Elektrownia wiatrowa z silniczka od nagrzewnicy samochodowej edw_2003_07_s54.pdf

F orum Czytelników

E l e k t r o w n i a

w i a t r o w a

Nazywam się Krzysztof Kraska, mam 33 la-

ta. Wcześniej pisałem, że buduję elektrownię

wiatrową. Rzeczywiście od pewnego czasu

zajmuję się tym tematem, jednak efekt, jaki

zamierzałem uzyskać, okazał się nie do zrea-

lizowania. Zamierzałem mianowicie zbudo-

wać taką wiatrownię, za pomocą której moż-

na by było ładować akumulator 12V i wydaj-

ności kilkunastu Ah. System taki miałem za-

miar wykorzystać przy oświetlaniu domku na

działce. Próbowałem zdobyć jakieś materiały

dotyczące tego tematu, które okazałyby się

pomocne przy budowie takiej elektrowni.

Jednak nigdzie nie mogłem kupić stosownej

literatury. Główny problem to zdobycie od-

powiedniej prądnicy. Cała trudność polega

na tym, iż każda prądnica wymaga nadania

jej odpowiedniej prędkości obrotowej, tak

aby zaczęła wytwarzać odpowiedni prąd oraz

napięcie. Przykładowo typowa prądnica sa-

mochodowa, tzw. alternator, wymaga przy-

najmniej 1500 obr/min. Gdyby tylko przyjąć,

że śmigło wiatraka wykonałoby 100 obr/min

musielibyśmy zastosować przełożenie 1:15,

czyli koło pasowe napędzające prądnicę po-

winno być piętnaście razy większe niż koło

pasowe prądnicy. Przykładowo, jeśli koło pa-

sowe prądnicy ma 6cm średnicy, to napędza-

jące powinno mieć 90 cm, czyli prawie jeden

metr! A wielkość śmigła to minimum 5m śre-

dnicy! Proszę sobie teraz wyobrazić, jak zbu-

dować takiego „potwora” w domowych wa-

runkach? Z jakich materiałów musiałby być

zbudowany, żeby wytrzymać np. letnią bu-

rzę, gdzie prędkość wiatru w porywach może

osiągać 90 km/h. Muszą być zastosowane

specjalne prądnice, które nie wymagają aż

tak dużych obrotów jak np. silnik krokowy,

który wytwarza znaczne napięcie już przy

niewielkich obrotach, albo są stosowane ja-

kiegoś rodzaju przekładnie. Udało mi się

zdobyć prądnicę tachometryczną z magnesa-

mi trwałymi, jednak taka prądnica zachowu-

je się jak typowa bateria o dużej rezystancji

wewnętrznej. Wytwarza ona duże napięcie

już przy niewielkich obrotach, ale wraz ze

wzrostem obciążenia, czyli prądu, napięcie

gwałtownie spada. Chciałbym podzielić się

z Czytelnikami EdW swoimi doświadczenia-

mi z dwiema „minielektrowniami” wiatro-

wymi. Pierwsza oparta jest na bardzo prostej

konstrukcji, można by powiedzieć prymityw-

nej, gdzie jako źródło prądu został wykorzy-

stany silnik prądu stałego na napięcie

12V z nagrzewnicy samochodowej. Drugi

projekt jest bardziej rozbudowany. Za pomo-

cą tej „elektrowni” można ładować akumula-

torki NiCd, o napięciu 1,2V i pojemności kil-

kuset mA.

prostowniczy oraz kondensator filtrujący,

najlepiej o jak największej pojemności.

Schemat pokazany jest na rysunku 1 liniami

ciągłymi. Silnik krokowy zwykle posiada

sześć wyjść. Wtedy są to dwa niezależne

uzwojenia z odczepami w środku. Należy

wykorzystać wyprowadzenia skrajne, a środ-

kowe odczepy pozostawić niepodłączone.

Takie dwa niezależne uzwojenia można połą-

czyć w szereg. Jeśli silnik ma pięć wyprowa-

dzeń, środkowe odczepy są wewnętrznie po-

łączone i nie można wykorzystać dwóch nie-

zależnych uzwojeń. Także gdy chcielibyśmy

połączyć niezależne uzwojenia równolegle,

można zastosować dwa mostki prostownicze

pracujące na jeden kondensator filtrujący, jak

zaznaczono na rysunku 1 linią przerywaną.

Zwykle nie ma potrzeby stosowania stabi-

lizatora napięcia, ponieważ przy poborze prą-

du kilkunastu miliamperów, np. przez jedną

diodę LED, silnik krokowy będzie zachowy-

wał się jak bateria o dużej rezystancji wewnę-

trznej. Mówiąc najprościej, wraz ze wzrostem

poboru prądu napięcie będzie szybko się ob-

niżało. Jeśli jednak potrzebny byłby stabiliza-

tor, należy zastosować jakieś rozwiązanie

energooszczędne, bo typowe stabilizatory

scalone pobierają kilka mA prądu.

Opis układu 1

Proste układy elektroniczne np.: Moje pierw-

sze SMD , nie wymagają zbyt dużego prądu

do poprawnego działania, a jeśli tak, to nic

nie stoi na przeszkodzie, żeby zbudować

swoją własną „elektrownię” do zasilania tych

prostych układów. Proponowana przeze mnie

„mini elektrownia” łączy w sobie przyjemne

zpożytecznym. Przyjemne, ponieważ może

być ozdobą naszego podwórka, a pożyteczne,

bo może zasilać proste układy elektroniczne.

Jako prądnica został wykorzystany silnik

krokowy z uszkodzonej drukarki o oporności

cewek 2x60. Nie nabierajmy jednak zbyt du-

żego apetytu, za pomocą takiej „prądnicy”

możemy co najwyżej zasilać proste układy

elektroniczne: wszelkiego typu piszczałki

i mrygałki pobierające kilkanaście mA prą-

du. Do tego wiatr wieje z różną siłą, więc

uzyskany prąd będzie raz mniejszy, raz więk-

szy. Ponieważ silnik krokowy podobnie jak

prądnica rowerowa wytwarza napięcie

zmienne, należy to napięcie zamienić na na-

pięcie stałe. Wystarczy zastosować mostek

Rys. 1

Elektronika dla Wszystkich

Forum Czytelników

Montaż i uruchomienie

Oto pierwsza rzecz, jaką musimy sobie

uzmysłowić: choć jest to bardzo prosta kon-

strukcja, jednak musi być wykonana bardzo

starannie, jeśli ma nam służyć przez dłuższy

okres. Jeśli będzie wykonana niestarannie,

to jest więcej niż pewne, że po pierwszej

letniej burzy nie będziemy mieli co zbierać.

Szczegółowe wskazówki dotyczące monta-

żu i uruchomienia oraz rysunki można zna-

leźć na stronie internetowej EdW

www.edw.com.pl w dziale FTP.

Schemat elektryczny jest bardzo prosty,

przedstawia go rysunek 2 . Ponieważ prądni-

ca wytwarza prąd oraz napięcie stałe, nie

trzeba stosować mostka prostowniczego, nie-

mniej trzeba zamontować jedną diodę zapo-

rową, która będzie blokowała prąd płynący

z baterii do prądnicy w momencie, gdy na-

pięcie na niej będzie mniejsze niż napięcie

baterii. Najlepiej, jeśli będzie to dioda o jak

najmniejszym spadku napięcia, np. dioda

Schottky’ego o prądzie minimum 1A.

Rezystor R1 oraz dioda LED pełnią rolę

wskaźnika ładowania baterii. Rezystory R2,

R3 ograniczają prąd ładowania, liczbę baterii

można zwiększyć do 4 sztuk. Nie trzeba sto-

sować stabilizatora napięcia, ponieważ przy

podanym przełożeniu napięcie wzrośnie co

najwyżej do 4V przy silnym wietrze.

Rys. 1

Montaż i uruchomienie

Prawie cały wiatrak został wykonany z meta-

lu z wyjątkiem śmigła, ogona steru, kół paso-

wych oraz palika, na którym został zamoco-

wany. Dalsze wskazówki dotyczące montażu

i uruchomienia oraz rysunki można znaleźć

na stronie internetowej EdW pod podanym

adresem. Przyjemnych wrażeń życzy

Opis układu 2

Jako źródło prądu został wykorzystany silnik

prądu stałego o napięciu 12V z nagrzewnicy

samochodowej. Silnik jest bardzo solidny

i co najważniejsze, ma bardzo dobrą wydaj-

ność prądową: przy około 3000obr/min wy-

twarza prąd ponad 5A! Oczywiście nam nie

uda się uzyskać tak dużych obrotów, ponie-

waż musielibyśmy zastosować duże przeło-

żenie rzędu 1:30, a tu sprawa nie jest już ta-

ka prosta, ponieważ należałoby zastosować

duże śmigło o minimum 5-metrowej średni-

cy! Przełożenie, jakie zastosowałem, to 1:7,

czyli na jeden obrót śmigła przypada siedem

obrotów prądnicy. Przy takim przełożeniu

powinniśmy uzyskać prąd stały około 0,5A.

Oczywiście wszystko zależy od siły wiatru

i ta wartość nie będzie stała.

Dlaczego zastosowałem silnik prądu

stałego? Jak już wcześniej wspominałem

ma on dobrą wydajność prądową, wytwa-

rza prąd stały, pracuje bardzo cicho i nie

stawia dużego oporu podczas pracy. Nie

polecam natomiast typowego dynama ro-

werowego. Dlaczego? Otóż dynamo po-

trzebuje znacznie większych obrotów do

uzyskania tych samych parametrów co sil-

nik, poza tym wytwarza prąd zmienny oraz

pracuje dość głośno, co ma kolosalne zna-

czenie, gdy wiatrak ma być umieszczony

np. na dachu.

Krzysztof Kraska

Ciąg dalszy ze strony 52.

lacji czy konfiguracji. Wystarczy skopiować

go do dowolnie wybranego katalogu.

Program Charger steruje częścią elektro-

niczną ładowarki za pomocą portu szeregowe-

go COM2. Obsługa ładowarki jest prosta. Po

podłączeniu części elektronicznej do portu

iwłączeniu programu wybieramy odpowie-

dnie ustawienia. Po włączeniu programu usta-

wiane są wartości domyślne, czyli te podane

przez autorów przywołanych we wstępie arty-

kułów. Dla baterii jest to ładowanie impulsami

oczęstotliwości 20Hz i współczynniku wy-

pełnienia 10%. Oczywiście zachęcam wszyst-

kich do eksperymentowania z różnymi usta-

wieniami i wypracowania własnych preferen-

cji.

chwili program rozpoczyna proces ładowa-

nia. Można go zatrzymać, klikając na przyci-

sku Wstrzymaj ładowanie lub przerwać, kli-

kając na przycisku Zakończ ładowanie . Jeże-

li pozwolimy programowi przeprowadzić

proces ładowania do końca wyznaczonego

czasu, to po jego upływie zakończy go auto-

matycznie i zasygnalizuje to dźwiękowo.

Wybranie tej drugiej opcji pozwoli dodat-

kowo określić częstotliwość impulsów (od

1Hz do 100Hz) i współczynnik ich wypeł-

nienia (od 1% do 99%).

Montaż i uruchomienie

Układ został zmontowany w sposób prze-

strzenny, tzn. z pominięciem nośnika w po-

staci płytki drukowanej. Elementem nośnym

jest gniazdo DB25, do którego wyprowadzeń

przylutowane zostały elementy D1, D2 i R1.

Przy montażu posiłkować się trzeba schema-

tem ideowym z rysunku 1.

Układ nie wymaga zabiegów uruchomie-

niowych i jest gotowy do pracy od razu po

zmontowaniu i podłączeniu go do portu kom-

putera. Również program nie wymaga insta-

Dariusz Drelicharz

dariuszdrelicharz@interia.pl

Wykaz elementów

Rezystory

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 Ω

D1,D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001

S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . .gniazdo typu DB25

Po wybraniu odpowiednich ustawień

i określeniu czasu ładowania klikamy na

przycisku Rozpocznij ładowanie . Od tej

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: