Идея о создании ветряка давно волновала меня, но воплотить её в жизнь я не решался из-за ограниченного объема информации и недостаточной технической базы. С течением времени мое информационное поле значительно расширилось за счет Интернета. Все чаще стали появляться статьи в газетах и журналах. Сейчас уже редкий выпуск новостей обходится без упоминания о ветряках или энергосберегающих технологиях, что еще больше подогревало мой интерес к этой теме. Отправной точкой стало посещение Новоазовской ветроэлектрической станции.

          Заручившись поддержкой друзей и близких, я приступил к работе. С точки зрения сложности изготовления и эффективности было рассмотрено несколько различных вариантов конструкций ветроагрегатов. Окончательно я остановился на распространенной конструкции трехлопастного горизонтально-осевого ветродвигателя.

        В качестве профиля лопастей был принят профиль NACA 4415. Нижняя поверхность лопасти плоская и это существенно упрощает её изготовление. Ширина хорды на конце лопасти принималась равной 10 см. Лопасти были вырезаны из пенополистирола с помощью нихромовой проволоки. Однако сам по себе пенополистирол имеет невысокую механическую прочность, которая явно недостаточна для того, поэтому лопасти дополнительно «армировались» алюминиевой трубкой диаметром 1 см. В дальнейшем предполагается, что лопасти будут покрыты стеклотканью. Диаметр ротора ветряка 2,6 м.

        Ступица ветроколеса была изготовлена из дерева.

        Идею использования готового генератора пришлось отбросить по двум причинам: во-первых, распространенные электрические машины рассчитаны на высокие частоты вращения, работа ветродвигателя на которых без мультипликатора практически невозможна и нецелесообразна (например, автомобильные генераторы могут иметь номинальные частоты вращения около 2000 об/мин). В то же время мультипликатор может существенно усложнить изготовление ветроустановки. Во-вторых, эти машины обычно имеют электромагнитное возбуждение. В этом отношении генераторы с постоянными магнитами выгодно отличаются отсутствием потерь в обмотке возбуждения, но зачастую предполагают использование редкоземельных магнитов, которые хотя и обладают существенно лучшими энергетическими характеристиками по сравнению с ферритовыми, но также и отличаются высокой стоимостью.

        Была принята известная конструкция торцевого электрического генератора. По принципу своего действия эта электрическая машина относится к синхронным машинам с постоянными магнитами. Для её изготовления потребовалось приобрести 32 редкоземельных магнита NdFeB (диаметр 3 см, толщина 1 см, сплав N38). В качестве ротора генератора используются два старых тормозных диска, зачищенных с помощью «болгарки». Затем с помощью «сепаратора» из винилпласта и эпоксидной смолы магниты были закреплены на тормозных дисках таким образом, чтобы происходило чередование их полюсов. Для выбора обмоточных данных был выполнен расчет магнитной цепи машины. Вначале магнитная система рассчитывалась по закону полного тока с использованием кривых размагничивания сплава N38. Результаты существенно отличались от данных, полученных с помощью конечно-элементного анализа. Магнитное поле генератора рассматривалось как плоскопараллельное в развертке его магнитной системы, хотя такой подход и не совсем оправдан для торцевой электрической машины. Более точные результаты могут быть получены на базе трехмерной модели.

        Для выбора обмоточных данных использовались зависимости, полученные по результатам двумерного анализа магнитного поля. В качестве примера приведена зонная картина поля и распределение линий магнитного потока на полюсном делении машины. Затем были намотаны 12 обмоток (по 4 на фазу) и статор вылит из эпоксидной смолы. Обмотки были выполнены проводом диаметром 1,12 мм. В дальнейшем на выходе генератора будет установлен трехфазный мостовой выпрямитель для зарядки аккумуляторной батареи. Также планируется использование инвертора. Предполагается использовать схему регулирования с выводом из-под ветра за счет эксцентриситета. В этом случае ось вращения ветряка смещается относительно вертикальной оси поворота. В результате при усилении ветра ветроколесо поворачивается на некоторый угол по отношению к направлению ветра и предельные обороты не достигаются.

        На момент оформления сайта готовы не все узлы ветроагрегата и до его установки еще довольно далеко. Однако на этом этапе уже ясно, что эта установка даже при самом благоприятном стечении обстоятельств вряд ли когда-либо сможет окупить себя. Но на самом деле такая задача и не ставилась… Оптимизма придал пробный запуск ветроколеса: при скорости ветра около 3 м/с частота вращения превышала 120 об/мин.

        Ни в коем случае я не рассматриваю эту модель как оригинальный вариант. По количеству информации в Интернете её скорее можно отнести к классической. Главное же достоинство этой конструкции, с моей точки зрения, заключается в возможности её совершенствования.

        Особую благодарность хотел бы выразить целому коллективу энтузиастов – единомышленников: Боеву Евгению Владимировичу, Кравченко Василию Васильевичу, Боевым Владимиру Владимировичу и Дмитрию Владимировичу, Богофалову Юрию Ивановичу.

1. Янсон Р.Я. Ветроустановки. М., «МГТУ им. Н. Э. Баумана», 2007.

2. Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. М., 1957.

1. http://rosinmn.ru/index.html

   Сайт малая энергетика. Представлено большое количество полезных материалов по самодельным ветрякам и микроГЭС.

2. http://www.profili2.com

   Сайт Стефано Дуранти. Доступна для скачивания программа Profili 1.2, позволяющая выбрать профиль лопасти.

3. http://www.scoraigwind.com

   Сайт Хью Пиготта. На сайте представлено большое количество информации, касающейся самодельных ветряков.

4. http://www.windenergy.nl/website/AXIAL_FLUX_HowItWorks.pdf

   Англоязычная инструкция по изготовлению торцевого генератора на постоянных магнитах.

5. http://femm.foster-miller.net

   Сайт Дэвида Микера. На сайте доступна для скачивания программа FEMM и примеры её применения для решения задач магнитостатики, магнитных полей переменных токов, электростатики и теплопередачи.