wtorek, 27 stycznia 2009

STANOWISKO POMIAROWE

Do pomiarów parametrów małych amerykanek stosuję napęd za pomocą tokarki z z dwoma (dokładnie zmierzonymi) zakresami obrotów - 380/ min oraz 500/ min.

Moc silnika tokarki wielokrotnie przewyższa oczekiwaną moc prądnic, stąd pomiary są robione przy stałych (nie "siadających" pod wpływem obciążenia) obrotach.

Pomiary dokonywane są na dwóch miernikach - amperomierz o skali do 1 A oraz woltomierz. Obciążenie to 12 - 24 woltowe żarówki o mocy około 10 W oraz opornik regulowany około 40 Ohm wykonany ze spirali grzejnej.

Do prądnic o oczekiwanej mocy 1 - 3 kW silnik napędzający powinien mieć moc około 5 kW. Umożliwi to badanie prądnicy w warunkach długotrwałego obciążenia maksymalną mocą. W tym przypadku amperomierz powinien mieć zakres do 50A, a obciążenie (grzałki, żarówki dużej mocy łączone równolegle) powinno mieć możliwość obciążenia mocą kilku kW.

poniedziałek, 26 stycznia 2009

MIKROAMERYKANKA - PARAMETRY

Pomiary dla 380 obr/min

1. Pomiar
- napięcie bez obciążenia - 20V

2. Pomiar - (obciążenie - żarówka 24V 10W)
- napięcie 9 V,
- prąd - 260 mA
- moc - 2,3W

3. Pomiar - (obciążenie opornik około 20 Ohm)
- napięcie 5 V
- prąd 410 mA
- moc - 2,05 W





Pomiary dla 500 obr/min

1. Pomiar - napięcie bez obciążenia - 43V

2. Pomiar - (obciążenie - żarówka 24V 10W)
- napięcie 20 V,
- prąd - 450 mA
- moc - 9 W

3. Pomiar - (obciążenie opornik około 20 Ohm)
- napięcie 11 V
- prąd 900 mA
- moc - 9,9 W

Uwaga - po dwóch minutach pomiaru na obciążeniu opornikiem 20 Ohm - stator zaczynał się robić wyraźnie ciepły!

Warto zauważyć, że pomiary przy poszczególnych obrotach są wiarygodne ponieważ dla dwóch różnych warunków pracy (obciążenia) rozbieżność uzyskiwanych wyników nie przekracza 10%.

"Mikroamerykanka" zastosowana w mikroelektrowni wiatrowej (np. balkonowej) pozwala na uzyskanie mocy około 1 do 10 W. Przy małej średnicy śmigła (50 - 100 cm) uzyskanie obrotów 500/min jest możliwe.

piątek, 23 stycznia 2009

Licznik do nawijarki (obrotomierz)


1. Zdejmujemy tylną pokrywę kalkulatora i do styków klawisza "=" podłączamy cienki 1 m kabel dwużyłowy.
2. Na końcu kabelka lutujemy kontaktron. Kontaktron jest zamocowany na ramieniu z magnesem (lub innym uchwytem) ułatwiającym ustawienie kontaktronu względem obracającego się magnesu.
3. Na obracającej się części urządzenia (nawijarki) mocujemy mały neodymowy magnes.



Uwaga: zamiast kontaktronu możemy zastosować dowolne styki uruchamiane obracającą się częścią nawijarki.

Zliczanie:
1. Włączamy kalkulator.
2. "Klikamy" "1".
3. "Klikamy" "=" (każde zwarcie "=" dodaje 1).
4. Przystępujemy do nawijania.

Pomiar obrotów:
1. Przygotowanie kalkulatora jak wyżej.
2. Zliczamy obroty w ciągu 1 minuty.

poniedziałek, 19 stycznia 2009

ELEKTROWNIA WIATROWA wind turbine




Tak ona mniej - więcej wygląda.
Średnica 3,2 m,
wysokość na maszcie 10 m,
prądnica "amerykanka" o mocy około 1 kW.


Elektrownia zasila 3 grzałki o mocy po 6 kW w 300 l. kotle do ogrzewania wody (c.w.u.)
Przy silnym wietrze - przypuszczam, że było około 12 m/s - na jednej fazie (jedna grzałka) odnotowałem 70V, 10 A, czyli około 2 kW (700 x 3 = 2100W) do kotła z ciepłą wodą, a to już jest coś!!!


Maszt przykręcony jest w kilku miejscach do ściany budynku gospodarczego, co pozwoliło na ominięcie przepisów budowlanych w temacie "fundamenty". Rezultaty nie są oszałamiające, ale: po wietrznej nocy temperatura w kotle podnosi się o około 5 stopni - bez dogrzewania o 5 stopni spada. Niby nie wiele, ale jednak korzyść jest namacalna.
Latem (koniec marca - październik), we współdziałaniu z kolektorami słonecznymi (dwa płaskie kaloryferki), zapewnia 100% ciepłej wody jaką moja 3. osobowa rodzina zużywa.

środa, 14 stycznia 2009

DYLEMAT: "pralkowiec" czy "amerykanka"?

Budowę prądnicy do elektrowni wiatrowej poprzedza konieczność wyboru miedzy dwoma zasadniczymi rozwiązaniami:

- albo- prądnica tzw. pralkowiec - przerobiony silnik od pralki, lub silnik podobnego typu (zrobić
lub kupić),
- albo - prądnica tzw. amerykanka (zrobić).

Bez wdawania się w dłuższe rozważania proponuję zupełnie zrezygnować z samochodowych alternatorów, prądnic samochodowych, motocyklowych i innych tego typu prądnic wymagających b. dużych obrotów.

W związku z powyższym, jak wybierać?
Wydaje się, że najistotniejsze parametry porównawcze to:
1. Koszt.
2. Tzw. wolnobieżność (eliminuje "energożerne" i zawodne przekładnie).
3. Ciężar (odbija się to zasadniczo na łatwości montażu i konstrukcji masztu).
4. Zwartość konstrukcji.
5. Trwałość - niezawodność.
6. Estetyka.
Może zastanawiać brak wśród powyższych kryteriów sprawności energetycznej, ale parametr ten pominąłem celowo, ponieważ zakładam, że cała moc ze śmigła przekształca się w energię elektryczną - oczywiście pominąwszy straty (na łożyskach, prądach wirowych i oporności uzwojeń) objawiające się grzaniem urządzenia. Przyjmijmy zatem - krakowskim targiem - sprawność energetyczna powyższych rozwiązań jest porównywalna - z lekkim wskazaniem na "amerykankę" ponieważ odpadają w tym przypadku prądy wirowe wzbudzane w blachach stojana i konieczność pokonywania tzw. zaskoków.

Załóżmy następujące parametry oczekiwane od jednej i drugiej prądnicy:
1. Moc - 1 kW.
2. Obroty - 300 obr./min.

Ad. "pralkowiec" - mamy skrajne opinie prezentowane na forach dyskusyjnych na temat wydajności tego typu prądnicy, np. po przerobieniu 45. watowego silnika z pralki (na zdjęciu wyżej) niektórzy amatorzy - konstruktorzy "otrzymują" moc rzędu 10 kW (!!!) - komentarz zbyteczny.
W mojej ocenie oparłem się na danych technicznych tego typu prądnic wykonywanych profesjonalnie, powiedzmy sobie też szczerze: na pewno lekko zawyżonych. Oznacza to, że na początek amatorskie konstrukcje "pralkowców" dostają "fory", ponieważ jest "oczywistą oczywistością", że przerobiony w warunkach amatorskich silnik - jedynie słusznej, bo jeszcze socjalistycznej - "Frani" nie uzyska parametrów prądnicy o porównywalnej wielkości wykonanej profesjonalnie.

Po analizie dostępnych danych dwóch firm produkujących prądnice (nie wymieniam, by nie reklamować) można przyjąć, że prądnica spełniająca kryterium 1kWprzy 300 obr./min ma następujące parametry:
- cena netto - około 3 000 zł ,
- ciężar - około 60 kg.
Trudno znaleźć profesjonalną prądnicę 1kW/300 obr. Są na 1,5 kW ale przy 1500 obrotach i ważą około 20 kg. oraz prądnice 2 kW przy około 400 obrotach, ale te ważą już około 60 kg.Dla porównania można by przyjąć powyższą prądnicę 2 kW i "zejść na niej z obrotami" na 300 obr./min, co da moc około 1 kW.

Wniosek - prądnice typu "pralkowiec" (ale w profesjonalnym wykonaniu!) osiągają 1kW przy 300 obr./min. z 60 kg wagi.

Przekładając powyższe dane na konstrukcje amatorskich "pralkowców" można śmiało założyć, że uzyskanie powyższych osiągnięć na kilku - kilkunastokilogramowym silniku pralki jest nie możliwe.
Nie do pominięcia są też względy wytrzymałościowo - konstrukcyjne, gdzie miniaturowe łożyska i oś rotora "pralkowca" zdecydowanie nie dorównują wytrzymałością samochodowej piaście stosowanej w "amerykance".
W tym miejscu chciałbym zwrócić uwagę: jeżeli robimy elektrownię wiatrową (podobnie jak inne konstrukcje), róbmy to porządnie, nawet z przesadną troską o niezawodność i wytrzymałość. Konieczność częstych remontów (np. wymiany łożysk w "pralkowcu") skutecznie ostudzi nasz zapał do tego typu konstrukcji. Podchodząc poważnie do zamiaru "poważnego" wykorzystania "pralkowca" nie obędzie się bez konieczności wymiany osi wirnika, łożysk i, co za tym idzie, pokryw prądnicy na znacznie większe - wytrzymalsze. Alternatywą jest zastosowanie przekładni, ale to już inna, i niekoniecznie korzystna, bajka. Moc "pralkowca" można zwiększyć składając stojan z kilku silników - wiąże się to jednak z koniecznością wykonania nowego rotora.
Za "pralkowcem" przemawiają walory estetyczne, stosunkowo niskie koszty wykonania (z kupowaniem jest inaczej!) i dostępność materiału (starych silników).



Ad. "amerykanka" -

Z mojego doświadczenia, a także z doświadczeń prezentowanych na stronach amerykańskich - "amerykanki" są tam szczególnie preferowane w amatorskich rozwiązaniach - wynika, że parametr 1kW przy 300 obr./min. można "wycisnąć" z prądnicy o około 300 - 350 mm tarczach (moja tego typu "amerykanka waży około 20 kg, całość obracająca się na maszcie około 35 kg).

Kolejna zaleta, to praktyczna niezniszczalność wynikająca z wytrzymałości samochodowej piasty. Element który może ulec zniszczeniu, to - w warunkach nieodpowiedniego zabezpieczenia na huraganowe wypadki - stator, po prostu może się spalić. Warunki chłodzenia uzwojeń "amerykanki" są b. trudne, żywica działa jak izolator cieplny i do tego jest mało wytrzymała na temperatury powyżej 80 - 100 stopni C - tu należy b. uważać!
Co szczególnie przekonuje mnie do "amerykanki", to brak tzw. zaskoków wynikający z braku ferromagnetycznego stojana - pozwala to na rozruch przy najmniejszym podmuchu wiatru.

Wniosek - prądnice typu "amerykanka" (w amatorskim wykonaniu!) osiągają 1kW przy 300 - 400 obr./min. z około 20 kg wagi.

Reasumując:

Trochę zaskakujące kryterium porównawcze kW/kg, ale wydaje się, że istotne, realne i wiele mówiące. Pytanie: dlaczego firmy profesjonalne nie stawiają na konstrukcje typu "amerykanka"? Po pierwsze - firmy nie produkują prądnic o tak niskich mocach dla tak niskich obrotów (około 1 KW/300 obr./min.), natomiast "amerykanka" o mocy około 10 kW musiałaby mieć rozmiar tarcz (przypuszczam) 1 m lub więcej.
Po drugie - co również z powyższego wynika, że w miarę wzrostu oczekiwanej mocy szala racjonalności przesuwa się w stronę prądnic klasycznych.

Na poziomie, o którym mówimy (kilkaset Watt przy 150 - 300 obr./min. i wiatrakach o średnicy 1 - 3 m) racjonalnym wyjściem jest -wg. mnie- AMERYKANKA.

W wypadku konieczności uzyskania mocy rzędu kilku - kilkanastu kW "poszedłbym" w prądnicę klasyczną (oczywiście nie na bazie silnika z pralki!).

Z powyższych rozważań nasuwa się następujący pogląd na temat


JAKA PRĄDNICA DO JAKIEGO WIATRAKA

1. Moc do 1 - 1,5 kW - śmigło do 4 m - prądnica "amerykanka" (ewentualnie przerobiony silnik z pralki).

2. Moc 1,5 do 5-7 kW - śmigło do 10 m - wolnoobrotowa prądnica klasyczna (ewentualnie przerobiony silnik elektryczny podobnej - 1,5 - 7 kW - mocy).

3. Moc powyżej 5-7 kW - śmigło powyżej 10 m - prądnica klasyczna, dużej mocy z
przekładnią.




"WOLNOOBROTOWOŚĆ"

Inaczej: "wolno-szybkobieżność" - ilość obrotów w jednostce czasu (przyjmujemy: liczba obrotów / minutę) dla osiągnięcia oczekiwanej mocy prądnicy to parametr niezwykle istotny z punktu widzenia konstruktora prądnicy do wiatraka.

WARUNEK I

Przyjmując (zupełnie umownie!), że dla osiągnięcia 1 Wata mocy należy przemieszczać magnes nad nasza przykładową cewką z szybkością 50 cm/ sek. wyobraźmy sobie (obliczmy) dwa warianty wprawiania tego magnesu w ruch:

1. Magnes na kole o obwodzie 50 cm (r = 7,96 cm) - przy jednym obrocie na 1 sekundę urządzenie spełnia nasze założenia.

2. Magnes na kole o obwodzie 500 cm (r = 79,6 cm) - założoną moc osiągniemy przy 1 obrocie na 10 sek.

Która z powyższych "prądnic" jest bardziej wolnoobrotowa? - nie ulega wątpliwości.

Wniosek : im większa średnica, tym prądnica jest bardziej "wolnoobrotowa".

WARUNEK II:

Sięgając naszego powyższego przykładu możemy do urządzenia z wariantu 1 dodać jeszcze jeden zespół magnes - cewka na tej samej tarczy o obwodzie 50 cm. Otrzymamy zatem dla jednego obrotu na sekundę 2 Waty!!! Aby otrzymać oczekiwany 1 Wat na prądnicy o podwójnej liczbie cewek i magnesów możemy "zejść" z obrotami o połowę - do 1 obrót na 2 sekundy.

Wniosek: "wolnoobrotowość" uzyskujemy również drogą zwiększania w prądnicy ilości zespołów cewka - magnes.

Cztery uwagi:

1. Nie istnieje prądnica bezwzględnie "wolnoobrotowa" - jest to pojęcie mające sens wyłącznie dla ściśle określonych warunków i wymagań. Ponieważ: prądnica z powyższego wariantu 1 będzie prądnicą wolnoobrotową dla kogoś kto oczekuje z niej 1 Wat, natomiast będzie szybkoobrotową dla kogoś kto oczekuje od niej np. 30 W (musi obracać się 30x szybciej!

2. Nic za darmo! Zupełnie niezależnie od "szybko-wolnobieżności" prądnicy, dla uzyskania 1 W na wyjściu prądnicy należy podać moc 1 W na jej wał (zakładając 100% sprawność).

3. W kwestii "wolno-szybkobieżności" prądnicy bierzemy pod uwagę obroty dostarczane prądnicy (w naszym przypadku) z wiatraka - 100 - 300 - 400 obr./min. Gdybyśmy konstruowali prądnicę do silnika spalinowego "celowalibyśmy" w obroty rzędu 2000 - 3000/min.

4. Przekładnia sposobem na "wolnobieżność" wiatraka? W przypadku wiatraka do 3 - 4 m średnicy i oczekiwanej mocy 1 - 1,5 kW - stosowanie przekładni jest pozbawione sensu. "Wolnobieżność" "amerykanki" załatwia sprawę! Zamiast stosować przekładnię (utrata mocy, awaryjność) można podwoić liczbę magnesów i cewek, co wydatnie zwiększy "wolnoobrotowość.
Przy większych elektrowniach, a zwłaszcza przy wiatrakach wielopłatowych, ze względu na dużo niższe obroty śmigła, stosowanie prądnic klasycznych, dość szybkoobrotowych z przekładnią jest najczęściej wyjściem optymalnym.

poniedziałek, 12 stycznia 2009

Widok prądnicy na maszcie z mechanizmem odchylnym




"Amerykanka" na tarczach o średnicy 300 mm. 9 cewek po 145 zw. 1mm. DNE. 24 magnesy N38 - 45/15. Piasta przedniego koła samochodu "Polonez".

Uwaga:
nie kombinujmy z żadnymi efektownymi obudowami dla prądnicy, bo:
- "amerykanka" musi mieć maksymalne warunki chłodzenia,
- żadne zjawiska atmosferyczne nie są w stanie zaszkodzić naszej solidnej, zakonserwowanej konstrukcji.

Względy estetyczne przemawiają za kołpakiem na przód śmigła - może to jeszcze dorobię.

niedziela, 11 stycznia 2009

Cewki i magnesy

Cewki - najistotniejsza - obok magnesów - część decydującą o osiągach naszej prądnicy.


Na początek kilka uwag praktycznych:

1. Grubość drutu będzie decydowała o natężeniu prądu uzyskiwanego z prądnicy. Ze względu na nie najlepsze warunki chłodzenia w "amerykance" prąd nie powinien przekraczać 3,5 - 4A ( max. 5 - 7A) na mm kw. drutu. Na te 7 A (być może krótkotrwale na 10 A) można sobie pozwolić biorąc pod uwagę chwilowe porywy wiatru.

2. Ilość zwojów będzie decydowała o napięciu uzyskiwanym z prądnicy. Dla dalszych obliczeń (w odniesieniu do "amerykanek" można przyjąć (bardzo szacunkowo, bo zależy to oczywiście od obrotów i siły pola magnetycznego), że 1V uzyskujemy z 10 - 15 zwojów dla średnio występujących na wiatraku obrotów, tzn. dla - odpowiednio - 300 - 200 obr./min.


3. Zasadnicze kryterium wyboru "grubość drutu-ilość zwojów", to przeznaczenie prądnicy, tzn. oczekiwane napięcie i prąd. Do zasilania odbiorników typu grzałka 230V "idziemy" w drut cieńszy (0,5 - 1 mm), do ładowania akumulatorów 12 V - w grubszy - 1,6 - 2,5 mm.
W naszych wstępnych kalkulacjach warto uwzględnić odległość wiatraka od odbiornika: duża odległość - wyższe napięcie = mniejsze straty!

4. Wniosek z 1, 2 i 3 : wychodząc z podstawowego prawa Ohma P(W) = U (V) x i (A) możemy wstępnie obliczyć potencjalną dopuszczalną moc prądnicy. Podam przykład na bazie własnych doświadczeń z budowy 300 mm "amerykanki":
- drut - 1 mm DNE, tzn. 0,785 mm kw. (w podwójnej izolacji),
- ilość zwojów - 145.

Przyjmijmy: 1V z 10 zwojów otrzymujemy 145/10 = 14,5 V z jednej cewki. Trzy szeregowo połączone cewki w jednej fazie dają w sumie - dla 4 A - 43,5 V x 4 A = 174W na jedną fazę i dla 10A - 43,5 V x 10 A = 435W na jedną fazę. Czyli z prądnicy o parametrach cewek jak powyższe możemy "wyciągnąć", bez większego ryzyka spalenia, od około 300 - 500 W przy pracy ciągłej, do ponad 1 kW "w porywach" z całej trójfazowej prądnicy.

5. Kształt cewek - przyjmujemy zasadę: jak najwięcej drutu w wycinku pierścienia na obwodzie tarczy, o szerokości magnesu + dwie grubości uzwojenia (tak, żeby magnes omiatał tylko boki - "nogi" cewki) i podzielonego przez liczbę cewek. I druga zasada: jak najwięcej drutu powinno być rozłożone wzdłuż promienia tarczy, co zapewni w miarę prostopadłe działanie linii sił pola magnetycznego na przewodnik, tym samym największą sprawność. Jak duży jest wpływ powyższej zasady - trudno powiedzieć. Z praktyki wynika, że nie wielki: wykonałem dwie "amerykanki" o średnicy 115 mm. W jednej były cewki dokładnie okrągłe, w drugiej "V" i większej różnicy w sprawności nie zauważyłem.
Grubość cewki - musimy wybierać między optymalnym wykorzystaniem pola magnetycznego (im cieńsza tym lepiej), ilością drutu (w grubszej mieści się więcej) i wytrzymałością mechaniczną całego statora. W praktyce przyjmuje się grubość cewki (grubość statora = grubość cewki + 1 -2 mm) równą grubości 1 do 2 magnesów. Np, przy magnesach o grubości 10 mm grubość statora może wynosić 12 - 20 mm.

Ile cewek, a ile magnesów?

Zakładamy, że nasza prądnica będzie trójfazowa. Z różnych względów jest to rozwiązanie najkorzystniejsze.

Ogólnie:
- więcej cewek "na fazę" większe napięcie i - tym samym - prądnica jest bardziej "wolnobieżna",
- stosunek ilości cewek do magnesów = 3 do 4. Np. 9 cewek - 12 magnesów na jednej tarczy.

Najczęściej spotykanym rozwiązaniem - w "amerykankach" o średnicy do 300 - 350 mm - jest 9 cewek na 12 magnesów. Przy większych tarczach stosujemy np. 18 cewek i 24 magnesy.
O wyborze wariantu decyduje oczekiwana "wolnobieżność" i - niestety - koszty. Stosując na tarczy 500 mm wariant 9/12, magnesy musiałyby mieć rozmiar około 100 mm, a cena pojedynczych magnesów tej wielkości sięga już setek zł! Wyjściem jest zatem wariant 18/24 - też koszty wzrosną, ale mimo wszystko rozwiązanie to jest tańsze.


Nawijanie cewek.

Zgodnie z zasadami dotyczącymi kształtu i wielkości cewek przygotowujemy przyrząd, który ułatwi ich nawinięcie.

Kilka uwag na początku:
1. Należy zadbać o w miarę dokładną powtarzalność kształtu i wielkości oraz (dokładną)
powtarzalność liczby zwojów we wszystkich cewkach.
2. Przyrząd powinien zapewniać łatwe zdjęcie nawiniętej cewki (bez rozsypywania się), co ułatwi
specjalny (lekko stożkowy) kształt rdzenia, na którym cewka jest nawijana.
3. Dla ułatwienia zdejmowania z zachowaniem kształtu układamy (patrz; szkic)
izolowane odcinki drutu i skręcamy je przed wyjęciem cewki lub kleimy cewkę żywicą przed
wyjęciem z przyrządu uprzednio wysmarowanego jakimś tłuszczem.

Polecam jednak sposób pierwszy
- ten z żywicą jest dobry dla wyjątkowo wytrwałych, poza tym - brudzi, trudniejsze zdejmowanie cewek, no i pochłania duże czasu.

4. W czasie nawijania zwracamy szczególną uwagę na równomierny naciąg drutu na całym
obwodzie cewki. Najlepszym wyjściem byłoby "kręcenie" silnikiem poprzez dużą przekładnię (20 - 30 obr/min.
5. Dbajmy o to, by końcówki cewki wychodziły dokładnie w tych samych miejscach każdej cewki.


na zdjęciach poniżej -wersja do prądnicy o średnicy 300 mm


Prosty odcinek śruby skręcającej karkas wynika z tego, że do nawijania wykorzystuję małą tokarkę napędzaną osobnym silniczkiem poprzez b. dużą przekładnię.
Brak tokarki, to tez nie problem ponieważ do karkasu można stosunkowo łatwo dołączyć korbę i obracać ręcznie.








Wersja do "mikroamerykanki"








Wersja do "amerykanki rowerowej"

Ta wersja jest przewidziana do zabezpieczania zwojów przed rozsypaniem poprzez klejenie ich żywicą poliestrową ("kropelką" nie polecam - przykleja się do karkasu nawet posmarowanego olejem) jeszcze przed zdjęciem z karkasu:
- tarcze z laminatu nie pozwalają na przyklejenie się cewek do karkasu,
- przed nawijaniem lekko smarujemy karkas wewnątrz tłuszczem (olejem),
- drewniany rdzeń karkasu ma kształt minimalnie stożkowy, co ułatwia zdejmowanie gotowej cewki.















Można tak:
1. Smarujemy śmiało cały karkas oliwą (ja użyłem oleju Mobil od samochodu), lekko przecieramy żeby nie kapało.
2. Nawijamy pierwszą warstwę drutu.
3. Na tę warstwę i na brzegi karkasu nakładamy klej (uprzednio rozrobiony naparstek żywicy) - ile się da.
4. Nawijamy kolejne warstwy - klej jest systematycznie wyciskany przez zwoje w górę do następnych warstw - operację powtórnego nałożenia kleju możemy powtórzyć w około połowie cewki.
5. Nawijamy do końca i - tu potrzeba cierpliwości, bo chciałoby się jak najszybciej zobaczyć rezultat - czekamy, aż klej zwiąże ( nie na tyle by stwardniał na kamień, ale by utrzymał zwoje).
6. Rozbieramy karkas i delikatnie ściągamy cewkę.







Magnesy

Bierzemy pod uwagę wyłącznie tzw. neodymy.
Dobierając magnesy do naszej prądnicy jesteśmy zdeterminowani wyborem jednego z oferowanych w handlu wymiarów, ale nie ma to większego znaczenia ponieważ od wyliczeń prezentowanych poniżej możemy odstąpić na 20 - 30 % bez zasadniczego wpływu na sprawność.
Siła magnesu - oferowane są magnesy o N od 35 do 50. Oczywiście im silniejsze tym lepsze, jednak w większości zastosowań amatorskich przyjmuje się N38 - N40. Ważna sprawa (niestety) to cena, która rośnie nieomal lawinowo w miarę wzrostu objętości magnesu. Do "amerykanki" o średnicy 300 mm musimy liczyć się z wydatkiem na same magnesy od 600 - 1000 zł.

Okrągłe czy prostokątne?
W praktyce różnica jest prawie niedostrzegalna. Jednak dla uzmysłowienia sobie tej różnicy należy wyobrazić sobie prostopadły ruch magnesu w stosunku do przewodnika: w przypadku magnesu okrągłego pole działające na przewodnik narasta stopniowo w miarę nasuwania się coraz większej części magnesu nad przewodnik, w przypadku magnesu prostokątnego narastanie to jest natychmiastowe. Ma to prawdopodobnie wpływ na kształt generowanego prądu - bardziej sinusoidalne w pierwszym przypadku i bardziej "szpilkowe" w przypadku drugim. Przy okazji rodzi się dość ciekawy problem: ponieważ prąd generowany jest wyłącznie podczas wzajemnego przemieszczania się magnesu i przewodnika (oddziaływania zmiennego pola na przewodnik) intuicja podpowiada, że magnes okrągły wymusza ciągłą zmianę wartości pola na przewodnik, natomiast magnes prostokątny powoduje dwie zmiany skokowo: w czasie "najścia" pola na przewodnik i w momencie "schodzenia" pola z przewodnika. Czy świadczy to na korzyść zastosowania magnesów okrągłych? Czy "gwałtowność" zmiany pola magnesu prostokątnego generuje wyższe napięcie, co przemawiałby za magnesem prostokątnym?
Zanim poznamy autorytatywne odpowiedzi na powyższe pytania możemy bez większej rozterki zastosować magnes dowolny. Z punktu widzenia "konstrukcyjnej wygody" stosowałem magnesy okrągłe: na 2 - 3 mm sklejce o średnicy tarczy magnesowej, wycinam wiertłem (w małych "amerykankach") lub tzw. otwornicą w większych, 12 otworów o średnicy magnesów. Wstawiam magnesy na 'kropelkę" i - bez obawy o jakiekolwiek przemieszczenie się - wyjmuję sklejkę (do następnej tarczy) po czym zalewam magnesy od 1/2 do 3/4 ich wysokości żywicą (wystające magnesy tworzą 'wirnik" odśrodkowej dmuchawy, co sprzyja chłodzeniu statora).


Kalkulacja wymiarów
- tarczy,
- magnesów,
- cewek.

BARDZO NAMAWIAM do wykonania szkicu projektowanej konstrukcji na papierze w skali 1:1 - wszystko "wychodzi jak na dłoni"!!!

O czegoś musimy zacząć:
- mamy tarczę - jakie magnesy i jakie cewki?
- mamy magnesy - jaka tacza i jakie cewki,
- zaczynamy od zera - jaki wiatrak, o jakiej mocy ? Ale o tym w innych postach.

1. Magnesów 9, ale jakich? Trzymając się przykładu zamieszczonego na szkicu:
punkt wyjścia - r tarczy - 90 mm.

1/12 obwodu (2x3,14xr) = 47 mm.
Czyli, na obwodzie tarczy r 90 mm zmieści się 9 magnesów o średnicy 47 mm. ALE!!! zmieszczą się średnicami, a przecież nie o to chodzi, by połowa magnesu wystawała poza tarczę! W związku z powyższym od r tarczy odejmujemy r wyżej wyliczonego magnesu i powtarzamy przeliczenia dla r=66 mm.
Otrzymujemy średnice magnesów około 34 mm - tzn. 9 magnesów o średnicy 34 mm zmieści się na brzegu tarczy o promieniu 90 mm. stosunkowo łatwo przechodzimy na magnesy prostokątne - tak jak na szkicu.

Podobnie (na odwrót) postępujemy mając magnesy i chcąc dostosować do nich wymiar tarczy.
Wymiar i kształt cewki "łapiemy" - kierując się zasadami, o których w poście "cewki" - posługując się wyliczonymi (narysowanymi) wymiarami tarczy, a następnie do tych wymiarów określamy wielkość konstrukcji przyrządu do nawijania cewek, o którym wyżej.


Do składania "amerykanki", a zwłaszcza do zalewania żywicą cewek i magnesów, przystępujemy mając wszystkie części prądnicy: sprawdzajmy czy np. rozłożenie cewek i magnesów zapewni ich właściwą pracę (przechodzenie magnesów przez środek cewek), sprawdzamy czy śruby mocujące tarczę mieszczą się (będą się obracały swobodnie) w środkowym kole statora, sprawdzamy połączenie i biegunowość cewek, sprawdzamy czy magnesy "spotkają się" na tarczy ( leżące na przeciw siebie) przeciwstawnymi biegunami - czy się będą przeciągały.






sobota, 10 stycznia 2009

prądnica "ZOHEN"



Szkic koncepcyjno - ideowy:
prądnica "amerykana" napędzana dwoma przeciwbieżnymi śmigłami.

Należy oczekiwać blisko dwukrotnego zwiększenia mocy w stosunku do prądnicy "pojedynczo - obrotowej".

W tej chwili "na warsztacie", rezultaty będą tu publikowane.

silnik parowy - podwójny





wtorek, 6 stycznia 2009

Maszynki parowe - steam engine


Bardzo prosty zawór bezpieczeństwa













Wodowskaz - rurka szklana po olejku do ciast. Obcięcie i zeszlifowanie końców wymaga cierpliwości. Uszczelnienie - uszczelniaczem do silników samochodowych (podobne do silikonu, odporne na temperaturę, czerwone).















Zawór bezpieczeństwa















Rozrząd
















Kranik

Tarcze i piasta

PIASTA I TARCZE - wszystko ze złomu - za grosze.

Tarcze:
albo z Poloneza, albo - o większej średnicy - wycięta palnikiem i wytoczona z kawałka blachy znalezionej na złomie. Trochę za gruba i ciężka 13 mm (!!!) mogłaby być grubość około 8 mm.

Jeżeli ktoś ma gdzieś w swoich rupieciach stary pociąg pancerny lub czołg T-34 - to też nie polecam, bo blacha może być za gruba.

Polonez jest tu tylko przykładem (dobre bo polskie oraz łatwo dostępne). Ale na podobnej zasadzie można wykorzystać każdą inną markę samochodu - zwłaszcza samochodów większych, które mają tarcze o większej średnicy. Np. w "mietku" SLK (nie dawno wymieniałem) są tarcze o średnicy 290 mm.







Te przesadzone 13 mm grubości tarcz ma - w moim przypadku - zaletę, ponieważ przy średnicy śmigieł ponad 3m brzeg tarczy stanowi solidną podporę i płaszczyznę regulacyjną dla śmigieł.

Ogólna uwaga dotycząca grubości tarcz: nie powinny (teoretycznie) być cieńsze od grubości magnesów. Fragment tarczy stanowi magnetowód dla dwóch sąsiednich magnesów. W praktyce można jednak grubość zmniejszyć do około 1/2 grubości magnesów bez większego ryzyka utraty sprawności.


Dla mikroamerykanek, np. na bazie rowerowej piasty, dobrym rozwiązaniem jest tarcza diamentowa do cięcia glazury, lub tarcza o podobnej średnicy do cięcia drewna. Z tarcza diamentową jest mały kłopot, a wynika on z tego, że na jej obwodzie znajduje się pierścień materiału tnącego, co uniemożliwia dokładne przyleganie magnesu do płaszczyzny tarczy (będzie on pod minimalnym skosem). Można magnesy cofnąć w stronę środka tarczy, ale tracimy w tym przypadku na średnicy. W sumie - chyba lepszym rozwiązaniem jest tarcza do cięcia drewna ze spiłowanymi (jak nam się chce) zębami. Jedyna wada ww. tarcz: są za cienkie. Patrz: uwaga niżej.










Oczywiście możliwe są inne rozwiązania, w tym najprostsze i chyba najbardziej dostępne - wycięcie nożycami z 1mm blachy i sklejenie jej ze sklejką, w której otworach zamocowane są magnesy. Ten sposób zbudowałem mikroamerykankę prezentowaną na zdjęciu na stronie "agregat prądotwórczy" w zespole z parowym silniczkiem.
Zupełnie "zabawowym" rozwiązaniem może być wykorzystanie jako tarczy pokrywki od pasty do butów - też wzmocnionej krążkiem ze sklejki.

Uwaga na grubość tarcz:

Tarcze o grubości mniejszej niż połowa wysokości magnesu:

  1. Nie zamykają pola magnetycznego między magnesami, co powoduje obniżenie sprawności prądnicy.
  2. Pole magnetyczne "wymykające się" przez zbyt cienką tarczę działa na elementy konstrukcji (np. śruby mocujące stator) i powoduje wyczuwalne "zaskoki" - także strata mocy.

Kierując się ambicjami osiągnięcia maksymalnej sprawności amerykanki tarcze wykonujemy z blachy o grubości co najmniej połowy wysokości magnesu!





Piasta od przedniego koła samochodu Polonez. Jej przygotowanie polega na obcięciu ramion mocujacych piastę do zwrotnicy. Można to pominąć, ale "klarowność" konstrukcji, a zwłaszcza potrzeba minimalizacji ciężaru całości wymaga odcięcia. Łożyska - z zasady - nie wymagają wymiany, również smar najczęściej można pozostawić stary.







poniedziałek, 5 stycznia 2009

Mocowanie prądnicy na maszcie


Mocowanie prądnicy na maszcie zapewnia:

- swobodny obrót wokół osi masztu "za wiatrem",
- odchylenie płaszczyzny obrotu śmigła na bezpieczną odległość od masztu,
- odchylenie śmigła od kierunku wiatru w warunkach powyżej 15 - 20 m/s,
- wyprowadzenie kabla.

Dość istotną kwestią jest przemyślenie sposobu zapewniającego w miarę niekłopotliwy dostęp do prądnicy w razie konieczności naprawy.

1. Prądnica przymocowana jest do około 40 cm odcinka rury - takiej samej jak rura masztu (średnica - w moim przypadku - 70 mm).
2. Wewnątrz masztu znajduje się rura (długość około 1,5 m, średnica = średnicy wewnętrznej rury masztu) z przyspawanym pierścieniem oporowym, który pracuje jako łożysko oporowe dla rury z przymocowaną prądnicą. Położenie pierścienia dobieramy w ten sposób, aby rura z zamocowaną prądnicą była o około 5 cm krótsza od rury, na której się ona obraca (ważne z punktu widzenia głowicy wyprowadzającej kabel i zapewniającej smarowanie całości).

3. Oś śmigła przesunięta jest względem osi masztu o około 14 - 15 cm (zapewnia odchylenie głowicy od kierunku wiatru przy około 15 - 20 m/s) i pochylona jest o kilka stopni, co zapewnia bezpieczną odległość śmigła mijającego maszt (odciągi, podpory).

ogólnie o kolektorach słonecznych solar collector



Kolektory słoneczne, to - w warunkach amatorskich - chyba najefektywniejszy sposób na wykorzystanie energii słonecznej.

Z całym szacunkiem do wiatraka, w którym jestem zakochany: solar jest dużo efektywniejszy (w rocznym rozrachunku) niż wiatrak!

Instalacja fabryczna, dostosowana do zasilania w ciepłą wodę 3. osobowej rodziny to koszt około 10 000 zł - dużo ! - zwraca się dopiero po kilku latach. Koszt instalacji wykonanej sposobem "gospodarczym" (bez kotła), to kilkaset zł, a efektywność porównywalna (prawie) z instalacją fabryczną.

Do rzeczy:
- Kolektory: 2 panele płaskie c.o. o wymiarach około 70 x 130 cm połączone szeregowo (ze złomu, za 20 zł). Panele wyczyściłem do "żywego" przy pomocy substancji rozmiękczającej starą farbę i pomalowałem (trysnąłem) czarnym żaroodpornym matem stosowanym do malowania kominków (WAŻNE - warstwa farby możliwie cienka!). Otwory wejściowy i wyjściowy są po przekątnej, co zmusiło mnie do zalutowania jednego starego otworu i wykonania nowego. Końcówkę, do której przykręcam rurę Alu-pex 20, przylutowałem lutem twardym przy pomocy palnika gazowego. Całość - oczywiście dokładnie izolowana styropianem w skrzyni drewnianej i przykryta zwykłą 4 mm szybą tzw. okienną - stoi na stelażu, na mało używanym tarasie i skierowana jest dokładnie na południe pod kątem około 45 stopni.

- Rury łączące: Alu - pex 20 - łatwe w montażu i praktycznie - przy tych temperaturach, które występują w instalacji (do 70 - 80 stopni C) niezawodne (przez 2 lata eksploatacji żadnych problemów). Koszt w stosunku do instalacji miedzianej - 5 - 7 x niższy! Szczególną uwagę należy zwrócić na izolacje termiczną rur łączących - ze względu na dużą odległość kolektor - zbiornik (20 m) zastosowałem izolację podwójną.
- Kocioł: 300 l, dwie wężownice (dolna podłączona do kolektora, górna do c.o.), grzałka 3x 6kW do wiatraka.

- "Stacja" sterująca: pompa elektryczna, zawór bezpieczeństwa, zawór zwrotny, licznik przepływu wody, ciśnieniowy zbiornik wyrównawczy, manometr 6 bar, zawory ręczne. Część elektryczna, to czujniki temperatury w kotle oraz przy kolektorze, oraz urządzenie załączające pompę w chwili, gdy temperatura w kolektorze przewyższy temperaturę w kotle.


- Uwagi eksploatacyjne: całość napełniona wodą pod ciśnieniem około 3 bar. Instalacja pracuje bez jakiegokolwiek nadzoru od końca marca do końca października utrzymując w warunkach dobrego nasłonecznienia temperaturę w kotle w granicach 30 - 50 stopni C.

Zamierzam dołączyć do kolekcji dwóch paneli - panel trzeci. Spodziewam się, że na trzech panelach osiągnę (na oko) takie rezultaty, jak na dwóch fabrycznych, czyli - około 70 stopni C w 300. litrowym kotle. Zobaczymy!

Potencjalny Konstruktorze solarów: jest "oczywistą oczywistością", że staniesz przed problemem:
1. Kupić panele po 1500 zł sztuka - efekt duży, ale kasa duża i w sumie satysfakcja tak sobie.
2. Usiłować zrobić "podróbkę" solarów fabrycznych (miedziana wężownica na miedzianym radiatorze itd, itp) - koszt (pi x oko) 500 - 800 zł, kasa dość duża, a satysfakcja umiarkowana, bo parametrów fabrycznych nie osiągniemy - niedostępna specjalna powłoka i szyba.
3. Wykorzystać panele grzejne - jak opisane wyżej - koszt kilkadziesiąt zł, efekt umiarkowany, satysfakcja wynikająca z przeliczenia "koszt - efekt" chyba największa.

* *
*



niedziela, 4 stycznia 2009

Schemat instalacji solarnej



Uwaga: rysunek zupełnie roboczy (trochę mi wstyd), ale lepsze chyba to, niż nic - oddaje dokładnie to, co jest zainstalowane u mnie - i co najważniejsze - działa!

Uwaga: schemat nie zawiera dwóch elementów zastosowanych u mnie w praktyce:
1. Odpowietrznika - przy wyjściu wody z górnego kolektora (nie problem - odpowietrzyć można luzując połączenie "alu - peksa" z kolektorem).
2. Wskaźnika przepływu wody (też nie problem, bo poza funkcją ciekawostki, czyli tzw. bajeru, żadnej innej roli nie spełnia).

Sterownik pompy solarów


Proste jak.... , ale trochę komentarza:

Elementy z gwiazdką należy metodą prób (błędów nie koniecznie) dobierać.
Przekaźnik na 6 - 12 V (dobrać - u mnie chodzi na 6 V) przełączające styki o mocy około 100W.
Mikroamperomierz jest b. przydatny podczas ustalania punktu włączania - wyłączania pompy.