Comment fabriquer une éolienne de vos propres mains?

Une éolienne pour produire de l'électricité est une source d'électricité irremplaçable là où il n'y a pas beaucoup de soleil, il n'y a pas de rivières à proximité et il n'y a pas de réseau électrique centralisé.

Le principe de fonctionnement d'une éolienne est la conversion de l'énergie éolienne en énergie électrique.

Dans les systèmes où l'énergie thermique est nécessaire pour produire de l'électricité, ils utilisent :

• un moteur fonctionnant au gaz, à l'essence ou au diesel ;
• dégagement de chaleur des plaques et blocs d'un réacteur nucléaire, dont la chaleur est utilisée pour convertir l'eau en vapeur - dans une turbine à vapeur;
• divers types de combustibles brûlés dans une centrale de cogénération, remplaçant la chaleur, la chaleur d'un réacteur nucléaire.

Les panneaux solaires se démarquent, où la lumière est utilisée comme source d'énergie, et non la chaleur ou l'énergie mécanique.

Mais revenons aux « éoliennes », dont le principe de fonctionnement est le suivant. La force du vent fait tourner l'hélice, qui entraîne l'arbre du moteur-générateur. Avec l'arbre, le rotor du moteur, sur lequel sont installés des aimants permanents, tourne de manière synchrone. Le champ magnétique, traversant l'enroulement du stator, y induit un courant alternatif en raison d'une modification de l'intensité du flux magnétique traversant les spires des bobines à partir desquelles l'enroulement est assemblé. Une tension électrique alternative est fournie à un circuit électronique, où elle est convertie en tension continue. De nombreux appareils et appareils qui en ont besoin fonctionnent en courant continu.

Tout le monde peut fabriquer un générateur pour les chalets d'été ou les conditions de terrain qui génère un courant alternatif avec une tension de 220 V. Plus les dimensions de la structure sont impressionnantes, plus l'efficacité du recul sera perçue par un utilisateur particulier. Ce n'est pas un problème de faire un générateur qui génère un ou plusieurs kilowatts d'électricité par heure. L'électricité reçue d'une telle installation est capable d'alimenter presque tous les appareils électriques de la maison, y compris les équipements de jardinage.

L'installation ressemble vaguement à une girouette à hélice, grâce à laquelle cette structure tourne là où souffle le vent. Ceci est nécessaire afin de maximiser l'utilisation de sa force, de sa vitesse.

L'hélice horizontale est entraînée en rotation par une tige située à l'arrière de l'unité. La tige verticale n'est pas nécessaire - ses pales sont situées de manière à ce que l'hélice elle-même commence presque un demi-tour, quel que soit le côté d'où souffle le vent.

Pour qu'une éolienne fonctionne avec une efficacité maximale, une vitesse de 3000 tr/min ou plus est requise. Pour les générateurs produisant du courant alternatif, cette fréquence correspond à la valeur de 50 hertz, ce qui est typique des centrales électriques domestiques industrielles. Après avoir fait tourner un moteur-générateur pesant environ 10 kg, ce n'est pas un problème d'obtenir 2 kW toutes les heures.

L'élément principal de tout modèle de parc éolien est un groupe électrogène. Il fonctionne comme un moteur - le courant continu ou alternatif fait tourner le rotor (et avec lui l'arbre). Travailler dans l'autre sens - en tant que générateur - est également possible.

Parmi les moteurs utilisés comme générateurs, il y a les moteurs brushless, brushless asynchrones et pas à pas. Ce sont ces trois types de moteurs qui sont appréciés des amateurs qui assemblent des éoliennes de leurs propres mains.

Dans un moteur à collecteur, les enroulements du rotor (armatures) sont situés dans un champ magnétique constant des aimants du stator. La tension constante retirée des bornes d'un tel moteur lorsque son arbre avec l'armature n'est pas torsadé est transmise par les contacts porteurs de courant de l'armature à travers les balais. Les brosses elles-mêmes sont le point faible d'un tel moteur - elles épuisent rapidement leurs ressources. En règle générale, un tel générateur est soumis à une charge constante ; lorsque l'armature se déplace, les balais produisent des étincelles. Plusieurs jours de fonctionnement continu d'une telle installation peuvent user complètement les balais, de sorte que ces derniers devront être remplacés.

La meilleure option est le moteur brushless. Dans celui-ci, un rotor avec des aimants tourne dans l'espace entre les enroulements du stator. Les enroulements eux-mêmes restent fixes, ils n'ont pas besoin de contacts glissants. Grâce à une solution aussi simple, l'installation peut fonctionner pendant des décennies - il n'est important qu'une fois par saison ou tous les six mois de lubrifier les roulements du moteur, qui sont responsables d'une rotation parfaite et sans jeu du rotor. Des solutions populaires basées sur un moteur sans balai - asynchrone ou pas à pas - sont disponibles pour presque tous les "bricoleurs" domestiques.

Un moteur asynchrone est utilisé dans les outils électriques - par exemple, dans une rectifieuse. Le stepper peut être trouvé dans une grande variété d'appareils - d'une roue motrice d'un vélo à un entraînement mécanique d'une imprimante ou d'un lecteur de disque.

Le moteur à brosse variable utilisé dans les marteaux perforateurs, les meuleuses, les tournevis, les scies sauteuses et les raboteuses électriques se démarque. Leur inconvénient est la nécessité de retirer les balais et l'alésage du rotor pour les aimants en néodyme. En conséquence, seul l'enroulement du stator reste des enroulements actifs - l'enroulement du rotor est complètement supprimé.

Une éolienne fabriquée à partir d'un ventilateur nécessitera un alésage de rotor pour les aimants en néodyme. La conception du moteur de ventilateur domestique n'est pas conçue pour recevoir du courant électrique en faisant tourner le rotor. Un refroidisseur d'ordinateur (chip cooler) - un ventilateur de l'unité centrale d'un PC ou d'un ordinateur portable - relève de la même altération.

Un tracteur ou un groupe électrogène utilise un enroulement de champ supplémentaire, qui est alimenté par la batterie de la machine elle-même. Pour que le générateur produise, par exemple, un courant alternatif de 135 ampères avec une tension de 15 volts, l'enroulement d'excitation du rotor après avoir mis le contact consomme un courant continu de 3 ampères avec une tension de 12,6-14 V. Le La principale source d'énergie pour le générateur reste le vilebrequin d'un moteur à combustion interne fonctionnant à l'essence, au diesel ou au méthane/propane. Un tracteur ou un générateur de voiture nécessitera le retrait de l'enroulement de champ et l'installation d'aimants en néodyme à la place.

L'option la plus courante consiste à utiliser un moteur de machine à laver pour un générateur fait maison. Si l'ancienne "machine à laver" n'est pas disponible, vous pouvez trouver un tel moteur dans les brocantes du marché ménager, dans le centre de service d'appareils électroménagers le plus proche ou dans un magasin spécialisé. Ce n'est pas un problème de commander un tel moteur en provenance de Chine.

Les neufs et les usagés fonctionneront longtemps. 200 watts de puissance peuvent être facilement convertis en kilowatts ou plus.

Pour assembler le générateur, en plus du moteur, vous avez besoin de :

• aimants en néodyme de tailles 20, 10 et 5 mm (32 au total);
• des diodes de redressement ou un pont de diodes avec un courant de quelques dizaines d'ampères (respecter la règle d'une réserve de marche double) ;
• adhésif époxyde;
• soudage à froid;
• papier de verre;
• l'étain du côté d'une boîte de conserve.

Les aimants sont commandés en ligne depuis la Chine.

Les outils suivants permettront d'accélérer le processus de fabrication :

• tour;
• les ciseaux;
• tournevis avec buses;
• pinces.

Le générateur en tant qu'appareil génère un courant alternatif, qui doit être converti en courant continu, amené à la valeur de tension requise. Si un moteur-générateur produit, disons, 40 volts, il est peu probable que ce soit une valeur appropriée pour la plupart des appareils électroniques grand public utilisant 5 ou 12 volts CC ou 127/220 volts CA.

Le schéma de l'ensemble de l'installation, éprouvé par le temps et des millions d'utilisateurs, comprend un redresseur, un contrôleur, une batterie et un onduleur. Une batterie de voiture d'une capacité de 55 à 300 ampères-heures est utilisée comme stockage tampon de l'énergie stockée. Sa tension de fonctionnement est de 10,9-14,4 V avec une charge cyclique (cycle de charge-décharge complet) et de 12,6-13,65 avec un tampon (portionné, dosé, lorsqu'il faut recharger une batterie partiellement déchargée).

Le contrôleur convertit, par exemple, les mêmes 40 volts en 15. Son efficacité en tension-ampérage varie de 80 à 95 % - hors pertes sur le redresseur.

Le générateur triphasé a la plus grande efficacité. - son rendement est supérieur de 50 % à celui d'un monophasé, il ne vibre pas en fonctionnement (la vibration desserre la structure, la rendant éphémère).

Les bobines dans l'enroulement de chacune des phases alternent les unes avec les autres et sont connectées en série - comme les pôles des aimants, l'un des côtés faisant face aux bobines.

Les appareils électroménagers et électroniques modernes sont capables de fonctionner à partir de 110 volts (norme américaine pour les réseaux domestiques) jusqu'à 250 - il n'est pas recommandé de donner plus aux appareils et périphériques réseau. Tous les convertisseurs sont à impulsion, par rapport aux convertisseurs linéaires, leurs pertes de chaleur sont bien moindres.

Pour modifier la conception d'un moteur à induction, procédez comme suit.

1. Démonter le moteur et retirer le rotor.
2. Retirez les plaques de l'induit du rotor. Coupez-les à une profondeur de 2 mm.
3. Faites des rainures jusqu'à 5 mm de profondeur - pour les aimants.
4. Marquez une bande de fer-blanc pour les aimants. Ils doivent être également espacés les uns des autres - cela évitera une perte de puissance inutile de l'installation.
5. Attachez-les à cette bande d'étain avec de la superglue. Fixez la bande avec des aimants à l'ancre.
6. Remplissez l'espace entre les aimants avec de la soudure à froid ou de la colle époxy.
7. Éliminez les bavures et les irrégularités du rotor avec du papier de verre.
8. Vérifiez - et remplacez si nécessaire - les roulements et les boulons du moteur.

Assemblez le moteur-générateur. L'appareil est prêt pour une installation ultérieure. Pour vérifier l'appareil, serrez son arbre dans un mandrin de perceuse ou de tournevis et accélérez jusqu'à 1000 tr/min.

A une valeur inférieure, l'erreur réside dans l'alternance irrégulière des aimants en tout point du cercle de rotation de l'induit.

Pour assembler l'éolienne, procédez comme suit.

1. Découpez des morceaux identiques dans un tuyau en PVC d'un diamètre de 11 à 16 cm, correspondant à la longueur des futures lames.
2. Sur chaque segment, tracez une ligne arbitraire et retirez-la des deux côtés de 22 mm. En conséquence, la largeur d'une lame atteindra 44 mm. Répétez cette action pour l'extrémité opposée du segment de ligne.
3. Connectez directement les points extrêmes d'un côté de la ligne médiane.
4. Dessinez de l'autre côté les contours de la future lame.
5. Découpez la lame obtenue et arrondissez son extrémité libre par affûtage. Répétez les étapes ci-dessus pour le reste des lames.
6. Fixez les pales au moyeu à l'aide d'un adaptateur de bague. Les boulons avec écrous et rondelles élastiques conviennent comme éléments de fixation. La largeur de chaque lame sur toute sa longueur varie de 44 à 88 mm.

C'est suffisant pour que le vent fasse tourner la roue à une vitesse de 3 m/s. La structure résultante doit être équilibrée - un équilibrage correct empêchera la formation d'angles morts qui ralentissent le générateur lorsque l'hélice tourne.

Un moteur-générateur avec une roue installée peut être placé dans un manchon protecteur qui le protège des précipitations atmosphériques. Restant au sec dans toutes les conditions météorologiques, protégé de la pluie et de la neige, le générateur durera des années. Pour assembler la protection, procédez comme suit :

1. dans un tuyau d'un diamètre de 7,5 cm, découpez une rainure longitudinale de 2 cm de large;
2. couper l'extrémité arrière du tuyau coupé à un angle de 45 degrés;
3. placez le moteur-générateur avec l'hélice dans ce tube et fixez-le à celui-ci.

La rotation libre du moteur nécessite un joint pivotant à roulement à billes, similaire à celui d'un ventilateur domestique. Il peut tourner à l'infini d'un côté ou de l'autre.

Pour que le câble, à l'aide duquel les courants induits dans l'enroulement du stator soient éliminés, ne s'enroule pas ou ne se torde pas, la connexion dans la charnière doit être coulissante, mais fournissant un contact électrique fiable et stable du moteur-générateur avec des unités fonctionnelles situées plus loin du circuit.

L'utilisation d'un contact brosse-graphite est injustifiée - le graphite a une résistance électrique d'un ordre de grandeur supérieure à celle de l'aluminium et de l'acier, et la puissance de l'installation va sensiblement diminuer. La charnière est installée sur une base constituée d'un morceau de tuyau profilé. Après l'assemblage, ils vérifient si le mécanisme pivotant résultant est coincé, ne tourne pas et si le câble est effiloché.

Assurant un contact glissant et une libre rotation de l'installation dans le sens du vent, une tige, constituée par exemple d'une conduite d'eau en plastique et d'une pièce de tôle en plastique ou en aluminium, est fixée sur le carter extérieur supplémentaire du moteur.

Un tuyau rond ou profilé est utilisé comme support, dont une extrémité est bétonnée dans le sol - pas moins d'un mètre. Pour que le support ne vacille pas avec le temps à cause de l'ouragan, il est complété par trois ou six vergetures, convergeant au centre sous le même angle et dirigées dans des directions différentes.

Après avoir terminé l'assemblage de la partie moteur-générateur, un redresseur à diodes est monté à côté du moteur, si nécessaire. Les pertes de courant dans les fils peuvent être considérablement réduites en utilisant un transformateur élévateur situé à proximité du groupe électrogène - comme dans les lignes qui transmettent l'électricité industrielle sur de longues distances.

Le contrôleur de charge, la batterie et l'onduleur sont inclus plus loin selon le schéma. L'éolienne est entièrement assemblée et prête à fonctionner.

Une éolienne artisanale pour une maison privée génère une tension constante ou alternative de plusieurs dizaines de volts, ce qui constitue un danger accru pour une personne. Les contacts et les fils conducteurs de courant doivent être isolés de manière fiable - l'eau de pluie est un environnement acidifié qui conduit bien le courant électrique.

L'énergie éolienne est inconstante. La meilleure solution serait un générateur à basse vitesse avec plus d'une douzaine d'aimants et de bobines. Plus il y a de bobines, plus le fil de bobinage doit être épais. Une section trop fine due à une résistance totale de plusieurs dizaines d'ohms réduira de plusieurs fois la puissance utile du générateur. Pour une charge importante - par exemple, d'une cuisinière électrique ou d'une machine à laver - à 220 volts, un courant pouvant atteindre 10 A.

La conception d'un générateur fait maison - à moins qu'un moteur converti ne soit utilisé pour produire de l'électricité - doit être parfaitement plate et symétrique. Avant d'installer les bobines et les aimants, le "spinner" lui-même doit être centré. Peu importe ce qui est utilisé - un CD jeté ou une copie miniature faite maison d'un moulin à vent, le moindre déséquilibre est déjà inacceptable.

Essayez d'obtenir un bruit minimal - idéalement, il devrait être absent. Si votre installation, qui n'est pas lubrifiée à la place des roulements, fait l'objet d'une plainte à cause des grincements et cliquetis constants lors de la rotation, une telle plainte peut entraîner des problèmes avec la loi, surtout la nuit. Le reste des raisons de vous réclamer en tant que propriétaire d'une éolienne sont insignifiants - les éoliennes sont tout à fait légales, car le propriétaire de cet appareil ne produit pas d'électricité avec lui à l'échelle industrielle, comme cela se fait en Europe et en Amérique.

L'installation ne doit pas être trop haute - au-dessus des piliers le long desquels passent les lignes électriques. Dans chaque ville, colonie de chalets d'été ou colonie rurale, il existe une restriction sur la hauteur des structures en cours de construction.

En abordant correctement et de manière extrêmement responsable la solution du problème de l'électricité à l'aide d'une éolienne, le consommateur se débarrassera des temps d'arrêt associés aux pannes de courant. Il vaut toujours mieux travailler de manière proactive - dans le cadre de la loi - que d'attendre des années ce que promettent les autorités.

Comment fabriquer une éolienne de vos propres mains, voir ci-dessous.