створення вітрогенератора не обов'язково означає виготовлення великого і потужного комплексу, здатного забезпечувати електроенергією цілий будинок або групу споживачів. Можна виготовити, що представляє собою, по суті, діючу модель серйозної установки. Метою такого заходу може бути:
- Ознайомлення з основами вітроенергетики.
- Спільні навчальні заняття з дітьми.
- Експериментальний зразок, що випереджає будівництво великої установки.
Створення такого вітряка не зажадає використання великої кількості матеріалів або інструментів, можна обійтися підручними засобами. Розраховувати на вироблення серйозних обсягів енергії не доводиться, але для харчування невеликого світильника на світлодіодах може вистачити. Основна проблема, яка існує при створенні - це генератор. Його складно створити самостійно, оскільки розміри пристрою невеликі. Найпростіше використовувати, що дозволяє використовувати його в режимі генератора.
Саморобний вітряк на основі крокового двигуна
Найчастіше, при виготовленні малопотужних вітрогенераторів використовують крокові електродвигуни. Особливість їх конструкції полягає в наявності кількох обмоток. Зазвичай, в залежності від розміру і призначення, виготовляють двигуни з 2, 4 або 8 обмотками (фазами). При подачі напруги на них по черзі вал відповідно повертається на певний кут (крок).
Перевага крокових двигунів полягає в здатності виробляти досить великий струм при низьких швидкостях обертання. На генератор з крокової двигуна можна встановити крильчатку без всяких проміжних пристроїв - передач, редукторів і т.п. Вироблення електроенергії буде здійснюватися з такою ж ефективністю, як і на пристроях іншої конструкції з використання підвищують передач.
Різниця в швидкостях досить суттєва - для отримання такого ж результату, наприклад, на колекторному двигуні, потрібно швидкість обертання в 10 або 15 разів більше.
Вважається, що за допомогою генератора з крокової двигуна можна заряджати акумулятори або батареї мобільних телефонів, але на практиці позитивні результати відзначаються вкрай рідко. В основному, виходять джерела живлення для невеликих світильників.
До недоліків крокових двигунів можна віднести значне зусилля, необхідне для початку обертання. Ця обставина знижує чутливість всієї, що можна дещо скоригувати шляхом збільшення площі і розмаху лопатей.
Відшукати такі двигуни можна в старих дисководах для гнучких носіїв, в сканерах або принтерах. Як варіант, можна придбати новий двигун, якщо в запасі потрібного пристрою не виявиться. Для більшого ефекту слід вибирати більші двигуни, вони здатні видавати досить велику напругу, щоб його можна було якось використовувати.
Вітрогенератор з деталей від принтера
Один з відповідних варіантів - використання крокової двигуна від принтера. Його можна отримати з вийшов з ладу старого пристрою, в кожному принтері як мінімум два таких двигуна. Як варіант, можна придбати новий, що не був в експлуатації. Він здатний виробляти потужність близько 3 ват навіть при слабкому вітрі, типовому для більшості регіонів Росії. Напруга, яке може бути досягнуто, становить 12 і більше В, що дозволяє розглядати пристрій як можливість зарядки акумуляторів.
Кроковий двигун видає змінну напругу. Для користувача необхідно перш за все випрямити його. Буде потрібно створити діодний випрямляч, для чого буде потрібно по 2 діода на кожну котушку. Можна і безпосередньо підключити світлодіод до висновків котушки, при достатній швидкості обертання цього вистачить.
Крильчатку ротора найпростіше встановити прямо на вал двигуна. Для цього треба виготовити центральну частину, здатну щільно сідати на вал. Доя посилення фіксації крильчатки необхідно просвердлити отвір і нарізати в ньому різьбу. Згодом в нього буде загвинчуватися гвинт.
Для виготовлення лопатей зазвичай використовують поліпропіленові каналізаційні труби або інші відповідні матеріали. Головною умовою є мала вага і достатня міцність, оскільки лопаті іноді набирають цілком пристойну швидкість. Використання ненадійних матеріалів може створити небажану ситуацію, коли крильчатка розвалюється на ходу.
лопаті
Зазвичай виготовляють по 2 лопаті, але можна зробити і більшу кількість. Необхідно пам'ятати, що велика площа лопатей підвищує КВЕВ вітряка, Але паралельно з цим збільшується фронтальна навантаження на крильчатку, що передається валу двигуна. Виготовлення маленьких лопатей також не рекомендується, оскільки вони не зможуть подолати залипання вала при старті обертання.
Для можливості обертання вітряка навколо вертикальної осі треба зробити спеціальний вузол. Складність в цьому полягає в необхідності забезпечити нерухомість кабелю, що йде від генератора. Оскільки пристрій має, скоріше, декоративне призначення, зазвичай підходять до питання простіше - встановлюють споживач прямо на корпусі генератора, виключаючи присутність довгого кабелю. В іншому випадку доведеться монтувати систему на зразок щіткового колектора, що нераціонально і вимагає великої кількості часу.
щогла
Зібраний вітряк необхідно встановити на висотою як мінімум 3 метри. Потоки вітру біля поверхні землі мають нестабільний напрямок, викликане турбулентністю. Підйом на деяку висоту допоможе отримати більш рівномірні потоки. Для самостійної установки на вітер по осі обертання встановлюють хвостовий стабілізатор, який грає роль флюгера. Він робиться з будь-якого шматка пластмаси, алюмінієвої пластинки або іншого підручного матеріалу.
Зазвичай дме легенький вітерець але мій міні ветрячёк періодично розкручується до дуже великих обертів, гвинт обертається з такою швидкістю, що його практично не видно, правда при таких оборотах доноситься ледь чутне рокатаніе лопатей. Зараз цей ветрячёк підтримує в робочому стані старенький, але робочий акумулятор, щоб той не розряджався. Максимальна потужність ветрячка всього до 100мА, можливо він може видати і більше, але у нас зазвичай дме невеликий вітер, і заміряв на звичайному вітерці.
Конструкцію подібних ветрячков підглянув на одному заморському сайті і вирішив повторити, так і народився цей малюк. Як генератор використовував кроковий моторчик від давно неробочого і пилівшегося у мене струменевого принтера. Розібравши його викрутив маторчік. Далі подивився, покрутив, покрутив руками, поміряв скільки дає, давав дуже мало, але вольти піднімалися вище 12-ти, а значить він теоретично міг заряджати акумулятор.
Далі з транзистора зробив кріплення для лопатей. Транзистор просвердлив по діаметру вала на якому зграя зубчаста насадка, в загальному під її розміри. Одягнув на вал транзистор, капнув клею і покрутив переконавшись що все рівно. Потім остаточно зафіксував з помощ'ю епоксидки. Розвів трохи і залив отвір транзистора, додатково захистив моторчик від негоди замазавши дірочки в моторчик. Нижче фотографія цього генератора.
Далі з відрізка ПВХ труби, діаметром 110мм, вирізав лопаті, на трубі намалював заготовку, яку вирізав відрізною машинкою. Розміри взяв приблизні ширина вийшла 9см, а розмах гвинта 48см. Просвердлив отвори і прикрутив гвинт до моторчика-генератору з помощ'ю маленьких болтів.
За основу використовував відрізок 55-тій ПВХ труби, далі вирізав хвіст з фанерки, і додав шматочок від 110-той.Моторчік вклеїв всередині труби. Після складання вийшла ось така вітроелектростанція. Відразу зібрав випрямітель.Так як цей мотор не хотів давати багато вольт на малих обертах, то зібрав за схемою подвоєння і включив послідовно.
Діоди взяв HER307, конденсатори - 3300мкф
Схему укутав в поліетилен і вставив в трубу випрямляч, потім мотор і прив'язав його дротом крізь просвердлені дірочки, простір замазав силіконом. Так-же силіконом потім замазав все дирдочкі зверху, а знизу просвердлив один отвір на всякий випадок, щоб якщо що вода стекла, і випаровувався конденсат.
Хвіст закріпив наскрізь болтом, напівкруглий хвіст вставив і прив'язав дротом, він і так міцно тримається. Знайшов центр ваги, просвердлив (діам. 9мм.) Ще просвердлив діам. 6мм два болта М10, наскрізь, під вісь. (Болти М10 тут служать «підшипником» осі) увернула зверху і знизу болти М10 в трубу, змастив довгий болт М6 солідолом і все скрутив, вийшло досить жорстко. Болт-вісь (М6) прикрутив до куточка, а його до палиці. Зверху на болт М10 одягнув на силіконі пробку, тепер вісь води не боїться. Все вітрогенератор виготовлений.
Для щогли взяв кілька брусків. які скрутив саморізами, закріпив вітряк і підняв на вітер. Підключив до акумулятора, зарядка йде, але дуже слабенька, підтримує акумулятор від природного розряду. Так як верячок крутитися, то залишився задоволений, принаймні знатиму звідки вітер дует.Етот варіант - як сказано на тому сайті - little weekend project, тобто маленький проект для вихідних, для задоволення що-нить поколупати, тим більше я не витратив ні копійки ... клей не береться до уваги. Так по ідеї може пару маленьких світлодіодів запалити, або мобільний телефон за пару діб зарядити, але швидше за все такий слабкий струм телефон прийме за поганий контакт і відключить, написавши на дисплеї погане з'єднання.
У майбутньому якщо буде час і бажання може зроблю на освітлення двору, ось тільки другий такий-же зберу і акумулятор невеликої поставлю, або кілька акумуляторних батарей. Для цього залишився ще один кроковий, тільки цей видає під 2х20вольт від прокручування рукою, але струм маленький. А другий - на щітках, відразу постоянка. Від руки 10 вольт, КЗ - 0,5 Ампера. А ще все-таки буду мучити автогенератор, ось тільки магніти дочекаюся.
З кожним роком люди ведуть пошуки альтернативних джерел. Саморобна електростанція зі старого автомобільного генератора буде до речі в віддалених ділянках, де немає підключення до загальної мережі. Вона зможе вільно заряджати акумуляторні батареї, а також забезпечить роботу декількох побутових приладів і освітлення. Куди використовувати енергію, що буде вироблятися вирішуєте ви, а також зібрати його своїми руками або придбати у виробників, яких на ринку більш ніж достатньо. У цій статті ми допоможемо вам розібратися зі схемою складання вітрогенератора своїми руками з тих матеріалів які завжди є у будь-якого господаря.
Розглянемо принцип роботи вітрові електростанції. Під швидким вітровим потоком активується ротор і гвинти, після в рух приходить основний вал, що обертає редуктор, а потім відбувається генерація. На виході ми отримуємо електрику. Отже, чим вище швидкість обертання механізму, тим більше продуктивності. Відповідно, при розташуванні конструкцій враховуйте місцевість, рельєф, знати ділянки територій, де велика швидкість вихору.
Інструкція збірки з автомобільного генератора
Для цього вам буде потрібно заздалегідь приготувати все комплектуючі. Найважливішим елементом є генератор. Найкраще брати тракторний або автобусний, він здатний виробити набагато більше енергії. Але якщо такої можливості немає, то найімовірніше варто обійтися і слабшими агрегатами. Для збірки апарату вам знадобиться:
вольтметр
реле акумуляторної зарядки
сталь для виготовлення лопатей
12 вольта акумулятор
коробка для проводів
4 болта з гайками та шайбами
хомути для кріплення
Збірка пристрою для будинку на 220в
Коли ж усе готово переходите до складання. Кожен з варіантів може мати додаткові деталі, але вони чітко обумовлюються безпосередньо в керівництві.
Насамперед зберіть вітряне колесо - головний елемент конструкції, адже саме ця деталь буде перетворювати енергію вітру в механічну. Найкраще, щоб у нього було 4 лопаті. Запам'ятайте, що чим менше їх кількість, тим більше механічної вібрації і тим складніше буде його збалансувати. Роблять їх з листової сталі або залізної бочки. Форму вони повинні носити не таку, як ви бачили в старих млинах, а нагадують крильчасті тип. У них аеродинамічний опір набагато нижче, а ефективність вище. Після того як ви за допомогою болгарки, виріже вітряк з лопатями діаметром 1.2-1.8 метра, його разом з ротором потрібно прикріпити з віссю генератора, просвердливши отвори і з'єднавши болтами.
Збірка електричної схеми
Закріплюємо дроти і підключаємо їх безпосередньо до акумулятора і перетворювача напруги. Потрібно використовувати всі, що в школі на уроках фізики вас вчили майструвати при складанні електричної схеми. Перед початком розробки подумайте, які кВт вам потрібні. Важливо відзначити, що без подальшої переробки та перемотування статора зовсім не придатні, робочі обороти складають 1,2 тис-6 тис. Об / м, а цього недостатньо для виробництва енергії. Саме з цієї причини потрібно позбавиться від котушки збудження. Щоб підняти рівень напруги, перемотайте статор тонким дротом. Як правило, в результаті потужність буде при 10 м / с 150-300 ват. Після складання ротор добре буде магнітитися, ніби до нього підключили харчування.
Роторні саморобні вітрогенератори дуже надійні в роботі і економічно вигідні, єдиним їх недосконалістю є страх сильних поривів вітру. Принцип роботи має простий - вихор через лопаті змушує механізм крутитися. В процесі цих інтенсивних обертань виробляється енергія, необхідного вам напруги. Така електростанція - це дуже вдалий спосіб забезпечити електрикою невелике будинок, звичайно, щоб викачувати воду зі свердловини його потужності буде недостатньо, але подивитися телевізор або включити світло у всіх приміщеннях з його допомогою можливо.
З домашнього вентилятора
Сам вентилятор може бути в неробочому стані, але з нього потрібно всього кілька деталей - це стійка і сам гвинт. Для конструкції знадобитися невеликий кроковий двигун спаяний доданими містком для того, щоб він видавав постійна напруга, пляшечка від шампуню, пластикова водопровідна трубка довжиною приблизно 50 см, заглушка для неї і кришка від пластикового відра.
На верстаті роблять втулку і фіксують в роз'ємі від крил розібраного вентилятора. У цю втулку буде кріпитися генератор. Після закріплення, потрібно зайнятися виготовленням корпусу. Зрізають за допомогою верстата або в ручному режимі дно від пляшки шампуню. Під час відрізання, потрібно також залишити отвір на 10, щоб в нього вставити вісь, виточену з алюмінієвого прута. Прикріплюють її за допомогою болта і гайки до пляшки. Після того як була виконана припаює всіх проводів, в корпусі пляшечки проробляють ще один отвір для виведення цих самих проводів. Простягаємо їх і закріплюємо в пляшечці зверху на генераторі. За формою вони повинні збігатися і корпус пляшки повинен надійно приховувати всі його частини.
Хвостовик для нашого пристрою
Щоб в майбутньому він вловлював потоки вітру з різних сторін, зберіть хвостовик, використавши заздалегідь підготовлену трубку. Хвостова частина буде кріпитися за допомогою відкручувати кришки від шампуню. У ній теж роблять отвір і, попередньо вдягнувши на один кінець трубки заглушку, простягають її і закріплюють до основного корпусу пляшки. З іншого боку, трубку пропілівают ножівкою і вирізують ножицями з кришки пластикового відра крило хвостової частини, воно повинно мати круглу форму. Все що вам потрібно, це просто обрізати краю відра, якими воно прикріплялося до основної ємності.
На задню панель підставки прикріплюємо USB вихід і складаємо всі отримані деталі в одну. Кріпити радіо або заряджати телефон можна буде через цей вмонтований USB порт. Звичайно, сильною потужністю він від побутового вентилятора не володіє, але все ж освітлення однієї лампочки може забезпечити.
Вітрогенератор своїми руками з крокової двигуна
Пристрій з крокової двигуна навіть при невеликій швидкості обертання виробляє близько 3 Вт. Напруга може підніматися вище 12 В, а це дозволяє заряджати невеликий акумулятор. Як генератор можна вставити кроковий двигун від принтера. У такому режимі у крокової двигуна виробляється змінний струм, а його без зусиль перетворити в постійний, використовуючи кілька доданих мостів і конденсатори. Схему ви можете зібрати власноруч. Стабілізатор встановлюють за мостами, в слідстві отримаємо постійне вихідна напруга. Щоб контролювати візуально напруга, можна встановити світлодіод. З метою зменшення втрати 220 В, для його випрямлення, застосовуються діоди Шотткі.
Лопаті будуть з труби ПВХ. Заготівлю малюють на трубі, а потім вирізують відрізним диском. Розмах гвинта повинен становити близько 50 см, а ширина - 10 см. Потрібно виточити втулку з фланцем під розмір вала ШД. Вона насаджується на вал двигуна і кріпиться за допомогою гвинтів, безпосередньо до фланців будуть кріпитися пластикові "гвинти". Також проведіть балансування - від кінців крил відрізаються шматочки пластику, кут нахилу змінити за допомогою нагрівання і вигину. У сам пристрій вставляють шматок труби, до якого його теж прикріплюють болтами. Що стосується електричної плати, то її краще розмістити внизу, а до неї вивести харчування. З крокової двигуна виходять до 6 проводів, які відповідають двом котушок. Для них будуть потрібні токос'емноє кільця для передачі електроенергії від рухомої частини. Поєднавши всі деталі між собою переходимо до тестування конструкції, яка буде починати обертів при 1 м / с.
Вітряк з мотор-колесо і магнітів
Не кожен знає, що вітрогенератор з мотор-колеса можна зібрати своїми руками за короткий час, головне заздалегідь запастися потрібними матеріалами. Для нього найкраще підходить ротор Савоніуса, його можна придбати готовий або ж самостійно. Він складається з двох напівциліндричних лопатей і перекриття, з яких і виходять осі обертання ротора. Матеріал для їх вироби вибирайте самостійно: дерево, склотканина або пвх-трубу, що є найпростішим і оптимальним варіантом. Виготовляємо місце з'єднання деталей, на якому потрібно виконати отвори для кріплення відповідно до кількості лопатей. Буде потрібно сталевий поворотний механізм, щоб пристрій міг витримувати будь-яку погоду.
З феритових магнітів
Вітрогенератор на магнітах буде складно освоїти малодосвідчених майстрам, але все ж можна спробувати. Отже, повинні бути чотири полюса, в кожному буде знаходитися по два феритових магніту. Покривати їх будуть накладки з металу товщиною трохи менше міліметра для розподілу більш рівномірного потоку. Основних котушок повинно бути 6 штук, перемотані товстим проводом і повинні знаходитися через кожен магніт, займаючи простір, відповідне довжині поля. Кріплення схем обмотки може бути на ступиці від болгарки, в середину якої встановлений заздалегідь виточений болт.
Регулюється потік подачі енергії висотою закріплення статора над ротором, чим він вищий, тим менше залипання, відповідно потужність знижується. Для вітряка потрібно зварити опору-стійку, а на диску статора закріпити 4 великих лопаті, які ви можете вирізати зі старої металевої бочки або кришки від пластикового відра. При середній швидкості обертання видає приблизно до 20 ват.
Конструкція вітряка на неодімових магнітах
Якщо ви хочете дізнатися про створення, потрібно зробити основою маточину автомобіля з дисками гальма, такий вибір цілком виправданий, адже вона потужна, надійна і добре збалансована. Після того як ви відчистите маточину від фарби і бруду, переходите до розстановці неодімових магнітів. Їх потрібно по 20 штук на диску, розмір повинен складати 25х8 міліметрів.
Магніти потрібно розміщувати, враховуючи чергування полюсів, перед склеюванням краще створити паперовий шаблон або прокреслити лінії, що ділять диск на сектора, щоб не переплутати полюса. Дуже важливо, щоб вони, стоять один навпроти одного, були з різними полюсами, тобто притягувалися. Клеять їх супер-клеєм. Підніміть бордюрчики по краях дисків, і в центрі намотайте скотч або заліпити пластиліном для недопущення розтікання. Щоб виріб працювало з максимальною віддачею, котушки статора слід розрахувати правильно. Збільшення кількості полюсів призводить до зростання частоти струму в котушках, завдяки цьому, пристрій навіть при низькій частоті обороту дає більшу потужність. Намотування котушок здійснюється більш товстими проводами, з метою зниження опору в них.
Коли основна частина готова, виготовляють лопаті, як в попередньому випадку і закріплюють їх до щогли, що може бути виготовлена \u200b\u200bзі звичайної пластикової труби з діаметром- 160 мм. Зрештою наш генератор, що працює на принципі магнітної левітації, з діаметром у півтора метра і шістьма крилами, в 8м / с, здатний забезпечити до 300 Вт.
Ціна розчарування або дорогий флюгер
Сьогодні існує безліч варіантів як зробити пристрій для перетворення енергії вітру, кожен спосіб по-своєму ефективний. Якщо ви ознайомлені з методикою виготовлення обладнання виробляє енергію, то буде неважливо на базі чого його робити, головне, щоб він відповідав задуманої схемою, і на виході давав хорошу потужність.
У цій статті я опишу весь цикл виготовлення драйвера крокової електромотора для експериментів. Це не кінцевий варіант, він розрахований на управління одним електромотором і необхідний тільки для дослідницьких робіт, схема кінцевого драйвера крокової двигуна буде представлена \u200b\u200bв окремій статті.
Для того щоб виготовити контролер крокової двигуна, необхідно зрозуміти принцип роботи самих кроковий електричних машин і чим вони відрізняється від інших типів електромоторів. А різновидів електричних машин існує величезна безліч: постійного струму, змінного струму. Електродвигуни змінного струму діляться на синхронні і асинхронні. Описувати кожен тип електродвигунів я не стану так-як це виходить за рамки даної статті, скажу лише що кожен тип двигуна має свої переваги і недоліки. А що ж таке кроковий електродвигун і як їм управляти?
Кроковий електродвигун - це синхронний бесщеточний електродвигун з декількома обмотками (зазвичай з чотирма), в якому струм, що подається в одну з обмоток статора, викликає фіксацію ротора. Послідовна активація обмоток двигуна викликає дискретні кутові переміщення (кроки) ротора. Принципова електрична схема крокової мотора дає уявлення про його устрій.
А на цій картинці показана таблиця істинності і діаграма роботи кроковиках в полношаговом режимі. Існують ще й інші режими роботи крокових двигунів (полушаговий, мікрошаговий і ін.)
А як обертати ротор в іншу сторону? Та дуже просто, потрібно змінити послідовність сигналів з ABCD на DCBA.
А як повертати ротор на конкретний заданий кут, наприклад 30 градусів? У кожної моделі крокової електромотора є такий параметр як число кроків. У кроковиках які я витягнув з матричних принтерів цей параметр 200 і 52, тобто щоб зробити повний оборот 360 градусів одним двигунів потрібно пройти 200 кроків а іншим 52. Виходить щоб повернути ротор на кут 30 градусів, потрібно пройти:
-в першому випадку 30: (360: 200) \u003d 16,666 ... (кроків) можна округлити до 17 кроків;
-у другому випадку 30: (360: 52) \u003d 4,33 ... (кроку), можна округлити до 4 кроків.
Як бачите є досить велика похибка, можна зробити висновок що чим більше кроків у мотора тим менше похибка. Похибка можна зменшувати якщо використовувати полушаговий або мікрошаговий режим роботи або механічним способом - використовувати понижуючий редуктор в цьому випадку страждає швидкість руху.
Як керувати швидкістю обертання ротора? Досить змінити тривалість імпульсів подаються на входи ABCD, чим довше імпульси по осі часу, тим менше швидкість обертання ротора.
Вважаю цієї інформації буде достатньо щоб мати теоретичне уявлення про роботу крокових електромоторів, всі інші знання можна буде отримати експериментуючи.
І так перейдемо до схемотехніки. Як працювати з кроковим двигуном ми розібралися, залишилося підключити його до Arduino і написати керуючу програму. На жаль безпосередньо підключити обмотки мотора до виходів нашого мікроконтролера неможливо з однієї простої причини - брак потужності. Будь-електромотор пропускає через свої обмотки досить великий струм, а до мікроконтролеру можна підключити навантаження не більше40 mA (параметри ArduinoMega 2560). Що ж робити якщо є необхідність керувати навантаженням наприклад 10A та ще й напругою 220В? Цю проблему можна вирішити якщо між мікро контролером і кроковим двигуном інтегрувати силову електричну схему, тоді можна буде управляти хоч трифазним електромотором який відкриває багатотонний люк в ракетну шахту :-). У нашому випадку люк в ракетну шахту відкривати не потрібно, нам потрібно всього лише змусити працювати кроковий мотор і в цьому нам допоможе драйвер крокової двигуна. Можна звичайно купити готові рішення, на ринку їх дуже багато, але я буду робити свій власний драйвер. Для цього мені знадобляться силові ключові польові транзистори Mosfet, як я вже говорив ці транзистори ідеально підходять для сполучення Arduino з будь-якими навантаженнями.
На малюнку нижче представлена \u200b\u200bелектрична принципова схема контролера крокового двигуна.
В якості силових ключів я застосував транзистори IRF634B максимальна напруга витік-стік 250В, струм стоку 8,1А, цього більш ніж достатньо для мого випадку. Зі схемою більш менш розібралися будемо малювати друковану плату. Малював в вбудованому в Windows редакторі Paint, скажу це не найкраща витівка, в наступний раз буду використовувати який-небудь спеціалізований і простий редактор друкованих плат. Нижче представлений малюнок готової друкованої плати.
Далі це зображення в дзеркальному відображенні роздруковуємо на папері за допомогою лазерного принтера. Яскравість друку найкраще зробити максимальною, а папір потрібно використовувати не звичайну офісну а глянсову, підійдуть звичайні глянцеві журнали. Беремо лист і друкуємо поверх наявного зображення. Далі отриману картинку прикладаємо до заздалегідь підготовленого шматку фольгованого склотекстоліти і гарненько пропрасовуємо праскою протягом 20 хвилин. Праска потрібно нагріти до максимальної температури.
Як підготувати текстолит? По-перше його потрібно відрізати за розміром зображення друкованої плати (за допомогою ножиць по металу або ножівкою по металу), по-друге зашкуріть краї дрібним наждачним папером, щоб не залишилося задирок. Також необхідно пройтися наждачкою по поверхні фольги, зняти оксиди, фольга придбає рівний червонуватий відтінок. Далі поверхню оброблену наждаковим папером потрібно протерти ваткою змоченою в розчинник (використовуйте 646 розчинник він менше смердить).
Після прогріву праскою, тонер з паперу запікається на поверхню фольгованого склотекстоліти у вигляді зображення контактних доріжок. Після цієї операції плату з папером необхідно остудити до кімнатної температури і покласти в ванночку з водою приблизно на 30 хвилин. За цей час папір раскиснет і її потрібно акуратно скачати подушечками пальців з поверхні текстоліту. На поверхні залишаться рівні чорні сліди у вигляді контактних доріжок. Якщо у вас не вийшло перенести зображення з паперу та у вас є огріхи, тоді слід змити тонер з поверхні текстоліту розчинником і повторити все заново. У мене все вийшло з першого разу.
Після отримання якісного зображення доріжок, необхідно витравити зайву мідь, для цього нам знадобиться травильний розчин який ми приготуємо самі. Раніше для травлення друкованих плат я використовував мідний купорос і звичайну кухонну сіль у співвідношенні на 0,5 літра гарячої води по 2 столові ложки з гіркою мідного купоросу і повареної солі. Все це ретельно розмішують у воді і розчин готовий. Але в цей раз спробував інший рецепт, дуже дешевий і доступний.
Рекомендований спосіб приготування травильного розчину:
У 100 мл аптечної 3% перекису водню розчиняється 30 г лимонної кислоти і 2 чайні ложки кухонної солі. Цього розчину повинно вистачити для травлення площі 100 см2. Сіль при підготовці розчину можна не шкодувати. Так як вона грає роль каталізатора і в процесі травлення практично не витрачається.
Після приготування розчину, друковану плату необхідно опустити в ємність з розчином і спостерігати за процесом травлення, тут головне не перетримати. Розчин з'їсть непокриту тонером поверхню міді, як тільки це станеться плату необхідно дістати і промити холодною водою, далі її потрібно просушити і зняти з поверхні доріжок тонер за допомогою ватки і розчинника. Якщо у вашій платі передбачені отвори для кріплення радіодеталей або кріплення, саме час просвердлити їх. Я опустив цю операцію через те що це всього лише модельний драйвер крокової двигуна, призначений для освоєння нових для мене технологій.
Приступаємо до лужению доріжок. Це необхідно зробити щоб полегшити собі роботу при пайку. Раніше я лудив за допомогою припою і каніфолі, але скажу це "брудний" спосіб. Від каніфолі багато диму і шлаку на платі який потрібно буде змивати розчинником. Я застосував інший спосіб, лудіння гліцерином. Гліцерин продається в аптеках і коштує копійки. Поверхня плати необхідно протерти ваткою змоченою в гліцерині і наносити припій паяльником точними мазками. Поверхня доріжок покривається тонким шаром припою і залишається чистою, зайвий гліцерин можна видалити ваткою або промити плату в воді з милом. На жаль у мене немає фотографії отриманого результату, після лудіння, але вийшло якість вражає.
Далі необхідно припаяти все радіодеталі на плату, для пайки SMD компонентів я використовував пінцет. Як флюс використовував гліцерин. Вийшло дуже навіть акуратно.
Результат не забарився. Звичайно після виготовлення плата виглядала краще, на фото вона вже після численних експериментів (для цього вона і створювалася).
Отже наш драйвер крокової двигуна готовий! Тепер переходимо до найцікавішого до практичних експериментів. Припаюємо всі дроти підключаємо джерело живлення і пишемо керуючу програму для Arduino.
Середовище розробки Arduino багата на різні бібліотеки, для роботи з кроковим двигуном передбачена спеціальна бібліотека Stepper.h, її ми і будемо використовувати. Як користуватися середовищем розробки Arduino і описувати синтаксис мови програмування я не стану, цю інформацію ви можете подивитися на сайті http://www.arduino.cc/, там же опис всіх бібліотек з прикладами в тому числі і опис Stepper.h.
Лістинг програми:
/*
* Тестова програма для кроковиках
*/
#include
#define STEPS 200
Stepper stepper (STEPS, 31, 33, 35, 37);
void setup ()
{
stepper.setSpeed \u200b\u200b(50);
}
void loop ()
{
stepper.step (200);
delay (1000);
}
Дана керуюча програма змушує робити один повний оборот валу крокового двигуна, після перерви тривалістю в одну секунду, повторюється до нескінченності. Можна поекспериментувати зі швидкістю обертання, напрямком обертання а також кутами поворотів.
Проїжджаючи на велосипеді повз дачних ділянок, я побачив що працює вітрогенератор:
Великі лопаті повільно, але вірно оберталися, флюгер орієнтував пристрій у напрямку вітру.
Мені захотілося реалізувати подібну конструкцію, нехай і не здатну виробляти потужність, достатню для забезпечення "серйозних" споживачів, але все-таки працює і, наприклад, заряджаючу акумулятори або живильну світлодіоди.
крокові двигуни
Одним з найбільш ефективних варіантів невеликого саморобного вітроелектрогенератори є використання крокової двигуна (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) - в такому моторі обертання валу складається з невеликих кроків. Обмотки крокової двигуна об'єднані в фази. При подачі струму в одну з фаз відбувається переміщення вала на один крок.
Ці двигуни є низькооборотноїі генератор з таким двигуном може бути без редуктора підключений до вітряної турбіни, двигуна Стірлінга або іншому низькооборотної джерела потужності. При використанні в якості генератора звичайного (колекторного) двигуна постійного струму для досягнення таких же результатів потрібна була б в 10-15 разів вища частота обертання.
Особливістю кроковиках є досить високий момент рушання (навіть без підключеної до генератора електричного навантаження), що досягає 40 грам сили на сантиметр.
Коефіцієнт корисної дії генератора з ШД досягає 40%.
Для перевірки працездатності крокової двигуна можна підключити, наприклад, червоний світлодіод. Обертаючи вал двигуна, можна спостерігати світіння світлодіода. Полярність підключення світлодіода не має значення, так як двигун виробляє змінний струм.
Джерелом таких досить потужних двигунів є п'ятидюймовий дисководи гнучких дисків, а також старі принтери і сканери.
двигун 1
Наприклад, я маю ШД зі старого 5.25 "дисковода, який працював ще в складі ZX Spectrum - сумісного комп'ютера "Байт".
Такий дисковод містить дві обмотки, від кінців і середини яких зроблені висновки - разом з двигуна виведено шість проводів: 
перша обмотка (англ. coil 1) - синій (англ. blue) І жовтий (англ. yellow);
друга обмотка (англ. coil 2) - червоний (англ. red) І білий (англ. white);
коричневі (англ. brown) Дроти - висновки від середніх точок кожної обмотки (англ. center taps).
розібраний кроковий мотор
Зліва видно ротор двигуна, на якому видно "смугасті" магнітні полюси - північний і південний. Праворуч видно обмотка статора, що складається з восьми котушок.
Опір половини обмотки становить ~ 70 Ом.
Я використовував цей двигун в первісної конструкції мого вітрогенератора.
двигун 2
Що знаходиться в моєму розпорядженні менш потужний кроковий двигун T1319635 фірми Epoch Electronics Corp. з сканера HP Scanjet 2400 має п'ять висновків (уніполярний мотор): 
перша обмотка (англ. coil 1) - помаранчевий (англ. orange) І чорний (англ. black);
друга обмотка (англ. coil 2) - коричневий (англ. brown) І жовтий (англ. yellow);
червоний (англ. red) Провід - з'єднані разом висновки від середньої точки кожної обмотки (англ. center taps).
Опір половини обмотки становить 58 Ом, яке зазначено на корпусі двигуна.
двигун 3
У поліпшеному варіанті вітрогенератора я використовував кроковий двигун Robotron SPA 42 / 100-558, Вироблений в НДР і розрахований на напругу 12 В: 
вітротурбіна
Можливі два варіанти розташування осі крильчатки (турбіни) вітрогенератора - горизонтальне і вертикальне.
перевагою горизонтального(Найбільш популярного) розташування осі, що розташовується у напрямку вітру, є більш ефективне використання енергії вітру, недолік - ускладнення конструкції.
Я обрав вертикальне розташування осі - VAWT (vertical axis wind turbine), Що істотно спрощує конструкцію і не вимагає орієнтації за вітром . Такий варіант більш придатний для монтування на дах, він набагато ефективніше в умовах швидкого і частого зміни напрямку вітру.
Я використовував тип вітротурбіни, званий вітротурбіна Савоніуса (англ. Savonius wind turbine). Вона була винайдена в 1922 році Сігурд Йоханнесом Савоніуса (Sigurd Johannes Savonius) З Фінляндії. 
Сігурд Йоханнес Савоніуса
Робота вітротурбіни Савоніуса заснована на тому, що опір (англ. drag) Набігаючого потоку повітря - вітру увігнутій поверхні циліндра (лопаті) більше, ніж опуклою.
Коефіцієнти аеродинамічного опору (англ. drag coefficients) $ C_D $
двовимірні тіла:
увігнута половина циліндра (1) - 2,30
опукла половина циліндра (2) - 1,20
плоска квадратна пластина - 1,17
тривимірні тіла:
увігнута порожниста півсфера (3) - 1,42
опукла порожниста півсфера (4) - 0,38
сфера - 0,5
Зазначені значення наведені для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) В діапазоні $ 10 ^ 4 - 10 ^ 6 $. Число Рейнольдса характеризує поведінку тіла в середовищі.
Сила опору тіла повітряному потоку $ (F_D) \u003d ((1 \\ over 2) (C_D) S \\ rho (v ^ 2)) $, де $ \\ rho $ - щільність повітря, $ v $ - швидкість повітряного потоку, $ S $ - площа перетину тіла.
Така вітротурбіна обертається в одну і ту ж сторону, незалежно від напрямку вітру: 
Подібний принцип роботи використовується в чашково анемометр (англ. cup anemometer) - приладі для вимірювання швидкості вітру: 
Такий анемометр був винайдений в 1846 році ірландським астрономом Джоном Томасом Ромні Робінсоном ( John Thomas Romney Robinson):
Робінсон вважав, що чашки в його четирехчашечном анемометр переміщаються зі швидкістю, яка дорівнює одній третині швидкості вітру. У реальності це значення коливається від двох до трохи більше трьох.
В даний час для вимірювання швидкості вітру використовуються трехчашечние анемометри, розроблені канадським метеорологом Джоном Паттерсоном ( John Patterson) В 1926 році: 
Генератори на колекторних двигунах постійного струму з вертикальною Мікротурбіни продаються на eBay за ціною близько $ 5: 
Така турбіна містить чотири лопаті, розташовані уздовж двох перпендикулярних осей, з діаметром крильчатки 100 мм, висотою лопаті 60 мм, довжиною хорди 30 мм і висотою сегмента 11 мм. Крильчатка насаджена на вал колекторного мікродвигуна постійного струму з маркуванням JQ24-125H670. Номінальна напруга живлення такого двигуна становить 3 ... 12 В.
Енергії, що виробляється таким генератором, вистачає для світіння "білого" світлодіода.
Швидкість обертання вітротурбіни Савоніуса не може перевищувати швидкість вітру , Але при цьому така конструкція характеризується високим крутним моментом (Англ. torque).
Ефективність вітротурбіни можна оцінити, порівнявши вироблювану вітрогенератором потужність з потужністю, укладеної в вітрі, обдуває турбіну:
$ P \u003d (1 \\ over 2) \\ rho S (v ^ 3) $, де $ \\ rho $ - щільність повітря (близько 1,225 кг / м 3 на рівні моря), $ S $ - ометаєма площа турбіни (англ. swept area), $ V $ - швидкість вітру.
моя вітротурбіна
Варіант 1
Спочатку в крильчатці мого генератора використані чотири лопаті у вигляді сегментів (половинок) циліндрів, вирізаних з пластикових труб:
Розміри сегментів -
довжина сегмента - 14 см;
висота сегмента - 2 см;
довжина хорди сегмента - 4 см;
Я встановив зібрану конструкцію на досить високій (6 м 70 см) дерев'яній щоглі з бруса, прикріплену саморізами до металевого каркасу: 
Варіант 2
Недоліком генератора була досить висока швидкість вітру, необхідна для розкрутки лопатей. Для збільшення площі поверхні я використовував лопаті, вирізані з пластикових пляшок:
Розміри сегментів -
довжина сегмента - 18 см;
висота сегмента - 5 см;
довжина хорди сегмента - 7 см;
відстань від початку сегмента до центру осі обертання - 3 см.
варіант 3
Проблемою виявилася міцність власників лопатей. Спочатку я використовував перфоровані алюмінієві планки від радянського дитячого конструктора товщиною 1 мм. Через кілька діб експлуатації сильні пориви вітру призвели до зламу планок (1). Після цієї невдачі я вирішив вирізати власники лопатей з фольгованого текстоліту (2) товщиною 1,8 мм: 
Міцність текстоліту на вигин перпендикулярно пластині становить 204 МПа і порівняємо з міцністю на вигин алюмінію - 275 МПа. Але модуль пружності алюмінію $ E $ (70000 МПа) набагато більше, ніж у текстоліту (10000 МПа), тобто тексоліт набагато еластичнішою алюмінію. Це, на мою думку, з урахуванням більшої товщини текстолітових власників, забезпечить набагато більшу надійність кріплення лопатей вітрогенератора.
Вітрогенератор змонтований на щоглі: 
Дослідна експлуатація нового варіанту вітрогенератора показала його надійність навіть при сильних поривах вітру.
Недоліком турбіни Савоніуса є невисока ефективність
- тільки близько 15% енергії вітру перетворюється в енергію обертання валу (це набагато менше, ніж може бути досягнуто з вітротурбін Дарині (Англ. Darrieus wind turbine)), Що використовує підйомну силу (англ. lift). Цей вид вітротурбіни був винайдений французьким авіаконструктором Жоржем Дарині (Georges Jean Marie Darrieus) -патент США від 1931 року № 1,835,018 .
Жорж Дарині
Недоліком турбіни Дарині є те, що у неї дуже поганий самозапуск (для вироблення крутного моменту від вітру турбіни вже повинна бути розкручена).
Перетворення електроенергії, вироблюваної кроковим двигуном
Висновки крокової двигуна можуть бути підключені до двох мостових випрямлячів, зібраних з діодів Шотткі для зниження падіння напруги на діодах.
Можна застосувати популярні діоди Шотткі 1N5817 з максимальним зворотною напругою 20 В, 1N5819 - 40 В і максимальним прямим середнім випрямленою струмом 1 А. Я з'єднав виходи випрямлячів послідовно з метою збільшення вихідної напруги.
Також можна використовувати два випрямляча з середньою точкою. Такий випрямляч вимагає в два рази менше діодів, але при цьому і вихідна напруга знижується в два рази.
Потім пульсує напруга згладжується за допомогою ємнісного фільтра - конденсатора 1000 мкФ на 25 В. Для захисту від підвищеного напруги, що генерується паралельно конденсатору включений стабілітрон на 25 В. 
схема мого вітрогенератора
електронний блок мого вітрогенератора
застосування вітрогенератора
Виробляється вітрогенератором напруга залежить від величини і сталості швидкості вітру.
При вітрі, що колише тонкі гілки дерев, напруга досягає 2 ... 3 В.
При вітрі, що колише товсті гілки дерев, напруга досягає 4 ... 5 В (при сильних поривах - до 7 В).
ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО JOULE THIEF
Згладжене напруга з конденсатора вітрогенератора може подаватися на - низьковольтний DC-DC перетворювач 
Значення опору резистора R підбирається експериментально (в залежності від типу транзистора) - доцільно використовувати змінний резистор на 4,7 кОм і поступово зменшувати його опір, домагаючись стабільної роботи перетворювача.
Я зібрав такий перетворювач на базі германієвого pnp-транзістора ГТ308В ( VT) І імпульсного трансформатора МІТ-4В (котушка L1 - висновки 2-3, L2 - висновки 5-6): 
ЗАРЯД іоністорів (суперконденсаторів)
Іоністор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) Являє собою гібрид конденсатора і хімічного джерела струму.
іоністор - неполярний елемент, але один з висновків може бути позначений "стрілкою" - для позначення полярності залишкового напруги після його зарядки на заводі-виробнику.
Для початкових досліджень я використовував іоністор ємністю 0,22 Ф на напругу 5,5 В (діаметр 11,5 мм, висота 3,5 мм):
Я підключив його через діод до виходу через германієвий діод Д310.
Для обмеження максимальної напруги зарядки іоністори можна використовувати стабілітрон або ланцюжок світлодіодів - я використовую ланцюжок з двох червоних світлодіодів: 
Для запобігання розряду вже зарядженого іоністори через обмежувальні світлодіоди HL1 і HL2 я додав ще один діод - VD2.
Далі буде
