Τρισδιάστατη εκτύπωση εναλλακτικού και δυναμόμετρου αξονικής ροής: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

ΝΑ ΣΤΑΜΑΤΗΣΕΙ!! ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΥΤΟ ΠΡΩΤΟ !!! Αυτό είναι ένα αρχείο ενός έργου που βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη. Μη διστάσετε να προσφέρετε υποστήριξη.

Ο τελικός μου στόχος είναι ότι αυτός ο τύπος κινητήρα/εναλλάκτη μπορεί να γίνει ένας παραμετροποιημένος σχεδιασμός ανοιχτού κώδικα. Ένας χρήστης θα πρέπει να είναι σε θέση να εισαγάγει ορισμένες παραμέτρους, όπως ροπή, ταχύτητα, ρεύμα, βολτ/σ.α.λ., κοινά μεγέθη μαγνήτη και ίσως διαθέσιμο χώρο, και θα πρέπει να δημιουργηθεί μια σειρά τρισδιάστατων εκτυπώσιμων αρχείων.stl και.dxf.

Αυτό που έχω κάνει είναι να δημιουργήσω μια πλατφόρμα που μπορεί να επικυρώσει ένα προσομοιωμένο σχέδιο, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να εξελιχθεί σε μια πιο βέλτιστη συσκευή από την κοινότητα.

Εν μέρει, αυτός είναι ένας λόγος που το έθεσα με δυναμόμετρο. Ένα δυναμόμετρο μετρά τη ροπή και την ταχύτητα ώστε να επιτρέπεται η μέτρηση των ίππων ή του άξονα Watt. Σε αυτήν την περίπτωση έχω κατασκευάσει τον εναλλάκτη με έναν σταθερό άξονα διέλευσης, ο οποίος καθιστά απλούστερη τη δημιουργία ενός δυναμομέτρου και έτσι μπορεί να διαμορφωθεί ώστε να κινείται ως κινητήρας από ένα RC ESC (ελπίζω) και η ροπή να μετριέται στην έξοδο, καθώς και στην ταχύτητα, V και ενισχυτές, επιτρέποντας τον προσδιορισμό της απόδοσης του κινητήρα.

Για τους σκοπούς μου, μπορεί να οδηγηθεί από κινητήρα μεταβλητής ταχύτητας (πλεόνασμα από ασύρματο τρυπάνι, με ταχύτητα προς τα κάτω) και μέτρηση της εισόδου ροπής άξονα, καθώς και V και ενισχυτές έξω, επιτρέποντας την πραγματική απόδοση και τα αναμενόμενα φορτία στροβίλων να προσομοιωθεί.

Σε αυτή τη λειτουργία ελπίζω να χρησιμοποιήσω ένα RC ESC ικανό για αναγεννητικό φρενάρισμα και ίσως ένα Arduino για τον έλεγχο του φορτίου που φέρει το VAWT μου για να επιτύχω MPPT (Παρακολούθηση πολλαπλών σημείων ισχύος).

Το MPPT χρησιμοποιείται στον έλεγχο ηλιακών και ανεμογεννητριών, αλλά είναι λίγο διαφορετικό για τον άνεμο. Με την αιολική ενέργεια ένα μεγάλο ζήτημα είναι ότι καθώς η ταχύτητα του ανέμου διπλασιάζεται 10 χλμ./Ώρα σε 20 χλμ/ώρα, η διαθέσιμη ενέργεια από τον άνεμο αυξάνεται κατά τον κύβο, άρα κατά 8 φορές. Εάν τα 10W ήταν διαθέσιμα με ταχύτητα 10km/h, τότε 80W είναι διαθέσιμα με 20km/hr. Είναι υπέροχο να έχεις περισσότερη ενέργεια, αλλά η έξοδος των εναλλακτικών διπλασιάζεται μόνο καθώς η ταχύτητα διπλασιάζεται. Έτσι, εάν έχετε τον τέλειο εναλλάκτη για άνεμο 20χλμ/ώρα, το φορτίο του μπορεί να είναι τόσο ισχυρό που στα 10χλμ/ώρα δεν θα ξεκινήσει καν.

Αυτό που κάνει το MPPT είναι να χρησιμοποιεί έναν διακόπτη στερεάς κατάστασης βαρέως τύπου, για να αποσυνδέσει και στη συνέχεια να επανασυνδέσει έναν εναλλάκτη πολύ γρήγορα. Σας επιτρέπει να ρυθμίσετε πόσο φορτίο μεταφέρει ένας εναλλάκτης και το Multi, του MPPT, σημαίνει ότι μπορείτε να ορίσετε διαφορετικά φορτία για διαφορετικές ταχύτητες.

Αυτό είναι πολύ χρήσιμο, καθώς όλοι οι τύποι στροβίλων συλλέγουν τη μέγιστη ενέργειά τους όταν το φορτίο ταιριάζει με τη διαθέσιμη ενέργεια ή την ταχύτητα του ανέμου.

ΕΤΣΙ

Αυτή δεν είναι συνταγή, αν και πιστεύω ότι θα μπορούσε να αντιγραφεί από αυτό που έχω δημοσιεύσει και θα χαρώ να παράσχω περισσότερες πληροφορίες, αλλά προτείνω ότι η καλύτερη επιλογή θα ήταν να μου προτείνατε βελτιώσεις, πριν τελειώσει ο διαγωνισμός Circuits and Sensors, ώστε να μπορώ να εξετάσω, να απαντήσω και ίσως να βελτιώσω αυτό το διδακτικό.

Θα συνεχίσω να ενημερώνω, να αναθεωρώ και να προσθέτω πληροφορίες, οπότε αν είναι ενδιαφέρον τώρα, ίσως θελήσετε να κάνετε check in ξανά σε λίγο, αλλά ελπίζω να τα καταφέρω αρκετά πριν τελειώσει ο διαγωνισμός Sensors στις 29/19 Ιουλίου.

Επίσης, δεν είμαι ιδιαίτερα κοινωνικό κτήνος, αλλά μου αρέσει το χτύπημα στην πλάτη κατά καιρούς, και αυτός είναι ένας από τους λόγους που είμαι εδώ:-) Πείτε μου αν σας αρέσει να βλέπετε τη δουλειά μου και θέλετε να δείτε κι άλλο παρακαλώ:-)

Αυτό το έργο προέκυψε επειδή ήθελα ένα ελεγχόμενο φορτίο για τη δοκιμή των σχεδίων του στροβίλου μου και ήθελα να είναι εύκολα αναπαραγώγιμο, ώστε να μπορούν να το χρησιμοποιούν και άλλοι. Για το σκοπό αυτό, περιορίστηκα να σχεδιάσω κάτι που θα μπορούσε να κατασκευαστεί μόνο με έναν εκτυπωτή FDM, χωρίς να χρειάζονται άλλα εργαλειομηχανές. Δεν φαίνεται να υπάρχουν πολλά εμπορικά προϊόντα που καλύπτουν την ανάγκη για εναλλακτήρα υψηλής ροπής, χαμηλής ταχύτητας και μη, ενώ υπάρχουν μερικά από την Κίνα. Γενικά δεν υπάρχει μεγάλη ζήτηση επειδή τα συστήματα ταχυτήτων είναι τόσο φθηνά και η ηλεκτρική ενέργεια είναι τόσο φθηνή.

Αυτό που ήθελα ήταν κάτι που παρήγαγε περίπου 12V στις 40-120 σ.α.λ. και περίπου 600-750W στις 120-200rpm. Iθελα επίσης να είναι συμβατό με φθηνούς ελεγκτές PMA 3 φάσεων από τον κόσμο του RC (Electronic Speed Controllers της ESC). Μια τελική απαίτηση ήταν να είναι ένα out runner (η θήκη ή το κέλυφος με μαγνήτες περιστρέφεται, ενώ ο άξονας με τον στάτορα είναι ακίνητος), με έναν άξονα που περνάει μέχρι τη θήκη και έναν στάτορα που σφίγγει στον άξονα.

Αυτό το διδάσκον είναι ένα έργο σε εξέλιξη και το δημοσιεύω για να μπορούν οι άνθρωποι να έχουν μια εικόνα της διαδικασίας, όχι τόσο επειδή πιστεύω ότι πρέπει να το αντιγράψουν. Ένα βασικό πράγμα που θα άλλαζα είναι ότι η πλάκα στήριξης σύρματος που έφτιαξα δεν είναι αρκετά ισχυρή για να διοχετεύσει σωστά τα μαγνητικά πεδία γύρω από τον δακτύλιο, οπότε ένα μεγάλο μέρος της μαγνητικής ροής που πληρώνεται σε αυτούς τους μαγνήτες σπαταλάται πίσω. Όταν ξανακάνω το σχέδιο, το οποίο θα κάνω σύντομα, πιθανότατα θα το έκανα στις μαγνητικές πλάκες στήριξης, καθώς οι χαλύβδινες πλάκες cnc κόβονται. Ο χάλυβας θα ήταν αρκετά φθηνός, πολύ ισχυρότερος και θα απλοποιούσε το μεγαλύτερο μέρος αυτής της κατασκευής. Interestingταν ενδιαφέρον να κάνουμε τα σύνθετα FDM/σύρμα/γύψο όπως έχω απεικονίσει εδώ, και με PLA φορτωμένο με σίδερο, τα πράγματα θα ήταν επίσης διαφορετικά. Αποφάσισα όμως ότι ήθελα κάτι που θα διαρκέσει πραγματικά, άρα χαλύβδινες πλάκες.

Έχω κάνει καλή πρόοδο σε αυτήν την έκδοση, την οποία θα χρησιμοποιήσω για τη δοκιμή αυτού του VAWT. Δεν είμαι ακόμα εκεί όσον αφορά την απόδοση χαμηλής τάσης. Νομίζω ότι το Wattage/Torque μου είναι στο σωστό γήπεδο, θα ενημερώσω καθώς τα πράγματα εξελίσσονται, αλλά σε αυτό το σημείο αυτό που έχω έχει πολλές πιθανότητες να είναι το ελεγχόμενο φορτίο που χρειάζομαι. Όταν βραχυκυκλωθεί, φαίνεται ότι είναι σε θέση να παρέχει αρκετή αντίσταση ροπής, περισσότερο από αρκετή για να δοκιμάσει τον στρόβιλο. Απλώς πρέπει να δημιουργήσω μια ελεγχόμενη τράπεζα αντίστασης και έχω έναν φίλο που με βοηθάει σε αυτό.

Ένα πράγμα που θα αναφέρω εν συντομία είναι ότι όπως πολλοί άνθρωποι τώρα, έχω έναν εκτυπωτή 3D (με χρήση FDM-PLA) εδώ και μερικά χρόνια, από τον οποίο είχα 20-30 κιλά απόλαυσης. Συχνά το βρίσκω απογοητευτικό αν και τα μέρη οποιουδήποτε μεγέθους/δύναμης είναι είτε ακριβά και πολύ αργά για εκτύπωση, είτε φθηνά, γρήγορα και εύθραυστα.

Γνωρίζω πόσες χιλιάδες από αυτούς τους τρισδιάστατους εκτυπωτές υπάρχουν εκεί, συχνά δεν κάνουν τίποτα γιατί χρειάζεται πολύς χρόνος ή κοστίζει πάρα πολύ για να φτιαχτούν χρήσιμα μέρη. Έχω βρει μια ενδιαφέρουσα λύση για ισχυρότερα ταχύτερα εξαρτήματα από τον ίδιο εκτυπωτή και PLA.

Το ονομάζω "χυμένη δομή", όπου το εκτυπωμένο αντικείμενο (που αποτελείται από 1 ή περισσότερα τυπωμένα μέρη, και μερικές φορές ρουλεμάν και άξονες), είναι κατασκευασμένα με κενά που έχουν σχεδιαστεί για να χύνονται γεμάτα με ένα υγρό πληρωτικού σκλήρυνσης. Φυσικά, μερικές από τις προφανείς επιλογές για ένα χυμένο γέμισμα θα ήταν κάτι σαν εποξειδικό φορτωμένο με κοντές ίνες ψιλοκομμένες ίνες γυαλιού, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για συγκροτήματα υψηλής αντοχής και ελαφρού βάρους. Δοκιμάζω επίσης χαμηλότερο κόστος, πιο φιλική προς το περιβάλλον ιδέα. Η άλλη πλευρά αυτού του συγκροτήματος "χυμένης δομής" είναι ότι η κοιλότητα ή το κενό που πρόκειται να γεμίσετε, μπορεί να έχει μικρής διαμέτρου στοιχεία εφελκυσμού, τεντωμένα προεντεταμένα στο τυπωμένο "καλούπι/βύσμα", το οποίο κάνει την προκύπτουσα δομή ένα σύνθετο σε υλικά, και στη δομή, μέρος Stressed Skin (το περίβλημα PLA), αλλά με υψηλό συμπιεστικό πυρήνα που περιλαμβάνει επίσης στοιχεία υψηλής αντοχής σε εφελκυσμό επίσης. Θα κάνω ένα δεύτερο διδακτικό που θα το χαρακτηρίσει αυτό, οπότε θα μιλήσω γι 'αυτό εδώ, μόνο για να καλύψω πώς σχετίζεται με αυτήν την κατασκευή.

Βήμα 1: Λίστα υλικών και διαδικασία

Το PMA αποτελείται από 3 συγκροτήματα, κάθε συγκρότημα που περιέχει ή χρησιμοποιεί μια ποικιλία εξαρτημάτων και υλικών.

Από πάνω (πλευρά εδράνου) προς τα κάτω (πλευρά στάτορα), 1. Φορέας ρουλεμάν και συστοιχία κορυφαίων εδράνων

2. Στάτορας

3. Πίνακας Lower Magnet

1. The Bearing Carrier and Top Magnet Array

Για αυτό χρησιμοποίησα τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη που αναφέρονται παραπάνω

1. 150mm8pole άνω μαγνήτης και υποστήριξη ρουλεμάν CV5.stl,
2. ρουλεμάν εσωτερική πλάκα
3. ρουλεμάν εξωτερική πλάκα
4. Ρουλεμάν αυτο -ευθυγράμμισης 1 "(όπως χρησιμοποιείται σε τυπικά μπλοκ μαξιλαριού ++ προσθήκη συνδέσμου διαδικτύου),
5. 25 'από γαλβανισμένο ατσάλινο σύρμα 24 g
6. 15 'από 10g γαλβανισμένο ατσάλινο σύρμα
7. 2 ρολά χοντρό ατσάλινο μαλλί

Προαιρετικά, το βαρύ ατσάλινο σύρμα και το χαλύβδινο μαλλί θα μπορούσαν να αντικατασταθούν με χαλύβδινες πλάκες στήριξης, λέιζερ / ψεκασμό νερού ή μπορεί να είναι δυνατή μια τρισδιάστατη εκτυπωμένη μαγνητική πλάκα στήριξης (αλλά το βαρύ χαλύβδινο σύρμα εξακολουθεί να είναι καλή ιδέα καθώς θα αντισταθεί στην πλαστική παραμόρφωση χρόνος). Δοκίμασα να ρίξω μια πλάκα στήριξης με εποξική φόρτωση με σκόνη οξειδίου του σιδήρου και είχα κάποια επιτυχία. Η βελτίωση της σύζευξης ροής μεταξύ μαγνητών στη συστοιχία πλευρικά με τη χρήση μιας πιο αποτελεσματικής πλάκας στήριξης θα αυξήσει τα Βολτ σε χαμηλότερες στροφές. Είναι επίσης καλό να έχετε κατά νου ότι αυτό είναι το κύριο δομικό στοιχείο και η πλάκα μεταφέρει τις δυνάμεις από τους μαγνήτες στους γρύλους. Οι μαγνητικές δυνάμεις που τραβούν τις πλάκες η μία προς την άλλη μπορεί να είναι εκατοντάδες κιλά και οι δυνάμεις αυξάνονται εκθετικά (Κυβισμένες, στην τρίτη ισχύ) καθώς οι πλάκες πλησιάζουν μεταξύ τους. Αυτό μπορεί να είναι πολύ επικίνδυνο και πρέπει να προσέχετε τα εργαλεία και τα άλλα αντικείμενα που μπορεί να έλκονται από τη συναρμολογημένη πλάκα ή είναι πίσω!

Χρησιμοποίησα περίπου 300ft καλώδιο μαγνήτη με επικάλυψη 24g στα τυλίγματα, τα οποία θα καλύψω λεπτομερώς αργότερα.

Βήμα 2: Κατασκευή των πλακών μαγνήτη

Σε αυτόν τον εναλλάκτη αξονικής ροής, για να ελαχιστοποιήσω το φράξιμο και να μεγιστοποιήσω την έξοδο, χρησιμοποιώ δύο συστοιχίες μαγνήτη, μία σε κάθε πλευρά των πηνίων του στάτορα. Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτείται μαγνητικός πυρήνας για να τραβήξει το μαγνητικό πεδίο μέσω των περιελίξεων χαλκού, όπως κάνουν οι περισσότερες γεωμετρίες κινητήρα/υψομέτρου. Υπάρχουν ορισμένα σχέδια αξονικής ροής που χρησιμοποιούν πυρήνες σιδηρούχων και ίσως δοκιμάσω κάποια πειράματα με αυτόν τον τρόπο στο μέλλον. Θα ήθελα να δοκιμάσω κάποιο τρισδιάστατο υλικό για εκτύπωση με σίδερο.

Σε αυτήν την περίπτωση, επέλεξα μια συστοιχία μαγνητών 8 πόλων σε έναν κύκλο περίπου 150 mm, χρησιμοποιώντας μαγνήτες σπάνιας γης 1 "x1" x0.25 ". Αυτό το μέγεθος ήταν για να διασφαλιστεί ότι όλα τα μέρη θα ταιριάζουν σε ένα κρεβάτι εκτύπωσης 210 mm x 210 mm. Σε γενικές γραμμές, μεγέθησα αυτόν τον εναλλάκτη κατανοώντας πρώτα ότι όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος, τόσο καλύτερα σε βολτ ανά σ.α.λ. μαγνήτες, όσο πιο μακριά είναι οι μαγνήτες από το κέντρο, τόσο πιο γρήγορα ταξιδεύουν και υπάρχει περισσότερος χώρος και για χαλκό! Όλα αυτά μπορούν να αθροιστούν γρήγορα! Ωστόσο, ένα συμπέρασμα στο οποίο κατέληξα είναι ότι σε αυτό το εύρος μεγεθών, ένα συμβατικό Το σύστημα ροής μπορεί να είναι μια καλύτερη κατασκευή στο σπίτι. Οι μικροί ρότορες δεν έχουν πολύ χώρο και τα πράγματα μπορούν να γίνουν αρκετά σφιχτά, ειδικά αν κάνετε έναν άξονα όπως έχω κάνει σε αυτό το σχέδιο. Επίσης εάν ο μαγνήτης σας (ακτινικό μήκος) είναι μικρή σε σχέση με τη διάμετρο του ρότορά σας, όπως σε αυτόν, (περίπου 6 "διάμετρος έως 1" μαγνήτης), τότε το windi το ng γίνεται λίγο περίεργο με την εσωτερική περιέλιξη να είναι μόλις 1/2 του μήκους του εξωτερικού.

Επιστροφή στις οδηγίες! Ο τρόπος που έχω συναρμολογήσει τις πλάκες μαγνήτη αυτού του εναλλάκτη είναι να κολλήσω πρώτα την πλάκα μαγνήτη (πράσινη) στην κόκκινη φλάντζα/πλάκα στήριξης. Στη συνέχεια, τοποθέτησα την πλάκα μαγνήτη σε μερικά λεπτά στρώματα κόντρα πλακέ (πάχους περίπου 0,75 ) και τα έβαλα και τα δύο σε μια βαριά χαλύβδινη πλάκα, για να επιτρέψουμε στους μαγνήτες να σφίξουν το συγκρότημα στη θέση τους. Στη συνέχεια, τυλίγω χαλύβδινο σύρμα, πάνω στο πίσω από τις πλάκες μαγνήτη. Αυτό δεν πήγε ακριβώς όπως ήλπιζα. Το ισχυρό μαγνητικό πεδίο τράβηξε το σύρμα προς το κέντρο των μαγνητών και δεν είχα επιτυχία να λυγίσω κάθε σειρά, σύρματος για να ταιριάζει απόλυτα στο επόμενο σημείο, χωρίς να ανακατεύω το πρώτο περιτύλιγμα. hopλπιζα ότι θα μπορούσα απλά να τυλίξω το σύρμα και η μαγνητική ροή να το κλειδώσει. Στη συνέχεια προσπάθησα να κόψω δακτυλίους σύρματος, και αυτό ήταν καλύτερο, αλλά ακόμα πολύ μακριά από αυτό που ήθελα ελπίζω από την άποψη της απόκτησης μιας καλής σταθερής πλάκας στήριξης από σύρμα. Πιο σύνθετοι τρόποι για να γίνει αυτό είναι δυνατοί και ίσως αξίζουν μελλοντικούς πειραματισμούς. Δοκίμασα επίσης να χρησιμοποιήσω χαλύβδινο μαλλί, συμπιεσμένο στο μαγνητικό πεδίο, ως πλάκα στήριξης ή ροή Αυτό φάνηκε να λειτουργεί, αλλά η πραγματική πυκνότητα σιδήρου δεν φαινόταν να είναι πολύ υψηλή μην δοκιμάσετε την αποτελεσματικότητά του, εν μέρει επειδή πίστευα ότι η δομή του σύρματος είναι σημαντική για τα μηχανικά φορτία στις πλάκες μαγνήτη. Το χαλύβδινο μαλλί μπορεί επίσης να αξίζει μελλοντική έρευνα, ωστόσο οι χαλύβδινες πλάκες κοπής νερού είναι πιθανώς η επόμενη επιλογή που θα δοκιμάσω.

Στη συνέχεια, πήρα το πορτοκαλί τρισδιάστατο τυπωμένο μέρος και έβγαλα σύρμα μέσα και γύρω από αυτό, κατά μήκος εκείνων που μου φάνηκαν οι κατευθύνσεις του μεγαλύτερου φορτίου, μπουλόνι σε μπουλόνι και μπουλόνι στο κέντρο μερικές φορές σε κάθε γωνία. Το τυλίγω επίσης γύρω από τις οπές των μπουλονιών όπου περνάει όλη η ράβδος σπειρώματος ως στύλοι γρύλων για να διατηρείται και να ρυθμίζεται το διάστημα μεταξύ των πλακών.

Αφού ήμουν ικανοποιημένος ότι η πλάκα μαγνήτη και η φλάντζα ήταν αρκετά καλά και ότι η πορτοκαλί πλάκα υποστήριξης ήταν σπειρωμένη με ικανοποιητικό σύρμα, ένωσα τα δύο με κόλλα. Πρέπει να ληφθεί μέριμνα καθώς αυτός ο σύνδεσμος κόλλας θα πρέπει να είναι στεγανός ή κλειστός. Είχα διαρροές τις δύο πρώτες φορές, και είναι ένα χάος, σπαταλά πολύ γύψο και είναι περισσότερο άγχος από ό, τι χρειάζεστε. Θα σας συνιστούσα να κρατάτε κάποια μπλε κόλλα ή άλλη κόμμι σαν μη μόνιμη κόλλα για να διορθώσετε γρήγορα τις διαρροές. Μόλις ενωθούν τα μέρη, γεμίστε με το ενισχυτικό υλικό της επιλογής σας. Χρησιμοποίησα έναν σκληρό γύψο, τροποποιημένο με κόλλα PVA. Ο γύψος υποτίθεται ότι φτάνει τα 10, 000 psi συμπιεστικά, αλλά όχι πολύ σε ένταση (έτσι το σύρμα). Θα ήθελα να δοκιμάσω εποξικά με ψιλοκομμένο γυαλί και cabosil ή σκυρόδεμα και πρόσθετα.

Ένα βολικό πράγμα για το γύψο, είναι ότι μόλις κλωτσήσει έχετε αρκετό χρόνο όπου είναι δύσκολο, αλλά εύθραυστο και διαρροές ή κηλίδες μπορούν εύκολα να γδάρουν ή να χτυπηθούν.

Σε αυτό το σχέδιο, υπάρχουν δύο πλάκες μαγνήτη. Το ένα έχει ένα ρουλεμάν, μια τυπική μονάδα μαξιλαροθήκης 1 που ευθυγραμμίζεται. Πίεσα το δικό μου στη συστοιχία μαγνητών από νωρίς. Για την εφαρμογή για την οποία το έχω σχεδιάσει, ένα δεύτερο ρουλεμάν θα βρίσκεται στον στρόβιλο πάνω από τον εναλλάκτη, οπότε χρησιμοποίησε μόνο το ένα ρουλεμάν που ευθυγραμμίζεται μόνο. Αυτό ήταν λίγο πόνος στο τέλος. Αυτά τα μέρη θα μπορούσαν επίσης να συναρμολογηθούν με κάθε πλάκα μαγνήτη να έχει ρουλεμάν, εάν τα καλώδια εξόδου από τον στάτορα οδηγήσουν εσωτερικά μέσω του τοποθετημένου άξονα. Αυτό θα επιτρέψτε την τοποθέτηση προθεμάτων αντίστροφης περιστροφής σε έναν κοινό, μη περιστρεφόμενο άξονα/σωλήνα.

Βήμα 3: Δημιουργία του στάτορα

Σύμφωνα με το θέμα της προσπάθειας να εξηγήσω τι έχω κάνει και γιατί μου φάνηκε καλή ιδέα εκείνη τη στιγμή, ο στάτης θα απαιτήσει λίγο περισσότερο χώρο.

Σε ένα PMA, γενικά οι περιελίξεις είναι ακίνητες, ενώ τα μαγνητικά συγκροτήματα περιστρέφονται. Αυτό δεν συμβαίνει πάντα, αλλά σχεδόν πάντα. Σε ένα συγκρότημα αξονικής ροής, με την κατανόηση του θεμελιώδους "κανόνα του δεξιού χεριού", είναι κατανοητό ότι κάθε αγωγός που συναντά ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, θα έχει ρεύμα και τάση που δημιουργείται μεταξύ των άκρων του σύρματος, με το ποσό του χρήσιμου ρεύματος να είναι ανάλογο προς την κατεύθυνση του πεδίου. Εάν το πεδίο κινείται παράλληλα με το σύρμα (π.χ., σε έναν κύκλο γύρω από τον άξονα περιστροφής), δεν θα δημιουργηθεί χρήσιμο ρεύμα, αλλά θα δημιουργηθούν σημαντικά στροβιλιστικά ρεύματα, που αντιστέκονται στην κίνηση των μαγνητών. Εάν το καλώδιο λειτουργεί κάθετα, τότε θα επιτευχθεί η υψηλότερη έξοδος τάσης και ρεύματος.

Μια άλλη γενίκευση είναι ότι ο χώρος μέσα στον στάτορα, από τον οποίο διέρχεται η μαγνητική ροή ενώ περιστρέφεται, για μέγιστη ισχύ εξόδου ισχύος, πρέπει να γεμίσει με όσο το δυνατόν περισσότερο χαλκό, ακτινικά τοποθετημένο. Αυτό είναι ένα ζήτημα για συστήματα αξονικής ροής μικρής διαμέτρου, καθώς στην περίπτωση αυτή, η διαθέσιμη περιοχή για χαλκό κοντά στον άξονα είναι ένα κλάσμα της περιοχής στο εξωτερικό άκρο. Είναι δυνατόν να αποκτήσετε 100% χαλκό στην εσωτερική περιοχή που συναντά το μαγνητικό πεδίο, αλλά μέσα σε αυτήν τη γεωμετρία μπορεί να έχετε μόνο 50% στο εξωτερικό άκρο. Αυτός είναι ένας από τους ισχυρότερους λόγους για να μείνετε μακριά από σχέδια αξονικής ροής που είναι πολύ μικρά.

Όπως είπα προηγουμένως, αυτό το διδακτικό δεν αφορά το πώς θα το έκανα ξανά, αλλά είναι να δείξω σε ορισμένες κατευθύνσεις που φαίνονται πολλά υποσχόμενες και να αναδείξω μερικές από τις λακκούβες που μπορούν να επιτευχθούν σε αυτόν τον δρόμο.

Σχεδιάζοντας τον στάτορα ήθελα να το κάνω όσο πιο ευέλικτο γίνεται σε όρους εξόδου βολτ ανά σ.α.λ. και ήθελα να είναι 3φασικό. Για μέγιστη απόδοση, μέσω της ελαχιστοποίησης των δημιουργούμενων ρευμάτων, κάθε "πόδι" (κάθε πλευρά ενός πηνίου πρέπει να θεωρείται ως "πόδι") θα πρέπει να συναντά μόνο έναν μαγνήτη κάθε φορά. Εάν οι μαγνήτες είναι κοντά μεταξύ τους ή αγγίζουν όπως συμβαίνει σε πολλούς κινητήρες rc υψηλής ισχύος, κατά τη διάρκεια του χρόνου που το "πόδι" περνάει από την αναστροφή της μαγνητικής ροής, θα αναπτυχθούν σημαντικά ρεύματα στροβίλου. Σε εφαρμογές κινητήρα αυτό δεν έχει τόση σημασία, καθώς το πηνίο ενεργοποιείται από το χειριστήριο όταν βρίσκεται στις σωστές θέσεις.

Μεγάλωσα τη συστοιχία μαγνήτη με αυτές τις έννοιες στο μυαλό. Οι οκτώ μαγνήτες στη συστοιχία έχουν έκαστο 1 "και το διάστημα μεταξύ τους είναι 1/2". Αυτό σημαίνει ότι ένα μαγνητικό τμήμα έχει μήκος 1,5 "και έχει χώρο για 3 x 1/2" "πόδια". Κάθε "πόδι" είναι μια φάση, οπότε σε οποιοδήποτε σημείο, το ένα πόδι βλέπει ουδέτερη ροή, ενώ τα άλλα δύο βλέπουν ανοδική ροή και φθίνουσα ροή. Τέλεια έξοδος 3 φάσεων, αν και δίνοντας στο ουδέτερο σημείο τόσο πολύ χώρο (για να ελαχιστοποιήσει τα στροβιλισμένα ρεύματα) και χρησιμοποιώντας τετράγωνους μαγνήτες, η ροή κορυφώνεται από νωρίς, παραμένει υψηλή και στη συνέχεια πέφτει στο μηδέν γρήγορα. Αυτός ο τύπος εξόδου νομίζω ότι ονομάζεται τραπεζοειδής και μπορεί να είναι δύσκολος για κάποιους ελεγκτές που καταλαβαίνω. Στρογγυλοί μαγνήτες 1 "στην ίδια συσκευή θα έδιναν περισσότερο πραγματικό ημιτονοειδές κύμα.

Γενικά, αυτοί οι εναλλάκτες που έχουν κατασκευαστεί στο σπίτι έχουν κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας "πηνία", δέσμες καλωδίων σε σχήμα ντόνατ, όπου κάθε πλευρά του ντόνατ είναι "πόδι" και οι αριθμοί των πηνίων μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους, σε σειρά ή παράλληλα. Οι λουκουμάδες είναι διατεταγμένοι σε κύκλο, με τα κέντρα τους ευθυγραμμισμένα με το κέντρο της διαδρομής του μαγνήτη. Αυτό λειτουργεί, αλλά υπάρχουν ορισμένα ζητήματα. Ένα ζήτημα είναι ότι δεδομένου ότι οι αγωγοί δεν είναι ακτινικοί, ένα μεγάλο μέρος του αγωγού δεν περνά σε 90 μοίρες στο μαγνητικό πεδίο, έτσι δημιουργούνται στροβιλισμένα ρεύματα, τα οποία εμφανίζονται ως θερμότητα στο πηνίο και αντίσταση στην περιστροφή στη συστοιχία μαγνητών Το Ένα άλλο ζήτημα είναι ότι επειδή οι αγωγοί δεν είναι ακτινικοί, δεν συσκευάζονται τόσο όμορφα. Η έξοδος είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα καλωδίου που μπορείτε να τοποθετήσετε σε αυτόν τον χώρο, οπότε η έξοδος μειώνεται με μη ακτινικά "πόδια". Παρόλο που θα ήταν δυνατό και μερικές φορές γίνεται σε εμπορικά σχέδια, για να τυλίξετε ένα πηνίο με ακτινικά "πόδια, ενωμένα πάνω και κάτω, απαιτεί 2 φορές τόσο πολύ τύλιγμα στο τέλος, όσο ένα ελικοειδές τύλιγμα, όπου η κορυφή του ενός ποδιού συνδέεται με την κορυφή του επόμενο κατάλληλο πόδι, και στη συνέχεια το κάτω μέρος αυτού του ποδιού ενώνεται με το επόμενο κατάλληλο σκέλος, και συνεχίζει.

Ο άλλος μεγάλος παράγοντας στους εναλλάκτες αξονικής ροής αυτού του τύπου (περιστρεφόμενοι μαγνήτες πάνω και κάτω από τον στάτορα), είναι το κενό μεταξύ των πλακών. Αυτή είναι μια σχέση νόμου κύβου, καθώς μειώνετε την απόσταση μεταξύ των πλακών κατά 1/2, η πυκνότητα μαγνητικής ροής αυξάνεται κατά 8x. Όσο πιο λεπτός μπορείτε να κάνετε τον στάτορα σας, τόσο το καλύτερο!

Έχοντας αυτό κατά νου, έφτιαξα ένα πείρο με 4 λοβούς περιέλιξη, έστησα ένα σύστημα για τη μέτρηση περίπου 50ft καλωδίων, και τύλιξα το jig 6 φορές, δημιουργώντας δέσμες σύρματος διαμέτρου περίπου 6 mm. Αυτά τα ταιριάζω στον μπλε δακτύλιο αποστάσεων, συνδέοντάς τα μέσα από τις τρύπες, έτσι ώστε τα άκρα του σύρματος να βγαίνουν πίσω. Αυτό δεν ήταν εύκολο. Βοηθήθηκε λίγο με το να έχω κολλήσει προσεκτικά τις δέσμες ώστε να μην είναι χαλαρές, και να αφιερώσω χρόνο και να χρησιμοποιήσω ένα λείο ξύλινο εργαλείο σχηματισμού για να σπρώξω τα καλώδια στη θέση τους. Μόλις ήταν όλα δεμένα στη θέση τους, ο μπλε δακτύλιος διαστήματος τοποθετήθηκε στη μεγαλύτερη από τις ανοιχτό πράσινες μπανιέρες και με τη βοήθεια του σκούρου πράσινου εργαλείου σχηματισμού ντόνατ, στην άλλη πλευρά της ανοιχτό πράσινης μπανιέρας, πιεσμένη προσεκτικά με μια βιτρίνα πάγκου. Αυτή η μπανιέρα σχηματισμού έχει μια αυλάκωση για να κάθονται οι περιστροφές του καλωδίου. Αυτό απαιτεί χρόνο και υπομονή καθώς περιστρέφετε προσεκτικά περίπου 1/5 στροφή, πιέζετε, περιστρέφετε και συνεχίζετε. Αυτό σχηματίζει τον δίσκο επίπεδο και λεπτό, ενώ επιτρέπει τη συσσώρευση των περιελίξεων στα άκρα. Μπορεί να παρατηρήσετε ότι η περιέλιξή μου με 4 λοβούς έχει ίσια "πόδια", αλλά οι εσωτερικές και εξωτερικές συνδέσεις δεν είναι στρογγυλές. Αυτό υποτίθεται ότι θα τους διευκόλυνε να στοιβάζονται. Δεν βγήκε τόσο καλά. Αν το έκανα ξανά, θα έκανα τις περιελίξεις του εσωτερικού και εξωτερικού άκρου να ακολουθούν κυκλικές διαδρομές.

Αφού το έκανα επίπεδο και λεπτό, και οι άκρες του ήταν γεμάτες, τυλίγω μια επίπεδη κορδέλα γύρω από την άκρη για να το συμπιέσω, και μια άλλη πάνω, κάτω και γύρω από κάθε πόδι και στη συνέχεια στο ένα δίπλα του επίσης. Αφού γίνει αυτό, μπορείτε να αφαιρέσετε τα καλώδια γραβάτας και να μεταβείτε στη μικρότερη μπανιέρα πίεσης και να επιστρέψετε στο κατώφλι και να το πιέσετε όσο το δυνατόν πιο λεπτό και επίπεδο. Μόλις είναι επίπεδο, αφαιρέστε το από τη μπανιέρα πρέσας. Αντί για τη σύνθετη διαδικασία προσεκτικής αποτρίχωσης και επικάλυψης καλουπιών όπως αυτό με ενώσεις απελευθέρωσης, γενικά χρησιμοποιώ μόνο δύο στρώσεις ελαστικού περιτυλίγματος (από την κουζίνα). Τοποθετήστε μερικές στρώσεις στο κάτω μέρος του καλουπιού και τοποθετήστε το υαλοβάμβακα στο ελαστικό περιτύλιγμα. Στη συνέχεια, προσθέστε τον σωλήνα στήριξης του στάτορα, ο οποίος ταιριάζει στην κορυφή του ανοιχτού πράσινου κάδου σχηματισμού, αλλά έχει το στρώμα ελαστικού περιτυλίγματος και υαλοβάμβακα μεταξύ τους. Στη συνέχεια, προσθέστε το τύλιγμα του στάτη στη θέση του για να σπρώξετε προς τα κάτω τόσο το ελαστικό περιτύλιγμα όσο και το υαλοβάμβακα και ασφαλίστε τον σωλήνα στήριξης του στάτορα στη θέση του. Στη συνέχεια, επιστρέψτε στην κατεύθυνση και πατήστε ξανά το κουμπί επίπεδη. Μόλις προσαρμοστεί καλά στη μπανιέρα, με το ελαστικό περιτύλιγμα και το υαλοβάμβακα στριμωγμένα, τότε προστίθεται ύφασμα από υαλοβάμβακα (με μια τρύπα στο κέντρο για τον σωλήνα τοποθέτησης του στάτορα).

Τώρα είναι έτοιμο να χυθεί το υλικό συγκόλλησης, συνήθως χρησιμοποιούνται εποξική ή πολυεστερική ρητίνη. Πριν γίνει αυτό, η προσεκτική προετοιμασία είναι σημαντική καθώς μόλις ξεκινήσετε αυτήν τη διαδικασία δεν μπορείτε πραγματικά να σταματήσετε. Χρησιμοποίησα μια τρισδιάστατη εκτυπωμένη πλάκα βάσης που είχα κάνει στο παρελθόν, με μια τρύπα 1 "στο κέντρο και μια επίπεδη πλάκα γύρω από αυτήν. Χρησιμοποίησα ένα σωλήνα αλουμινίου 16" 1 ", για να ταιριάζει και να είναι συγκρατήθηκε κάθετα στην επίπεδη πλάκα. Η πράσινη μπανιέρα σχηματισμού, η περιέλιξη του στάτορα και ο σωλήνας τοποθέτησης στάτορα γλιστρούν προς τα κάτω για να καθίσουν στην επίπεδη πλάκα. Πριν ανακατέψω το εποξικό, διάβασα πρώτα 4 κομμάτια συρρικνωμένου περιτυλίγματος και τοποθέτησα προσεκτικά ένα 5ο κομμάτι στο σκούρο πράσινο που σχηματίζει ντόνατ, έτσι ώστε να έχει τις ελάχιστες ρυτίδες στο πρόσωπο ενάντια στο τύλιγμα του στάτορα. Αφού αναμίξω το εποξικό και το ρίξω στο ύφασμα από υαλοβάμβακα, έπειτα έβαλα προσεκτικά το ελαστικό περιτύλιγμα γύρω από το σωλήνα 1 "και τοποθέτησα το πράσινο σχηματίζοντας δακτύλιο πάνω του. Είχα επίσης ετοιμάσει μερικούς παλιούς ρότορες φρένων, οι οποίοι έδωσαν λίγο βάρος, και κάθισαν όμορφα στο πράσινο ντόνατ. Μετά από αυτό, έβαλα ένα ανεστραμμένο δοχείο πάνω από τους ρότορες των φρένων και πάνω από το δοχείο στοίβαξα περίπου 100 κιλά αντικειμένων. Το άφησα για 12 ώρες και βγήκε πάχος περίπου 4-6 χιλιοστών.

Βήμα 4: Δοκιμές και αισθητήρες

Υπάρχει ένας αριθμός μετρήσιμων εισόδων και εξόδων από τον εναλλάκτη, και η μέτρηση όλων αυτών, ταυτόχρονα δεν είναι εύκολη. Είμαι πολύ τυχερός που έχω κάποια εργαλεία από τον Vernier που το κάνουν πολύ πιο εύκολο. Ο Vernier κατασκευάζει προϊόντα εκπαιδευτικού επιπέδου, όχι πιστοποιημένα για βιομηχανική χρήση, αλλά πολύ χρήσιμα για πειραματιστές όπως εγώ. Χρησιμοποιώ ένα καταγραφικό δεδομένων Vernier, με μια ποικιλία αισθητήρων plug and play. Σε αυτό το έργο χρησιμοποιώ ανιχνευτές ρεύματος και τάσης που βασίζονται σε αίθουσα, για τη μέτρηση της εξόδου του εναλλάκτη, έναν οπτικό αισθητήρα για την ταχύτητα του εναλλάκτη και μια κυψέλη φορτίου για τη μέτρηση της ροπής. Όλα αυτά τα όργανα δειγματίζονται περίπου 1000 φορές το δευτερόλεπτο και καταγράφονται στο φορητό υπολογιστή μου, χρησιμοποιώντας τον καταγραφέα Vernier ως συσκευή μετάβασης AD. Στο φορητό υπολογιστή μου το σχετικό λογισμικό μπορεί να εκτελέσει υπολογισμούς σε πραγματικό χρόνο με βάση τις εισόδους, συνδυάζοντας δεδομένα ροπής και ταχύτητας για να δώσει ισχύ άξονα εισόδου σε πραγματικό χρόνο σε Watt και δεδομένα εξόδου σε πραγματικό χρόνο σε ηλεκτρικά Watt. Δεν τελείωσα με αυτόν τον έλεγχο και η βοήθεια από κάποιον που έχει καλύτερη κατανόηση θα ήταν χρήσιμη.

Ένα θέμα που έχω είναι ότι αυτός ο εναλλάκτης είναι πραγματικά ένα παράπλευρο έργο, και έτσι δεν θέλω να ξοδέψω πολύ περισσότερο χρόνο σε αυτό. Όπως είναι, νομίζω ότι μπορώ να το χρησιμοποιήσω για ένα ελεγχόμενο φορτίο για την έρευνά μου στο VAWT, αλλά τελικά θα ήθελα να συνεργαστώ με ανθρώπους για να το βελτιώσουμε, έτσι ώστε να είναι ένας αποτελεσματικός συνδυασμός για τον στρόβιλο μου.

Όταν ξεκίνησα να ασχολούμαι με την έρευνα VAWT πριν από περίπου 15 χρόνια, συνειδητοποίησα ότι η δοκιμή των VAWT και άλλων πρωταρχικών κινητήρων είναι πιο περίπλοκη από ό, τι οι περισσότεροι άνθρωποι συνειδητοποιούν.

Ένα πρωταρχικό ζήτημα είναι ότι η ενέργεια που αντιπροσωπεύεται σε ένα κινούμενο ρευστό, είναι εκθετική στον ρυθμό κίνησης. Αυτό σημαίνει ότι καθώς διπλασιάζετε την ταχύτητα μιας ροής, η ενέργεια που περιέχεται στη ροή αυξάνεται 8 φορές (είναι σε κύβους). Αυτό είναι ένα πρόβλημα, καθώς οι εναλλάκτες είναι πιο γραμμικοί και γενικά, εάν διπλασιάσετε τις στροφές του εναλλάκτη, παίρνετε περίπου 2x τα watt.

Αυτή η θεμελιώδης αναντιστοιχία μεταξύ τουρμπίνας (συσκευή συλλογής ενέργειας) και του εναλλάκτη (ισχύς άξονα σε χρήσιμη ηλεκτρική ισχύ) καθιστά δύσκολη την επιλογή εναλλάκτη για ανεμογεννήτρια. Εάν επιλέξετε έναν εναλλάκτη για την ανεμογεννήτρια σας που θα παράγει τη μεγαλύτερη διαθέσιμη ισχύ από ανέμους 20χλμ/ώρα, πιθανότατα δεν θα αρχίσει να στρίβει έως και 20-25χλμ/ώρα, καθώς το φορτίο στον στρόβιλο από τον εναλλάκτη θα είναι πολύ υψηλό Το Με αυτόν τον αγώνα εναλλάκτη, όταν ο άνεμος είναι πάνω από 20 χιλιόμετρα, όχι μόνο ο στρόβιλος θα συλλάβει μόνο ένα κλάσμα της διαθέσιμης ενέργειας στον άνεμο υψηλότερης ταχύτητας, ο στρόβιλος μπορεί να υπερβεί ταχύτητα και να καταστραφεί καθώς το φορτίο που παρέχει ο εναλλάκτης δεν είναι υψηλό αρκετά.

Την τελευταία δεκαετία μια λύση έγινε πιο οικονομική λόγω της πτώσης της τιμής των ηλεκτρονικών ελέγχου. Αντί να προσπαθήσει να ταιριάξει ένα εύρος στροφών, ο σχεδιαστής υπολογίζει τη μέγιστη ταχύτητα στην οποία προορίζεται να λειτουργήσει η συσκευή και επιλέγει εναλλάκτη με βάση την ποσότητα ενέργειας και την ιδανική ταχύτητα για τον στρόβιλο σε αυτήν την ταχύτητα ή λίγο παραπάνω Το Αυτός ο εναλλάκτης εάν συνδεθεί στο φορτίο του, θα παρέχει κανονικά υπερβολική ροπή στο εύρος χαμηλών στροφών και ο υπερφορτωμένος στρόβιλος δεν θα συλλαμβάνει όλη την ενέργεια που θα μπορούσε να είχε αν είχε φορτωθεί σωστά. Για να δημιουργηθεί το κατάλληλο φορτίο, προστίθεται ένας ελεγκτής που αποσυνδέει στιγμιαία τον εναλλάκτη από το ηλεκτρικό φορτίο, επιτρέποντας στον στρόβιλο να επιταχύνει στην κατάλληλη ταχύτητα και ο εναλλάκτης και το φορτίο επανασυνδέονται. Αυτό ονομάζεται MPPT (Multi Power Point Tracking). Ο ελεγκτής είναι προγραμματισμένος έτσι ώστε καθώς αλλάζει η ταχύτητα του στροβίλου (ή αυξάνεται η τάση του εναλλάκτη), ο εναλλάκτης συνδέεται ή αποσυνδέεται, χίλιες φορές το δευτερόλεπτο περίπου, ώστε να ταιριάζει με το φορτίο που έχει προγραμματιστεί για αυτήν την ταχύτητα ή την τάση.