Терагерцовый генератор своими руками

Физики ОИВТ РАН создали генератор терагерцового излучения

big preview teragerts

Физики из Российской академии наук создали генератор Т-лучей, способных разрушать металлические конструкции пока неизвестным науке способом, и проверили его в деле, сообщает РИА Новости. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Терагерцовое излучение относится к числу самых перспективных направлений исследований в области оптики, микроэлектроники и в других высокотехнологичных сферах. В перспективе, волны такого типа можно приспособить для сверхскоростной передачи информации, наблюдения за работой живых клеток в режиме реального времени и множества других целей.

Михаил Агранат из Объединенного института высоких температур РАН в Москве и его коллеги выяснили, что излучатели терагерцового излучения можно применять и для других целей, создав установку, способную вырабатывать Т-лучи очень высокой интенсивности.

Когда такие лучи сталкиваются с «непрозрачной» для них материей, такой как металл или вода, они поглощаются ей и вырабатывают электрические поля, мощность которых может сильно варьироваться. В прошлом, как отмечают российские исследователи, сила этих полей была низкой, и их заинтересовало то, как поменяется поведение «просвечиваемой» материи при повышении интенсивности этих полей.

Для этого российские физики собрали и протестировали уникальный терагерцовый «лазер», позволяющий создать электромагнитное поле с напряженностью до 100 миллионов вольт на сантиметр длины, что примерно эквивалентно тому, какие поля возникают при ударах молний. По словам ученых, ни одна установка в мире не может достичь подобных показателей.

Экспериментируя с этим излучателем, ученые обстреливали при его помощи пластинки и пленки из алюминия, меняя мощность лучей и другие их свойства. В определенный момент времени импульс Т-лучей пробил дырку в фольге, что крайне удивило Аграната и его коллег – как раньше считали ученые, терагерцовое излучение должно быстро затухать при движении через металл и не причинять ему никакого вреда.

Открыв этот необычный феномен, физики попытались повторить его и нащупать ту границу, где терагерцовое излучение начинает разрушать металл. Как показали эти наблюдения, для прожигания дырки необходим достаточно сильный импульс, имеющий энергетическую плотность примерно в 150 милливатт на квадратный сантиметр.

Если мощность излучателя снизится даже на самое небольшое значение, то дырка в металлической пластине не появится, однако на ее поверхности, как показали дальнейшие наблюдения Аграната и его коллег, начнут появляться необычные «шрамы».

«Мы обнаружили очень удивительный эффект. При большом количестве импульсов с мощностью ниже пороговой появляется разрушение странного, необычного типа. Объяснить его пока не удается, но, по крайней мере, механизм инициирования его мы предположили. Как мы считаем, это происходит из-за электрострикции, увеличения объема материала под действием электрического поля», — отмечает физик.

В ближайшее время Агранат и его коллеги планируют продолжить эксперименты, в ходе которых они надеются понять, почему Т-лучи начинают «выжигать» дырки в металле только при достижении определенной энергетической плотности, и почему менее мощные импульсы терагерцовых волн оставляют «царапины» на поверхности металла. Сами же излучатели такого рода, как заключают физики, можно использовать для тонкой обработки металлов и целого ряда других целей.

Источник

Как сделать аксиальный ветрогенератор

1452595072 1365898623758

Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.

Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:

1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров

Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.

За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.

1452595081 1365898889867

1452595080 1365898715711

Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам. Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.

1452595119 1365898767827

1452595063 1365898647693

1452595119 1365898767827

1452595100 1365898744177

1452595154 img 20130414 033620

1452595142 img 20130414 033642

Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.

При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.

1452595092 1365898387804

1452595078 1365899068070

Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.

Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.

1452595139 img 20130414 112102

1452595098 img 20130414 112013

1452595083 img 20130414 114411

Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.

Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.

После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.

1452595103 img 20130414 114439

1452595154 1365898361695

1452595110 1365898413444

1452595064 1365898460254

1452595061 1365898494393

1452595157 1365898583061

1452595072 1365898623758

1452595144 1365940749864

Для поднятия мачты используется ручная лебедка.
Сам винт для генератора был сделан из трубы ПВХ диаметром 160 мм.

После установки и испытаний генератора в стандартных условиях автор сделал следующие наблюдения: мощность генератора доходит до 300 ватт при ветре в 8 метров в секунду. В последующем увеличил мощность генератора за счет металлических сердечников установленных в катушки. Винт стартует уже при двух метрах в секунду.

Дальше автор приступил к совершенствованию конструкции в целях увеличения мощности генератора. Были набраны магнитопроводы из пластин, которые в последствии были установлены в конструкцию. Из-за их установки появился эффект залипания, но не очень сильный. Старт работы винта происходит при скорости ветра около двух метров в секунду.

Таким образом установка металлических сердечников увеличила мощность генератора до 500 ватт при ветре в 8 метров в секунду.
Для защиты от сильных ветров была использована классическая схема увода винта складывающимся хвостом.

В среднем генератор способен вырабатывать до 150 ватт энергии в час, которая идет на зарядку аккумуляторов.

Источник

Сборка самодельного ветрогенератора: варианты конструкции от пользователей FORUMHOUSE

О том, как самостоятельно выполнить расчет ветрогенератора, мы рассказывали в одном из прошлых материалов. Сегодня вашему вниманию будут представлены модели ВЭУ, построенные пользователями нашего портала. Также мы поделимся полезными советами, которые помогут собрать установку и не допустить при этом ошибок. Строительство ветрогенератора своими руками – задача сложная. Безошибочно справиться с ее решением может далеко не каждый (даже опытный) практик. Впрочем, любая вовремя обнаруженная ошибка может быть исправлена. На то мастеру – голова и руки.

В статье рассмотрены вопросы:

thumb 585

Изготовление лопастей

Если у вас еще нет опыта в самостоятельном изготовлении винтов для домашней ВЭУ, рекомендуем не искать сложных решений, а воспользоваться простым методом, доказавшим свою эффективность на практике. Заключается он в изготовлении лопастей из обыкновенной канализационной ПВХ трубы. Этот метод прост, доступен и дешев.

thumb 585

Теперь о лопастях: сделал из 160-й рыжей канализационной трубы со вспененным внутренним слоем. Делал по расчету, представленному на фото.

thumb 585

thumb 585

thumb 585

Чаще всего в домашней ветроэнергетике используются трубы диаметром от 160 до 200 мм. С них и следует начинать свои эксперименты.

Форма и конфигурация лопастей – это параметры, которые зависят от диаметра трубы, из которой они изготовлены, от диаметра ветроколеса, от быстроходности рабочего винта и других расчетных характеристик. Чтобы не забивать себе голову аэродинамическими расчетами, вы можете воспользоваться готовой таблицей, которую выложил в соответствующей теме нашего портала ее автор. Она позволит определить геометрию лопастей, подставляя в расчетную таблицу свои собственные значения (диаметр трубы, быстроходность винта и т. д.).

thumb 585

Приноровился пилить электролобзиком. Получается реально быстро и качественно. Примечание: обязательно ставьте большой свободный ход пилки на лобзик, чтобы пилку не закусывало и не ломало.

Конструкция аксиального генератора

Делая выбор между трехфазным или однофазным генератором, лучше остановить свой выбор на первом варианте. Трехфазный источник тока менее подвержен вибрациям, возникающим из-за неравномерности нагрузки, и позволяет получать постоянную мощность при одинаковых оборотах ротора.

thumb 585

Однофазные генераторы мотать не стоит: испытано и давно проверено на практике. Только на трех фазах можно получить достойные генераторы.

Расчетные параметры генератора, о которых мы рассказывали в нашем предыдущем материале, определяются текущими потребностями в электроэнергии. И чтобы на практике они соответствовали объему вырабатываемой мощности, конструкция аксиального генератора должна отвечать определенным требованиям:

Увеличение расстояния между двумя соседними магнитами приведет к неравномерной выработке электроэнергии. Уменьшить это расстояние можно, но лучше, все же, соблюдать оптимальные параметры.

thumb 585

Ошибочно делать расстояние между магнитами равным половине ширины магнита. Один человек оказался прав, когда говорил, что расстояние должно быть не меньше ширины магнита.

Если не вникать в скучную теорию, то схема перекрытия катушек аксиального генератора постоянными магнитами на практике должна выглядеть следующим образом.

thumb 585

В каждый момент времени одинаковые полюса магнитов аналогичным образом перекрывают обмотки катушек отдельно взятой фазы.

thumb 585

Вот так в реале: всё совпадает с рисунком почти на 100%, только катушки совсем немного отличаются по форме.

thumb 585

Последовательность сборки аксиального генератора рассмотрим на примере устройства, собранного пользователем Aleksei2011.

thumb 585

На этот раз я делаю дисковый аксиальный генератор. Диаметр дисков – 220 мм, магниты – 50*30*10 мм. Всего – 16 магнитов (по 8 штук на дисках). Катушки мотал проводом Ø1.06 мм по 75 витков. Катушек – 12 штук.

Изготовление статора

Как видно на фото, катушки имеют форму, похожую на вытянутую каплю воды. Это делается для того, чтобы направление движения магнитов было перпендикулярным длинным боковым участкам катушки (именно здесь индуцируется максимальная ЭДС).

Если используются круглые магниты, внутренний диаметр катушки должен примерно соответствовать диаметру магнита. Если же используются квадратные магниты, конфигурация витков катушки должна быть построена таким образом, чтобы магниты перекрывали прямые отрезки витков. Установка более длинных магнитов особого смысла не имеет, ведь максимальные значения ЭДС возникают лишь на тех участках проводника, которые расположены перпендикулярно направлению движения магнитного поля.

thumb 585

Изготовление статора начинается с намотки катушек. Катушки проще всего мотать по заранее заготовленному шаблону. Шаблоны бывают самыми разными: от небольших ручных приспособлений до миниатюрных самодельных станков.

thumb 585

Катушки каждой отдельно взятой фазы соединяются между собой последовательно: конец первой катушки соединяется с началом четвертой, конец четвертой – с началом седьмой и т. д.

thumb 585

Напомним, что при соединении фаз по схеме «звезда» концы обмоток (фаз) устройства соединяются в один общий узел, который будет являться нейтралью генератора. При этом три свободных провода (начало каждой фазы) подключаются к трехфазному диодному мосту.

thumb 585

Когда все катушки будут собраны в единую схему, можно готовить форму под заливку статора. После этого погружаем в форму всю электрическую часть и заливаем эпоксидной смолой.

thumb 585

thumb 585

Далее выкладываю фото готового статора. Заливал обычной эпоксидной смолой. Снизу и сверху стеклоткань положил. Внешний диаметр статора – 280 мм, внутреннее отверстие – 70 мм.

thumb 585

Изготовление ротора для аксиальника

Чаще всего самодельные аксиальные генераторы делают на основе автомобильной ступицы и совместимых с ней тормозных дисков (можно использовать самодельные металлические диски, как это сделал Aleksei2011). Схема будет следующей.

thumb 585

В этом случае диаметр статора больше, чем диаметр ротора. Это позволяет прикрепить статор к раме ветрогенератора с помощью металлических шпилек.

thumb 585

thumb 585

Шпильки для крепления статора М6 стоят (в количестве 3-х штук). Это исключительно для теста генератора. Впоследствии их будет 6 штук (М8). Я думаю, что для генератора такой мощности этого будет вполне достаточно.

В некоторых случаях диск статора крепится к неподвижной оси генератора. Подобный подход позволяет сделать конструкцию генератора менее габаритной, но принципы работы устройства от этого не меняются.

Противоположные магниты должны быть направлены друг к другу разноименными полюсами: если на первом диске магнит обращен к статору генератора своим южным полюсом «S», то противоположный ему магнит, расположенный на втором диске, должен быть обращен к статору полюсом «N». При этом магниты, расположенные рядом на одном диске, также должны быть сориентированы разнонаправлено.

thumb 585

Сила магнитного поля, которое создают неодимовые магниты, довольно велика. Поэтому регулировать расстояние между дисками статора и ротором генератора следует, используя шпилечно-резьбовое соединение.

thumb 585

thumb 585

Это вариант конструкции, в которой диаметр ротора больше диаметра статора. Статор в этом случае крепится к неподвижной оси устройства.

Также для регулировки расстояния между дисками можно использовать распорные втулки (или шайбы), которые устанавливаются на неподвижную ось генератора.

Расстояние между магнитами и статором должно быть минимальным (1…2 мм). Клеить магниты на диски генератора можно обыкновенным суперклеем. Правильнее всего осуществлять наклейку магнитов, используя заранее заготовленный шаблон (например, из фанеры).

Вот, что показали предварительные испытания генератора, выполненные пользователем Aleksei2011 с помощью шуруповерта: при 310 об/м с устройства было снято 42 вольта (соединение – звездой). С одной фазы получается 22 вольта. Расчетное сопротивление одной фазы – 0.95 Ом. После подключения АКБ шуруповёрт смог раскрутить генератор до 170 об/м, ток зарядки при этом составил 3.1А.

После длительных экспериментов, которые были связаны с модернизацией рабочего винта и другими менее масштабными усовершенствованиями, генератор продемонстрировал свои максимальные характеристики.

thumb 585

Наконец, к нам пришёл ветер, и я зафиксировал максимальную мощность ветряка: ветер усилился, а порывы временами достигали 12 – 14м/с. Максимальная зафиксированная мощность – 476 Ватт. При ветре 10м/с ветряк выдаёт примерно 300 Ватт.

Ветроэнергетическая установка из автомобильного генератора

Популярным решением среди людей, практикующих изготовление ВЭУ своими руками, является переделка автомобильного генератора под альтернативные нужды. Несмотря на всю привлекательность подобной затеи, следует отметить, что автомобильный генератор в том виде, в котором он устанавливается на двигатель транспортного средства, довольно проблематично использовать в составе ветроэнергетической установки. Разберемся – почему:

thumb 585

Переделанный автогенератор (на магниты) имеет право на жизнь. У меня сейчас два таких. На ветре 8 м/с с двухметровыми винтами дают честные 300 Ватт каждый.

Переделка автомобильного генератора под ВЭУ требует определенной сноровки. Поэтому приступать к ней желательно, имея за плечами опыт перемотки асинхронных двигателей или генераторов со стандартным цилиндрическим статором (и те, и другие при желании можно превратить в альтернативную энергетическую установку). Переделка автомобильного генератора имеет свои нюансы. Понять их будет намного проще, если обратиться к опыту пользователей, которые успели достичь в этой сфере определенных успехов.

thumb 585

Защита кабеля от перекручивания

Как известно, ветер не имеет постоянного направления. И если ваш ветрогенератор будет вращаться вокруг своей оси подобно флюгеру, то без дополнительных мер защиты кабель, идущий от ветрогенератора к другим элементам системы, быстро перекрутится и в течение нескольких дней придет в негодность. Предлагаем вашему вниманию несколько способов защиты от подобных неприятностей.

Способ первый: разъемное соединение

Наиболее простой, но совершенно непрактичный способ защиты заключается в установке разъемного кабельного соединения. Разъем позволяет распутать скрутившийся кабель вручную, отключив ветрогенератор от системы.

thumb 585

Я знаю, что некоторые внизу ставят что-то типа штепселя с розеткой. Закрутило кабель – отключил от розетки. Затем – раскрутил и воткнул вилку обратно. И мачту опускать не надо, и токосъёмники не нужны. Я это на форуме по самодельным ветрякам прочитал. Судя по словам автора, все работает и не перекручивает кабель слишком уж часто.

Способ второй: использование жесткого кабеля

Некоторые пользователи советуют подключать к генератору толстые, упругие и жесткие кабели (например, сварочные). Метод, на первый взгляд, ненадежный, но имеет право на жизнь.

thumb 585

Нашел на одном сайте: наш способ защиты заключается в использовании сварочного кабеля с жестким резиновым покрытием. Проблема скрученных проводов в конструкции малых ветровых турбин сильно переоценена, а сварочный кабель #4. #6 имеет особые качества: жесткая резина не дает кабелю скручиваться и препятствует повороту ветряка в одном и том же направлении.

Способ третий: установка токосъемных колец

На наш взгляд, полностью защитить кабель от перекручивания поможет только установка специальных токосъемных колец. Именно такой способ защиты реализовал в конструкции своего ветрогенератора пользователь Михаил 26.

thumb 585

thumb 585

thumb 585

Защита ветрогенератора от бури

Речь идет о защите устройства от ураганов и сильных порывов ветра. На практике она реализуется двумя способами:

Первый способ основан на подключении балластной электрической нагрузки к ветрогенератору. О нем мы уже рассказывали в одной из предыдущих статей.

Второй способ предполагает установку складывающегося хвоста, позволяющего при номинальной силе ветра направлять винт навстречу ветровому потоку, а во время бури, наоборот – уводить винт из-под ветра.

Защита складыванием хвоста происходит по следующей схеме.

thumb 585

Когда ветер ослабевает, хвост под собственной тяжестью возвращается в исходное положение и поворачивает винт навстречу ветру. Для того чтобы хвост смог вернуться в исходное положение без дополнительных пружин, используется поворотный механизм с наклонным шкворнем (шарниром), который устанавливается на оси поворота хвоста.

thumb 585

Ось поворота хвоста установлена под наклоном: на 20° относительно вертикальной оси и на 45° относительно оси горизонтальной.

thumb 585

Для того чтобы механизм мог выполнять свою основную функцию, ось мачты должна находиться на определенном расстоянии от оси вращения турбины (оптимально – 10 см).

thumb 585

Рассчитать размеры хвоста и их зависимость от других параметров ВЭУ вам поможет таблица Excel с уже готовыми формулами. В ней желтым цветом обозначена область переменных значений.

Вашему вниманию представлен наиболее распространенный вариант механической защиты ветрогенератора. В том или ином виде он успешно используется на практике пользователями нашего портала.

thumb 585

При шторме тормозить винт надо его уводом из-под ветра. У меня, к примеру, при слишком сильном ветре ветряк опрокидывается винтом вверх. Не самый лучший вариант, ведь возврат в рабочее положение сопровождается заметным ударом. Но за десять лет ветряк не сломался.

Несколько слов о правильной установке ветрогенератора

Выбирая место и высоту мачты, которые бы оптимально подошли для установки ветрогенератора, следует ориентироваться на самые разные факторы: рекомендуемая высота, наличие препятствий вблизи ВЭУ, а также собственные наблюдения и замеры.

Для того чтобы рассчитать оптимальную высоту мачты для домашней ВЭУ, необходимо к высоте ближайшего препятствия (дерева, здания и т. д.), которое находится в радиусе 100 метров от мачты ветряка, прибавить еще 10 метров. Таким образом вы получите высоту нижней точки ветроколеса.

thumb 585

thumb 585

В США, например, минимально рекомендованная высота мачты для ВЭУ мощностью несколько кВт – 15 м, но чем выше, тем лучше. Нижняя часть ветроколеса должна быть, как минимум, на 10 м выше ближайшего самого высокого препятствия. Конечно, предварительно необходимо обследовать местность и выбрать оптимальную высоту мачты. На глаз это может сделать только очень опытный специалист. Во всех других случаях нужно проводить тщательные замеры в течение года (как минимум).

В процессе установки самодельных ветрогенераторов теория очень часто расходится с практикой, поэтому, в среднем, самодельные мачты имеют высоту от 6 до 12 метров. Основное преимущество самодельных вышек (мачт) заключается в том, что если какие-либо параметры не будут соответствовать вашим потребностям, конструкцию, габариты и высоту установки в любой момент можно изменить.

thumb 585

Богатый опыт пользователей FORUMHOUSE, посвященный созданию самодельных ветроэлектрических установок, собран в одном из разделов нашего строительного портала. Если вы всерьез интересуетесь альтернативной энергетикой, рекомендуем прочитать статью, посвященную организации системы электроснабжения на основе самодельных солнечных панелей (батарей). Наверняка, вас заинтересует и небольшое видео об особенностях правильного построения мощной и функциональной системы электроснабжения загородного дома, которая по классической схеме подключается к стандартной трансформаторной подстанции.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector