Многие самодельные ветряки снабжаются самодельными генераторами с ротором на постоянных магнитах. В сети есть огромное количество примеров и инструкций как сделать такой однофазный генератор. Поговорим о более совершенном решении.

Трехфазный генератор, это ничто иное, как однофазный с двумя дополнительными обмотками, незначительно смещенными относительно первой.

В однофазном генераторе, для согласованного действия всех обмоток, они должны быть поочередно намотаны в разном направлении.

На рисунке видно, что каждая следующая обмотка намотана противоположно предыдущей. Первая по часовой стрелке, вторая против часовой стрелки. Если ваш ротор содержит 8 постоянных магнитов, то у вас должно быть и 8 обмоток.

В трехфазном генераторе вы можете иметь 3 обмотки на каждую пару магнитов. Под парой магнитов понимается один магнит обращенный северным полюсом к обмоткам и один – южным. Существует множество вариантов намотки. Например, можно использовать 8 магнитов и только 6 обмоток не перекрывающих друг друга или поставить 3 комплекта из 4-х последовательно соединенных обмоток. Ниже представлена диаграмма из 4 магнитов с иллюстрацией размещения каждого комплекта обмоток.

Как видите, первая фаза перекрывает только северные полюса магнитов, и все обмотки одной фазы намотаны в одном направлении. Две другие фазы идентичны первой за исключением того, что они смещены. Следующая диаграмма показывает взаимное размещение всех обмоток 4-х-полюсного 3-х-фазного генератора. Начала обмоток отмечены A, B, C, концы – D, E, F. Выходными у этого агрегата будут провода A, C и E. Причина, по которой выход второй фазы находится в конце обмотки, заключается в том, что когда магнит проходит вторую обмотку, генерируется ток в противофазе токов 1-й и 3-й обмотки. Чтобы не мотать 2-ю обмотку в обратном направлении, мы просто меняем в ней местами вход и выход.

Существует две схемы соединения фаз в 3-х-фазных генераторах: «звезда» и «треугольник». Треугольник дает меньшее напряжение, но больший ток. Звезда наоборот – большее напряжение и меньший ток. При расчете используется коэффициент равный квадратному корню из 3 (примерно 1,732). Каждый набор обмоток – это фаза генератора. Поэтому когда вы измеряете напряжение, ток или сопротивление одного набора обмоток, это будут параметры одной фазы. Когда вы знаете параметры одной фазы, можно посчитать параметры «звезды» и «треугольника». Напряжение для замеров может сниматься с любых двух из трех выходов генератора.

На нашем тестовом генераторе, например, одна фаза выдает 22В и 10А, в этом случае выход «звезды» будет 38,1В (22*1,732) и 10А. Ток остался таким же как и у одной фазы, т.к. при соединении «звездой» фазы соединяются последовательно. При соединении «треугольником» мы получим 22В и 17,32А (10*1,732). Если посчитать мощность двух схем, то получится: 22*17,32=381Вт и 38,1*10=381Вт. И в чем же преимущества каждой схемы?

Обычно сопротивление «треугольника» в 3 раза ниже чем сопротивление «звезды». А т.к. по обмоткам течет ток, то будут и потери мощности. Сопротивление «звезды» нашего генератора составляет 1,5 ом, можем посчитать выходную мощность. При 600 об/мин и соединении «звездой» мы получили напряжения 38В. Это около 16 об/мин на 1В. Т.о. на 1000 об/мин мы можем получить 62,5В. Вычтем напряжение заряжаемого аккумулятора (12,6В) получим 49,9В на выходе. При сопротивлении 1,5 Ом ток будет 49,9/1,5=33,26А. Т.о. на нагрузке получим мощность 33,26*12,6=419 Вт. Не так уж и плохо.

Теперь для «треугольника». На выходе мы получаем 22В при тех же оборотах (около 27 об/мин на 1В). На 1000 об/мин мы получим 37В. Минус 12,6В на батарее, итог: 24,4В. Сопротивление «треугольника» 0,5 Ом, Ток: 24,4/0,5=48,8А, а мощность: 48,8*12,6=614Вт. Почти на 200 Вт больше!!!

Преимущество «звезды» в более высоком напряжении при более низких оборотах, что означает, что наш тестовый генератор сможет начать заряжать аккумулятор на 12,6В уже при 200 об/мин. «Треугольнику» для начала заряда понадобится достичь 340 об/мин.

Но при этому, преимущество треугольника в том, что, достигнув более высоких оборотов, он сможет выдать более высокую мощность.

Теперь надо соединить выходы и преобразовать переменный ток в постоянный для зарядки аккумуляторов. Ниже показаны две различные схемы соединения 3-х-фазных генераторов: «звезда» и «треугольник» и два разных типа выпрямителей для них: на диодах и готовых диодных мостах (диодные сборки для однофазных выпрямителей). Любой из представленных выпрямителей может использоваться для каждой конфигурации фаз.

Ну и напоследок пара фактов о 3-х-фазном токе.

• Большинство современных генераторов в мире – 3-х-фазные.
• Концепция 3-х фаз изначально была предложена Никола Тесла, он и доказал их превосходство над однофазными.
• В одном диапазоне мощностей три фазы обычно на 150% более эффективны одной.
• В однофазных системах мощность падает до нуля 3 раза за каждый оборот генератора, в 3-х-фазных – падение мощности до нуля в течение оборота не происходит. Мощность, подаваемая на нагрузку одинакова в любой момент.
• В 3-х-фазном генераторе сечение проводов может быть на 25% меньше чем сечение проводов в однофазном при одинаковой мощности.

Итак, три фазы, это не намного сложнее одной, но гораздо более эффективно!!!

Оригинал статьи на английском языке на сайте WindStuffNow.Com