вот его можно выпаять, всё работает и без него. Остальные проводники шлейфа – это общий провод, напряжение питания, а также передача сигналов от концевых выключателей с платы двигателя (выпаиваем и их тоже).

«Сдуваю» термофеном все ненужные элементы с большой платы и обрезаю её так, чтобы остались крепёжные отверстия (рис.8).

Готового подходящего по размерам не нашёл, взял кусок 16-миллиметровой ДСП, тонкий пластмассовый лист и кусок стеклотекстолита от старой печатной платы. Немного попилил, посверлил и закрепил всё так, чтобы не очень «выпирало» и не занимало много места на столе (рис.9, рис.10, рис.11, рис.12).

Печатную плату для импульсного генератора развёл, но пока не вытравил – неохота разводить «бодягу» ради одной-двух маленьких плат. А пока установил в корпус макетный вариант и приклеил термоклеем его и плату с микросхемой-приводом двигателя. Файл печатной платы в формате программе Sprint-Layout находится в приложении к статье (вид сделан со стороны установки деталей – рисунок при ЛУТ надо «зеркалить»).

Никакой накладной декоративной панелью корпус сверху накрывать не стал – головки винтов так и оставил на виду. Пластмасса, из которой сделана верхняя крышка, попалась очень удачная – к ней не прилипают намертво никакие клеи из серий «Момент» или БФ и она практически не царапается и не мажется. Из той части, что осталась при выпиливания отверстия под вращающуюся поверхность двигателя, вырезал кольцо, которое приклеил сверху к этой вращающейся поверхности. На это кольцо можно наклеивать кольца из наждачной бумаги (рис.13), которые при желании достаточно легко содрать и на пластмассовой поверхности кольца почти не остаётся остатков клея. А что остаётся – сцарапывается ногтём.

В качестве блока питания применил импульсный преобразователь, выдающий 5В/1А от какой-то старой оргтехники. Провод питания впаян в схему напрямую – может быть это и не очень правильно, но зато блок питания никогда не теряется и потом, при его замене на новый, не приходится разбираться, где в разъёме «плюс, а где «минус»».

Никаких выключателей на корпусе нет, индикации подачи напряжения тоже. Движок резистора регулировки оборотов выведен сбоку. Учитывая, что за прошедший месяц пришлось два раза править свёрла и один раз затачивать несколько сломанных разного диаметра и за это время ни разу не появилось надобности уменьшить обороты, то получается, что можно было и не делать плавную регулировку. Настроить генератор на 4 МГц – и всё.

Конечно же, проверил работу схемы с двигателем от «винчестера» – всё работает так же, но с заметно меньшей мощностью в сравнении с управлением от «родного» контроллера. Это понятно – двигателю от HDD требуется более высокое напряжение питания.

Из академического интереса посмотрел форму сигналов в цепях питания двигателем. На рисунках ниже показаны состояния на «фазах» U и V относительно общего провода при тактовой частоте 4,6 МГц (рис.14), при 1 МГц (рис.15) и на одной из «фаз» и вывода, обозначенного на платах как N («нейтраль», надо полагать) (рис.16):

Сигналы «снимались» через резисторные делители, поэтому уровни не соответствуют показаниям шкалы напряжений, но так коэффициенты деления были одинаковы и не менялись, то отношения уровней относительно друг друга верны. Временные интервалы соответствуют действительности.

Маломощный ветрогенератор из шагового двигателя: самодельное устройство из принтера

Обновлено: 4 мая 2019

Создание ветрогенератора

Создание ветрогенератора не обязательно означает изготовление крупного и мощного комплекса, способного обеспечивать электроэнергией целый дом или группу потребителей. Можно изготовить небольшой ветряк, представляющий собой, по сути, действующую модель серьезной установки. Целью такого мероприятия может быть:

  • Ознакомление с основами ветроэнергетики.
  • Совместные обучающие занятия с детьми.
  • Экспериментальный образец, предваряющий строительство крупной установки.

Создание такого ветряка не потребует использования большого количества материалов или инструментов, можно обойтись подручными средствами. Рассчитывать на выработку серьезных объемов энергии не приходится, но для питания небольшого светильника на светодиодах может хватить. Основная проблема, существующая при создании небольших ветряков — это генератор. Его сложно создать самостоятельно, поскольку размеры устройства невелики. Проще всего использовать небольшой электродвигатель, позволяющий использовать его в режиме генератора.

Самодельный ветряк на основе шагового двигателя

Чаще всего, при изготовлении маломощных ветрогенераторов используют шаговые электродвигатели. Особенность их конструкции состоит в наличии нескольких обмоток. Обычно, в зависимости от размера и назначения, изготавливают двигатели с 2, 4 или 8 обмотками (фазами). При подаче напряжения на них по очереди вал соответственно поворачивается на определенный угол (шаг).

Преимущество шаговых двигателей заключается в способности производить достаточно большой ток при низких скоростях вращения. На генератор из шагового двигателя можно установить крыльчатку без всяких промежуточных устройств — передач, редукторов и т.п. Выработка электроэнергии будет производиться с такой же эффективностью, как и на устройствах другой конструкции с использование повышающих передач.

Разница в скоростях весьма существенная — для получения такого же результата, например, на коллекторном двигателе, потребуется скорость вращения в 10 или 15 раз больше.

Считается, что с помощью генератора из шагового двигателя можно заряжать аккумуляторы или батареи мобильных телефонов, но на практике положительные результаты отмечаются крайне редко. В основном, получаются источники питания для небольших светильников.

К недостаткам шаговых двигателей можно отнести значительное усилие, необходимое для начала вращения. Это обстоятельство снижает чувствительность всей ветроустановки к слабым ветрам, что можно несколько скорректировать путем увеличения площади и размаха лопастей.

Читайте также:  Ремонт заднего бампера Daewoo Nexia - пути решения проблемы

Отыскать такие двигатели можно в старых дисководах для гибких носителей, в сканерах или принтерах. Как вариант, можно приобрести новый двигатель, если в запасе нужного устройства не окажется. Для большего эффекта следует выбирать более крупные двигатели, они способны выдавать достаточно большое напряжение, чтобы его можно было как-то использовать.

Ветрогенератор из деталей от принтера

Один из подходящих вариантов — использование шагового двигателя от принтера. Его можно извлечь из вышедшего из строя старого устройства, в каждом принтере как минимум два таких двигателя. Как вариант, можно приобрести новый, не бывший в эксплуатации. Он способен вырабатывать мощность около 3 ватт даже при слабом ветре, типичном для большинства регионов России. Напряжение, которое может быть достигнуто, составляет 12 и более В, что позволяет рассматривать устройство как возможность зарядки аккумуляторов.

Шаговый двигатель выдает переменное напряжение. Для пользователя необходимо прежде всего выпрямить его. Потребуется создать диодный выпрямитель, для чего потребуется по 2 диода на каждую катушку. Можно и напрямую подключить светодиод к выводам катушки, при достаточной скорости вращения этого хватит.

Крыльчатку ротора проще всего установить прямо на вал двигателя. Для этого надо изготовить центральную часть, способную плотно усаживаться на вал. Доя усиления фиксации крыльчатки необходимо просверлить отверстие и нарезать в нем резьбу. Впоследствии в него буде завинчиваться стопорный винт.

Для изготовления лопастей обычно используют полипропиленовые канализационные трубы или иные подходящие материалы. Главным условием является малый вес и достаточная прочность, поскольку лопасти иногда набирают вполне приличную скорость. Использование ненадежных материалов может создать нежелательную ситуацию, когда крыльчатка разваливается на ходу.

Лопасти

Обычно изготавливают по 2 лопасти, но можно сделать и большее количество. Необходимо помнить, что большая площадь лопастей повышает КИЭВ ветряка, но параллельно с этим увеличивается фронтальная нагрузка на крыльчатку, передающаяся валу двигателя. Изготовление маленьких лопастей также не рекомендуется, поскольку они не смогут преодолеть залипание вала при старте вращения.

Для возможности вращения ветряка вокруг вертикальной оси надо сделать специальный узел. Сложность в этом заключается в необходимости обеспечить неподвижность кабеля, идущего от генератора. Поскольку устройство имеет, скорее, декоративное назначение, обычно подходят к вопросу проще — устанавливают потребитель прямо на корпусе генератора, исключая присутствие длинного кабеля. В противном случае придется монтировать систему наподобие щеточного коллектора, что нерационально и требует большого количества времени.

Мачта

Собранный ветряк необходимо установить на мачту высотой как минимум 3 метра. Потоки ветра у поверхности земли имеют нестабильное направление, вызванное турбулентностью. Подъем на некоторую высоту поможет получить более равномерные потоки. Для самостоятельной установки на ветер по оси вращения устанавливают хвостовой стабилизатор, играющий роль флюгера. Он делается из любого куска пластмассы, алюминиевой пластинки или иного подручного материала.

Самодельный ветрогенератор на основе шагового двигателя

В качестве генератора на ветряк подойдет шаговый двигатель (ШД) для принтера. Даже при небольшой скорости вращения он вырабатывает мощность около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, что дает возможность заряжать небольшой аккумулятор.

Принципы использования

Характерная для российского климата турбулентность ветра в приземных слоях приводит к постоянным изменениям его направления и интенсивности. Ветрогенераторы больших размеров, мощность которых превышает 1 Квт будут инерционными. В результате они не успеют полностью раскрутиться при смене направления ветра. Этому также мешает момент инерции в плоскости вращения. Когда боковой ветер действует на работающий ветряк, он испытывает огромные нагрузки, которые могут привести к его быстрому выходу из строя.

Целесообразно применять ветрогенератор малой мощности, изготовленный своими руками, имеющий незначительную инерционность. С их помощью можно заряжать маломощные аккумуляторы мобильных телефонов или использовать для освещения дачи светодиодами.

В дальнейшем лучше ориентироваться на потребителей, нетребующих преобразования вырабатываемой энергии, например, для подогрева воды. Нескольких десятков ватт энергии вполне может хватить для поддерживания температуры горячей воды или для дополнительного подогрева системы отопления, чтобы она не перемерзала зимой.

Электрическая часть

Генератором в ветряк можно устанавливать шаговый двигатель (ШД) для принтера.

Даже при небольшой скорости вращения он вырабатывает мощность около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, что дает возможность заряжать небольшой аккумулятор. Остальные генераторы эффективно работают при скорости вращения более 1000 об./мин, но они не подойдут, поскольку ветряк вращается со скоростью 200-300 об./мин. Здесь необходим редуктор, но он создает дополнительное сопротивление и к тому же имеет высокую стоимость.

В генераторном режиме у шагового двигателя вырабатывается переменный ток, который легко преобразовать в постоянный, используя пару диодных мостов и конденсаторы. Схему легко собрать своими руками.

Установив за мостами стабилизатор, получим постоянное выходное напряжение. Для визуального контроля можно еще подключить светодиод. Чтобы уменьшить потери напряжения для его выпрямления применяются диоды Шоттки.

В дальнейшем можно будет создать ветряк с более мощным ШД. Такой ветрогенератор будет обладать большим моментом трогания. Проблему можно устранить, отключая нагрузку во время пуска и при малых оборотах.

Как сделать ветрогенератор

Лопасти можно изготовить своими руками из трубы ПВХ. Нужная кривизна подбирается, если взять ее с определенным диаметром. Заготовку лопасти рисуют на трубе, а затем вырезают отрезным диском. Размах винта составляет около 50 см, а ширина лопастей — 10 см. После следует выточить втулку с фланцем под размер вала ШД.

Она насаживается на вал двигателя и крепится дополнительно винтами, а к фланцам крепятся пластиковые лопасти. На фото изображено две лопасти, но можно сделать четыре, прикрутив еще две аналогичные под углом 90º. Для большей жесткости под головки винтов следует установить общую пластину. Она плотней прижмет лопасти к фланцу.

Изделия из пластика долго не служат. Продолжительный ветер со скоростью более 20 м/с такие лопасти не выдержат.

Далее нужно произвести балансировку. Это делается своими руками: от концов лопастей отрезаются кусочки пластика. Угол их наклона можно изменить посредством нагрева и изгиба.

Генератор вставляется в кусок трубы, к которому он крепится болтами.

К трубе с торца крепится флюгер, представляющий собой ажурную и легкую конструкцию из дюралюминия. Ветрогенератор держится на приваренной вертикальной оси, которая вставляется в трубу мачты с возможностью вращения. Под фланец можно установить упорный подшипник или полимерные шайбы, снижающие трение.

У большей части конструкций ветряк содержит выпрямитель, который крепится к подвижной части. Это делать нецелесообразно из-за увеличения инерционности. Электрическую плату вполне можно разместить внизу, а к ней вывести вниз провода от генератора. Обычно с шагового двигателя выходит до 6 проводов, соответствующих двум катушкам. Для них нужны токосъемные кольца для передачи электроэнергии от подвижной части. На них довольно сложно установить щетки. Механизм токосъема может оказаться сложней, чем сам ветрогенератор. Еще было бы лучше разместить ветряк так, чтобы вал генератора располагался вертикально. Тогда провода не будут заплетаться вокруг мачты. Такие ветрогенераторы сложней, но зато уменьшается инерционность. Коническая передача здесь будет в самый раз. При этом можно увеличить обороты вала генератора, подобрав необходимые шестерни своими руками.

Закрепив ветряк на высоте 5-8 м, можно начинать проводить испытания и собирать данные о его возможностях, чтобы в дальнейшем установить более совершенную конструкцию.

В настоящее время становятся популярными вертикально-осевые ветрогенераторы.

Некоторые конструкции хорошо выдерживают даже ураганы. Хорошо себя зарекомендовали комбинированные конструкции, работающие при любом ветре.

Заключение

Маломощный ветрогенератор надежно работает из-за малой инерционности. Его легко изготавливают в домашних условиях и используют преимущественно для подзарядки небольших аккумуляторов. Он может пригодиться в загородном доме, на даче, в походе, когда возникают проблемы с электричеством.

Обсуждение

Max Cohen
Добрый день, а конденсатор в роли сглаживателя? Я сам далек от электроники.
Но Я взял на заметку вашу идею о конденсаторе. Хочу сделать фонарик для велосипеда. Без аккумуляторов и батареек, только динамика и энергия человека. Можно получить схему? Спасибо.

Игорь Круч
@Max Cohen Да, конденсатор сглаживает кратковременную просадку напряжения при замедлении вращения ручки генератора. На видео это хорошо видно. А вот на велосипед если поставить динамку и светодиод, будет тоже самое, свечение будет прерываться без конденсаторов большой ёмкости. Сам динамо втулками не пользовался и не знаю сколько они выдают вольт, скажите сколько и на какой скорости выдаёт ваша, а там видно будет…если слишком мало то купите повышающий dc-dc преобразователь, если слишком много, то понижающий, что логично:) Также понизить можно спаяв стабилизатор на микросхеме серии кр142. В общем как-то так…

Max Cohen
@Игорь Круч​​ добрый вечер, в среднем у меня вырабатывает 4-6 вольта. Видео есть на Youtube у меня на канале. Напряжение выдает отлично, на большой скорости доходит до 10 вольт. Кстати, что может означать вольтаж на конденсаторах? Спасибо.

Игорь Круч
@Max Cohen Скажите сколько вольт требуется вашему светодиоду, а там видно будет. На конденсаторах пишется максимально допустимое рабочее напряжение, если его превысить, конденсатор вздуется и испортится.

Max Cohen
@Игорь Круч добрый день, а светодиоды у вас на видно горят по разному. Первое – самое яркое, потом тусклее, а дальше так же… Или мне так на видео показалось. Спасибо.

Игорь Круч
@Max Cohen Есть такое. Они в камеру под разным углом попадали, тот, что прямо больше светил в камеру, а не в стороны, как 2 других.

Второй вариант электрогенератора и его применение в качестве зарядки для телефона


Обсуждение

  1. Уважаемый автор, огромное спасибо за подробную инструкцию. Сделал такое же устройство, вручил водителю, теперь он заряжает мой iPhone6 в золотом корпусе в минуты простоя. Я понимаю, что можно было бы зарядить и посредством обычного зарядного устройства, но нечего ему бездельничать – не просто же так зарплату плачу! Ещё раз спасибо за идею крайне полезной в хозяйстве любого делового человека вещи!
  2. Идея хороша, но диодный мост не помешает: когда вращать в противоположную сторону ручку, полярность напряжения на двигателе сменится на обратную. С мостом можно в любую сторону вращать, риск повреждения заряжаемого устройства ликвидирован.

2 комментария

Я пробовал двигатель вращения тарелки от СВЧ печки, там двигатель со встроенным редуктором на 21 Вольт, при вращении его вала с частотой 6-10 оборотов в минуту дает около 15 вольт, есть такие же, но на 220 вольт. Я сначала не поверил, что он смождет обеспечить 220 вольт в качестве генератора. Ухватился за выводы и крутанул вал пассатижами, выронил двигатель из рук – долбануло по пальцам так, что в глазах потемнело. в вообщем если через маломощный трансформатор и выпрямитель, то можно на 5-6 вольт зарядку сделать эффективную для телефона. Еще можно шаговый двигатель от принтера в качестве динамогенератора при средней частоте вращения 10 оборотов в минуту дает где-то 12-15 вольт при токе 0,5 АМПЕРА.

Спасибо, это отличная идея, где найти движок с редуктором.

Ссылка на основную публикацию