Motor de hdd como gerador. Meu gerador eólico caseiro em um motor de passo. processo de fabricação do gerador

04.03.2020

Vai levar

Bomba de uma máquina de lavar automática. Fica bem no fundo e serve para bombear a água do tambor para o esgoto.
Quatro discos rígidos, podem ser de diferentes fabricantes.
Um poste é um tubo longo para montar um moinho de vento a uma altura.
Parafusos, porcas, arruelas.
Fios.

Algumas palavras sobre a bomba de água

Uma bomba de água será usada como gerador que gera eletricidade. Consiste em um rotor móvel com ímãs permanentes e um estator móvel com um circuito magnético em forma de U e uma bobina nele.

O rotor é muito fácil de retirar.

Graças ao uso de ímãs permanentes, essa bomba funciona perfeitamente como um gerador capaz de fornecer até 250 V. É claro que nosso moinho de vento não dará essa velocidade e a tensão de saída será várias vezes menor.

Fabricação de turbinas eólicas

Foi decidido fixar a bomba com cantos de aço de construção, dobrando-os e cortando-os da maneira correta.

Ficou assim, uma espécie de coleira.

Foi feito um furo no circuito magnético da bomba para uma fixação mais segura.

Montagem de montagem.

Lâminas de turbinas eólicas

As lâminas são feitas de tubo de PVC.

Cortamos o tubo em três partes iguais.

E então cortamos nossa própria lâmina de cada metade.

Fazemos furos nos locais onde as lâminas estão conectadas ao gerador.

Acessório da lâmina

Para a fixação das pás do gerador eólico, foram utilizados dois discos do HDD.

O orifício no qual é perfeitamente adequado ao diâmetro do impulsor.

Nós marcamos.

Perfuração.

Os discos são fixados ao rotor com parafusos, arruelas e porcas.

Aparafuse as lâminas.

Girar

Para que o moinho de vento gire em diferentes direções, dependendo do vento, ele deve ser instalado em uma plataforma giratória, na qual será usado o motor do disco rígido, pois há rolamentos muito bons.

No futuro, será colocado um disco no qual o gerador será conectado.

Faça um furo sob o suporte e corte a parte desnecessária.

Assembleia Geral

Ao motor HDD, que será usado como plataforma giratória, anexamos os cantos em três lugares.

Cortamos a lâmina da cauda de papelão ou plástico para que o próprio vento direcione o ventilador.

Agora vamos começar a montar tudo.

Pegamos um poste e fixamos o fio para energia.

Tomamos um ponto de viragem.

Nós inserimos no tubo e apertamos as porcas que separamos nas laterais.

Basicamente está aguentando bem.

Neste artigo, consideraremos um modelo de um poderoso gerador magnético capaz de gerar eletricidade com uma potência de 300 watts. A estrutura é montada a partir de placas durais de 10 mm de espessura. O gerador consiste em 3 partes principais: carcaça, rotor, estator. O objetivo principal da carcaça é fixar o rotor e o estator em uma posição estritamente definida. O rotor giratório não deve tocar as bobinas do estator com ímãs. A caixa de duralumínio é montada a partir de 4 partes. O layout angular fornece uma estrutura simples e rígida. O corpo é feito em uma máquina CNC. Isso é uma vantagem e uma desvantagem do desenvolvimento, pois para uma repetição de alta qualidade do modelo, você precisa encontrar especialistas e uma máquina CNC. O diâmetro dos discos é de 100 mm.

Você também pode levar um gerador elétrico pronto na loja online.

O rotor do gerador elétrico I. Belitsky

Rotoré um eixo de ferro. Nele estão fixados 2 discos de ferro com ímãs de neodímio localizados neles. Uma bucha de ferro é pressionada entre os discos no eixo. Seu comprimento depende da espessura do estator. Sua finalidade é fornecer uma folga mínima entre os ímãs rotativos e as bobinas do estator. Cada disco contém 12 ímãs de neodímio com diâmetro de 15 mm e espessura de 5 mm. Para eles, os assentos são feitos em um disco.

Eles precisam ser colados com epóxi ou outra cola. Neste caso, é necessário observar rigorosamente a polaridade. No estado montado, os ímãs devem ser localizados de modo que cada um esteja em frente ao outro do disco oposto. Neste caso, os pólos devem ser diferentes entre si. Como escreve o próprio autor do desenvolvimento (Igor Beletsky): “Será certo ter pólos diferentes, para que as linhas de força saiam de um e entrem no outro, definitivamente S = N”. Você pode comprar ímãs de neodímio em uma loja online chinesa.

Dispositivo estator

Utilizou-se como base uma chapa de textolita de 12 m de espessura, na chapa foram feitos furos para bobinas e buchas de rotor. O diâmetro externo das bobinas de ferro instaladas nesses orifícios é de 25 mm. O diâmetro interno é igual ao diâmetro dos ímãs (15 mm). As bobinas realizam 2 tarefas: a função de um núcleo magneticamente condutor e a tarefa de reduzir a aderência ao passar de uma bobina para outra.

As bobinas são feitas de fio isolado de 0,5 mm de espessura. 130 voltas são enroladas em cada bobina. A direção do enrolamento é a mesma para todos.

Ao criar um gerador poderoso, você precisa saber que quanto maior a velocidade que pode ser fornecida, maior será a tensão de saída e a corrente do dispositivo para energia livre.

Continuamos a reciclar garrafas de plástico. Proponho considerar a fabricação de um moinho de vento rotativo vertical a partir de quatro garrafas. O conjunto de rotação utilizado pode se tornar um gerador de correntes fracas ou um excelente sensor de velocidade do vento para um anemômetro caseiro. Mostrando fotos e vídeos de um moinho de vento. O diagrama de montagem é detalhado abaixo.

Como fazer um moinho de vento de garrafas PET com suas próprias mãos

1. Ferramentas necessárias: pistola de calor, tesoura, furadeira, faca e chave de fenda. Materiais utilizados: quatro garrafas PET idênticas com tampas de 0,2 a 2 litros cada, um motor de disco rígido, um pote plástico de vitaminas, um sifão de pia antigo e um poste de madeira do comprimento necessário.

2. É considerada a desmontagem de um disco rígido de computador. Para funcionar, você precisará de um motor e uma placa de remendo para fixar a panqueca de disco com fixadores. Os fixadores podem estar sob uma chave de fenda Phillips, mas mais frequentemente sob um asterisco.

3. Começamos o trabalho com a unidade mais demorada e responsável - a instalação de uma unidade de rotação na tampa de um frasco de vitaminas. Para fazer isso, sob o final do motor, um buraco é cortado com uma faca na tampa de plástico da lata com uma faca estritamente simetricamente com suas próprias mãos.

Orifício da tampa da jarra do motor

4. Delineamos os orifícios de montagem na placa de remendo e os perfuramos.

5. Instale o conjunto de rotação na tampa.

Os furos são marcados Nó de rotação fixo

6. Marcamos o frasco em quatro setores e colamos quatro tampas simetricamente com uma pistola térmica bem aquecida. A cola é aplicada generosamente na tampa e a tampa é colada no lugar certo. Não deve haver rótulos no frasco, e é aconselhável limpar os locais de colagem com uma lixa.

7. Enroscamos garrafas PET em rolhas e usamos uma caneta permanente para marcar os recortes no frasco. A posição dos recortes determina o sentido de rotação do moinho de vento. Os recortes devem ficar do outro lado conforme mostra a foto, ou seja, ao girar, o aerogerador tenta apertar a tampa.

8. Corte as garrafas uma a uma e aparafuse-as imediatamente. Enroscamos o frasco na tampa - o moinho de vento caseiro está pronto. É útil verificar e, se necessário, equilibrar a roda com um pedaço de plasticina.

As tampas são coladas

9. A questão da instalação de um moinho de vento inicialmente causou dificuldades, mas foi surpreendentemente resolvida com simplicidade. Os padrões de polegadas do disco rígido e o sifão da pia acabaram sendo os mesmos, e o motor foi notavelmente fixado com uma porca de união no sifão, se necessário, você pode adicionar uma arruela de borracha. Antes da instalação, o motor foi desconectado da tampa, a porca de capa foi inserida e a tampa da lata foi fixada de volta. Os fios são soldados aos enrolamentos do motor para avaliar as capacidades de geração do motor.

10. A extremidade do poste é firmemente inserida no sifão e toda a estrutura é instalada para teste. O moinho de vento é bastante sensível e com um vento calmo imediatamente começou a girar lentamente.

Nó de rotação fixo

Andando de bicicleta pelos chalés de verão, vi um gerador eólico funcionando:

Grandes lâminas giravam lenta mas seguramente, o cata-vento orientava o dispositivo na direção do vento.
Eu queria implementar um projeto semelhante, embora não capaz de gerar energia suficiente para fornecer consumidores "sérios", mas ainda funcionando e, por exemplo, carregando baterias ou alimentando LEDs.

Motores de passo

Uma das opções mais eficazes para uma pequena turbina eólica caseira é usar motor de passo(SHD) (Inglês) motor de passo (passo, passo)) - em tal motor, a rotação do eixo consiste em pequenos passos. Os enrolamentos de um motor de passo são combinados em fases. Quando a corrente é aplicada a uma das fases, o eixo se move um passo.
Esses motores são baixa velocidade e um gerador com tal motor pode ser conectado sem uma caixa de engrenagens a uma turbina eólica, motor Stirling ou outra fonte de energia de baixa velocidade. Ao usar um motor CC convencional (coletor) como gerador, seria necessária uma velocidade 10 a 15 vezes maior para obter os mesmos resultados.
Uma característica do stepper é um torque de partida bastante alto (mesmo sem uma carga elétrica conectada ao gerador), chegando a 40 gramas de força por centímetro.
A eficiência do gerador com motor de passo chega a 40%.

Para verificar o desempenho de um motor de passo, você pode conectar, por exemplo, um LED vermelho. Girando o eixo do motor, você pode observar o brilho do LED. A polaridade da conexão do LED não importa, pois o motor gera corrente alternada.

Unidades de disquete de cinco polegadas, bem como impressoras e scanners antigos, são um depósito de motores suficientemente poderosos.

Motor 1

Por exemplo, eu tenho um SD de um antigo drive de disquete de 5,25″ que funcionou como parte do ZX Spectrum- computador compatível "Byte".
Essa unidade contém dois enrolamentos, das extremidades e do meio dos quais são tiradas conclusões - no total, seis fios:

primeiro enrolamento bobina 1) - azul (inglês) azul) e amarelo (eng. amarelo);
segundo enrolamento bobina 2) - vermelho (eng. vermelho) e branco (eng. branco);
marrom (inglês) Castanho) fios - conclusões dos pontos médios de cada enrolamento (eng. torneiras centrais).

motor de passo desmontado

À esquerda, o rotor do motor é visível, no qual são visíveis os pólos magnéticos "listrados" - norte e sul. À direita está o enrolamento do estator, composto por oito bobinas.
A resistência de metade do enrolamento é de ~ 70 ohms.

Eu usei este motor no meu projeto original de turbina eólica.

Motor 2

Meu motor de passo menos potente T1319635 firmas Epoch Electronics Corp. do scanner HP Scanjet 2400 Tem cinco saídas (motor unipolar):

primeiro enrolamento bobina 1) - laranja (inglês) laranja) e preto (eng. Preto);
segundo enrolamento bobina 2) - marrom (eng. Castanho) e amarelo (eng. amarelo);
vermelho (inglês) vermelho) - fios conectados entre si a partir do ponto médio de cada enrolamento (eng. torneiras centrais).

A resistência de metade do enrolamento é de 58 ohms, indicada na carcaça do motor.

Motor 3

Em uma versão melhorada do gerador eólico, usei um motor de passo Robotron SPA 42/100-558, produzido na RDA e projetado para uma tensão de 12 V:

turbina de vento

Existem duas opções para a localização do eixo do impulsor (turbina) do gerador eólico - horizontal e vertical.

vantagem horizontal(mais popular) localização eixo, localizado na direção do vento, é um uso mais eficiente da energia eólica, a desvantagem é a complexidade do projeto.

Eu escolhi arranjo vertical eixos - VAWT (turbina eólica de eixo vertical), o que simplifica muito o projeto e não requer orientação ao vento . Esta opção é mais adequada para montagem no telhado, é muito mais eficaz em condições de mudanças rápidas e frequentes na direção do vento.

Eu usei um tipo de turbina eólica chamada turbina eólica Savonius. turbina eólica Savonius). Foi inventado em 1922 Sigurd Johannes Savonius) da Finlândia.

Sigurd Johannes Savonius

O funcionamento do aerogerador Savonius é baseado no fato de que a resistência (Eng. arrastar) ao fluxo de ar que se aproxima - o vento da superfície côncava do cilindro (lâmina) é maior que o convexo.

Coeficientes de arrasto aerodinâmico ( Inglês coeficientes de arrasto) $C_D$

corpos bidimensionais:
meio cilindro côncavo (1) - 2,30
metade convexa do cilindro (2) - 1,20
placa quadrada plana - 1,17
Corpos 3D:
hemisfério oco côncavo (3) - 1,42
hemisfério oco convexo (4) - 0,38
esfera - 0,5
Os valores indicados são dados para números de Reynolds (eng. Números de Reynolds) no intervalo $10^4 - 10^6$. O número de Reynolds caracteriza o comportamento de um corpo em um meio.

Resistência do corpo ao fluxo de ar $(F_D) = ((1 \over 2) (C_D) S \rho (v^2) ) $, onde $\rho$ é a densidade do ar, $v$ é a velocidade do fluxo de ar, $S $ - área seccional do corpo.

Tal turbina eólica gira na mesma direção, independentemente da direção do vento:

Um princípio de operação semelhante é usado em um anemômetro de copo (eng. anemômetro de copo)- instrumento para medir a velocidade do vento:

Tal anemômetro foi inventado em 1846 pelo astrônomo irlandês John Thomas Romney Robinson ( John Thomas Romney Robinson):

Robinson acreditava que os copos em seu anemômetro de quatro copos se moviam a uma velocidade igual a um terço da velocidade do vento. Na realidade, esse valor varia de dois a pouco mais de três.

Atualmente, anemômetros de três xícaras, desenvolvidos pelo meteorologista canadense John Patterson, são usados para medir a velocidade do vento. John Patterson) em 1926:

Os geradores de motor DC escovado com microturbina vertical são vendidos a eBay por cerca de US $ 5:

Tal turbina contém quatro pás localizadas ao longo de dois eixos perpendiculares, com um diâmetro de impulsor de 100 mm, uma altura de lâmina de 60 mm, um comprimento de corda de 30 mm e uma altura de segmento de 11 mm. O impulsor é montado no eixo do micromotor do comutador CC com a marcação JQ24-125H670. A tensão de alimentação nominal de tal motor é de 3 ... 12 V.
A energia gerada por tal gerador é suficiente para acender o LED "branco".

Velocidade de rotação da turbina eólica Savonius não pode exceder a velocidade do vento , mas este desenho é caracterizado torque elevado (Inglês) torque).

A eficiência de uma turbina eólica pode ser estimada comparando a potência gerada pelo gerador eólico com a potência contida no vento que sopra ao redor da turbina:
$P = (1\over 2) \rho S (v^3)$ , onde $\rho$ é a densidade do ar (cerca de 1,225 kg/m 3 ao nível do mar), $S$ é a área varrida de a turbina (eng. Área varrida), $v$ - velocidade do vento.

Minha turbina eólica

Opção 1

Inicialmente, o rotor do meu gerador utilizava quatro pás em forma de segmentos (metades) de cilindros cortados de tubos de plástico:

Tamanhos de segmento -
comprimento do segmento - 14 cm;
altura do segmento - 2 cm;
comprimento da corda do segmento - 4 cm;

Instalei a estrutura montada em um mastro de madeira bastante alto (6 m 70 cm) de uma barra, preso com parafusos autorroscantes a uma armação de metal:

opção 2

A desvantagem do gerador era a velocidade do vento bastante alta necessária para girar as pás. Para aumentar a área da superfície, usei lâminas cortadas de garrafas plásticas:

Tamanhos de segmento -
comprimento do segmento - 18 cm;
altura do segmento - 5 cm;
comprimento da corda do segmento - 7 cm;
a distância do início do segmento ao centro do eixo de rotação é de 3 cm.

Opção 3

O problema acabou por ser a força dos porta-lâminas. No começo, usei tiras de alumínio perfuradas de um designer infantil soviético com 1 mm de espessura. Após vários dias de funcionamento, fortes rajadas de vento provocaram a ruptura das ripas (1). Após esta falha, decidi recortar os porta-lâminas de papelite textolite (2) com uma espessura de 1,8 mm:

A resistência à flexão do textolite perpendicular à placa é de 204 MPa e é comparável à resistência à flexão do alumínio - 275 MPa. Mas o módulo de elasticidade do alumínio $E$ (70.000 MPa) é muito superior ao da textolita (10.000 MPa), ou seja, O texolite é muito mais elástico que o alumínio. Isso, na minha opinião, levando em consideração a maior espessura dos suportes de textolite, proporcionará muito maior confiabilidade na fixação das pás do aerogerador.
O gerador eólico é montado em um mastro:

A operação experimental de uma nova versão do gerador eólico mostrou sua confiabilidade mesmo com fortes rajadas de vento.

A desvantagem da turbina Savonius é baixa eficiencia - apenas cerca de 15% da energia eólica é convertida em energia rotacional do eixo (isso é muito menos do que pode ser alcançado com turbina eólica Darya(Inglês) Turbina eólica Darrieus)), utilizando força de elevação (eng. lift). Este tipo de turbina eólica foi inventado pelo designer de aeronaves francês Georges Darier. (Georges Jean Marie Darrieus) - 1931 Patente dos EUA nº 1.835.018 .

Georges Darier

A desvantagem da turbina Darrieus é que ela tem um auto-arranque muito ruim (a turbina já deve estar girando para gerar torque do vento).

Convertendo a eletricidade gerada pelo motor de passo

Os condutores do motor de passo podem ser conectados a dois retificadores de ponte Schottky para reduzir a queda de tensão nos diodos.
Você pode usar diodos Schottky populares 1N5817 com uma tensão reversa máxima de 20 V, 1N5819- 40 V e corrente retificada média direta máxima de 1 A. Liguei as saídas dos retificadores em série para aumentar a tensão de saída.
Você também pode usar dois retificadores de ponto médio. Esse retificador requer metade dos diodos, mas, ao mesmo tempo, a tensão de saída também é reduzida pela metade.
Em seguida, a tensão de ondulação é suavizada usando um filtro capacitivo - um capacitor de 1000 uF a 25 V. Para proteger contra o aumento da tensão gerada, um diodo zener de 25 V é conectado em paralelo com o capacitor.

meu diagrama de turbina eólica

unidade eletrônica do meu gerador eólico

Aplicação de turbina eólica

A tensão gerada pelo gerador eólico depende da magnitude e constância da velocidade do vento.

Com o vento balançando os galhos finos das árvores, a tensão chega a 2...3 V.

Com o vento balançando os galhos grossos das árvores, a tensão atinge 4 ... 5 V (com fortes rajadas - até 7 V).

CONECTANDO A JOULE LADRÃO

A tensão suavizada do capacitor do gerador eólico pode ser alimentada para - baixa tensão DC-DC conversor

Valor de resistência do resistor Ré selecionado experimentalmente (dependendo do tipo de transistor) - é aconselhável usar um resistor variável de 4,7 kΩ e reduzir gradualmente sua resistência, obtendo uma operação estável do conversor.
Eu montei um conversor baseado em germânio pnp- transistor GT308V ( VT) e transformador de pulso MIT-4V (bobina L1- conclusões 2-3, L2- conclusões 5-6):

CARGA DE IONISTORES (SUPERCAPACITADORES)

Ionistor (supercapacitor, eng. supercapacitor) é um híbrido de um capacitor e uma fonte de corrente química.
Ionistor - não polar elemento, mas um dos terminais pode ser marcado com uma "seta" - para indicar a polaridade da tensão residual após ter sido carregada na fábrica.
Para a pesquisa inicial, usei um ionistor com uma capacidade de 0,22 F para uma tensão de 5,5 V (diâmetro 11,5 mm, altura 3,5 mm):

Eu o conectei através de um diodo na saída através de um diodo de germânio D310.

Para limitar a tensão máxima de carga do ionistor, você pode usar um diodo zener ou uma cadeia de LEDs - eu uso uma cadeia de dois LEDs vermelhos:

Para evitar a descarga de um ionistor já carregado através dos LEDs de limite HL1 e HL2 Eu adicionei outro diodo - VD2.

Continua