3D -painettu aksiaalivirtausgeneraattori ja dynamometri: 4 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

LOPETTAA!! LUE TÄMÄ ENSIN !!! Tämä on ennätys hankkeesta, joka on vielä kehitteillä. Tarjoa rohkeasti tukea.

Lopullinen tavoitteeni on, että tämän tyyppisestä moottorista/laturista voi tulla parametroitu avoimen lähdekoodin malli. Käyttäjän pitäisi pystyä syöttämään joitakin parametreja, kuten vääntömomentti, nopeus, virta, volttia/rpm, yleisiä magneettikokoja ja ehkä tilaa, sekä sarja 3D -tulostettavia.stl- ja.dxf -leikkaustiedostoja.

Olen luonut alustan, joka voi vahvistaa simuloidun suunnittelun, jonka yhteisö voi sitten kehittää optimaalisemmaksi laitteeksi.

Osittain tämä on yksi syy, miksi olen asentanut tämän dynamometrillä. Dynamometri mittaa vääntömomenttia ja nopeutta, jotta hv tai akseliteho voidaan mitata. Tässä tapauksessa olen rakentanut vaihtovirtageneraattorin läpiviennillä, kiinteällä akselilla, mikä tekee dynamometrijärjestelmän asentamisesta yksinkertaisempaa, joten se voidaan konfiguroida toimimaan moottorina RC ESC: llä (toivottavasti) ja vääntömomentti mitataan lähtö, sekä nopeus, V ja ampeerit, jolloin moottorin tehokkuus voidaan määrittää.

Minun tarkoituksiani varten sitä voidaan käyttää vaihtelevalla nopeudella varustetulla moottorilla (ylijäämä akkuporakoneesta, alennetulla vaihteistolla) ja akselin vääntömomentin syöttö mitattuna sekä V ja ampeerit ulos, mikä mahdollistaa todellisen tehokkuuden syntymisen ja odotetut turbiinikuormat simuloida.

Tässä tilassa toivon voivani käyttää regeneratiivista jarrutusta kykenevää RC ESC: tä ja ehkä Arduinoa ohjaamaan VAWT: n kuormitusta MPPT (Multi Power Point Tracking) -toiminnon saavuttamiseksi.

MPPT: tä käytetään aurinko- ja tuuliturbiiniohjauksessa, mutta se on hieman erilainen tuulen suhteen. Tuulivoimalla suuri ongelma on se, että kun tuulen nopeus kaksinkertaistuu 10 km/h - 20 km/h, tuulen käytettävissä oleva energia kasvaa kuution verran, siis 8 kertaa. Jos 10 W oli saatavilla nopeudella 10 km/h, 80 W on saatavilla nopeudella 20 km/h. On hienoa saada enemmän energiaa, mutta vaihtovirtageneraattorin teho vain kaksinkertaistuu, kun nopeus kaksinkertaistuu. Joten jos sinulla on täydellinen laturi 20 km/h tuulelle, sen kuorma voi olla niin voimakas, että 10 km/h se ei edes käynnisty.

MPPT tekee raskaan SSD -kytkimen irrottaakseen laturin ja kytkemällä sen sitten uudelleen nopeasti. Sen avulla voit säätää, kuinka paljon kuormitusta generaattori kantaa, ja MPPT: n Multi tarkoittaa, että voit asettaa eri kuormituksia eri nopeuksille.

Tämä on erittäin hyödyllistä, koska kaikki turbiinityypit keräävät suurimman energiansa, kun kuorma sovitetaan käytettävissä olevaan energiaan tai tuulen nopeuteen.

NIIN

Tämä ei ole resepti, vaikka uskon, että se voidaan kopioida julkaisemastani viestistä, ja annan mielelläni lisätietoja, mutta ehdotan, että paras vaihtoehto olisi ehdottaa parannuksia minulle ennen piirien ja antureiden kilpailua, jotta voin harkita, vastata ja ehkä parantaa tätä ohjeistettavaa.

Jatkan päivittämistä, tarkistamista ja tietojen lisäämistä, joten jos se on nyt mielenkiintoista, saatat haluta kirjautua sisään hetken kuluttua, mutta toivon, että saan aikaiseksi vähän ennen kuin Anturit -kilpailu päättyy 29. heinäkuuta.

En myöskään ole erityisen sosiaalinen peto, mutta pidän silloin tällöin taputuksesta selkään, ja se on yksi syy siihen, miksi olen täällä:-) Kerro, pidätkö töistäni ja haluat nähdä lisää kiitos:-)

Tämä projekti syntyi, koska halusin hallittavan kuorman turbiinimalliini testaamiseen ja halusin sen olevan helposti toistettavissa, jotta muutkin voisivat käyttää sitä. Tätä varten pakotin itseni suunnittelemaan jotain, joka voitaisiin rakentaa vain FDM -tulostimella, eikä muita työstökoneita tarvita. Ei näytä olevan monia kaupallisia tuotteita, jotka täyttävät suuren vääntömomentin, pienen nopeuden ja ei -jumittavan vaihtovirtageneraattorin tarpeen, vaikka niitä on Kiinasta. Yleensä kysyntää ei ole paljon, koska vaihteistot ovat niin halpoja ja sähkö on niin halpaa.

Halusin jotain, joka tuotti noin 12 V nopeudella 40-120 rpm ja noin 600-750 W 120-200 rpm. Halusin myös, että se on yhteensopiva halpojen RC -maailman 3 -vaiheisten PMA -ohjaimien kanssa (ESC: n elektroniset nopeudensäätimet). Lopullinen vaatimus oli, että sen on oltava ulospäin suuntautuva juoksija (kotelo tai kuori, jossa on magneetteja, pyörii, kun taas akseli, jossa on staattori, on paikallaan), akseli, joka kulkee kotelon läpi ja staattori, joka kiinnittyy akseliin.

Tämä ohje on keskeneräinen työ, ja julkaisen sen, jotta ihmiset voivat saada käsityksen prosessista, ei niinkään siksi, että mielestäni heidän pitäisi kopioida se. Keskeinen asia, jonka haluaisin muuttaa, on se, että rakentamani langan taustalevy ei ole läheskään tarpeeksi vahva kanavoimaan magneettikenttiä oikein renkaan ympärille, joten suuri osa näistä magneeteista maksetusta magneettivuosta menee hukkaan. Kun teen uudelleen suunnittelun, jonka teen pian, teen todennäköisesti magneettiset taustalevyt cnc -leikattuina teräslevyinä. Teräs olisi melko halpaa, paljon vahvempaa ja yksinkertaistaisi suurinta osaa tästä rakenteesta. Oli mielenkiintoista tehdä FDM/lanka/kipsi -komposiitteja, kuten olen kuvannut täällä, ja rautapitoisella PLA: lla asiat olisivat olleet toisin. Päätin kuitenkin, että haluan jotain todella kestävää, joten teräslevyjä.

Olen edistynyt hyvin tässä versiossa, jota käytän tämän VAWT: n testaamiseen. Pienjänniteominaisuuksien suhteen en ole vielä siellä. Luulen, että tehoni/vääntömomentini on oikeassa pallokentässä, päivitän tilanteen edetessä, mutta tässä vaiheessa minulla on hyvät mahdollisuudet olla tarvittava hallittava kuorma. Kun se on kuollut oikosulussa, se näyttää pystyvän tarjoamaan melkoisen vääntömomentin, enemmän kuin tarpeeksi turbiinin testaamiseen. Minun tarvitsee vain perustaa kontrolloitu vastustuspankki, ja minulla on ystävä, joka auttaa minua siinä.

Yksi asia, jonka käsittelen lyhyesti, on se, että kuten monet ihmiset nyt, minulla on ollut 3D (FDM-using PLA) -tulostin muutaman vuoden ajan, mistä olen nauttinut 20-30 kg. Minusta se on usein turhauttavaa, vaikka minkä kokoiset/vahvuiset osat ovat joko kalliita ja erittäin hitaasti tulostettavia tai halpoja, nopeita ja hauraita.

Tiedän, kuinka monta tuhansia näistä 3D -tulostimista on siellä, usein tekemättä mitään, koska se kestää kauan tai maksaa liikaa hyödyllisten osien tekemisestä. Olen keksinyt mielenkiintoisen ratkaisun vahvempiin nopeampiin osiin samasta tulostimesta ja PLA: sta.

Kutsun sitä "kaatuneeksi rakenteeksi", jossa painettu esine (joka koostuu yhdestä tai useammasta painetusta osasta ja joskus laakereista ja akseleista) on tehty tyhjistä, jotka on suunniteltu täytettäväksi kovettavaa nestemäistä täyteainetta. Tietenkin jotkut ilmeisistä vaihtoehdoista kaadetulle täytteelle olisivat jotain epoksia, joka on ladattu lyhyellä säikeellä hienonnetulla lasikuidulla, jota voitaisiin käyttää lujiin ja kevyisiin kokoonpanoihin. Kokeilen myös pienempiä kustannuksia, ympäristöystävällisempää ideaa. Tämän "kaadetun rakenteen" kokoonpanon toinen puoli on se, että ontelossa tai ontelossa, jonka aiot täyttää, voi olla halkaisijaltaan pieniä korkean vetolujuuden elementtejä, jotka on kiristetty esijännitettynä painettuun "muottiin/pistokkeeseen", mikä tekee tuloksena olevan rakenteen materiaaleista ja rakenteesta koostuva komposiitti, osa stressaantunutta ihoa (PLA -vaippa), mutta jossa on korkea puristuslujuus, joka sisältää myös korkean vetolujuuden elementtejä. Teen toisen ohjattavan, jossa on tämä, joten puhun siitä täällä vain kattaakseni, miten se liittyy tähän kokoonpanoon.

Vaihe 1: Materiaaliluettelo ja prosessi

PMA koostuu kolmesta kokoonpanosta, joista jokainen sisältää tai käyttää erilaisia osia ja materiaaleja.

Ylhäältä (laakerin puolelta) alas (staattorin puoli), 1. Laakerikannatin ja ylälaakeri

2. Staattori

3. Alempi magneetti

1. laakerikannatin ja ylempi magneetti

Tätä varten käytin yllä lueteltuja 3D -painettuja osia

1. 150mm8napainen ylempi mag ja laakerituki CV5.stl,
2. laakeripuolen sisälevy
3. laakeripuolen ulompi levy
4. 1 "ID itsestään suuntautuva laakeri (kuten käytetään tavallisissa tyynylohkoissa ++ lisää Internet -linkki),
5. 25 '24 g sinkittyä teräslankaa
6. 15 '10 g sinkittyä teräslankaa
7. 2 rullaa karkeaa teräsvillaa

Vaihtoehtoisesti raskas teräslanka ja teräsvilla voidaan korvata teräslevyillä, laser- / vesisuihkuleikkauksella tai 3D -tulostettu magneettinen taustalevy voi olla mahdollista (mutta raskas teräslanka on edelleen hyvä idea, koska se kestää muovimuodon aika). Olen yrittänyt heittää taustalevyn, jossa on rautaoksidijauhetta sisältävä epoksi, ja se onnistui jonkin verran. Parannettaessa magneetin välistä vuokytkentää sivusuunnassa käyttämällä tehokkaampaa taustalevyä pitäisi lisätä jännitteitä alhaisemmilla kierrosluvuilla. On myös hyvä pitää mielessä, että tämä on tärkein rakenteellinen komponentti, ja taustalevy siirtää voimat magneeteista nostopylväisiin. Magneettiset voimat, jotka vetävät levyjä toisiaan kohti, voivat olla satoja kiloja, ja voimat kasvavat eksponentiaalisesti (kuutioitu, kolmanteen tehoon), kun levyt lähestyvät toisiaan. Tämä voi olla erittäin vaarallista, ja on oltava varovainen työkalujen ja muiden esineiden kanssa, jotka voivat vetää kiinni koottuun levyyn tai takaisin!

Käytin noin 300 jalkaa 24 g päällystettyä magneettilankaa käämissä, jotka katan yksityiskohtaisesti myöhemmin.

Vaihe 2: Magneettilevyjen valmistus

Tässä aksiaalivuogeneraattorissa pyritään minimoimaan ja maksimoimaan ulostulo käyttämällä kahta magneettijärjestelmää, yksi staattorikäämien kummallakin puolella. Tämä tarkoittaa, että magneettista ydintä ei tarvita magneettikentän vetämiseksi kuparikäämien läpi, kuten useimmat moottori/alt -geometriat tekevät. Jotkut aksiaaliset vuon mallit käyttävät ferrisydämiä, ja voin kokeilla joitain kokeita tällä tavalla tulevaisuudessa. Haluaisin kokeilla 3D -tulostettavaa rautaa ladattua materiaalia.

Tässä tapauksessa olen valinnut 8 -napaisen magneettijoukon noin 150 mm: n ympyrässä käyttäen 1 "x1" x0,25 "harvinaisten maametallien magneetteja. Tämän koon tarkoituksena oli varmistaa, että kaikki osat mahtuvat 210 mm x 210 mm: n tulostuslevylle. Yleensä mitoitin tämän vaihtovirtageneraattorin ensin ymmärtämällä, että mitä suurempi halkaisija, sitä parempi volttia / rpm, joten tein siitä niin suuren kuin se sopisi mukavasti tulostusvuoteelleni. Mitä kauempana magneetit ovat keskeltä, sitä nopeammin ne kulkevat, ja myös kuparille on enemmän tilaa! Kaikki nämä asiat voivat kertyä nopeasti! Päätelmäni flux -järjestelmä saattaa olla parempi kotirakennus. Pienillä roottorilla ei ole paljon tilaa, ja asiat voivat olla melko tiukkoja, varsinkin jos teet läpivientiakselin, kuten olen tehnyt tässä mallissa. Myös jos magneetti (säteittäinen pituus) on pieni suhteessa roottorin halkaisijaan, kuten tässä, (noin 6 "halkaisija 1" magneetti), sitten windi ng muuttuu hieman outoksi, kun sisäpääkäämi on vain noin 1/2 ulomman pituudesta.

Takaisin ohjeeseen! Tapa, jolla olen koonnut tämän generaattorin magneettilevyt, on liimata ensin magneettilevy (vihreä) punaiseen laippaan/taustalevyyn. Sitten asetin magneettilevyn muutamille ohuille vanerikerroksille (noin 0,75 paksu) ja asetin molemmat raskaan teräslevyn päälle, jotta magneetit voisivat kiinnittää kokoonpanon paikalleen. magneettilevyjen takana. Tämä ei mennyt aivan kuten odotin. Vahva magneettikenttä veti langan magneettien keskikohtaa kohti, enkä onnistunut taivuttamaan jokaista riviä lankaa sopimaan täydellisesti seuraavaan kohtaan, ilman ensimmäistä kääriä. toivoin, että saisimme langasta mukavan yhtenäisen taustalevyn. Monimutkaisempia tapoja tehdä tämä on mahdollista, ja ne saattavat olla kokeilemisen arvoisia tulevaisuudessa. Yritin myös käyttää taustalevynä magneettikentässä tiivistettyä teräsvillaa Tämä näytti toimivan, mutta todellinen raudan tiheys ei näyttänyt olevan kovin korkea, joten di Älä testaa sen tehokkuutta, osittain siksi, että uskoin, että lankarakenne on tärkeä magneettilevyjen mekaanisille kuormille. Teräsvilla voi myös olla tulevan tutkimuksen arvoinen, mutta vesisuihkulla leikatut teräslevyt ovat todennäköisesti seuraava vaihtoehto, jota yritän.

Seuraavaksi otin oranssin 3D -painetun osan ja kutoin lankaa sen läpi ja sen ympärille, mitä pidin suurimman kuorman suunnista, pultista pulttiin ja pultista keskelle muutaman kerran kulmassa. Kiedoin sen myös pultinreikien ympärille, joissa kaikki kierretangot kulkevat tunkkipylväinä pitämään ja säätämään levyjen välistä etäisyyttä.

Kun olin vakuuttunut siitä, että magneettilevy ja laippa olivat riittävän hyvät ja oranssi taustalevy oli tyydyttävästi kierretty vahvikelangalla, liitin nämä kaksi liimalla. On oltava varovainen, koska tämän liiman on oltava vesitiivis tai tiivis. Minulla oli vuotoja kahden ensimmäisen kerran, ja se on sotku, tuhlaa paljon kipsiä ja on enemmän stressiä kuin tarvitset. Suosittelen pitämään sinistä tahmeaa tai muuta purukumia, kuten ei -pysyvää liimaa, jotta vuoto korjataan nopeasti. Kun osat on liitetty, täytä valitsemallasi vahvistusmateriaalilla. Käytin kovaa kipsiä, muokattu PVA -liimalla. Kipsin on tarkoitus saavuttaa 10 000 psi: n puristus, mutta ei paljon jännitystä (näin ollen lanka). Haluaisin kokeilla epoksiä hienonnetulla lasilla ja cabosililla tai betonia ja lisäaineita.

Kätevä asia kipsi on, että kun se potkii sinulla on melko vähän aikaa, kun se on vaikeaa, mutta hauras ja vuotoja tai möykkyjä voidaan helposti raaputtaa tai koputtaa pois.

Tässä mallissa on kaksi magneettilevyä. Yhdessä on laakeri, tavallinen 1 tyynylohkon itsekohdistuva yksikkö. Puristin omani magneettijoukkoon varhain. Sovellukselle, jonka olen suunnitellut, toinen laakeri sijaitsee turbiinissa laturin yläpuolella, joten käytti vain yhtä itsesuuntautuvaa laakeria. Tämä oli lopulta hieman tuskaa. Nämä osat voidaan myös koota siten, että jokainen magneettilevy on varustettu laakerilla, jos staattorin lähtöjohdot johdetaan sisäisesti asennetun akselin läpi. salli pyörivien potkurien asentaminen yhteiseen, ei -pyörivään akseliin/putkeen.

Vaihe 3: Staattorin luominen

Teemani mukaisesti yritän selittää, mitä olen tehnyt ja miksi se tuntui silloin hyvältä ajatukselta, staattori vaatii hieman enemmän tilaa.

PMA: ssa käämit ovat yleensä paikallaan, kun taas magneettikokoonpanot pyörivät. Näin ei ole aina, mutta melkein aina. Aksiaalisessa vuokokokoonpanossa ymmärretään perustavanlaatuinen "oikean käden sääntö" ja ymmärretään, että mikä tahansa johdin, joka kohtaa pyörivän magneettikentän, tuottaa virtaa ja jännitettä langan päiden väliin hyödyllisen virran määrän ollessa verrannollinen kentän suuntaan. Jos kenttä liikkuu yhdensuuntaisesti langan kanssa (esim. Ympyrässä pyörimisakselin ympäri), hyödyllistä virtaa ei synny, mutta syntyy merkittäviä pyörrevirtoja, jotka estävät magneettien liikkeen. Jos johto kulkee kohtisuoraan, suurin jännite ja virran ulostulo saavutetaan.

Toinen yleistys on, että staattorin sisällä oleva tila, jonka läpi magneettivuo kulkee pyörimisen aikana, maksimaalisen tehon saavuttamiseksi on täytettävä mahdollisimman paljon kuparia, kaikki säteittäisesti asetettuna. Tämä on ongelma pienikokoisille aksiaalivirtausjärjestelmille, koska tässä tapauksessa kuparin käytettävissä oleva alue akselin lähellä on murto -osa ulkoreunan alueesta. On mahdollista saada 100% kuparia magneettikentän suurimmalla sisäalueella, mutta tämän geometrian sisällä saat vain 50% ulkoreunasta. Tämä on yksi vahvimmista syistä pysyä poissa liian pienistä aksiaalivuoista.

Kuten olen aiemmin sanonut, tässä ohjeessa ei ole kyse siitä, miten tekisin sen uudelleen, vaan se on osoitettava joihinkin lupaavilta vaikuttaviin suuntiin ja esittelemässä joitain kuoppia, jotka voidaan saavuttaa tällä tiellä.

Suunnittellessani staattoria halusin tehdä siitä mahdollisimman joustavan voltin ulostulon / rpm suhteen ja halusin sen olevan 3 -vaiheinen. Maksimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi minimoimalla pyörrevirtaukset, minkä tahansa "jalan" (kelan jokaisen puolen tulisi ajatella olevan "jalka") tulisi kohdata vain yksi magneetti kerrallaan. Jos magneetit ovat lähellä toisiaan tai koskettavat, kuten monissa suuritehoisissa rc -moottoreissa, "jalka" kulkee magneettivuon kääntymisen aikana merkittäviä pyörrevirtoja. Moottorisovelluksissa tällä ei ole niin suurta merkitystä, koska ohjain saa virran, kun se on oikeissa paikoissa.

Mitoitin magneettijoukon nämä käsitteet mielessä. Taulukon kahdeksan magneettia ovat 1 "halkaisijaltaan ja niiden välinen tila on 1/2". Tämä tarkoittaa, että magneettinen segmentti on 1,5 "pitkä ja siinä on tilaa 3 x 1/2" "jaloille". Jokainen "jalka" on vaihe, joten missä tahansa vaiheessa toinen jalka näkee neutraalin vuon, kun taas kaksi muuta näkevät nousevaa ja vähenevää virtausta. Täydellinen 3 -vaiheinen lähtö, vaikka antamalla neutraalipisteelle niin paljon tilaa (pyörrevirtojen minimoimiseksi) ja käyttämällä neliömäisiä (tai piirakka -muotoisia) magneetteja, virtaus saavuttaa lähes huippunsa aikaisin, pysyy korkeana ja putoaa sitten nopeasti nollaan. Tämän tyyppistä lähtöä kutsutaan mielestäni puolisuunnikkaan muotoiseksi, ja se voi olla vaikeaa joillekin ymmärtämilleni ohjaimille. 1 "pyöreät magneetit samassa laitteessa antaisivat enemmän todellista siniaaltoa.

Yleensä nämä kotitekoiset vaihtovirtageneraattorit on rakennettu käyttämällä "käämejä", munkin muotoisia lankakimpuja, joissa munkin kukin puoli on "jalka" ja lukumäärä käämiä voidaan kiinnittää yhteen, sarjaan tai rinnakkain. Donitsit on järjestetty ympyrään, ja niiden keskiöt ovat linjassa magneettiradan keskipisteen kanssa. Tämä toimii, mutta joitakin ongelmia on. Yksi ongelma on se, että koska johtimet eivät ole säteittäisiä, suuri osa johtimesta ei kulje 90 asteen kulmassa magneettikenttään, joten syntyy pyörrevirtoja, jotka näkyvät lämmössä kelassa ja magneettiryhmän pyörimisvastusta. Toinen ongelma on se, että koska johtimet eivät ole säteittäisiä, ne eivät pakkaa yhtä kauniisti yhteen. Lähtö on suoraan verrannollinen tähän tilaan mahtuvan langan määrään, joten ei -radiaaliset "jalat" vähentävät lähtöä. Vaikka se olisi mahdollista ja joskus tehdään kaupallisissa malleissa, kelan käämittäminen säteittäisillä "jaloilla, jotka on liitetty ylhäältä ja alhaalta, vaatii kaksinkertaisen määrän päätekäämiä kuin serpentiinikäämitys, jossa yhden jalan yläosa on liitetty seuraava sopiva jalka, ja sitten sen jalka yhdistetään seuraavaan sopivaan jalkaan ja edelleen.

Toinen suuri tekijä tämän tyyppisissä aksiaalivuogeneraattoreissa (pyörivät magneetit staattorin ylä- ja alapuolella) on levyjen välinen rako. Tämä on kuutiolakisuhde, kun pienennät levyjen välistä etäisyyttä 1/2, magneettivuon tiheys kasvaa 8x. Mitä ohuemmaksi voit tehdä staattorin, sitä parempi!

Tätä silmällä pitäen tein 4 -lohkoisen käämityspistoolin, asetin järjestelmän noin 50 jalan lankalankojen mittaamiseksi ja käärin jigin 6 kertaa, jolloin muodostuin noin 6 mm: n langaniput. Nämä sovitan siniseen välirenkaaseen ja siton ne alas reikien läpi niin, että langan päät tulivat ulos. Tämä ei ollut helppoa. Sitä auttoi hieman teippaamalla niput varovasti, jotta ne eivät olleet löysällä, ja ottamalla aikani ja käyttämällä sileää puista muotoilutyökalua työntämään johdot paikalleen. Kun ne kaikki oli sidottu paikalleen, sininen välirengas asetettiin suurimpaan vaaleanvihreästä muodostusastiasta ja tummanvihreän munkinmuodostustyökalun avulla vaaleanvihreän kylpyammeen toiselle puolelle ja puristettiin varovasti tasaiseksi penkki varapuheenjohtaja. Tässä muovausaltaassa on ura sidontalangan kiertymiä varten. Tämä vie aikaa ja kärsivällisyyttä, kun kierrät varovasti noin 1/5 kierrosta, painat, kierrät ja jatkat. Tämä muodostaa levyn litteäksi ja ohueksi, jolloin päätykelat voivat pinota. Saatat huomata, että 4 -lohkoisessa käämityksessäni on suorat "jalat", mutta sisä- ja ulkoliitännät eivät ole pyöreitä. Tämän piti helpottaa pinoamista. Se ei onnistunut niin hyvin. Jos tekisin sen uudelleen, saisin sisä- ja ulkokäämit kiertämään ympyräreittejä.

Saatuaan sen tasaiseksi ja ohueksi ja reunat pakattua alas, käärin litteän nauhan reunan ympärille tiivistämiseksi ja toisen ylös, alas ja jokaisen jalan ympärille ja sitten myös viereiseen. Kun tämä on tehty, voit irrottaa sidelangat ja vaihtaa pienempään puristusaltaaseen ja palata ruuvipenkkiin ja painaa sitä mahdollisimman ohuena ja litteänä. Kun se on tasainen, poista se puristinaltaasta. Sen monimutkaisen prosessin sijasta, että vahat ja päällystetään tällaiset muotit irrotusaineilla, käytän yleensä vain paria kerrosta venytyskääretä (keittiöstä). Aseta pari kerrosta muotin pohjalle ja aseta lasikuitu joustavan kääreen päälle. Lisää seuraavaksi staattorin kiinnitysputki, joka sopii vaaleanvihreän muovausaltaan yläosaan, mutta jonka välissä on joustava kääre ja lasikuitu. Lisää sitten staattorin käämi takaisin paikalleen työntääksesi venytyskäärön ja lasikuidun alas ja lukita staattorin kiinnitysputki paikalleen. Palaa sitten ruuvipuristimeen ja paina tasaisesti uudelleen. Kun se sopii hyvin kylpyammeeseen, joustava kääre ja lasikuitu on kiinnitetty, lisätään lasikuitukangasta (staattorin kiinnitysputken keskellä oleva reikä).

Nyt se on valmis kaatamaan liimausmateriaalin, epoksi- tai polyesterihartsia käytetään yleisesti. Ennen kuin tämä on tehty, huolellinen valmistelu on tärkeää, koska kun aloitat tämän prosessin, et voi todella lopettaa. Käytin aiemmin tekemääni 3D -tulostettua pohjalevyä, jonka keskellä oli 1 tuuman reikä ja sen ympärillä tasainen levy. Käytin 16 tuuman 1 tuuman alumiiniputkea, jotta staattorin kiinnitysputki mahtuisi päälle ja pidettiin kohtisuorassa litteään levyyn nähden. Vihreä muovausastia, staattorin käämitys ja staattorin kiinnitysputki liu'utettiin alas istumaan tasaiselle levylle. Ennen kuin sekoittelin epoksi, laitoin ensin 4 kpl kutistekalvoa ja asetin varovasti viidennen kappaleen tummanvihreä muodostava munkki, joten sillä olisi vähiten ryppyjä kasvoissa staattorin käämiä vasten. Kun olen sekoittanut epoksin ja kaatanut sen lasikuitukankaalle, asetin varovasti venytyskäären 1 tuuman putken ympärille ja asetin vihreän muodostaa renkaan sen päälle. Olin myös valmistanut pari vanhaa jarruroottoria, jotka antoivat hieman painoa, ja istuin kauniisti vihreän muodostavan munkin päällä. Tämän jälkeen laitoin käännetyn kattilan jarrulevyjen päälle ja potin päälle pinoin noin 100 kiloa tavaraa. Jätin tämän 12 tunniksi, ja siitä tuli noin 4-6 mm paksu.

Vaihe 4: Testaus ja anturit

Vaihtovirtageneraattorilla on useita mitattavia tuloja ja lähtöjä, ja niiden kaikkien mittaaminen samanaikaisesti ei ole helppoa. Olen onnekas, kun minulla on joitain Vernierin työkaluja, jotka helpottavat tätä paljon. Vernier valmistaa koulutason tuotteita, joita ei ole sertifioitu teolliseen käyttöön, mutta jotka ovat erittäin hyödyllisiä kaltaisilleni kokeilijoille. Käytän Vernier -dataloggeria, jossa on erilaisia plug and play -antureita. Tässä projektissa käytän hallipohjaisia virta- ja jännitemittareita laturin ulostulon mittaamiseen, optista anturia, joka antaa laturin nopeuden, ja punnituskennoa vääntömomentin mittaamiseen. Kaikki nämä instrumentit otetaan näytteitä noin 1000 kertaa sekunnissa ja tallennetaan kannettavalle tietokoneelleni käyttämällä Vernier -loggeria AD -läpivientilaitteena. Kannettavalle tietokoneelleni liittyvä ohjelmisto voi suorittaa reaaliaikaisia laskelmia tulojen perusteella, yhdistämällä vääntö- ja nopeustiedot, jotta saadaan reaaliaikainen syöttöakselin teho watteina ja reaaliaikaiset lähtötiedot sähkötehoina. En ole vielä tehnyt tätä testausta, ja jonkun, joka ymmärtää paremmin, panos olisi hyödyllinen.

Minulla on ongelma, että tämä laturi on todella sivuprojekti, joten en halua käyttää siihen liikaa aikaa. Luulen, että voin käyttää sitä hallittavissa olevaan kuormaan VAWT -tutkimuksessani, mutta lopulta haluaisin työskennellä ihmisten kanssa sen parantamiseksi, jotta se sopisi tehokkaasti turbiiniini.

Kun aloitin VAWT -tutkimuksen noin 15 vuotta sitten, huomasin, että VAWT: n ja muiden päämoottorien testaaminen on monimutkaisempaa kuin useimmat ihmiset ymmärtävät.

Ensisijainen ongelma on, että liikkuvassa nesteessä oleva energia on eksponentiaalinen sen liikkeenopeuteen nähden. Tämä tarkoittaa, että kun kaksinkertaistat virtauksen nopeuden, virtauksen sisältämä energia kasvaa 8x (se on kuutioitu). Tämä on ongelma, koska generaattorit ovat lineaarisempia ja yleensä, jos kaksinkertaistat vaihtovirtageneraattorin kierrosluvun, saat noin 2 x wattia.

Tämä perustavanlaatuinen epäsuhta turbiinin (energiankeruulaite) ja generaattorin (akseliteho hyödylliseen sähkötehoon) välillä vaikeuttaa laturin valitsemista tuuliturbiinille. Jos valitset tuuliturbiinillesi laturin, joka tuottaa eniten käytettävissä olevaa tehoa 20 km/h tuulista, se ei todennäköisesti edes käänny ennen kuin 20-25 km/h, koska generaattorin kuormitus generaattorista on liian suuri. Kun tuulivoima on yli 20 km, tuulivoiman ollessa yli 20 km, turbiini ei ainoastaan kerää vain murto -osaa nopeammassa tuulessa käytettävissä olevasta energiasta, vaan turbiini voi ylittää nopeuden ja vaurioitua, koska laturin tarjoama kuorma ei ole suuri tarpeeksi.

Viimeisen vuosikymmenen aikana ratkaisu on tullut taloudellisemmaksi ohjauselektroniikan hinnan laskun vuoksi. Sen sijaan, että yritettäisiin sovittaa nopeusalue, suunnittelija laskee suurimman nopeuden, jolla laite on tarkoitettu toimimaan, ja valitsee vaihtovirtageneraattorin, joka perustuu energian määrään ja ihanteelliseen nopeuteen turbiinille kyseisellä nopeudella tai hieman yli. Tämä laturi, jos se on kytketty kuormaansa, antaisi normaalisti liian paljon vääntöä alhaisella nopeusalueella, eikä ylikuormitettu turbiini kerää kaikkea energiaa, joka sillä voisi olla, jos se olisi ladattu oikein. Oikean kuormituksen luomiseksi lisätään ohjain, joka katkaisee hetkellisesti vaihtovirtageneraattorin sähkökuormasta, jolloin turbiini voi kiihtyä oikeaan nopeuteen ja generaattori ja kuorma yhdistetään uudelleen. Tätä kutsutaan MPPT: ksi (Multi Power Point Tracking). Ohjain on ohjelmoitu siten, että turbiinin nopeuden muuttuessa (tai generaattorin jännitteen noustessa) generaattori kytketään tai irrotetaan, tuhat kertaa sekunnissa, vastaamaan kyseiselle nopeudelle tai jännitteelle ohjelmoitua kuormaa.