4.  Преобразование энергии ветра в электричество.


    4.x.x.x Шаговый двигатель (от дисковода 3,5 дюйма) в качестве источника электричества.


 

  С шаговым двигателем от большого дисковода получилось мало интересного. Более перспективным, на мой взгляд, является шаговый двигатель от маленького дисковода. Его проще найти и сопротивление обмоток у него меньше.

  На фотографии – остатки дисковода «Panasonic».

  Два двигателя, один из которых «шаговый» и мы его испытаем сейчас. Второй -  на следующей странице.

  Итак. Стандартный шаговый двигатель, который перемещает блок головок. На 20 импульсов делает один оборот ротора. В середине – две независимые обмотки, по 17 Ом.

  Если быть упорным и разобрать этот двигатель, то в середине обнаружится следующее.

 Конструкция изящна и проста до безобразия. В две статорные катушки (1)  вставлены 4-ре вставки (2). В зазорах между этими вставками формируется магнитное поле. Завершает конструкцию ротор (3), выполненный в виде многополюсного магнита.

  Обратите внимание, что в самом двигателе только один подшипник. Второй подшипник, на кончике латунного ротора, находится на станине дисковода. К нему, вал, прижимается пружиной (Spr). Без последнего подшипника двигатель работать не будет, проверено.

  Как работает шаговый двигатель может отлично рассказать Википедия. Нас будет интересовать только то, что за один оборот ротора, в статорных катушках возникают 20 импульсов.

  Для упрощения жизни, я зацепился осциллографом за одну обмотку. Напряжение и частота на графике, ниже.

  Тут необходимо одно уточнение. Снизу, не скорость вращения ротора, а частота. По ней легко узнать текущую скорость вращения. Соображения следующие. За один оборот в статорных катушках возникает 20 импульсов, значит по 10 двухполярных импульсов в каждой или 5 полных периодов переменного тока. Таким образом, делим частоту на 5 и получаем скорость вращения ротора генератора в оборотах в секунду. Т.е. 1000 Гц соответствует 200 об./сек.

(для компенсации качества, изображение сделано "кликабельным" :)


  Кроме того, что напряжение линейно зависит от частоты (оборотов), из последнего графика видно, что данный шаговый двигатель легко «разгоняется» до 16 Вольт.

  Ток короткого замыкания был проверен таким же методом, только на нагрузке 2 Ома.

  Почему кривая тока от частоты идет именно так? На то есть много причин и объяснений, которые совсем неинтересны. Сойдемся на том, что до 500 Гц (100 об./сек), ток почти линейно нарастает с увеличением числа оборотов.
Дальше, можно было бы обобщать графики, пересчитывать, рисовать формулы и утомлять этим себя и читателя. Не будем так поступать. Если кому нужны закономерности, то они хорошо видны на предыдущих графиках. Меня интересует практика, а она на следующей диаграмме.

   Почему кривая тока от частоты идет именно так? На то есть много причин и объяснений, которые совсем неинтересны. Сойдемся на том, что до 500 Гц (100 об./сек), ток почти линейно нарастает с увеличением числа оборотов.

  Дальше, можно было бы обобщать графики, пересчитывать, рисовать формулы и утомлять этим себя и читателя. Не будем так поступать. Если кому нужны закономерности, то они хорошо видны на предыдущих графиках.

  С практической стороны, было бы неплохо собрать схему и посмотреть, что реально можно получить от этого шагового двигателя.

  Выпрямитель (вверху на первой фотографии), обмотки в диагонали мостов, и 400 об./сек. Почему именно 400? Дело в том, что такой редуктор легко реализуется в моих ветрогнераторах. Первая ступень 1:3, и вторая – 1:20. Общее передаточное отношение – 1:60. Если ветроколесо или пропеллер, делает 7 оборотов в секунду, то на валу генератора 7 об./сек * 60 = 420 об./сек.

  То, что получилось, Вы можете видеть на графике. Синяя линия – зависимость выпрямленного напряжения от сопротивления нагрузки. Мощность в нагрузке – сиреневая линия.


  Практический результат следующий.

  Максимум мощности достигается при сопротивлении нагрузки 60 Ом. При этом, напряжение на нагрузке – 7 Вольт, ток - 0,1Aмера, что дает 0,7Ватт.

  Из неприятных моментов то, что подшипник на кончике вала, не рассчитан на 200 – 400 об./сек. Приходится ставить дополнительный подшипник, с внутренним диаметром 3 мм.

   0,7W это реальная мощность, но очень оптимистичная. На практике приходится рассчитывать только на 0,2 – 0,3 W, которых хватает на заряд двух пальчиковых аккумуляторов.

  Другой вариант, когда такой генератор работает как дополнительный, с небольшой солнечной батареей. В этом случае выпрямление происходит по схеме удвоения напряжения и позволяет удерживать заряд 4-х пальчиковых аккумуляторов, для питания 5-ти вольтовой электроники.

  Этот вариант является одним из самых эффективных.

   Положительным моментом является то, что для такого генератора необходимо ветроколесо диаметром 0,2 – 0,3 метра, а в качестве редуктора применяется ременная передача (один плоский пассик или резиновое кольцо). Конечно, вся конструкция напоминает флюгер с пропеллером, но это работает.

  В дисководе, на 3,5 дюйма, есть еще один двигатель. Его мы испытаем на следующей странице.



09.01.2011  SKootS

_

 
 
Make a Free Website with Yola.