Багато саморобні вітряки забезпечуються саморобними генераторами з ротором на постійних магнітах. В Інтернеті є величезна кількість прикладів і інструкцій як зробити такий однофазний генератор. Поговоримо про більш досконалому рішенні.
Трифазний генератор, це ніщо інше, як однофазний з двома додатковими обмотками, незначно зміщеними відносно першої. Як на малюнках вище.
В однофазному генераторі, для узгодженої дії всіх обмоток, вони повинні бути по черзі намотані в різному напрямку.
На малюнку видно, що кожна наступна обмотка намотана протилежно попередньої. Перша за годинниковою стрілкою, друга проти годинникової стрілки. Якщо ваш ротор містить 8 постійних магнітів, то у вас повинно бути і 8 обмоток.
У трифазному генераторі ви можете мати 3 обмотки на кожну пару магнітів. Під парою магнітів розуміється один магніт звернений північним полюсом до обмоток і один - південним. Існує безліч варіантів намотування. Наприклад, можна використовувати 8 магнітів і тільки 6 обмоток не перекривають один одного або поставити 3 комплекти з 4-х послідовно з'єднаних обмоток. Нижче подано діаграму з 4 магнітів з ілюстрацією розміщення кожного комплекту обмоток.
Як бачите, перша фаза перекриває тільки північні полюси магнітів, і все обмотки однієї фази намотані в одному напрямку. Дві інші фази ідентичні першої за винятком того, що вони зміщені. Наступна діаграма показує взаємне розташування всіх обмоток 4-х-полюсного 3-х-фазного генератора.
Почала обмоток відзначені A, B, C, кінці - D, E, F. Вихідними у цього агрегату будуть дроти A, C і E. Причина, по якій вихід другої фази знаходиться в кінці обмотки, полягає в тому, що коли магніт проходить другу обмотку, генерується струм в протифазі струмів 1-й і 3-й обмотки. Щоб не мотати 2-ю обмотку в зворотному напрямку, ми просто змінюємо в ній місцями вхід і вихід.
Існує дві схеми з'єднання фаз в 3-х-фазних генераторах: "зірка" і "трикутник". Трикутник дає меншу напругу, але більший струм. Зірка навпаки - більшу напругу і менший струм. При розрахунку використовується коефіцієнт рівний квадратному кореню з 3х (приблизно 1,732). Кожен набір обмоток - це фаза генератора. Тому коли ви вимірюєте напруга, струм або опір одного набору обмоток, це будуть параметри однієї фази. Коли ви знаєте параметри однієї фази, можна порахувати параметри "зірки" і "трикутника". Напруга для замірів може зніматися з будь-яких двох з трьох виходів генератора.
На нашому тестовому генераторі, наприклад, одна фаза видає 22В і 10А, в цьому випадку вихід "зірки" буде 38,1В (22 * 1,732) і 10А. Струм залишився таким же як і у однієї фази, тому що при з'єднанні "зіркою" фази з'єднуються послідовно. При з'єднанні "трикутником" ми отримаємо 22В і 17,32А (10 * 1,732). Якщо порахувати потужність двох схем, то вийде: 22 * 17,32 = 381Вт і 38,1 * 10 = 381Вт. І в чому ж переваги кожної схеми?
Зазвичай опір "трикутника" в 3 рази нижче ніж опір "зірки". А тому по обмоткам тече струм, то будуть і втрати потужності. Опір «зірки» нашого генератора становить 1,5 ом, можемо порахувати вихідну потужність. При 600 об / хв і з'єднанні "зіркою" ми отримали напруги 38В. Це близько 16 об / хв на 1В. Т.ч. на 1000 об / хв ми можемо отримати 62,5В. Віднімемо напруга акумуляторної батареї (12,6В) отримаємо 49,9В на виході. При опорі 1,5 Ом струм буде 49,9 / 1,5 = 33,26А. Т.ч. на навантаженні отримаємо потужність 33,26 * 12,6 = 419 Вт. Не так вже й погано.
Тепер для "трикутника". На виході ми отримуємо 22В при тих же оборотах (близько 27 об / хв на 1В). На 1000 об / хв ми отримаємо 37В. Мінус 12,6В на батареї, підсумок: 24,4В. Опір "трикутника" 0,5 Ом, Струм: 24,4 / 0,5 = 48,8А, а потужність: 48,8 * 12,6 = 614Вт. Майже на 200 Вт більше.
Перевага "зірки" в більш високій напрузі при більш низьких оборотах, що означає, що наш тестовий генератор зможе почати заряджати акумулятор на 12,6В вже при 200 об / хв. "Трикутник" для початку заряду знадобиться досягти 340 об / хв.
Але при цьому, перевага трикутника в тому, що, досягнувши більш високих обертів, він зможе видати більш високу потужність.
Тепер треба з'єднати виходи і перетворити змінний струм в постійний для зарядки акумуляторів. Нижче показані дві різні схеми з'єднання 3-х-фазних генераторів: "зірка" і "трикутник" і два різних типи випрямлячів для них: на діодах і готових діодних мостах (діодні збірки для однофазних випрямлячів). Будь-який з представлених випрямлячів може використовуватися для кожної конфігурації фаз.
Ну і наостанок пара фактів про 3-х-фазному струмі.
- Більшість сучасних генераторів в світі - 3-х-фазні.
- Концепція 3-х фаз спочатку була запропонована Нікола Тесла, він і довів їх перевагу над однофазними.
- В одному діапазоні потужностей три фази зазвичай на 150% більше ефективні однієї.
- В однофазних системах потужність падає до нуля 3 рази за кожен оборот генератора, в 3-х-фазних - падіння потужності до нуля протягом обороту не відбувається. Потужність, що подається на навантаження однакова в будь-який момент.
- У 3-х-фазному генераторі перетин проводів може бути на 25% менше ніж перетин проводів в однофазному при однаковій потужності.
Отже, три фази, це не набагато складніше однієї, але набагато ефективніше.
Оригінал статті англійською мовою на сайті WindStuffNow.Com