Mała elektrownia wiatrowa - Rysiny - Prądnica z silnika od pralki Luna
Silnik z pralki Luna - 36 żłobków
Wymiary silnika:
Liczba żłobków - 36szt.
Szerokość stojana - 28mm
Obwód wirnika - 360mm
Średnica wirnika - 115mm
Szerokość wirnika - 33mm
Założenia do przeróbki silnika na prądnicę
Poniższa instrukcja zawiera podstawowe zasady dotyczące przeróbki silnika na prądnicę z magnesami trwałymi i może być również stosowana do adaptacji innych silników.
1) Aby zapewnić największą wydajność i równomierną pracę prądnicy należy przyjąć, że uzwojenie stojana powinno być trójfazowe.
2) Obliczamy ilość cewek, jaką możemy zmieścić w nasz stojan dzieląc ilość żłobków (w naszym przypadku 36) przez 2 (ponieważ każda cewka ma dwa boki):
36 / 2 = 18 cewek
3) Obliczamy ilość cewek na fazę - otrzymany w punkcie drugim wynik dzielimy przez 3 (uzwojenie trójfazowe):
18 / 3 = 6 cewek na fazę
4) Obliczamy potrzebną ilość biegunów magnetycznych na wirniku. Liczbę cewek na fazę mnożymy (wartość z punktu 3) przez 2 (dwa boki cewki):
6 x 2 = 12 biegunów magnesów
Celowo napisałem "biegunów magnetycznych" zamiast "magnesów", ponieważ jeden biegun może się składać z kilku magnesów.
Mając policzoną ilość biegunów magnetycznych oraz znając wymiary wirnika silnika można na tym etapie przyjąć liczbę i wymiary magnesów. Warto w tym celu posłużyć się jakimś programem CAD i rozrysować sobie wirnik wraz z magnesami:
Jak widać odstępy między magnesami w tym przypadku są dość duże.
Wszystkie obliczenia, które wykonaliśmy można przedstawić graficznie w następujący sposób:
Po "rozwinięciu" powierzchni stojana/wirnika wygląda to tak:
Skos biegunów magnetycznych zmniejsza zaskoki, ułatwia start i zwiększa płynność obrotów wirnika prądnicy. Wyznacza się go następująco:
5) Dobranie przekroju drutu nawojowego i przezwojenie prądnicy to nie jest taka prosta sprawa.
Jest wiele czynników wpływających na parametry prądnicy. Podstawowym i najważniejszym jest ilość obrotów na minutę koła wiatrowego i (jeżeli mamy przekładnię) prądnicy.
Zasada jest taka, aby podczas pracy wiatraka przy słabym wietrze (o prędkości powiedzmy 4-5m/s), prądnica zaczynała ładować akumulator (musimy uzyskać napięcie większe niż 12V).
Nawijając kilka "testowych" cewek drutami o różnej średnicy, możemy oszacować jaką maksymalną średnicę drutu zastosować, aby uzyskać minimalne napięcie ładowania akumulatora, przy określonych minimalnych obrotach prądnicy (wiatr 4-5m/s, czyli najczęściej wiejący).
W skrócie można powiedzieć:
Przy maksymalnym wypełnieniu żłobków stojana drutem o możliwie największej średnicy, powinniśmy uzyskać minimalne napięcie potrzebne do ładowania akumulatora, przy minimalnych (realnych) obrotach prądnicy.
Jeżeli uda nam się to osiągnąć, to wtedy prądnica będzie najbardziej wydajna i wytrzymała.
6) Moc prądnicy
Moc prądnicy zależy przede wszystkim od obrotów wirnika i od założonego napięcia wyjściowego. Czym większe obroty i czym większa wartość napięcia nominalnego prądnicy, tym większa jej sprawność i większa moc.
Należy o tym pamiętać i przed rozpoczęciem przewijania uzwojenia rozważyć wszystkie ewentualności.
Jeżeli prądnica ma ładować akumulatory 12V, to ze względu na dość duże prądy do nawinięcia uzwojeń należy użyć drutu w podwójnej izolacji o średnicy minimum 0,9-1,0mm. Cewki można nawijać każdą pojedynczo lub całość uzwojenia fazy na raz, analogicznie jak na rysunku.
Stojan
Stojan nawinięty 3 fazowo. W sumie 18 cewek (po 6 na każdą fazę) nawiniętych drutem nawojowym w podwójnej izolacji i średnicy 0,7mm. Na chwilę obecną można stwierdzić, że średnica drutu jest zbyt mała i śmiało można nawijać drutem 0,9-1,1mm lub podwójnie drutem o mniejszych średnicach.
Wirnik
12 magnesów neodymowych N38 o wymiarach 40x15x6mm przyklejonych do wirnika dwuskładnikowym klejem epoksydowym naprzemiennie biegunami N-S-N-S-...
Gotowa prądnica
Prostownik
Choć jest to element elektroniki, umieszczam go w opisie prądnicy, ponieważ powinien być zamontowany bezpośrednio w jej pobliżu, lub nawet w jej wnętrzu...
Prądnica ma trójfazowe uzwojenie. Każda faza ma dwa wyprowadzenia, czyli razem to 6 przewodów. Gdybyśmy chcieli wszystkie wyprowadzenia doprowadzić do sterowni i tam je odpowiednio przełączać, potrzebowalibyśmy 6 żyłowego kabla, co przy znacznych odległościach prądnicy od sterowni jest zupełnie nieekonomiczne.
Żeby tego uniknąć uzwojenia prądnicy łączymy najpierw w gwiazdę (star) lub trójkąt (delta) i redukujemy liczbę wyprowadzeń do 3. Następnie prostujemy napięcie, przez co z prądnicy do sterowni wychodzą już tylko 2 przewody.
Schemat połączeń pokazano na rysunku poniżej. Uzwojenia prądnicy łączymy według uznania, bądź to w trójkąt, bądź w gwiazdę. Połączenie uzwojeń w gwiazdę daje nieco wyższe napięcie, ale mniejszy prąd, w porównaniu do połączenia w trójkąt. Sposób prostowania też zależy od nas. Mogą to być 2 mostki prostownicze 25-50A, lub zamiennie 6 diod prostowniczych. W zależności od zasobności portfela można stosować zwykłe diody krzemowe lub diody Schottky'ego o nieco mniejszym spadku napięcia w kierunku przewodzenia w porównaniu do diod krzemowych.
Do prostowania napięcia można użyć prostownika z wykorzystaniem podwójnych diod w obudowie np. TO-220.
Poniżej projekt takiego prostownika umożliwiający także wybór połączenia uzwojeń prądnicy gwiazda/trójkąt, oraz opcjonalny "podwajacz" napięcia,
z wykorzystaniem kondensatorów elektrolitycznych i wyprowadzenia "zero", przy połączeniu w gwiazdę.
Wymiary PCB: 26x62mm.
Zapraszam na stronę sterownia