Moteur de disque dur comme générateur. Mon éolienne maison sur un moteur pas à pas. processus de fabrication du générateur

04.03.2020

Ça prendra

Pompe d'une machine à laver automatique. Il se trouve tout en bas et sert à pomper l'eau du tambour dans les égouts.
Quatre disques durs peuvent provenir de fabricants différents.
Un poteau est un long tuyau pour monter un moulin à vent à une certaine hauteur.
Boulons, écrous, rondelles.
Fils.

Quelques mots sur la pompe à eau

Une pompe à eau servira de génératrice produisant de l'électricité. Il se compose d'un rotor mobile avec des aimants permanents et d'un stator mobile avec un circuit magnétique en forme de U et une bobine dessus.

Le rotor est assez facile à retirer.

Grâce à l'utilisation d'aimants permanents, une telle pompe fonctionne parfaitement comme un générateur capable de délivrer jusqu'à 250 V. Bien sûr, notre éolienne ne donnera pas une telle vitesse et la tension de sortie sera plusieurs fois inférieure.

Fabrication d'éoliennes

Il a été décidé de fixer la pompe avec des coins en acier de construction, en les pliant et en les coupant au besoin.

Il s'est avéré comme ça, une sorte de collier.

Un trou a été fait dans le circuit magnétique de la pompe pour une fixation plus sûre.

Assemblage assemblage.

Pales d'éoliennes

Les lames sont fabriquées à partir de tuyaux en PVC.

Nous coupons le tuyau en trois parties égales.

Et puis nous avons découpé notre propre lame de chaque moitié.

Nous faisons des trous aux endroits où les pales sont fixées au générateur.

Fixation de la lame

Pour fixer les pales de l'éolienne, deux disques du disque dur ont été utilisés.

Le trou dans lequel est parfaitement adapté au diamètre de la roue.

Nous marquons.

Forage.

Les disques sont fixés au rotor avec des boulons, des rondelles et des écrous.

Visser les lames.

Pivot

Pour que le moulin à vent tourne dans différentes directions en fonction du vent, il doit être installé sur un plateau tournant, dans le rôle duquel le moteur du disque dur sera utilisé, car il existe de très bons roulements.

À l'avenir, un disque y sera placé sur lequel le générateur sera attaché.

Percez un trou sous le support et sciez la partie inutile.

Assemblée générale

Au moteur HDD, qui servira de plateau tournant, nous attachons les coins à trois endroits.

Nous découpons la pale de queue dans du carton ou du plastique afin que le vent lui-même dirige le ventilateur.

Commençons maintenant à tout assembler.

Nous prenons un poteau et fixons le fil pour l'alimentation.

Nous prenons un tournant.

Nous insérons dans le tuyau et serrons les écrous que nous séparons sur les côtés.

En gros ça tient bien.

Dans cet article, nous considérerons un modèle de générateur à aimant puissant capable de générer de l'électricité avec une puissance de 300 watts. Le cadre est assemblé à partir de plaques de dural de 10 mm d'épaisseur. Le générateur se compose de 3 parties principales : boîtier, rotor, stator. Le but principal du boîtier est de fixer le rotor et le stator dans une position strictement définie. Le rotor en rotation ne doit pas toucher les bobines du stator avec des aimants. Le boîtier en duralumin est assemblé à partir de 4 parties. La disposition angulaire fournit une structure simple et rigide. Le corps est fabriqué sur une machine CNC. C'est à la fois un avantage et un inconvénient du développement, car pour une répétition de haute qualité du modèle, vous devez trouver des spécialistes et une machine CNC. Le diamètre des disques est de 100 mm.

Vous pouvez également prendre un générateur électrique prêt à l'emploi dans la boutique en ligne.

Le rotor du générateur électrique I. Belitsky

Rotor est un axe en fer. Sur celui-ci sont fixés 2 disques de fer avec des aimants en néodyme situés dessus. Une bague en fer est pressée entre les disques de l'essieu. Sa longueur dépend de l'épaisseur du stator. Son but est de fournir un écart minimum entre les aimants rotatifs et les bobines du stator. Chaque disque contient 12 aimants en néodyme d'un diamètre de 15 mm et d'une épaisseur de 5 mm. Pour eux, les sièges sont fabriqués sur un disque.

Ils doivent être collés avec de l'époxy ou une autre colle. Dans ce cas, il est nécessaire de respecter strictement la polarité. À l'état assemblé, les aimants doivent être situés de manière à ce qu'en face de chacun se trouve un autre du disque opposé. Dans ce cas, les pôles doivent être différents les uns des autres. Comme l'écrit lui-même l'auteur du développement (Igor Beletsky): "Il sera juste d'avoir différents pôles, de sorte que les lignes de force sortent de l'un et entrent dans l'autre, définitivement S = N." Vous pouvez acheter des aimants en néodyme dans une boutique en ligne chinoise.

Dispositif de stator

Une feuille de textolite de 12 m d'épaisseur a été utilisée comme base.Des trous pour les bobines et les bagues du rotor ont été pratiqués dans la feuille. Le diamètre extérieur des bobines de fer installées dans ces trous est de 25 mm. Le diamètre intérieur est égal au diamètre des aimants (15 mm). Les bobines remplissent 2 tâches : la fonction d'un noyau magnétiquement conducteur et la tâche de réduire le collage lors du passage d'une bobine à une autre.

Les bobines sont constituées de fil isolé de 0,5 mm d'épaisseur. 130 tours sont enroulés sur chaque bobine. Le sens d'enroulement est le même pour tous.

Lors de la création d'un générateur puissant à partir de, vous devez savoir que plus la vitesse pouvant être fournie est élevée, plus la tension et le courant de sortie de l'appareil seront élevés pour l'énergie gratuite.

Nous continuons à recycler les bouteilles en plastique. Je propose d'envisager la fabrication d'une éolienne rotative verticale à partir de quatre bouteilles. L'ensemble de rotation utilisé peut devenir un générateur de courants faibles ou un excellent capteur de vitesse du vent pour un anémomètre artisanal. Montrant des photos et des vidéos d'un moulin à vent. Le schéma de montage est détaillé ci-dessous.

Comment faire un moulin à vent à partir de bouteilles en PET de vos propres mains

1. Outils nécessaires : pistolet thermique, ciseaux, perceuse, couteau et tournevis. Matériel utilisé : quatre bouteilles en PET identiques avec des bouchons de 0,2 à 2 litres chacune, un moteur à disque dur, un pot à vitamines en plastique, un ancien siphon d'évier et un poteau en bois de la longueur requise.

2. Le démontage d'un disque dur d'ordinateur est envisagé. Pour fonctionner, vous aurez besoin d'un moteur et d'un patch plate pour la fixation du disque à crêpe avec des attaches. Les attaches peuvent être sous un tournevis cruciforme, mais le plus souvent sous un astérisque.

3. Nous commençons le travail avec l'unité la plus chronophage et la plus responsable - l'installation d'une unité de rotation dans le couvercle d'un pot de vitamines. Pour ce faire, sous l'extrémité du moteur, un trou est découpé avec un couteau dans le couvercle en plastique de la boîte avec un couteau strictement symétrique de vos propres mains.

Trou du couvercle du bocal du moteur

4. Nous décrivons les trous de montage sur la plaque de brassage et les forons.

5. Installez l'ensemble de rotation dans le couvercle.

Les trous sont marqués Noeud de rotation fixe

6. Nous marquons le pot en quatre secteurs et collons quatre couvercles symétriquement avec un pistolet thermique bien chauffé. La colle est généreusement appliquée sur le couvercle et le couvercle est collé au bon endroit. Il ne doit y avoir aucune étiquette sur le pot et il est conseillé de nettoyer les endroits de collage avec une toile émeri.

7. Nous vissons des bouteilles en PET dans des bouchons et utilisons un feutre permanent pour marquer les découpes dans le pot. La position des découpes détermine le sens de rotation de l'éolienne. Les découpes doivent être de l'autre côté comme indiqué sur la photo, c'est-à-dire que lors de la rotation, le moulin à vent essaie de serrer le couvercle.

8. Découpez les bouteilles à tour de rôle et vissez-les immédiatement. Nous vissons le pot dans le couvercle - le moulin à vent fait maison est prêt. Il est utile de vérifier et, si nécessaire, d'équilibrer la roue avec un morceau de pâte à modeler.

Les couvercles sont collés

9. La question de l'installation d'une éolienne a initialement causé des difficultés, mais a été étonnamment simplement résolue. Les normes en pouces du disque dur et du siphon de l'évier se sont avérées être les mêmes, et le moteur a été remarquablement fixé avec un écrou-raccord sur le siphon, si nécessaire, vous pouvez ajouter une rondelle en caoutchouc. Avant l'installation, le moteur a été déconnecté du couvercle, l'écrou-raccord a été inséré et le couvercle de la boîte a été remis en place. Des fils sont soudés aux enroulements du moteur pour évaluer les capacités de génération du moteur.

10. L'extrémité du poteau est fermement insérée dans le siphon et toute la structure est installée pour les tests. Le moulin à vent est assez sensible et avec un vent calme a immédiatement commencé à tourner lentement.

Noeud de rotation fixe

En faisant du vélo devant des chalets d'été, j'ai vu une éolienne en état de marche :

De grandes pales tournaient lentement mais sûrement, la girouette orientait l'appareil dans la direction du vent.
Je voulais mettre en œuvre une conception similaire, bien qu'elle ne soit pas capable de générer suffisamment d'énergie pour fournir des consommateurs "sérieux", mais qui fonctionne toujours et, par exemple, charger des batteries ou alimenter des LED.

Moteurs pas à pas

L'une des options les plus efficaces pour une petite éolienne maison est d'utiliser moteur pas à pas(SHD) (Anglais) moteur pas à pas (pas à pas, pas à pas)) - dans un tel moteur, la rotation de l'arbre se compose de petites étapes. Les enroulements d'un moteur pas à pas sont combinés en phases. Lorsqu'un courant est appliqué à l'une des phases, l'arbre se déplace d'un pas.
Ces moteurs sont faible vitesse et un générateur avec un tel moteur peut être connecté sans boîte de vitesses à une éolienne, un moteur Stirling ou une autre source d'alimentation à basse vitesse. Lors de l'utilisation d'un moteur à courant continu (collecteur) conventionnel comme générateur, une vitesse 10 à 15 fois plus élevée serait nécessaire pour obtenir les mêmes résultats.
Une caractéristique du stepper est un couple de démarrage assez élevé (même sans charge électrique connectée au générateur), atteignant 40 grammes de force par centimètre.
L'efficacité du générateur avec moteur pas à pas atteint 40%.

Pour vérifier les performances d'un moteur pas à pas, vous pouvez connecter, par exemple, une LED rouge. En faisant tourner l'arbre du moteur, vous pouvez observer la lueur de la LED. La polarité de la connexion LED n'a pas d'importance, car le moteur génère du courant alternatif.

Les lecteurs de disquettes de cinq pouces, ainsi que les anciennes imprimantes et scanners, sont un entrepôt de moteurs suffisamment puissants.

Moteur 1

Par exemple, j'ai une carte SD d'un ancien lecteur 5.25″ qui fonctionnait encore dans le cadre de Spectre ZX- ordinateur compatible "Byte".
Un tel entraînement contient deux enroulements, à partir des extrémités et au milieu desquels des conclusions sont tirées - au total, six fils:

premier enroulement bobine 1) - bleu (anglais) bleu) et jaune (eng. jaune);
deuxième enroulement bobine 2) - rouge (eng. rouge) et blanc (eng. blanche);
marron (anglais) brun) fils - conclusions à partir des points médians de chaque enroulement (eng. robinets centraux).

moteur pas à pas démonté

À gauche, le rotor du moteur est visible, sur lequel des pôles magnétiques "rayés" sont visibles - nord et sud. À droite se trouve l'enroulement du stator, composé de huit bobines.
La résistance de la moitié de l'enroulement est d'environ 70 ohms.

J'ai utilisé ce moteur dans ma conception originale d'éolienne.

Moteur 2

Mon moteur pas à pas le moins puissant T1319635 entreprises Epoch Electronics Corp. du scanneur HP Scanjet 2400 Il a cinq sorties (moteur unipolaire):

premier enroulement bobine 1) - orange (anglais) orange) et noir (eng. noir);
deuxième enroulement bobine 2) - marron (eng. brun) et jaune (eng. jaune);
rouge (anglais) rouge) fil - fils connectés ensemble à partir du milieu de chaque enroulement (eng. robinets centraux).

La résistance de la moitié de l'enroulement est de 58 ohms, ce qui est indiqué sur le boîtier du moteur.

Moteur 3

Dans une version améliorée de l'éolienne, j'ai utilisé un moteur pas à pas Robotron SPA 42/100-558, produit en RDA et conçu pour une tension de 12 V :

éolienne

Il existe deux options pour l'emplacement de l'axe de la roue (turbine) de l'éolienne - horizontale et verticale.

avantage horizontal(le plus populaire) emplacement axe, situé dans la direction du vent, est une utilisation plus efficace de l'énergie éolienne, l'inconvénient est la complexité de la conception.

j'ai choisi disposition verticale axes - VAWT (éolienne à axe vertical), ce qui simplifie grandement la conception et ne nécessite pas d'orientation au vent . Cette option est plus adaptée au montage sur toit, elle est beaucoup plus efficace dans des conditions de changements rapides et fréquents de direction du vent.

J'ai utilisé un type d'éolienne appelée éolienne Savonius. Éolienne Savonius). Il a été inventé en 1922 Sigurd Johannes Savonius) de Finlande.

Sigurd Johannes Savonius

Le fonctionnement de l'éolienne Savonius est basé sur le fait que la résistance (Eng. traîne) au flux d'air venant en sens inverse - le vent de la surface concave du cylindre (lame) est supérieur à celui convexe.

Coefficients de traînée aérodynamique ( Anglais coefficients de traînée) $C_D$

corps bidimensionnels :
demi-cylindre concave (1) - 2,30
moitié convexe du cylindre (2) - 1,20
plaque carrée plate - 1.17
Corps 3D :
hémisphère creux concave (3) - 1,42
hémisphère creux convexe (4) - 0,38
sphère - 0,5
Les valeurs indiquées sont données pour les nombres de Reynolds (eng. Nombres de Reynolds) dans la plage $10^4 - 10^6$. Le nombre de Reynolds caractérise le comportement d'un corps dans un milieu.

Résistance du corps au flux d'air $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, où $\rho$ est la densité de l'air, $v$ est la vitesse du flux d'air, $S $ - zone de coupe du corps.

Une telle éolienne tourne dans le même sens, quelle que soit la direction du vent :

Un principe de fonctionnement similaire est utilisé dans un anémomètre à coupelle (eng. anémomètre à coupelle)- instrument de mesure de la vitesse du vent :

Un tel anémomètre a été inventé en 1846 par l'astronome irlandais John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):

Robinson croyait que les coupelles de son anémomètre à quatre coupelles se déplaçaient à une vitesse égale à un tiers de la vitesse du vent. En réalité, cette valeur varie de deux à un peu plus de trois.

Actuellement, des anémomètres à trois coupelles, mis au point par le météorologue canadien John Patterson, sont utilisés pour mesurer la vitesse du vent ( John Patterson) en 1926 :

Les générateurs de moteur à balais à courant continu avec une microturbine verticale sont vendus à eBay pour environ 5 $ :

Une telle turbine comporte quatre aubes disposées selon deux axes perpendiculaires, avec un diamètre d'impulseur de 100 mm, une hauteur d'aube de 60 mm, une longueur de corde de 30 mm et une hauteur de segment de 11 mm. La roue est montée sur l'arbre du micromoteur à collecteur à courant continu avec le marquage JQ24-125H670. La tension d'alimentation nominale d'un tel moteur est de 3 ... 12 V.
L'énergie générée par un tel générateur est suffisante pour allumer la LED "blanche".

Vitesse de rotation de l'éolienne Savonius ne peut pas dépasser la vitesse du vent , mais cette conception est caractérisée couple élevé (Anglais) couple).

Le rendement d'une éolienne peut être estimé en comparant la puissance générée par l'éolienne avec la puissance contenue dans le vent soufflant autour de l'éolienne :
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , où $\rho$ est la densité de l'air (environ 1,225 kg/m 3 au niveau de la mer), $S$ est la surface balayée de la turbine (eng. zone balayée), $v$ - vitesse du vent.

Mon éolienne

Option 1

Initialement, la turbine de mon générateur utilisait quatre pales en forme de segments (moitiés) de cylindres taillés dans tuyaux en plastique:

Tailles des segments -
longueur du segment - 14 cm;
hauteur du segment - 2 cm;
longueur de la corde du segment - 4 cm;

J'ai installé la structure assemblée sur un mât en bois assez haut (6 m 70 cm) à partir d'une barre, fixée avec des vis autotaraudeuses à une charpente métallique :

Option 2

L'inconvénient du générateur était la vitesse du vent assez élevée nécessaire pour faire tourner les pales. Pour augmenter la surface, j'ai utilisé des lames taillées dans bouteilles en plastique:

Tailles des segments -
longueur du segment - 18 cm;
hauteur du segment - 5 cm;
longueur de la corde du segment - 7 cm;
la distance entre le début du segment et le centre de l'axe de rotation est de 3 cm.

Variante 3

Le problème s'est avéré être la force des porte-lames. Au début, j'utilisais des bandes d'aluminium perforées d'un designer soviétique pour enfants de 1 mm d'épaisseur. Après plusieurs jours de fonctionnement, de fortes rafales de vent ont provoqué une rupture des lattes (1). Après cet échec, j'ai décidé de découper les porte-lames dans du foil textolite (2) d'une épaisseur de 1,8 mm :

La résistance à la flexion de la textolite perpendiculaire à la plaque est de 204 MPa et est comparable à la résistance à la flexion de l'aluminium - 275 MPa. Mais le module d'élasticité de l'aluminium $E$ (70000 MPa) est bien supérieur à celui de la textolite (10000 MPa), c'est-à-dire Le Texolite est beaucoup plus élastique que l'aluminium. Ceci, à mon avis, compte tenu de la plus grande épaisseur des supports de textolite, offrira une fiabilité beaucoup plus grande de la fixation des pales de l'éolienne.
L'éolienne est montée sur un mât :

Le fonctionnement d'essai d'une nouvelle version de l'éolienne a montré sa fiabilité même avec de fortes rafales de vent.

L'inconvénient de la turbine Savonius est faible efficacité - seulement environ 15 % de l'énergie éolienne est convertie en énergie de rotation de l'arbre (c'est beaucoup moins que ce qui peut être réalisé avec éolienne Darya(Anglais) Éolienne Darrieus)), en utilisant la force de levage (eng. ascenseur). Ce type d'éolienne a été inventé par le concepteur d'avions français Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - Brevet américain de 1931 n° 1 835 018 .

Georges Darrier

L'inconvénient de la turbine Darrieus est qu'elle a un très mauvais démarrage automatique (la turbine doit déjà tourner pour générer du couple à partir du vent).

Conversion de l'électricité générée par le moteur pas à pas

Les fils du moteur pas à pas peuvent être connectés à deux ponts redresseurs Schottky pour réduire la chute de tension aux bornes des diodes.
Vous pouvez utiliser des diodes Schottky populaires 1N5817 avec une tension inverse maximale de 20 V, 1N5819- 40 V et un courant redressé moyen continu maximum de 1 A. J'ai branché les sorties des redresseurs en série afin d'augmenter la tension de sortie.
Vous pouvez également utiliser deux redresseurs à point médian. Un tel redresseur nécessite deux fois moins de diodes, mais en même temps, la tension de sortie est également réduite de moitié.
Ensuite, la tension d'ondulation est lissée à l'aide d'un filtre capacitif - un condensateur de 1000 uF à 25 V. Pour se protéger contre l'augmentation de la tension générée, une diode Zener de 25 V est connectée en parallèle avec le condensateur.

mon schéma d'éolienne

unité électronique de mon éolienne

Application éolienne

La tension générée par l'éolienne dépend de l'amplitude et de la constance de la vitesse du vent.

Avec le vent balançant les fines branches des arbres, la tension atteint 2 ... 3 V.

Avec le vent balançant les épaisses branches des arbres, la tension atteint 4 ... 5 V (avec de fortes rafales - jusqu'à 7 V).

CONNEXION À JOULE VOLEUR

La tension lissée du condensateur de l'éolienne peut être alimentée en - basse tension CC-CC convertisseur

Valeur de résistance de la résistance R est sélectionné expérimentalement (en fonction du type de transistor) - il est conseillé d'utiliser une résistance variable de 4,7 kΩ et de réduire progressivement sa résistance, en obtenant un fonctionnement stable du convertisseur.
J'ai assemblé un tel convertisseur à base de germanium pnp- transistor GT308V ( Vermont) et transformateur d'impulsions MIT-4V (bobine L1- conclusion 2-3, L2- conclusions 5-6) :

CHARGE DES IONISTEURS (SUPERCAPACITÉS)

Ionistor (supercondensateur, eng. supercondensateur) est un hybride d'un condensateur et d'une source de courant chimique.
Ionistor - non polaireélément, mais l'une des bornes peut être marquée d'une "flèche" - pour indiquer la polarité de la tension résiduelle après qu'elle a été chargée en usine.
Pour la recherche initiale, j'ai utilisé un ionistor d'une capacité de 0,22 F pour une tension de 5,5 V (diamètre 11,5 mm, hauteur 3,5 mm) :

Je l'ai connecté via une diode à la sortie à travers une diode au germanium D310.

Pour limiter la tension de charge maximale de l'ionistor, vous pouvez utiliser une diode zener ou une chaîne de LED - j'utilise une chaîne de deux LED rouges :

Pour empêcher la décharge d'un ionistor déjà chargé à travers les LED de limite HL1 et HL2 J'ai ajouté une autre diode - VD2.

À suivre