Особенности конструирования генераторов для ВЭУ

Полиэтиленовые шайбы изготовлены из крышек для стеклянных банок. Каркас в собранном виде показан на фото 7.

Задача состоит в намотке максимального количества витков провода в отведенный объем. Для этого намотка должна быть максимально плотной и равномерной. Попытка вести намотку виток к витку без бумажных прокладок не увенчалась успехом. Намотка с прокладками из тонкой прокладочной бумаги оказалась очень сложной и, как выяснилось позже, дала индуктивность катушки 1,6 мГн, что на 0,5 мГн меньше таких же размеров катушки окончательного варианта из-за объема, занятого прокладками, и уменьшения потокосцепления между витками. Следующей проблемой стало закрепление витков между собой так, чтобы после разборки каркаса катушка сохраняла форму. Были опробованы разные способы: с применением суперклея, тонких капроновых нитей, полосок из тонкой ткани и др. Применение суперклея дает положительный результат, но он очень дорогой. Закрепление витков эпоксидным и другими клеями требовало длительного времени выдержки катушки в каркасе, который необходим для намотки следующей катушки. В результате экспериментов наиболее технологичным и экономически выгодным оказалось закрепление витков катушки белым клеем экспресс МВ-50 типа «Монтаж» (жидкие гвозди). Половины его тюбика массой 125 г хватило на 6 катушек экспериментального генератора.

Процесс намотки провода производят в следующей последовательности:

1 - на центральную втулку наматывают два слоя полоски из прокладочной бумаги, конец которой закрепляют каплей этого клея;

2 - производят сборку каркаса на крепежном болте так, чтобы полиэтиленовые шайбы размещались между щечками и центральной втулкой, которая меньшим диаметром конуса ориентирована в сторону выводов катушки;



3 - каркас крепят к намоточному станку так, чтобы щечки с шайбами плотно прилегали к центральной втулке, а отверстия для выводов концов катушки в наружной щечке и полиэтиленовой шайбе совпадали;

4 - конец обмоточного провода вставляют в нижнее отверстие с помощью пинцета и временно закрепляют в верхнем отверстии до намотки нескольких слоев провода, после чего провод извлекают из отверстия;

5 - на обмоточную бумагу центральной втулки точечно по всей окружности наносят клей узким деревянным шпателем (после каждого нанесения клея тюбик плотно закрывают);

6 - производят намотку провода вначале виток к витку, а потом в навал, но плотно и с максимальным соблюдением равномерности.

При намотке излишки клея выдавливают проводом, что позволяет наматывать 3-4 слоя без добавления клея. После этого станок останавливают, а остатки клея заглаживают по всей окружности узкой полоской ткани, через 10...15 с наносят новые точки клея и продолжают намотку провода таким же методом до получения заданного диаметра катушки. Конец обмотки закрепляют несколькими витками тонкой нитки и выводят в верхнее отверстие щечки, а остатки клея заглаживают. Катушку выдерживают в каркасе в течение 10...15 мин для предварительного высыхания клея. Учитывая, что клей находится в замкнутом объеме, прочность его после этого времени неполная, но достаточная для аккуратного извлечения из каркаса и снятия полиэтиленовых шайб. Для выпрессовки центральной втулки изготовлено приспособление. Верхняя его часть имеет толщину несколько больше толщины центральной втулки и отверстие на 2 мм больше ее диаметра. Нижняя часть имеет соосное отверстие по диметру выпрессовоч-ного болта М8. Соосность отверстий достигается наличием направляющих винтов и отверстий. Витки этой экспериментальной катушки скреплены тонкой капроновой нитью и суперклеем.

В связи с тем, что процесс намотки требует остановок с натянутым проводом, вращение вала станка должно быть заторможенным так, чтобы не трудно было производить намотку, и, в то же время, при остановке катушка должна оставаться неподвижной при заглаживании и нанесении клея. В авторском варианте станок был изготовлен на базе механизма вращения арифмометра. Тормозное усилие в нем создавалось соответствующей затяжкой втулки для крепления каркаса катушки. Учитывая, что такой механизм является редкостью, на рис.4 показан чертеж станка, который легко изготовить самостоятельно. В нем усилие торможения создают затяжкой втулки 1, которую после этого фиксируют стопорным винтом. Основание станка крепят в настольных тисочках. Оно может быть изготовлено из дерева, текстолита, гетинакса или другого аналогичного по механическим свойствам материала.

Сборка статора

После намотки катушки рекомендуется выдержать в течение суток для полного высыхания клея, учитывая, что он содержит водную дисперсию. Для лучшего сцепления катушек с последующим покрытием статора эпоксидным клеем, выступившую на боковую поверхность часть клея можно аккуратно смыть тампоном из влажной ткани в начале сушки. После сушки каркасы статора кладут на ровную поверхность с подложкой из полиэтиленовой пленки. Внутренние поверхности отверстий для катушек покрывают эпоксидным клеем. Катушки вставляют в отверстия выводами наружу в одинаковом порядке и покрывают тонким слоем эпоксидного клея, заполняя щели между катушками и каркасом. После этого каркасы переворачивают, кладут на ту же пленку, а катушки с обратной стороны покрывают эпоксидным клеем. Для предотвращения смещения катушек по вертикали каркасы покрывают полиэтиленовой пленкой, на которую кладут ровную пластину и груз до полной полимеризации клея.



Для соединения катушек необходимо на бумаге нарисовать монтажную схему укладки их выводов. В однофазной схеме соседние катушки должны соединяться противофазно, т.е. начала с началами, а концы с концами соседних катушек. В трехфазной схеме катушки каждой фазы должны соединяться синфазно, т.е. начала с концами. В местах стыковки каркасов устанавливают контактные стойки для перемычек, соединяющих катушки обоих каркасов. В однофазной системе с каждой стороны достаточно по одной перемычке, а в трехфазной - по три перемычки. В местах пересечений проводники должны проходить с обратной стороны каркаса через отверстия, просверленные заранее согласно монтажной схеме. Пример монтажной схемы показан на рис.5. Оконечные выводы подключают к выходным клеммам. Для однофазной системы достаточно двух клемм, а для трехфазной - шести, позволяющих соединять катушки по схемам «звезды» или «треугольника».

В качестве контактных стоек и клемм можно использовать обычные винты с гайками. Головки винтов желательно утопить в каркасы. После укладки и соединения выводов путем пайки поверхности каркасов, головки винтов и проводники покрывают тонким слоем эпоксидного клея. Перед этим скрученные и спаянные выводы проводников желательно спрятать в просверленные по месту отверстия. После вклеивания катушек, покрытия каркасов эпоксидным клеем и окончания полимеризации механическая прочность и влагостойкость статора будет достаточно высокой. Обе части статора крепят шурупами (всего 8 шт.) на двух ровных деревянных рейках, закрепленных своими концами на неподвижной части генератора четырьмя болтами. Может быть применено и другое крепление, позволяющее разбирать статор и регулировать его установку относительно магнитов ротора.

Изготовление деталей ротора

В экспериментальных ВЭУ в качестве дисков ротора часто используют тормозные диски от автомобилей или вытачивают их на токарном станке, что не для всех доступно. Треугольные пластины крепления дисков ротора, ребра жесткости и сами диски можно изготовить самостоятельно из мягкой листовой стали толщиной от 4 мм и выше с помощью «болгарки» и дрели. Диски роторов необязательно должны быть круглыми. Например, для ротора с 16-ю полюсами вырезают квадрат, затем, срезая углы, получают 8 и 16 окончательных углов, на которых устанавливают магниты. Центральные большие отверстия высверливают сверлом диаметром 4...5 мм и слегка обрабатывают напильником. Отверстия для крепежных болтов сверлят на станке или дрелью в несколько приемов, увеличивая диаметр сверл до необходимой величины. Втулки для крепления ротора придется заказать токарю. В наружной части каждой втулки необходимо просверлить три отверстия под углом 120° и нарезать резьбу для стопорных болтов с шестигранными головками.

Заключительным этапом будут сварочные работы. Вал генератора может быть установлен в подходящую ступицу, например, от автомобиля или являться частью вала ветродвигателя. Это очень важно учесть при заказе втулки. По чертежу необходимо изготовить диэлектрические кольца с отверстиями для фиксации магнитов с допуском +0,2 мм и соосно закрепить их на дисках несколькими винтами. Перед установкой магнитов промаркировать их полярность, после чего вставить их в отверстия колец.

Меры предосторожности при установке магнитов и сборке генератора

Магниты для установки надо брать по одному и держать от остальных магнитов и стальных конструкций на расстоянии не менее 0,5 м, иначе при слипании их получается удар, что для магнитов вредно. Также необходимо исключить попадание на них стальных опилок. Собранные диски роторов также нужно держать на большом расстоянии друг от друга и стальных конструкций. Перед монтажом диски необходимо максимально приблизить к крепежным пластинам с помощью гаек крепежных болтов. Сначала устанавливают ротор, который должен находиться возле неподвижной части генератора, например ступицы. При этом его держат перпендикулярно валу и после установки на заранее определенное место его закрепляют стопорными болтами.



После этого крепят статор в собранном виде. На четырех кронштейнах 6 закреплены болты, на которые навинчены втулки 4 со сквозной резьбой. К втулкам крепят рейки статора болтами. Концы реек выступают за пределы статора и имеют уступы, чтобы головки болтов были утоплены и не препятствовали демонтажу статора. Вращая втулки и болты, добиваются предварительной ориентировки статора напротив места стыка втулок роторов. Равномерно вращая гайки крепления на винтах ротора, подводят его к статору на минимальное расстояние. Вращая ротор вокруг оси, этими же гайками добиваются устранения его осевых биений. Окончательно вращая втулки и болты, добиваются минимального и одинакового зазора между магнитами и катушками статора. После этого очень аккуратно устанавливают и регулируют второй ротор аналогично первому. При этом втулки роторов сомкнутся, а магнитные полюса используемых магнитов сориентируются сами под действием магнитных сил. После окончательной регулировки зазоров полностью завинчивают стопорные болты и все гайки. Генератор готов к испытаниям в лабораторных и реальных условиях.

В заключение следует отметить, что приведенные эксперименты довольно приблизительны и требуют совершенствования, но все же дают положительные результаты.