Tijdens een kampeertrip weg van de moderne infrastructuur merk je al snel hoe gewend je bent aan het feit dat elektriciteit op de een of andere manier altijd en overal beschikbaar is. Het stomme: dit is meestal te merken als er geen elektriciteit is.
Voor dit geval zijn er nu powerbanks. Maar wat als de powerbank leeg is? Onderweg opladen is lastig zonder stroom.
Ik heb een paar jaar geleden met hetzelfde probleem te maken gehad tijdens een kampeertrip. Ik had toen zelfs een mobiele zonnecel bij me. Dit leverde wat energie op, maar niet genoeg door het gebrek aan zon. De zon scheen gewoon niet sterk genoeg. Wat ik tegen had was wind.
Zo ontstond het idee om een windturbine te bouwen die je zelf kunt maken met een 3D-printer.
Aanvankelijk vergeten, kreeg dit idee een nieuwe impuls toen ik op de rommelmarkt een paar neodymiummagneten tegenkwam. Voor weinig geld heb ik daar magneten gekregen waarmee zeker een geschikte generator gebouwd kan worden.
Dit resulteerde in de loop van de tijd in het hier gepresenteerde project. Hieronder vindt u ook gedetailleerde montage-instructies voor de afzonderlijke componenten.
Belangrijk: De windturbine draait nog niet perfect (11 oktober 2020). De wieken moeten nog afgesteld worden en de generator voldoet niet helemaal aan de karakteristieken van de windturbine. Ik heb hier dus nog wat werk te doen. Maar misschien Tot die tijd zijn de getoonde onderdelen een suggestie voor iedereen die bezig is met een eigen ontwerp van een 3D-geprinte windturbine. 🙂
Overzicht
- Windturbine gemaakt van 3D geprinte onderdelen
- HAWT-ontwerp
- Rotordiameters van 0,5 tot 1,2 m mogelijk
- 3D geprinte vleugels
- Gebruikt een 3D-geprinte schijfgenerator om stroom op te wekken
- Veiligheidsfuncties door actieve hoekverstelling van de vleugels, mechanische rem en elektronische remfunctie via de schijfgenerator
- Kan worden bedrukt met elke “normale” FDM-printer (bedgrootte 20 x 20 cm).
videos
Afbeeldingen
Hieronder staan een paar foto's van verschillende onderdelen uit verschillende stadia van ontwikkeling.
Ontwikkeling
Ik documenteerde het grootste deel van de ontwikkeling en de individuele problemen op Hackaday.io. Je vindt de link hier. 🙂
https://hackaday.io/project/172328-windiy-hawt-wind-turbine
Instructies om zelf te bouwen
De structuur van WinDIY bestaat uit meerdere afzonderlijke segmenten. Aangezien alle onderdelen te printen zijn op een 3D-printer met een printoppervlak van 20x20cm, moeten de losse onderdelen na het printen nog in elkaar gezet worden.
Meestal worden M3 schroeven en moeren gebruikt om niet te veel verschillende onderdelen te gebruiken. Gedetailleerde materiaallijsten vindt u in het betreffende artikel.
- vleugels bouwen: WinDIY - bouw de vleugels van de windturbine
- Windvaan instellen: WinDIY – monteer de windvaan
- Hub bouwen: WinDIY – Bouw hub inclusief mechanica
- Toren bouwen: WinDIY – Zet de toren op
- Bouw hoofdas: WinDIY – Monteer de hoofdas
- Stel de pitch-actuator in: WinDIY – pitch-actuator in elkaar zetten
Elektronica
Zoals hierboven vermeld, heeft WinDIY enkele beveiligingsfuncties. Om deze gecontroleerd te kunnen aansturen is natuurlijk wat elektronica nodig. Hiervoor ben ik begonnen met de ontwikkeling van een printplaat waarop alle benodigde componenten zijn ondergebracht.
De volgende componenten zijn er tot nu toe op geïnstalleerd:
- Drieweg bruggelijkrichter
- Stap naar beneden controle
- Drie onafhankelijke laadcircuits voor elk een LiPo-cel
- Drie I2C-motordrivers voor het aansturen van de motoren van de remactuator en de pitch-actuator
- Diverse stroom- en spanningssensoren om de opgewekte en verbruikte energie te meten
- Aansluitingen voor twee Hall-sensoren voor het meten van het generatortoerental
- Aansluitingen voor drie schuifweerstanden om de standen van de pitchactuator en de remcilinder te kunnen meten
- Aansluitingen voor twee krachtsensoren voor het meten van de contactdruk van de remcilinders
- Aansluitingen voor vier NTC's om de temperaturen van de generatorwikkelingen en de belastingsweerstand te meten.
- Aansluiting om de gelijkgerichte spanning af te kunnen voeren naar een verbruiker
- Aansluiting en elektronica om een belastingsweerstand PWM-gestuurd te kunnen inschakelen.
- Trillingssensor om abnormale trillingen te detecteren
- twee temperatuursensoren om de temperaturen op de print te bewaken
- een elektronisch kompas
- een micro SD-kaartsleuf
- een klimaatsensor voor het meten van de omgevingstemperatuur, luchtvochtigheid en luchtdruk
software
De software is ontwikkeld met behulp van de Arduino IDE. U kunt de huidige status vinden in de Nerdiy-Git onder de volgende link:
Nederlands 
Deutsch 
English 
Français 
Español
Ik las dat er problemen zijn met de snelheid? Ik ben niet 100% zeker over het koppel dat wordt geproduceerd, maar een goed draaiend planetair tandwiel in de naam van de rotor zou de RPM's aanzienlijk moeten verhogen en zou niet veel ruimte in beslag nemen?
Prachtig project trouwens
hoi daniel,
bedankt voor die suggestie. 🙂 Ik ben momenteel bezig om de hele constructie een beetje te vereenvoudigen. Ik had de planetaire versnelling nog niet eens op mijn “lijstje”. Bedankt voor de tip. 🙂
Hartelijke groeten
Fab
Hallo,
De magneten zijn gerangschikt in Halbach? Dit verhoogt de magnetische flux.
De 3-weg bruggelijkrichter is een standaardmodel met doids? Probeer eens een MOSFET.
Diodes verbruiken altijd wat spanning - bij bruggelijkrichters is dit tweemaal de doorlaatspanning. Met siliciumdiodes verlies je dus 1,4 volt.
Met MosFET verlies je bijna niets - microvolts.
Zoek op Google naar 'mosfet als diode'.
U kunt deze methode ook in de spanningsomvormer gebruiken.
Als er voldoende koppel is, maar niet genoeg snelheid, gebruik dan misschien een planeetwiel. Zo doen de “groten” het ook.
En wind de spoelen met meer windingen. Dit verhoogt hun spanning en je haalt er ook bij lagere snelheden wat uit.
Hé Michaël,
het is geen Halbach-arrangement. De ingebouwde generator is ook vrij simpel en niet optimaal door de niet echt passende magneten. Een kleine impressie krijg je hier: https://nerdiy.de/nerdiskerator-a-generator-from-the-3d-printer/
Ik vind de MOSFET-gelijkrichteroplossing ook erg interessant. Ik had/heb echter enig respect voor de juiste aansturing van de MOSFET's en daarom heb ik het iets verderop op “de lijst” ingevoerd. Aan de andere kant zijn de bespaarde verliezen best spannend.
Bedankt voor je tips. 🙂
Hartelijke groeten
Fabian
Ik voel hetzelfde met MosFET's. Toen ik aan het trainen was om elektronica-ingenieur in het energiesysteem te worden, kwamen de eerste MosFET's die 2 ampère aankonden net op de markt. Ze waren zo groot als 2 euromunten.
Ik googlede het gewoon uit nieuwsgierigheid en verveling.
Ik heb geleerd dat een 3-fase gelijkrichter met MOSFets niet zo eenvoudig is als een met diodes.
Zo zijn 6 diodes voldoende, maar heb je 12 MosFET's nodig. Je hebt namelijk per fase een volledige brug nodig, aangezien de aansturing van de tegenpool gehaald moet worden. Dat werkt niet met driefasige stroom...
Toen vond ik een ander circuit met een besturings-IC... LT4320 - ook interessant.
Ik heb een link toegevoegd met een compleet circuit dat zelfs zou moeten werken voor 3-fase AC - of 4, 5, 6, veel ...
Daar heeft elke MosFET zijn eigen kleine besturing en kan zo precies functioneren als een diode.
Hij schrijft echter dat hij het circuit niet kon starten zonder een externe voeding voor het stuurcircuit. Maar dat geldt waarschijnlijk voor een softwaresimulatie.
Je zou het moeten proberen.
https://www.mikrocontroller.net/topic/375657
Over de planetaire tandwielen... Deze zouden ervoor moeten zorgen dat de generator sneller draait om zo hogere spanningen in de spoelen op te wekken.
Zo kwam ik op het idee om in plaats daarvan een ring aan de buitenkant van de propellers te bevestigen en daar de magneten te bevestigen. Buiten dan de spoelen.
Een paar woorden over het aantal magneten en spoelen...
Elk even aantal magneten. Het aantal spoelen moet 1 lager of hoger zijn!
Dit reduceert het startkoppel enorm, omdat de houdkrachten van de magneten en spoelkernen elkaar bijna volledig opheffen. Maar dan heb je ook veel diodes/MosFET's nodig – twee per spoel.
Last but not least kun je hem ontwerpen als een windturbine. Dwz er zijn geen propellervluchten in het midden, maar alleen aan de buitenrand. Een kegel in het midden van de turbine leidt de luchtstroom van het midden van de turbine naar de vleugels, en de lucht moet vlak voor de vleugels worden rondgedraaid om de propeller nog meer aan te drijven.
Doe dan alles in een tube. Dit voorkomt turbulentie aan de vleugelpunten en dat de vanuit het midden verplaatste lucht eenvoudig naar buiten ontsnapt zonder de vleugels aan te drijven.
Nu ziet het onderdeel eruit als een vliegtuigturbine, alleen korter.
Ok – nu wordt het nog intenser…
Het geheel staat nu op een mast. Op de mast onder de turbine is een tandwiel gemonteerd.
Aan de onderkant van de turbine zijn twee kleinere propellers bevestigd, deze moeten in een hoek van 90° ten opzichte van elkaar staan. Ze drijven een differentieel via cardankoppelingen of conische tandwielen zo aan dat het differentieel in evenwicht is wanneer de propeller aan dezelfde stroom wordt blootgesteld – dwz hij draait niet.
Als een van de propellers een sterkere stroming heeft omdat de windrichting is veranderd, draait deze propeller sneller dan de andere en draait het differentieel. Het grijpt aan op het tandwiel dat aan de mast is bevestigd en draait de turbine terug in de wind.
Het voordeel ten opzichte van een vin is dat de turbine langzaam tegen de wind in draait en niet begint te klapperen als de wind onstabiel van richting verandert.
Zijn de metalen schroeven in de spoelen als ijzeren kernen?
Nou, niet slecht voor een eerste poging.
Maar het is beter om transformatorplaat te gebruiken. Dus op naar de transformatorplaatwerkplaats 🙂
Transformatorplaten zijn dunne ijzeren schijven die van elkaar zijn geïsoleerd en op elkaar zijn gestapeld om een ijzeren kern te vormen.
Tijdens mijn opleiding tot technicus elektronica in een energiecentrale mochten we allemaal een transformator bouwen.
Stapel de meegeleverde transformatorkern op elkaar, plaats het eerder gewikkelde plastic wikkellichaam, soldeer op de klemmenstrook.
De (hand)wikkelmachine hield de draad altijd onder spanning. Strak en strak is beter - De magnetische flux neemt af met het kwadraat van de afstand tot de kern en daarmee het uitgezonden vermogen.
Een ferrietkern zou nog betere resultaten moeten geven.
De reden hiervoor zijn wervelstromen in de ijzeren kern, die ontstaan wanneer het magnetische veld ook stromen in de ijzeren kern induceert. Natuurlijk kort de kern ze onmiddellijk kort, waardoor de ijzeren kern opwarmt.
Deze warmte wordt dan niet meer omgezet in elektrische energie...
De geïsoleerde ijzeren schijven verminderen de huidige turbulentie enorm. Een ferrietkern is gemaakt van gesinterd materiaal waarin de huidige wervels slechts een fractie van een millimeter ruimte hebben en er dus nauwelijks energie “verspild” wordt.
Het enige wat ontbreekt is een buck-boost converter om bij lage snelheden bruikbare spanning te kunnen opwekken en een optimale puntregeling die de afstand tussen de magneten en de spoelen kan aanpassen zodat bij verschillende windsnelheden steeds het beste rendement wordt behaald.
Als je alles klaar hebt, presenteer je het ding aan NASA. Er is meer wind dan zon op Mars!
Merci pour cette page, je suis en train de faire des tests de petites éoliennes imprimées en 3D et j’ai trouvé des informations intéressantes