Генератор на постоянных магнитах своими руками

20-04-2010, 09:38 | Раздел: Техническая библиотека» Своими руками

Предлагаем вашему вниманию инструкцию по изготовлению классического генератора на постоянных магнитах (ГПМ), на языке оригинала – permanent magnet generator, PMG. Подобные генераторы широко используются в самодельных мини-ГЭС, ветряках и прочих электростанциях, изготовленных своими руками.

Описание разработано доктором Смэйлом Хеннасом, опубликовано на сайте известного шотландского самодельщика и автора многочисленных пособий Хью Пигота.

Введение

Это инструкция по изготовлению генератора на постоянных магнитах (ГПМ), который выдает переменный ток. Он генерирует не «промышленное» напряжение 220В, а низкое переменное напряжение по трем фазам, которое затем выпрямляется и подается на выход в виде постоянного тока с параметрами, подходящими для зарядки батарей 12В.

Этот ГПМ состоит из следующих узлов:
1. Стальные оси и цапфы (shafts and spines)
2. Статор, содержащий катушки из провода (Stator)
3. Два магнитных ротора (magnet rotor)
4. Выпрямитель (rectifier)

Статор содержит шесть катушек медного провода, залитых эпоксидной смолой. Корпус статора закреплен цапфами и не вращается. Провода от катушек подключены к выпрямителю, который производит постоянный ток для зарядки батарей 12В. Выпрямитель прикреплен к алюминиевому радиатору, чтобы не перегревался.

Магнитные роторы закреплены на составной, вращающейся на оси конструкции. Задний ротор установлен за статором и закрыт им. Передний ротор находится снаружи и прикреплен к заднему ротору длинными спицами, проходящими через центральное отверстие статора. В случае использования ГПМ с ветряком, на тех же спицах будут монтироваться лопасти ветряка. Они будут вращать роторы, и таким образом перемещать магниты вдоль катушек. Переменное магнитное поле роторов генерирует ток в катушках.

Этот ГПМ спроектирован для использования с небольшим ветрогенератором. Для того, чтобы сделать сам ветровой генератор, нужны следующие узлы:
• Мачта: стальная труба, закрепленная тросами (Tower)
• «Вращающаяся головка», которая устанавливается на верхушке мачты
• Хвост, для поворота ветряка по ветру (tail)
• Набор лопастей (blades)

ГПМ работает на малых оборотах. На графике показана мощность ГПМ при зарядке 12В батареи. При 420 об/мин он генерит 180 Вт = 15А х 12В

При большей скорости ГПМ может генерить большую мощность. Но больший ток разогревает катушки и К.П.Д. падает. Для использования ГПМ для больших оборотов лучше мотать катушки другим проводом, более толстым и делать меньше витков в катушке. Но при этом на малых оборотах ГПМ работать не будет.

Для того, чтобы использовать ГПМ и на большой и на малой скорости, можно менять способ соединения катушек: со звезды переключаться на треугольник и наоборот.

На графике представлена зависимость выходной мощности от скорости при разных типах соединения. «Звезда» начинает работать при низкой скорости (170 об/мин). «Треугольник» выдает больше мощности, но только при больших оборотах. Звезда хороша при малом ветре, треугольник – при большом.

Если увеличить размеры ГПМ, то при тех же скоростях он сможет выдавать больше мощности.

Внимание
При изготовлении ГПМ обращайте особое внимание на крепеж магнитов – ни при каких условиях они не должны отделяться от посадочного места! Болтающийся магнит начинает распарывает корпус статора и необратимо повреждает ГПМ.
• Строго следуйте инструкциям по заливке ротора – ни в коем случае не ограничивайтесь просто приклеиванием магнитов к стальным дискам.
• При сборке не бейте по ротору молотком
• Оставляйте как минимум 1 мм зазор между роторами и статором (при тяжелых условиях эксплуатации зазор надо увеличить)
• Не используйте ГПМ на скоростях выше 800 об/мин. (При поворотах ветряка на такой сокрости в нем возникают гироскопические силы, которые могут согнуть оси и вызвать касание магнитами ротора)
• Не прикрепляйте лопасти непосредственно к внешнему ротору, крепите только на спицы.
• При креплении лопастей к спицам держите ГПМ так, чтобы его ось вращения была вертикально, ни в коем случае не горизонтально.