مولد تيار متدفق محوري مطبوع ثلاثي الأبعاد ومقياس ديناميكي: 4 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

قف!! اقرأ هذا أولاً !!! هذا سجل لمشروع لا يزال قيد التطوير ، فلا تتردد في تقديم الدعم.

هدفي النهائي هو أن هذا النوع من المحركات / المولد يمكن أن يصبح تصميمًا مفتوح المصدر محددًا. يجب أن يكون المستخدم قادرًا على إدخال بعض المعلمات ، مثل عزم الدوران والسرعة والتيار والفولت / دورة في الدقيقة وأحجام المغناطيس الشائعة وربما المساحة المتاحة ، ويجب إنشاء سلسلة من الملفات ثلاثية الأبعاد القابلة للطباعة.stl و. dxf.

ما فعلته هو إنشاء نظام أساسي يمكنه التحقق من صحة تصميم محاكى ، والذي يمكن بعد ذلك تطويره إلى جهاز مثالي من خلال المجتمع.

جزئيًا ، هذا هو أحد الأسباب التي جعلتني أعددت هذا باستخدام مقياس ديناميكي. يقيس مقياس القوة عزم الدوران والسرعة للسماح بقياس قوة حصان أو عمود واط. في هذه الحالة ، قمت ببناء مولد التيار المتردد بتمرير من خلال عمود ثابت ، مما يجعل إعداد نظام مقياس ديناميكي أبسط ، وبالتالي يمكن تهيئته ليتم تشغيله كمحرك بواسطة RC ESC (آمل) ، وقياس عزم الدوران على الخرج ، وكذلك السرعة ، V و Amps ، مما يسمح بتحديد كفاءة المحرك.

من أجل أغراضي ، يمكن تشغيلها بواسطة محرك متغير السرعة (فائض من المثقاب اللاسلكي ، مع تروس تنحى) ، وقياس مدخلات عزم الدوران ، بالإضافة إلى V و Amps الخارج ، مما يسمح بتوليد الكفاءة الحقيقية ، وأحمال التوربينات المتوقعة ليتم محاكاته.

في هذا الوضع ، آمل أن أستخدم RC ESC قادرًا على الكبح المتجدد ، وربما Arduino للتحكم في الحمل الذي يحمله VAWT الخاص بي لتحقيق MPPT (Multi Power Point Tracking).

يستخدم MPPT في التحكم في الطاقة الشمسية وكذلك في توربينات الرياح ، ولكنه يختلف قليلاً بالنسبة للرياح. مع طاقة الرياح ، هناك مشكلة كبيرة تتمثل في أنه مع مضاعفة سرعة الرياح من 10 كم / ساعة إلى 20 كم / ساعة ، فإن الطاقة المتاحة من الرياح تزداد بمقدار 8 مرات. إذا كانت 10 واط متوفرة عند 10 كم / ساعة ، فإن 80 واط متوفرة عند 20 كم / ساعة. إنه لأمر رائع أن يكون لديك المزيد من الطاقة ، لكن ناتج المولدات يتضاعف فقط مع تضاعف السرعة. لذلك إذا كان لديك مولد التيار المتردد المثالي لرياح تبلغ 20 كم / ساعة ، فقد يكون حمله قويًا جدًا لدرجة أنه لن يبدأ حتى عند 10 كم / ساعة.

ما تفعله MPPT هو استخدام مفتاح الحالة الصلبة شديد التحمل ، لفصل المولد ثم إعادة توصيله بسرعة كبيرة. يسمح لك بضبط مقدار الحمل الذي يحمله مولد التيار المتردد ، ويعني Multi ، الخاص بـ MPPT ، أنه يمكنك تعيين أحمال مختلفة لسرعات مختلفة.

هذا مفيد للغاية ، حيث تجمع جميع أنواع التوربينات أقصى طاقتها عندما يتناسب الحمل مع الطاقة المتاحة ، أو سرعة الرياح.

وبالتالي

هذه ليست وصفة ، على الرغم من أنني أعتقد أنه يمكن نسخها مما قمت بنشره ، وسيسعدني تقديم مزيد من المعلومات ، لكنني أقترح أن يكون الخيار الأفضل هو اقتراح تحسينات لي ، قبل انتهاء مسابقة الدوائر والمستشعرات ، حتى أتمكن من التفكير في هذه التعليمات والرد عليها وربما تحسينها.

سأستمر في التحديث والمراجعة وإضافة المعلومات ، لذا إذا كان الأمر مثيرًا للاهتمام الآن ، فقد ترغب في تسجيل الوصول مرة أخرى بعد قليل ، لكنني آمل أن أنجز بعض الشيء قبل انتهاء مسابقة Sensors في 29 يوليو / تموز.

أيضًا ، أنا لست وحشًا اجتماعيًا بشكل خاص ، لكني أحب التربيت على الظهر بين الحين والآخر ، وهذا أحد أسباب وجودي هنا:-) أخبرني إذا كنت تستمتع برؤية عملي ، وتريد رؤيته أكثر من فضلك:-)

جاء هذا المشروع لأنني أردت تحميلًا يمكن التحكم فيه لاختبار تصميمات التوربينات الخاصة بي ، وأردت أن يكون قابلاً للتكرار بسهولة ، حتى يتمكن الآخرون من استخدامه أيضًا. تحقيقا لهذه الغاية ، فقد قيّدت نفسي بتصميم شيء يمكن بناؤه باستخدام طابعة FDM فقط ، ولا حاجة إلى أدوات آلية أخرى. لا يبدو أن هناك العديد من المنتجات التجارية التي تلبي الحاجة إلى عزم دوران عالي ، وسرعة منخفضة ، ومولد غير مسنن ، على الرغم من وجود عدد قليل من الصين. بشكل عام ، لا يوجد طلب كبير لأن أنظمة التروس غير مكلفة للغاية والكهرباء رخيصة جدًا.

ما أردته هو شيء ينتج حوالي 12 فولت عند 40-120 دورة في الدقيقة ، وحوالي 600-750 واط عند 120-200 دورة في الدقيقة. أردت أيضًا أن يكون متوافقًا مع وحدات تحكم PMA غير المكلفة من 3 مراحل من عالم RC (وحدات التحكم الإلكترونية في السرعة من ESC). كان المطلب الأخير هو أن يكون عداءًا خارجيًا (غلاف أو غلاف به مغناطيس يدور ، بينما يكون العمود مع الجزء الثابت ثابتًا) ، مع عمود يمر عبر العلبة ، والجزء الثابت الذي يتم تثبيته على العمود.

هذا التوجيه هو عمل قيد التقدم ، وأنا أنشره حتى يتمكن الأشخاص من الحصول على عرض للعملية ، ليس لأنني أعتقد أنه يجب عليهم نسخها. الشيء الرئيسي الذي أود تغييره هو أن لوحة دعم الأسلاك التي صنعتها ليست قوية بما يكفي لتوجيه مجالات المغناطيس بشكل صحيح حول الحلقة ، لذلك يتم إهدار قدر كبير من التدفق المغناطيسي المدفوع في تلك المغناطيسات من الخلف. عندما أعيد التصميم ، الذي سأفعله قريبًا ، من المحتمل أن أفعل ذلك لوحات الدعم المغناطيسية مثل ألواح الصلب المقطوعة باستخدام الحاسب الآلي. سيكون الفولاذ غير مكلف إلى حد ما ، وأقوى بكثير ، وسيسهل معظم هذا البناء. كان من المثير للاهتمام عمل مركبات FDM / الأسلاك / الجبس كما أوضحت هنا ، ومع PLA المحمّل بالحديد ، كانت الأمور مختلفة أيضًا. قررت رغم ذلك أنني أريد شيئًا يدوم حقًا ، ألا وهو الألواح الفولاذية.

لقد أحرزت تقدمًا جيدًا في هذا الإصدار ، والذي سأستخدمه لاختبار VAWT هذا. أنا لست موجودًا تمامًا من حيث أداء الجهد المنخفض حتى الآن. أعتقد أن القوة الكهربائية / عزم الدوران الخاص بي في الملعب الصحيح ، وسوف أقوم بالتحديث مع تقدم الأمور ولكن في هذه المرحلة ، فإن ما لدي لديه فرصة جيدة ليكون الحمل الذي أحتاجه للتحكم فيه. عندما يتم تقصيرها ، يبدو أنها قادرة على توفير قدر كبير من مقاومة عزم الدوران ، أكثر من كافية لاختبار التوربين. أنا فقط بحاجة إلى إنشاء بنك مقاومة خاضع للرقابة ، ولدي صديق يساعدني في ذلك.

هناك شيء واحد سأتناوله بإيجاز وهو أنه مثل العديد من الأشخاص الآن ، لدي طابعة ثلاثية الأبعاد (FDM-using PLA) لبضع سنوات ، والتي استمتعت بها من 20 إلى 30 كجم. غالبًا ما أجده محبطًا على الرغم من أن الأجزاء من أي حجم / قوة باهظة الثمن وبطيئة جدًا في الطباعة ، أو رخيصة وسريعة واهشة.

أعرف عدد الآلاف من هذه الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجودة هناك ، وغالبًا ما لا تفعل شيئًا لأنها تستغرق وقتًا طويلاً ، أو تكلف الكثير لصنع أجزاء مفيدة. لقد توصلت إلى حل مثير للاهتمام لأجزاء أقوى وأسرع من نفس الطابعة وجهاز PLA.

أنا أطلق عليه اسم "الهيكل المصبوب" ، حيث يتم صنع الكائن المطبوع (المكون من جزء واحد أو أكثر من الأجزاء المطبوعة ، وأحيانًا المحامل والأعمدة) ، بفراغات مصممة ليتم سكبها بالكامل بمادة حشو سائلة صلبة. بالطبع ستكون بعض الخيارات الواضحة للحشو المصبوب شيئًا مثل الإيبوكسي المحمّل بألياف زجاجية قصيرة مقطوعة ، والتي يمكن استخدامها لتجميعات عالية القوة وخفيفة الوزن. أحاول تجربة فكرة أقل تكلفة وأكثر صداقة للبيئة أيضًا. الجانب الآخر من مجموعة "الهيكل المصبوب" هذا ، هو أن التجويف أو الفراغ الذي ستقوم بملئه ، يمكن أن يكون له عناصر شد عالية قطرها صغير ، مشدود مسبقًا على "القالب / السدادة" المطبوعة ، مما يجعل الهيكل الناتج مركب في المواد ، وفي الهيكل ، جزء من الجلد المجهد (غلاف PLA) ، ولكن بنواة ستريثث عالية الانضغاط تتضمن عناصر مقاومة شد عالية أيضًا. سأقوم بعمل تعليمي ثانٍ يعرض هذا ، لذا سأتحدث عنه هنا ، فقط لتغطية كيفية ارتباطه بهذا البناء.

الخطوة 1: قائمة المواد والعملية

تتكون سلطة النقد الفلسطينية من 3 مجموعات ، كل مجموعة تحتوي أو تستخدم مجموعة متنوعة من الأجزاء والمواد.

من أعلى (جانب محمل) إلى أسفل (جانب الجزء الثابت) ،

1. تحمل الناقل وأعلى صفيف تحمل

2. الجزء الثابت

3. مصفوفة المغناطيس السفلي

1. حامل تحمل وأعلى صفيف المغناطيس

لهذا استخدمت الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد المذكورة أعلاه

1. ماج 150mm8pole العلوي وتحمل الدعم CV5.stl ،
2. تحمل اللوحة الداخلية الجانبية
3. تحمل اللوحة الخارجية الجانبية
4. 1 "محمل المحاذاة الذاتية للمعرف (مثل المستخدم في كتل الوسائد القياسية ++ إضافة رابط الإنترنت) ،
5. 25 'من 24g أسلاك الفولاذ المجلفن
6. 15 'من 10g أسلاك الفولاذ المجلفن
7. 2 لفات صوف صلب خشن

اختياريًا ، يمكن استبدال الأسلاك الفولاذية الثقيلة والصوف الفولاذي بألواح دعم فولاذية ، أو قطع الليزر / الماء النفاث ، أو لوحة دعم مغناطيسية مطبوعة ثلاثية الأبعاد قد تكون ممكنة (لكن بعض الأسلاك الفولاذية الثقيلة لا تزال فكرة جيدة لأنها ستقاوم تشوه البلاستيك. زمن). لقد حاولت صب صفيحة دعم بالإيبوكسي المحملة بمسحوق أكسيد الحديد وحققت بعض النجاح. يجب أن يؤدي تحسين اقتران التدفق بين المغناطيسات في المصفوفة بشكل جانبي باستخدام لوحة دعم أكثر فاعلية إلى زيادة الفولتات عند عدد دورات أقل في الدقيقة. من الجيد أيضًا أن تضع في اعتبارك أن هذا هو المكون الهيكلي الرئيسي ، وتقوم اللوحة الخلفية بنقل القوى من المغناطيس إلى أعمدة الرفع. يمكن للقوى المغناطيسية التي تسحب الألواح تجاه بعضها البعض أن تصل إلى مئات الأرطال ، وتزداد القوى أضعافا مضاعفة (مكعبة ، إلى القوة الثالثة) مع اقتراب الصفائح من بعضها البعض. قد يكون هذا خطيرًا جدًا ، ويجب توخي الحذر عند استخدام الأدوات وأي أشياء أخرى قد تنجذب إلى اللوحة المجمعة أو تعود!

لقد استخدمت حوالي 300 قدمًا من 24 جرامًا من الأسلاك المغناطيسية المطلية في اللفات التي سأغطيها بالتفصيل لاحقًا.

الخطوة 2: تصنيع لوحات المغناطيس

في مولد التيار المتدفق المحوري هذا ، لتقليل التروس وزيادة الإنتاج إلى الحد الأقصى ، أستخدم صفيفين مغناطيسين ، أحدهما على كل جانب من ملفات الجزء الثابت. هذا يعني أنه لا توجد حاجة إلى قلب مغناطيسي لرسم المجال المغناطيسي من خلال اللفات النحاسية ، كما تفعل معظم هندسة المحرك / البديل. هناك بعض تصميمات التدفق المحوري التي تستخدم نوى فيريس ، وقد أجرب بعض التجارب بهذه الطريقة في المستقبل. أود تجربة بعض المواد المحملة بالحديد القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد.

في هذه الحالة ، اخترت مصفوفة مغناطيسية ذات 8 أقطاب في دائرة حوالي 150 مم ، باستخدام مغناطيس أرضي نادر مقاس 1 × 1 × 0.25 بوصة. كان هذا الحجم لضمان ملاءمة جميع الأجزاء على سرير طباعة مقاس 210 مم × 210 مم. بشكل عام ، قمت بتغيير حجم هذا المولد أولاً من خلال فهم أن القطر الأكبر ، كان أفضل من حيث الفولت لكل دورة في الدقيقة ، لذلك جعله كبيرًا بما يتناسب بشكل مريح مع سرير الطباعة الخاص بي. لمعلوماتك ، هناك أكثر من سبب أكبر هو الأفضل: مساحة أكبر لـ المغناطيس ، فكلما كانت المغناطيسات بعيدة عن المركز ، زادت سرعة انتقالها ، وهناك مساحة أكبر للنحاس أيضًا! كل هذه الأشياء يمكن أن تضيف بسرعة! ومع ذلك ، فإن الاستنتاج الذي توصلت إليه هو أنه في هذا النطاق الحجمي ، قد يكون نظام التدفق بناءًا منزليًا أفضل. لا تحتوي الدوارات الصغيرة على مساحة كبيرة ، ويمكن أن تصبح الأشياء ضيقة جدًا ، خاصة إذا كنت تقوم بعمل عمود من خلال كما فعلت في هذا التصميم. وأيضًا إذا كان المغناطيس (الطول الشعاعي) صغير بالنسبة إلى قطر الدوار الخاص بك ، كما هو الحال في هذا ، (حوالي 6 بوصات إلى 1 بوصة من المغناطيس) ، ثم يصبح ng غريبًا بعض الشيء حيث يبلغ طول الملف الداخلي حوالي 1/2 طول الجزء الخارجي.

العودة إلى التعليمات! الطريقة التي جمعت بها الألواح المغناطيسية لهذا المولد هي أولاً لصق لوحة المغناطيس (باللون الأخضر) على الشفة الحمراء / لوحة الدعم. ثم وضعت اللوحة المغناطيسية على بضع طبقات رقيقة من الخشب الرقائقي (حوالي 0.75 بوصة) ، ووضعت كلاهما على لوح فولاذي ثقيل ، للسماح للمغناطيس بتثبيت التجميع في مكانه. ثم قمت بلف سلك فولاذي ، على الجزء الخلفي من لوحات المغناطيس. لم يكن هذا كما كنت أتمنى. سحب المجال المغناطيسي القوي السلك باتجاه مركز المغناطيس ، ولم أكن ناجحًا في ثني كل صف ، من الأسلاك لتلائم المكان التالي تمامًا ، دون تصادم مع الغلاف الأول. كنت آمل أن أتمكن من لف السلك للداخل ، وأن يقوم التدفق المغناطيسي بإغلاقه. بعد ذلك حاولت قطع حلقات من الأسلاك ، وكان هذا أفضل ، ولكن لا يزال بعيدًا عما كنت أريده كنت آمل من حيث الحصول على لوحة دعم متسقة لطيفة من السلك. هناك طرق أكثر تعقيدًا للقيام بذلك ، وقد تكون تستحق التجربة في المستقبل. حاولت أيضًا استخدام الصوف الصلب ، المضغوط في المجال المغناطيسي ، كلوح دعم ، أو تدفق مسار العودة. يبدو أن هذا نجح ، ولكن لا يبدو أن كثافة الحديد الفعلية عالية جدًا ، لذلك أنا لا تختبر فعاليتها ، جزئيًا لأنني اعتقدت أن هيكل السلك مهم للأحمال الميكانيكية على ألواح المغناطيس. قد يكون الصوف الفولاذي أيضًا يستحق التحقيق في المستقبل ، ولكن من المحتمل أن تكون الألواح الفولاذية المقطوعة بنفث الماء هي الخيار التالي الذي سأحاوله.

بعد ذلك ، أخذت الجزء البرتقالي المطبوع ثلاثي الأبعاد ، ونسجت سلكًا من خلاله وحوله ، على طول ما بدا لي أنه اتجاهات الحمولة الأعلى ، والمسمار بالبراغي ، والمسامير للتوسيط عدة مرات في كل زاوية. لقد قمت أيضًا بلفه حول فتحات المسامير حيث يمر كل قضيب الخيط كمشاركات للرافعة للحفاظ على التباعد بين الألواح وضبطه.

بعد أن اقتنعت بأن لوحة المغناطيس والشفة كانت جيدة بدرجة كافية ، وكانت لوحة الدعم البرتقالية مترابطة بشكل مرضٍ بسلك تقوية ، انضممت إلى الاثنين بالغراء. يجب توخي الحذر لأن مفصل الغراء هذا يجب أن يكون ضيقًا أو مغلقًا. لقد تعرضت لتسريبات في المرتين الأولين ، وهي فوضى ، وتهدر الكثير من الجص ، وتسبب ضغطًا أكثر مما تحتاج. أوصي بالاحتفاظ ببعض اللقطات الزرقاء أو غيرها من العلكة الفقاعية مثل اللاصق غير الدائم لتصحيح التسريبات بسرعة. بمجرد توصيل الأجزاء ، املأها بمادة التسليح التي تختارها. لقد استخدمت جصًا صلبًا ، تم تعديله باستخدام غراء PVA. من المفترض أن يصل الجص إلى 10000 رطل / بوصة مربعة للضغط ، ولكن ليس كثيرًا في التوتر (وبالتالي السلك). أرغب في تجربة الإيبوكسي بالزجاج المقطّع والكابوسيل أو الخرسانة والخلطات.

شيء مفيد حول الجص ، هو أنه بمجرد ركله ، يكون لديك وقتًا طويلاً حيث يكون صعبًا ، ولكن يمكن بسهولة كشطه أو تسريبه أو فقاعاته.

في هذا التصميم ، يوجد لوحتان مغناطيسيتان. يحتوي أحدهما على محمل ، وهو وحدة محاذاة ذاتية لكتلة الوسادة قياسية مقاس 1 بوصة. لقد ضغطت على صفيف المغناطيس مبكرًا. بالنسبة للتطبيق الذي صممته من أجله ، سيكون المحمل الثاني موجودًا في التوربين فوق المولد ، لذا استخدم فقط محمل المحاذاة الذاتية الواحد. كان هذا نوعًا من الألم في النهاية. يمكن أيضًا تجميع هذه الأجزاء مع كل لوحة مغناطيسية لها محمل ، إذا تم توجيه الأسلاك الخارجة من الجزء الثابت داخليًا عبر العمود المركب. السماح بتركيب مراوح دوارة كونترا على عمود / أنبوب مشترك غير دوار.

الخطوة 3: إنشاء الجزء الثابت

تماشياً مع موضوعي المتمثل في محاولة شرح ما قمت به ، ولماذا بدت فكرة جيدة في ذلك الوقت ، سيتطلب الجزء الثابت مساحة أكبر قليلاً.

في PMA ، تكون اللفات ثابتة بشكل عام ، بينما تدور التجمعات المغناطيسية. هذا ليس هو الحال دائمًا ، ولكن دائمًا تقريبًا. في تجميع التدفق المحوري ، مع فهم "قاعدة اليد اليمنى" الأساسية ، من المفهوم أن أي موصل يواجه مجالًا مغناطيسيًا دوارًا ، سيكون له تيار وجهد متولد بين طرفي السلك ، مع كون مقدار التيار المفيد متناسبًا في اتجاه الميدان. إذا كان المجال يتحرك بالتوازي مع السلك (على سبيل المثال ، في دائرة حول محور الدوران) ، فلن يتم توليد تيار مفيد ، ولكن سيتم إنشاء تيارات دوامة كبيرة ، تقاوم حركة المغناطيس. إذا كان السلك يعمل بشكل عمودي ، فسيتم الوصول إلى أعلى جهد وإخراج تيار.

التعميم الآخر هو أن المساحة الموجودة داخل الجزء الثابت ، والتي يمر خلالها التدفق المغناطيسي أثناء الدوران ، للحصول على أقصى ناتج من القوة الكهربائية ، يجب ملؤها بأكبر قدر ممكن من النحاس ، وكلها موضوعة بشكل شعاعي ، قدر الإمكان. هذه مشكلة لأنظمة التدفق المحوري ذات القطر الصغير ، حيث في هذه الحالة ، المساحة المتاحة للنحاس بالقرب من العمود هي جزء صغير من المنطقة عند الحافة الخارجية. من الممكن الحصول على نحاس بنسبة 100٪ في المنطقة الداخلية التي يواجهها المجال المغناطيسي ، ولكن ضمن هذه الهندسة ، قد تحصل فقط على 50٪ على الحافة الخارجية. هذا هو أحد أقوى الأسباب للابتعاد عن تصميمات التدفق المحوري الصغيرة جدًا.

كما قلت سابقًا ، لا يتعلق هذا التوجيه بكيفية القيام بذلك مرة أخرى ، بل إنه يشير إلى بعض الاتجاهات التي تبدو واعدة ، وإظهار بعض الحفر التي يمكن الوصول إليها في هذا المسار.

في تصميم الجزء الثابت ، أردت أن أجعله مرنًا قدر الإمكان من حيث خرج الفولت لكل دورة في الدقيقة ، وأردت أن يكون 3 مراحل. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ، من خلال تقليل التيارات الدوامة المتولدة ، يجب أن تواجه أي "ساق" (يجب اعتبار كل جانب من جوانب الملف "ساقًا") مغناطيسًا واحدًا فقط في كل مرة. إذا كانت المغناطيسات قريبة من بعضها ، أو تلامس كما هو الحال في العديد من محركات RC ذات الخرج العالي ، أثناء مرور "الساق" من خلال انعكاس التدفق المغناطيسي ، سيتم تطوير تيارات دوامة كبيرة. في التطبيقات الحركية ، لا يهم هذا كثيرًا ، حيث يتم تنشيط الملف بواسطة وحدة التحكم عندما يكون في المواقع الصحيحة.

لقد حددت حجم مصفوفة المغناطيس مع وضع هذه المفاهيم في الاعتبار. يبلغ عرض كل مغناطيسات الثمانية في المصفوفة 1 "، والمسافة بينهما 1/2". هذا يعني أن القطعة المغناطيسية يبلغ طولها 1.5 بوصة ، ولها مساحة لـ 3 × 1/2 "" أرجل ". كل "ساق" هي مرحلة ، لذلك في أي نقطة ، تشهد إحدى الساقين تدفقات محايدة ، بينما يشهد الاثنان الآخران تدفقًا متصاعدًا وتدفقًا متناقصًا. خرج مثالي ثلاثي الطور ، على الرغم من إعطاء النقطة المحايدة هذه المساحة الكبيرة (لتقليل التيارات الدوامة) ، واستخدام مغناطيسات مربعة (أو على شكل دائري) ، فإن التدفق يكاد يصل إلى الذروة في وقت مبكر ، ويبقى مرتفعًا ، ثم ينخفض إلى الصفر بسرعة. أعتقد أن هذا النوع من الإخراج يسمى شبه منحرف ، ويمكن أن يكون صعبًا بالنسبة لبعض وحدات التحكم التي أفهمها. 1 "مغناطيس دائري في نفس الجهاز سيعطي المزيد من موجة جيبية حقيقية.

بشكل عام ، تم بناء مولدات التيار المتردد هذه في المنزل باستخدام "ملفات" ، وهي حزم من الأسلاك على شكل كعكة دائرية ، حيث يكون كل جانب من جوانب الدونات عبارة عن "ساق" ويمكن ربط عدد من الملفات معًا ، على التوالي أو على التوازي. يتم ترتيب الكعك في دائرة ، مع محاذاة مراكزها مع مركز مسار المغناطيس. هذا يعمل ، ولكن هناك بعض القضايا. تتمثل إحدى المشكلات في أنه نظرًا لأن الموصلات ليست شعاعية ، فإن قدرًا كبيرًا من الموصل لا يمر بزاوية 90 درجة إلى المجال المغناطيسي ، لذلك يتم إنشاء تيارات إيدي ، والتي تظهر على شكل حرارة في الملف ، ومقاومة للدوران في مجموعة المغناطيس. مشكلة أخرى هي أنه نظرًا لأن الموصلات ليست شعاعية ، فإنها لا تتجمع معًا بشكل جيد. الإخراج يتناسب طرديًا مع كمية السلك التي يمكنك وضعها في هذه المساحة ، لذلك يتم تقليل الإخراج بواسطة "أرجل" غير قطرية. في حين أنه من الممكن ، ويتم ذلك أحيانًا في تصميمات تجارية ، فإن لف ملف بأرجل "نصف قطرية ، متصلة من أعلى وأسفل ، يتطلب 2x من اللف الطرفية مثل اللف السربنتين حيث يتم ربط الجزء العلوي من إحدى الأرجل بأعلى الساق المناسبة التالية ، ثم يتم ربط الجزء السفلي من تلك الساق بالساق التالية المناسبة ، ثم مرارًا وتكرارًا.

العامل الكبير الآخر في مولدات التدفق المحوري من هذا النوع (المغناطيس الدوار أعلى وأسفل الجزء الثابت) ، هو الفجوة بين الألواح. هذه علاقة قانون المكعب ، حيث إنك تقلل المسافة بين الألواح بمقدار 1/2 ، تزداد كثافة التدفق المغناطيسي بمقدار 8x. كلما تمكنت من جعل الجزء الثابت أقل سمكًا ، كان ذلك أفضل!

مع وضع ذلك في الاعتبار ، قمت بعمل 4 رقصة لولبية مفصصة ، وقمت بإعداد نظام لقياس حوالي 50 قدمًا من خيوط الأسلاك ، ولف الرقصة 6 مرات ، مما أدى إلى إنشاء حزم سلكية يبلغ قطرها حوالي 6 مم. هذه تناسبها في حلقة التباعد الزرقاء ، وربطها من خلال الفتحات حتى تخرج نهايات السلك من الخلف. لم يكن هذا سهلا. لقد ساعدني ذلك قليلاً من خلال تسجيل الحزم بعناية حتى لا تكون فضفاضة ، وأخذ وقتي واستخدام أداة تشكيل خشبية ناعمة لدفع الأسلاك في مكانها. بمجرد أن يتم ربطهم جميعًا في مكانهم ، تم وضع حلقة التباعد الزرقاء في أكبر أحواض تشكيل خضراء فاتحة ، وبمساعدة أداة تشكيل الدونات ذات اللون الأخضر الداكن ، على الجانب الآخر من الحوض الأخضر الفاتح ، يتم ضغطها بعناية بشكل مسطح باستخدام نائب مقعد. يحتوي حوض التشكيل هذا على أخدود لتثبيته لفائف سلك الربط. وهذا يستغرق وقتًا وصبرًا حيث تقوم بالتدوير بحذر حوالي 1/5 دورة ، والضغط ، والتدوير ، والاستمرار. هذا يشكل القرص مسطحًا ورقيقًا ، بينما يسمح لللفات النهائية بالتراكم. قد تلاحظ أن ملفي الفصوص الأربعة له "أرجل" مستقيمة لكن الوصلات الداخلية والخارجية ليست مستديرة. كان من المفترض أن يسهل عليهم ذلك التكديس. لم ينجح الأمر بشكل جيد. إذا كنت أفعل ذلك مرة أخرى ، فسأجعل اللفات الطرفية الداخلية والخارجية تتبع مسارات دائرية.

بعد أن أصبح مسطحًا ورقيقًا ، وتعبأ الحواف لأسفل ، قمت بلف شريط مسطح حول الحافة لضغطه ، وشريطًا آخر لأعلى ولأسفل وحول كل ساق ثم إلى الشريط المجاور له أيضًا. بعد الانتهاء من ذلك ، يمكنك إزالة أسلاك الربط والتبديل إلى حوض الضغط الأصغر ، والعودة إلى المنسدلة والضغط عليها بشكل رفيع ومسطح قدر الإمكان. بمجرد أن يصبح مسطحًا ، أخرجه من حوض الضغط. بدلاً من العملية المعقدة المتمثلة في إزالة الشعر بالشمع وقوالب الطلاء بعناية مثل هذه بمركبات الإطلاق ، عادةً ما أستخدم فقط طبقتين من التفاف التمدد (من المطبخ). ضع بضع طبقات في قاع القالب وضع الألياف الزجاجية على غلاف التمدد. بعد ذلك ، أضف أنبوب تركيب الجزء الثابت ، والذي يتناسب مع الجزء العلوي من حوض التشكيل الأخضر الفاتح ، ولكنه يحتوي على طبقة من التفاف التمدد والألياف الزجاجية بينهما. ثم أضف لف الجزء الثابت مرة أخرى إلى مكانه لدفع كل من غلاف التمدد والألياف الزجاجية وقفل أنبوب تثبيت الجزء الثابت في مكانه. ثم عد إلى الرذيلة واضغط على شقة مرة أخرى. بمجرد ملاءمتها جيدًا للحوض ، مع غلاف مطاطي وألياف زجاجية محصورة ، ثم تتم إضافة قطعة قماش مصنوعة من الألياف الزجاجية (مع وجود ثقب في المنتصف لأنبوب التثبيت الثابت).

أصبح الآن جاهزًا لصب مادة الترابط أو راتنجات الإيبوكسي أو البوليستر المستخدمة بشكل شائع. قبل القيام بذلك ، يعد الإعداد الدقيق أمرًا مهمًا لأنه بمجرد بدء هذه العملية لا يمكنك التوقف حقًا. لقد استخدمت لوحة قاعدة مطبوعة ثلاثية الأبعاد صنعتها سابقًا ، مع فتحة مقاس 1 بوصة في الوسط ولوحة مسطحة حولها. لقد استخدمت أنبوبًا من الألومنيوم مقاس 16 بوصة من 1 بوصة ، بحيث يمكن تركيب أنبوب تثبيت الجزء الثابت فوقه ويكون بشكل عمودي على اللوح المسطح. تم إنزلاق حوض التشكيل الأخضر ، ولف الجزء الثابت ، وأنبوب تركيب الجزء الثابت للجلوس على اللوح المسطح. قبل خلط الإيبوكسي ، أعددت أولاً 4 قطع من غلاف الانكماش ، ووضعت بعناية قطعة خامسة على تشكل دونات خضراء داكنة ، لذلك سيكون لها أدنى تجاعيد على الوجه مقابل لف الجزء الثابت. بعد خلط الايبوكسي وصبه على قطعة قماش مصنوعة من الألياف الزجاجية ، ثم وضعت بعناية التفاف التمدد حول الأنبوب 1 ، ووضعت اللون الأخضر تشكيل الحلقة فوقه. كنت قد أعددت أيضًا زوجًا من دوارات الفرامل القديمة ، والتي أعطت بعض الوزن ، وجلست بشكل جيد على الكعكة الخضراء المشكلة. بعد ذلك ، وضعت قدرًا مقلوبًا أعلى دوارات الفرامل ، وفوق القدر قمت بتكديس حوالي 100 رطل من الأشياء. تركت هذا لمدة 12 ساعة ، وخرج بسمك حوالي 4-6 ملم.

الخطوة 4: الاختبار وأجهزة الاستشعار

هناك عدد من المدخلات والمخرجات القابلة للقياس من المولد ، وقياسها جميعًا ، في نفس الوقت ليس بالأمر السهل. أنا محظوظ جدًا لامتلاك بعض الأدوات من Vernier التي تجعل هذا الأمر أسهل كثيرًا. تصنع Vernier منتجات ذات مستوى تعليمي ، غير معتمدة للاستخدام الصناعي ، ولكنها مفيدة جدًا للمُجربين مثلي. أستخدم مسجل بيانات Vernier ، مع مجموعة متنوعة من مستشعرات التوصيل والتشغيل. في هذا المشروع ، أستخدم مجسات التيار والجهد القائمة على القاعة ، لقياس خرج المولد ، ومستشعر ضوئي لإعطاء سرعة المولد ، وخلية تحميل لقياس مدخلات عزم الدوران. يتم أخذ عينات من كل هذه الأدوات حوالي 1000 مرة في الثانية وتسجيلها على الكمبيوتر المحمول الخاص بي ، باستخدام مسجل Vernier كجهاز عبور AD. على الكمبيوتر المحمول الخاص بي ، يمكن للبرنامج المرتبط تشغيل حسابات في الوقت الفعلي بناءً على المدخلات ، والجمع بين بيانات عزم الدوران والسرعة لإعطاء طاقة عمود الإدخال في الوقت الفعلي بالواط ، وبيانات الإخراج في الوقت الفعلي بالواط الكهربائي. لم أنتهي من هذا الاختبار ، وستكون مساهمة شخص لديه فهم أفضل مفيدة.

هناك مشكلة لدي وهي أن هذا المولد هو حقًا مشروع جانبي ، ولذا لا أريد أن أقضي الكثير من الوقت عليه. كما هو الحال ، أعتقد أنه يمكنني استخدامه لتحميل قابل للتحكم في بحث VAWT الخاص بي ، لكن في النهاية أود العمل مع أشخاص لتحسينه ، بحيث يكون تطابقًا فعالاً مع التوربينات الخاصة بي.

عندما بدأت في بحث VAWT منذ حوالي 15 عامًا ، أدركت أن اختبار VAWT وغيرها من المحركات الرئيسية أكثر تعقيدًا مما يدركه معظم الناس.

القضية الأساسية هي أن الطاقة الممثلة في مائع متحرك ، هي أسية لمعدل حركته. هذا يعني أنه عند مضاعفة سرعة التدفق ، تزداد الطاقة الموجودة في التدفق 8x (يتم تكعيبها). هذه مشكلة ، لأن المولدات تكون خطية بشكل أكبر وبشكل عام ، إذا قمت بمضاعفة عدد الدورات في الدقيقة لمولد التيار المتردد ، فستحصل على حوالي 2x واط.

هذا عدم التطابق الأساسي بين التوربين (جهاز تجميع الطاقة) والمولد (طاقة المحور إلى طاقة كهربائية مفيدة) يجعل من الصعب اختيار مولد التيار المتردد لتوربينات الرياح. إذا اخترت مطابقة مولد التيار المتردد لتوربينات الرياح الخاصة بك والتي ستولد أكبر قدر من الطاقة المتاحة من رياح 20 كم / ساعة ، فمن غير المحتمل حتى أن تبدأ في الدوران حتى 20-25 كم / ساعة لأن الحمل على التوربينات من المولد سيكون مرتفعًا جدًا. مع تطابق المولد هذا ، بمجرد أن تزيد سرعة الرياح عن 20 كم ، لن يقتصر الأمر على التقاط التوربين لجزء بسيط من الطاقة المتاحة في الرياح ذات السرعة العالية فحسب ، بل قد تزيد سرعة التوربين وتتلف لأن الحمل الذي يوفره المولد ليس مرتفعًا يكفي.

في العقد الماضي ، أصبح الحل أكثر اقتصادا بسبب انخفاض أسعار إلكترونيات التحكم. بدلاً من محاولة مطابقة مجموعة من السرعات ، يحسب المصمم السرعة القصوى التي من المفترض أن يعمل بها الجهاز ، ويختار مولد التيار المتردد بناءً على كمية الطاقة والسرعة المثالية للتوربين بهذه السرعة ، أو أعلى قليلاً. إذا تم توصيل هذا المولد بحمله ، فإنه عادة ما يوفر الكثير من عزم الدوران عند نطاق السرعة المنخفضة ، ولن يلتقط التوربين المحمّل كل الطاقة التي يمكن أن يكون لديه إذا تم تحميله بشكل صحيح. لإنشاء الحمل المناسب ، تتم إضافة وحدة تحكم تقوم بفصل المولد مؤقتًا عن الحمل الكهربائي ، مما يسمح للتوربين بالتسريع إلى السرعة المناسبة ، ويتم إعادة توصيل المولد والحمل. وهذا ما يسمى MPPT (تعقب نقاط الطاقة المتعددة). تمت برمجة وحدة التحكم بحيث تتغير سرعة التوربين (أو يرتفع جهد المولد) ، ويتم توصيل المولد أو فصله ، ألف مرة في الثانية أو نحو ذلك ، لمطابقة الحمل المبرمج لتلك السرعة أو الجهد.