Опыты с микроГЭС (часть 2)⁠⁠

В прошлый раз мы направили поток воды на рабочее колесо гидротурбины и заставили его крутиться. И даже попробовали повысить эффективность турбины. Отлично! Дальше – самое главное – преобразовать механическую энергию вращения в электрическую. Для этого нам нужен генератор.

Первой моей мыслью было: поставь обычный электромоторчик. Вот такой был под рукой:

Однако, тут же возникла проблема – частоты вращения оказалось недостаточно. Попытка приладить редуктор также не позволила достаточно раскрутить моторчик. Замеры показали на выходе всего 0,6 В – даже маленький светодиодик не загорится от такого напряжения. Впихивать еще шестерни не хотелось. Можно было бы найти мотор с подходящими характеристиками, но уже захотелось сделать что-то своими руками. А как решается этот вопрос на настоящих ГЭС? Не помню, чтобы вал турбины крутился с бешеной частотой (а стоял я от него на расстоянии вытянутой руки).

Как оказалось, требуемая частота вращения генератора для выработки им переменного тока нужной частоты определяется количеством магнитных полюсов – магнитов, создающих магнитное поле. Для паровых турбин хватает двух (кстати, в нашем моторчике их тоже два – см. картинку выше), в дизель-генераторе используется больше – около 8. В генераторах ГЭС используются уже 40 полюсов.

Значит, и я сделаю нечто подобное. Разобраться в теме очень помог сайт e-veterok.ru – там подробно рассказано об изготовлении генераторов – рекомендую.

В итоге получилось вычертить вот такую конструкцию (все защитные крышки и часть катушек скрыл, чтобы было наглядно):

В принципе, все просто: нам нужно вращающееся магнитное поле и катушки, установленные в нем. Остановился на схеме с 24 полюсами (12 на нижней секции ротора, столько же на верхней) и 9 катушками между ними – по расчетам должно было хватить. Катушки стационарны, поэтому узел с щетками нам не нужен. Было решено использовать постоянные неодимоввые магниты 10х10х4 мм – мощные и долговечные.

Катушки распечатал и намотал сам (для первой версии генератора использовал 60 витков на катушку). Выглядит примерно так (тут уже катушка следующей версии, крупнее и витков больше):

Полностью распечатанный и собранный генератор выглядит так:

Приладим его к тестовой гидротурбине. Эта версия турбины крупнее предыдущей – модель была найдена в интернете, готовая к печати. Пришлось ее только разделить на куски (не влезала вся в принтер) и потом склеить. Тут уже и подшипники появились, и сама турбина радиально-осевая – более эффективная.

Для подачи воды использовал обычные канализационные трубы – подошли идеально.

В итоге мы имеем трехфазный генератор, соединенный по схеме «звезда», к которому через трехфазный же выпрямитель на германиевых диодах (падение напряжения меньше, чем на кремниевых) и электролитическом конденсаторе подключен светодиод.

Попробуем запустить:

Видели маленькую вспышку светодиода в начале видео (в нижней части кадра)? Вот чего мы достигли на сегодняшний день. «Да я то же самое с помощью обычной батарейки сделаю!!!» С одной стороны, да. А с другой – мы имеем работающий трехфазный генератор переменного тока, преобразующий энергию потока воды в электричество. И это при напоре всего в 0,5 метра в среднем в нашем тесте и расходе около 1,5 литров в секунду. И ключевое слово для меня здесь – работающий.

Теперь дело за малым – взять магниты покрупнее, катушки с большим количеством витков, все это приладить к новой гидротурбине. Уже в процессе – в следующих постах покажу, что получилось, а пока – мои планы в 3Д: