Крыши. Энергия, принесенная ветром. Велосипед-тандем-веломобиль...("Сделай сам" №4∙2004) - [10]
Таким образом, даже если имеется генератор переменного тока, то от него все равно мы не сможем получить стандартное напряжение, так как эти генераторы обычно высокооборотные, требующие строго постоянные определенные (в зависимости от типа генератора) числа оборотов. Это требование в любительских условиях практически невыполнимо. Тем не менее генераторы переменного тока можно использовать для постройки ВЭС, дополнив их выпрямителями.
Кстати, современные автомобильные генераторы являются трехфазными генераторами переменного тока со встроенными выпрямительными мостами.
Весьма существенное значение имеет то, что генераторы постоянного тока могут работать в большом диапазоне скоростей оборотов. В этом случае просто изменяется мощность. То есть, если в паспорте какого-либо генератора постоянного тока указано номинальное (рабочее) число оборотов, например, 5000 об/мин, то это не означает, что при других скоростях он не будет работать. Практически он начнет вырабатывать электрический ток сразу, как только его ротор получит вращение. Примерная характеристика зависимости напряжения от числа оборотов генератора показана на рис. 1.
Рис. 1.Примерная характеристика зависимости напряжения холостого хода (без нагрузки) генератора от числа оборотов его ротора (якоря)
Из графика видно, что уже при 800 об/мин напряжение достигает 12 В. Но подключать нагрузку при этих оборотах ротора генератора еще нельзя, так как напряжение сразу упадет ниже 12 В. С повышением числа оборотов напряжение растет и при n = 1200 об/мин можно уже нагружать генератор. Для поддержания напряжения на нужном уровне, например 12 В, служат специальные регуляторы напряжения. Пунктиром показан уровень напряжения, получаемого в результате совместной работы генератора с регулятором. В результате мы видим, что генератор может работать в интервале от 1200 до 13000 об/мин. (Большее число оборотов воздушный винт развить просто не сможет.)
Все это сказано для примера. Различные типы генераторов имеют весьма разнообразные характеристики.
Очень заманчиво, конечно, построить ВЭС мощностью киловатт на 30–50 и запитать от нее даже батареи отопления. Но сложность постройки возрастает с повышением мощности не линейно, даже не квадратично, а по гиперболическому закону, что мы и увидим из нижеследующего.
Вес генератора — один из самых главных факторов, с которым придется считаться при постройке ВЭС. Нам ведь надо устанавливать его на довольно высокой мачте. Чем тяжелее генератор, тем прочнее и сложнее должна быть мачта. Для примера рассмотрим несколько типов генераторов. Генератор постоянного тока Г-20, мощностью 0,22 кВт, вырабатывающий ток до 18 А напряжением 12 В, весит 12,5 кг. Генератор МП-542-1/2 мощностью 3,6 кВт весит 235 кг. Генератор В-48/30-6 мощностью 45 кВт весит уже 2400 кг.
Согласитесь, что вес в 2400 кг — трудно преодолимое препятствие для любительской постройки. Чтобы поднять такой вес на высоту 6–8 метров, нужна не просто мачта, а сложное инженерное сооружение типа старинных ветряных мельниц, да и сам подъем потребует хотя бы автокрана. Можно, конечно, не поднимать генератор на высоту, установив его в основании мачтового сооружения. В этом случае потребуется сложная трансмиссионная передача от воздушного винта к генератору.
Кроме этого, чем мощнее генератор, тем больше и сложнее должен быть его привод — воздушный винт или ветровое колесо, «ветряк».
Поэтому наиболее просто построить ВЭС мощностью не более 0,5 кВт.
Немаловажное значение имеет при выборе генератора его номинальное число оборотов. Генераторы с n = 300–800 об/мин можно назвать тихоходными или низкооборотными. Такие генераторы уже при 200–300 об/мин начинают давать электрический ток, обеспечивающий зарядку аккумуляторов и поддержание напряжения в сети на необходимом уровне. Генераторы с рабочими оборотами выше 1000 — высокооборотные или быстроходные. Низкооборотные генераторы позволяют значительно упростить кинематическую схему ВЭС, насадив непосредственно на вал генератора воздушный винт.
Высокооборотные генераторы потребуют применения редуктора для повышения скорости вращения, так как воздушный винт под нагрузкой при умеренном ветре развивает 250–300 об/мин.
Можно попытаться приобрести подходящий генератор на машинно-тракторных станциях, в автохозяйствах. Там всегда есть выработавшие свой ресурс и списанные генераторы от тракторов, автомобилей и т. д.
Как правило, генераторы от старых типов автомобилей более низкооборотные, чем от современных. Так, генераторы типа ГБФ-4105, применявшиеся в автомобилях ГАЗ, работают при номинальных оборотах 1800 об/мин. Это, конечно, тоже довольно высокооборотный генератор, но по сравнению с генератором Г-221, применяющимся в настоящее время в легковых автомобилях ВАЗ и работающих на 6–8 тысяч оборотов в минуту, довольно малооборотны.
Списанный генератор после соответствующего ремонта вполне подойдет для постройки ВЭС.
Не следует также забывать о том, что практически все коллекторные машины постоянного тока обратимы, т. е. двигатель постоянного тока может работать генератором. В зависимости от типа приобретенного генератора и его рабочего напряжения — 6, 12 или 24 В приобретаются остальные изделия — лампочки накаливания, аккумуляторы, регуляторы напряжения и другое. Об этом будет сказано ниже. Мы же для примера рассмотрим постройку ВЭС, опираясь на конкретный генератор Г-221, применяемый в автомобилях ВАЗ, который наиболее распространен. Достать его всего проще — пойти в магазин автозапчастей и купить. Его технические характеристики:
