Намотка для генератора своими руками

Перемотка статора генератора своими руками

Перемотка статора генератора своими руками

Нестандартная обмотка генератора

Сейчас можно сказать 99% всех генераторов это классические генераторы с трёхфазной обмоткой и соотношением числа полюсов и числа катушек 2 к 3. То-есть если полюсов например 12 то катушек 18, если полюсов 24 то катушек 36, если полюсов 9 то катушек 12, если полюсов 6 то катушек 9. Так-же такая схема работает если наоборот соотношение 3 к 2, она обычно применяется на дисковых-аксиальных генераторах, где делают 9 катушек и 12 магнитных полюсов на дисках. Но с дисковыми всё и так понятно, там нет магнитного залипания так-как статор не содержит железа, а катушки просто залиты смолой.
Но в классических генераторах где статор железный есть магнитное залипание, которое мешает ветроколесу стартовать, и многие борются за снижение этого залипания, чтобы винт стартовал при более низкой скорости ветра. Само залипание это когда магниты на роторе притягиваются к зубцам статора и держат ротор, и чтобы его провернуть нужно приложить определённое усилие, которое измеряется в Ньютон*метр (Нм).
Ранее я уже описывал методы уменьшения залипания, где писал про скос магнитов — в этой статье Уменьшение залипания методом скоса магнитов, но сейчас я хочу более подробно разобрать один интересный метод повышения КПД генератора и уменьшения залипания. Вообще генератор можно намотать с любым количеством катушек и полюсов, и при этом он будет трёхфазный и будет так-же работать. Для расчёта такой намотки сделали сайт где можно рассчитать генератор, вот адрес сайта — http://www.bavaria-direct.co.za/scheme/calculator/

Ниже на скриншоте я отметил где какие данные указываются

>
1. Указывает количество залипаний ротора за один оборот, в данном случае 0.86603. Чем больше общее количество залипаний тем меньше по силе каждое залипание в отдельности, Увеличением количества залипаний общая сила притяжения магнитов как-бы распределяется по всему диаметру, и чем больше залипаний тем они слабее, по-этому ротор генератора легче стронуть.
2. Указывает КПД обмотки генератора, в данном случае 36. Соответственно чем выше число в этом поле тем выше КПД генератора в целом. При классической схеме намотки генераторов КПД 0,86, но эффективность, а значит и мощность можно увеличить.
2. Указывает схему намотки катушек, в данном случае ABCABCADCABCABCABC. Это самый сложный для понимания этап и его разберём подробнее. При классической схеме намотки катушек все катушки наматываются в одном направлении, чтобы ток тёк в одну сторону и не-было такого чтобы он двигался навстречу, иначе это уже замыкание и неправильная работа генератора, перегрев и выход из строя генератора.
На схеме видно что буквами «АВС» обозначены фазы генератора, дополнительно они выделены цветами. Как видно все буквы заглавные, значит всё катушки мотаются в одном направлении. То-есть если вы начали мотать катушки по часовой стрелке значит они все должны так наматываться, а соединятся катушки одной фазы между сабой должны (конец катушки с началом следующей). Если взять первую фазу «А» то видно что она мотается начиная с первого зуба и потом через каждые два зуба. Фаза «В» точно так-же, но начиная со второго зуба, и третья фаза «С» наматывается на третий зуб и потом через каждые два зуба.

Например всего у нас 18 катушек, то-есть по 6 штук на фазу, значит первая фаза мотается с любого первого зуба, потом вторая катушка фазы наматывается уже на четвёртый зуб, третья катушка на седьмой зуб, четвертая на 10-й зуб, пятая на 13-й зуб, и шестая на 16-й зуб. А две другие соответственно точно так-же, но начиная со второго и третьего зуба. На скриншоте видно как они соединены, только здесь ротор снаружи, а статор внутри, а вам нужно представить это наоборот. Фазы отмечены разными цветами и видно что в фазе катушки соединены последовательно, то-есть конец катушки с началом следующей и так далее…

Изменение количества полюсов и направление обмоток генератора

Но если изменить количество полюсов, например поставить 22 полюса, как на скриншоте ниже, то изменится схема намотки генератора.
>
Если вместо 12 полюсов на роторе сделать 20 полюсов, то генератор так-же останется трёхфазным, но поменяется размещение катушек на зубах статора, и направление намотки. Из скриншота выше видно что отмеченная красным первая фаза «А» теперь идёт подряд три зуба, и далее через шесть зубов ещё три зуба. Заглавной буквой отмечено что катушка должна наматываться в одну сторону, а прописная буква указывает что катушка должна наматываться в противоположную сторону. Если вы начали мотать первую катушку по часовой стрелке, то вторую мотаете уже против часовой стрелки.
Такая схема намотки позволяет использовать 20 магнитных полюсов на роторе. При этом как видно количество магнитных залипаний увеличилось с 36 до 180, и тем самым в 4 раза снизилось отдельное залипание, и грубо говоря залипание снизилось в четыре раза. При этом КПД генератора вырос с 86 до 94%, что очень неплохо ведь прирост целых 10%. Можно указывать любое количество полюсов и смотреть за изменением КПД генератора и магнитного залипания.

Определение ширины магнитов

По толщине магниты могут быть любые, но конечно не нужно ставить слишком толстые и мощные магниты, так-как это будет дороже, увеличится залипание, и будет переизбыток магнитного поля, которое выйдет за пределы статора и просто не будет участвовать в выработке энергии. А вот по ширине магниты нужно подбирать под конкретный генератор. Если посмотреть на скриншот то видно что магниты чуть-чуть шире зубов статора, то-есть если зуб статора шириной 10мм, то магниты шириной получаются 11 мм. Чтобы точно вычислить можно распечатать страницу с расчётом и вычислить в процентах на сколько магнит шире или уже зуба, и уже далее перенести расчёт на свой генератор. Например если магнит шире зуба на 10%, а у вас зуб шириной 7.5 мм, то прибавляете 0.75 мм и получите 8.25 мм. Значит вам нужен магнит шириной 8 мм.
>
Если вам что-то не понятно, то оставляйте вопросы в комментарии ниже и я отвечу вам. Тут самое главное понять в какую сторону мотать катушки и на какие зубы, а так-же усвоить что ширина магнитов берётся относительно ширины зубов статора, а отношение в процентах вычисляется визуально по рисунку. Если скажем использовать магниты шире или уже чем требуется, то нарушается вся схема и от этого может появится неравномерность залипания, залипание может наоборот стать сильнее. А КПД генератора может заметно снизится.

Перемотка статора генератора.

На первый взгляд перемотка статора кажется сложной и невозможной в домашних условиях работой, за которую не всегда берутся даже обмотчики электромоторов. Но на самом деле при достижении некоторого опыта, простой трехфазный статор можно перемотать за четыре часа включая все подготовительные операции.

На этой фотографии видно как выглядит сгоревшая обмотка. Антигололедные реагенты не жалеют и изоляцию, а на иномарках, даже на грузовиках генератор располагают почему то в самом грязном месте. Заметны зеленые окислы и КЗ на этом статоре возникло именно из за разрушения изоляции. Прошел этот генератор всего 120тык за полтора года.

Здесь видно как злостно обжигается старая изоляция, но железо это не портит, магнитные свойства не нарушаются. Зато облегчается разборка и очистка статора. Перед сожженим обмотки нужно измерить длину выступающих лобовых частей. Для одних генераторов это критично (не уберется в корпус) для других не критично, но лучше стараться сделать так как было.

Теперь нужно сосчитать количество витков и начертить схему намотки, отметив на статоре места выводов начал и концов обмотки.

Вот статор уже очищен стальной щеткой и подготовлен под намотку.

Теперь лучше всего из специального изоляционного материала синтофлекс, он очень прочен и при намотке толстым проводом не перерубается на выходах из паза. Или из прессшпана, но с ним нужно работать аккуратней, наблюдать за перегибами провода при выходе из паза, нужно нарезать изоляционные прокладки выступающие из торцов паза на 2,5- 3мм с каждой стороны и при плотной укладке по форме паза выступающие из паза на 3,5-4мм Это облегчит последующую заделку пазов: не придется обрезать лишнее. Изготовив и подогнав одну прокладку, по ее ширине или длине нужно отрезать ленту и, прикладывая образцовую прокладку, нарезать тридцать шесть аналогичных и уложить их в пазы.

Начало первой обмотки. Видно, что провод идет волной из первого паза в четвертый.

Намотав половину витков одной фазы, продолжаем намотку в другую сторону, перекрывая пустые лобовые части полукатушек. На фото видно, что поворот начинается в пазу с выводом начала обмотки. Здесь можно заметить, что хоть провод и пошел в другую сторону, направление тока в пазу не изменилось. Не все статоры так намотаны, но так лучше: равномерней заполняются лобовые части и меньше мороки при опрессовке выступающей части готовой обмотки.

Вот намотана одна фаза. Ее конец помечен колечком.
Остальные фазы мотаются аналогично первой.

Вот уже две, начала и концы обмоток выходят с шагом через один паз.

Вот полностью намотаны все три фазы. Теперь нужно заделать пазы, уложив в них выступающие части прокладок, на фото они уже уложены. И обстучать через березовые проставки выступающие части катушек, так чтобы в просвете они не выступали за пределы железа вовнутрь и за пределы крепежного пояска снаружи. В таком виде нужно примерить статор в крышки генератора и проверить нет ли касания обмотки и корпуса и если есть, не поздно поправить. Зачистить и соединить, скрутив и пропаяв выводы концов обмоток. Изолировать лучше куском текстильного кембрика. Перед соединением неплохо проверить нет ли КЗ между фазами и на железо. При “силовой” сборке такое может случиться. В таком случае не поздно найти место контакта и изолировать его дополнительной прокладкой.

Теперь нужно связать обмотку наподобие колбасы и закрепить выводы кордовой ниткой, если таковой нет, льняной, применять капрон и прочие термопласты нельзя – потекут при сушке.

Для пропитки нужно слегка подогреть статор и погрузить его в пропиточный лак ГФ 95 или ему подобный. Никакой мебельный не подойдет. После пропитки нужно дать стечь лишнему лаку и поместить в печку газовой или электороплиты включеной на самый малый нагрев, на решетку или подвесить к решетке, а под статор подложить что-то несгораемое- кафельную плитку, чтобы не капало на раскаленный поддон. Если через час лак перестанет липнуть, то температура правильная и сушить еще два часа. Это самое простое. Если перемотка понравится можно сделать специальную печку для просушки со стабильной температурой . Еще можно сушить лампочкой 100Вт расположеной внутри статора, но это долго.

Для пропитки можно использовать эпоксидную смолу, но ее тоже надо подогревать до жидкого состояния, а если перегреть она схватится сразу. Можно пропитать автомобильной краской МЛ горячей сушки, но она толстая и перед просушкой нужно протереть железо статора, иначе не уберется в корпус, а якорь не уберется в статор.

Вот он готовый статор, теперь осталось собрать генератор.

Источник

Точные расчеты для катушек ветрогенератора: намотка генератора для устройства

Обновлено: 13 января 2021

Изготовление ветряка

Изготовление ветрогенератора своими руками состоит из двух этапов. Первый — создание вращающейся турбины (крыльчатки), работа слесарная, с материалами и инструментами. Вторым этапом становится создание генератора, процедура не менее ответственная и требующая тщательности и наличия определенного опыта и знаний. При этом, изготовление генератора «на глазок» никаких полезных результатов не принесет.

Необходим расчет, позволяющий совместить характеристики крыльчатки и генератора, дающий возможность получить представление о характеристиках создаваемого устройства. Рассмотрим порядок расчета и величины, которые необходимы для его выполнения.

Уточняем тип конструкции

Прежде, чем начать расчет, следует определиться с количеством фаз генератора. Однофазные устройства выдают неравномерное напряжение, имеющее скачки амплитуды.

Если ветряк планируется использовать для питания несложных и нетребовательных механизмов или освещения, то можно обойтись однофазным генератором, но для полного комплекса оборудования — аккумуляторные батареи, инвертор — понадобится трехфазное устройство. Иначе оборудование будет получать неравномерное напряжение, что скажется на его работе и состоянии весьма отрицательно.

Кроме того, однофазные генераторы имеют одинаковое количество катушек и магнитов, из-за чего при работе постоянно гудят. При набегании магнита катушка начинает активно сопротивляться, что вызывает заметную вибрацию, опасную для конструкции генератора и всего ветряка. Затем надо уточнить особенности конструкции.

Наиболее эффективным и достаточно простым типом является генератор на неодимовых магнитах. Они обладают значительной магнитной индукцией, имеют удобные размеры. Генераторы на неодимовых магнитах достаточно просты в изготовлении и хорошо показывают себя в работе.

Заодно надо решить, как будет создан генератор — путем модернизации готового устройства (например, автомобильного генератора), или создан дисковый генератор «с нуля». Преимуществом готовых устройств является наличие качественного корпуса, ротора и всех необходимых элементов. Но понадобится переточить ротор под магниты, для чего понадобится обращаться к токарю.

Кроме того, размер обмоток, способных поместиться в пазы корпуса, ограничен, поэтому каких-то глобальных изменений в конструкцию внести не удастся. Дисковые самодельные генераторы могут иметь любые размеры, что позволяет изготовить наиболее приспособленный для имеющихся замыслов образец.

Как производится расчет генератора?

Основная формула расчета ЭДС генератора выглядит следующим образом:

V — Линейная скорость движения магнитов (М/с).

B — Магнитная индукция магнитов (Тл).

L — Активная длина проводника (м)

Используя формулу можно получить значение ЭДС генератора для определенной скорости движения (вращения) ротора. Некоторую сложность представляет собой определение величины магнитной индукции. Точного значения найти вряд ли удастся, поэтому обычно принимают значение, равное 0,8 Тл. Или, как вариант, измеряют величину зазора между магнитами и катушками статора. Считается, что зазор размером в толщину магнита обеспечивает магнитную индукцию в 1 Тл. Если зазор увеличивается, то величина индукции падает.

Активная длина проводника — это длина провода обмоток, накрытая магнитами. То есть, та часть обмоток, которая попадает в магнитное поле. Поэтому изготовление слишком больших катушек нецелесообразно, их размер должен максимально коррелировать с величинами магнитов. Для круглых магнитов на немагнитном основании активная длина принимается равной диаметру магнита, а при использовании железного статора активная длина принимается равной ширине статора, так как он весь становится сплошным магнитом.

Следует учитывать, что на аксиальных генераторах общая длина провода, использованного при намотке катушек, примерно в 2 раза больше активной длины проводника, используемой при расчетах. В этом кроется распространенная ошибка, когда при расчетах в формулу подставляется полная длина провода, что дает неверный, увеличенный результат.

Исходя из приведенной формулы можно сделать вывод — при прочих равных условиях можно увеличить ЭДС, изготавливая дисковые генераторы с большим диаметром диска. Линейная скорость магнитов увеличится, и устройство даже на низких скоростях будет вырабатывать неплохое напряжение. Однако, генератор с высоким напряжением — не самоцель, устройство должно вырабатывать именно то количество тока, какое подойдет для качественной зарядки аккумуляторов.

Нерационально создавать ветряк, если большая часть выработанного тока будет сбрасываться на балластную нагрузку. Кроме того, необходимо заранее выяснить преобладающую скорость ветра в регионе и вычислить оптимальную скорость вращения крыльчатки. В противном случае можно получить генератор, дающий слишком высокое напряжение, чреватое закипанием аккумуляторов.

Расчеты для катушек

Количество катушек должно быть кратным количеству фаз и соответствовать периодичности изменения полюсности магнитов. Для однофазных генераторов оно должно быть кратно 2 или 4, для трехфазных — кратно 3. Обычно трехфазные генераторы оборудуются 18, 24, 30 и т.д. катушками. Обычно используют соотношение числа полюсов и катушек 2:3, т.е. при 12 полюсах делают 18 катушек. Также используется обратное соотношение 4:3, когда размер магнитов невелик и их больше, чем катушек.

Для генераторов, переделанных из автомобильных устройств, можно обойтись и без расчета, поскольку пазы, созданные для укладки обмоток, имеют ограниченный размер. Обычно удаляют старые обмотки и наматывают новые, более тонким проводом для увеличения числа витков, причем, имеющиеся пазы заполняют проводом полностью. в таких условиях расчет не имеет принципиального смысла, так как в существующие гнезда войдет только определенное количество витков.

Для дисковых (аксиальных) генераторов, которые имеют широкое распространение в самодельных комплектах из-за своей простоты и надежности, количество витков катушек ограничивается только целесообразностью и необходимостью. Следует учесть, что количество витков можно уменьшить, увеличивая площадь витка.

Результат будет примерно одинаковым, но количество провода уменьшится. При этом, чем больше площадь, тем меньше полезная (активная) длина проводника, поэтому следует искать оптимальное соотношение между размерами, числом витков и толщиной провода в катушках. Обычно делается около 80-100 витков, более точное соотношение следует рассчитать исходя из собственных параметров и данных.

Намотка генератора

По классической схеме намотка катушек генератора производится в одну сторону. Это необходимо для того, чтобы ток протекал в одну сторону, иначе получится короткое замыкание и перегрев генератора. При этом, на аксиальных генераторах используется чередование направления намотки катушек, когда одна мотается по часовой стрелке, другая — против, затем снова по часовой стрелке и т.д.

Размер катушек должен соответствовать размеру магнитов — центральное отверстие примерно соответствует величине магнита. Оптимальная форма катушки слегка вытянута по направлению к центру диска, хотя многие используют круглые формы. Намотка трехфазных катушек ведется по принципу «одна через две», т.е. каждая катушка одной фазы имеет по две катушки других фаз по соседству. Производится соединение «звездой», позволяющее стабилизировать отдачу и получить более ровные показатели тока по амплитуде.

Источник