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巧用废旧电动自行车电机做风力发电装置

[日期:2013-07-18] 来源:  作者:江苏 丁德勤 [字体: ]

 

  目前市面上使用的电动自行车都是直流旋转式电动机,依据其磁场产生的不同方向性.一般分为励磁式电动机和永磁式电动机两种型号。直流励磁式电动机的磁场由线圈绕组产生,过载能力强、输出功率大、耗电省,普遍用在电动三轮车、大功率电动自行车和较大的负载运转的机械设备上。直流永磁式电动机的磁场由永磁体产生,因无需绕组励磁,这样就省去了励磁绕组工作时消耗的电能,提高了电动机的转换效率。也就是说直流永磁式电机常被电动车自行车普遍使用.这是我们自制小微型风力发电机的重要依据之一。
  
  为了使直流电机保证单向运转,必须使直流电机通过平衡点时电流要变换方向。常规有两种方法:一是用机械方式换向器,即“电刷”进行改变电枢线圈通过平衡位置时的电流方向;二是通过电子开关电路来切换电枢线圈通过平衡的位置时的电流方向.一般前者称为宜流电刷的电机,后者为直流无刷电机。在直流有刷电机中磁钢作为定子,线圈绕组作为转子,在转子上装有换向器,线圈绕组连接在换向器上,由换向器经电刷与外部电源相联,随着电动机转子转动时,电机绕组线圈交替与电源的正极相连.从而完成绕组线圈电流的换向,使电机持续单方向旋转。直流无刷电机中磁钢为转子,线圈绕组作为定子,定干线圈由三个在空间上均匀分布的绕组组成.当输入线圈的电流在位置传感器和电子开关的相互作用下顺次切换时,立即会产生转动磁场,为驱动转子单向运动。
  
  一、发电机在改装中应注意几个问题
  
  依据法拉弟的电磁感应基本定律的原理,闭合线圈在磁场中切割磁力线就会产生感应电流,在电动自行车中所用的电动机均为永磁式的电动机。也就是说确定了一个恒定的磁场,由于电动机绕组就是~个闭合的线圈,当电机的转子与定子间有相对转动时.在绕组的线圈就会产生感应电流电压。由于结构形状不同.有刷电动和无刷电机的改制方法稍微有所区别。
  
  这里是把有刷直流电机直接当发电机使用,这时输出的是直流电,需要注意的是转子旋转的方向要一致,否则输出电压的正负极性会相反。为了要发电机输出的电压极性保持相应的固定.应在发电杌输出端安装一个桥式整流稳压电路,防止风力发电机无论是正转还是反转其输出的电压始终恒定,电路如下图所示。为了使发电机应输出尽可能多的电能,叶片应正对风向,制作时一定在风力发电机尾部安装一个导向舵,如上图所示。若风力发电机未能正对风向,则导向舵两面受力不等,其中对风的一侧受力大,背风的一侧受力小.与此同时由于导向舵的受风面比较大,在刮风时特别是风力大的作用下会使整个风力发电机产生转动,直至导向舵平面与风向平行。舵面二侧受力均等,当然此时风力发电机的叶片刚好正对风向.桨叶受风面最大,确保了发电机输出的电压  最大,输出的电能功率也最大。因风力的大小不等,在使用过程中的电压忽高忽低即不恒定,依据选用直流电刷电机的不同电压等级,如24V、36V、48V等,电机输出电压也不相同,在应用中要以测量到的电压为标准。
  
  改装电动自行车的旧电机时,其中有一部分电机存在局部不同程度的损坏、磨损,依据笔者的改制经验,直流有刷电机绕组线圈的问题较少,绝大部分是电刷以及换向器磨坏。电刷、换向器工作时均在磨擦状态,因长时间的工作中电刷会磨损、换向器就会有热度易烧蚀、污损等情况。若换向器烧蚀不严重时,用最细的砂纸打磨换向器并更换电刷就能工作,若换向器、电刷磨损较重时无法修复,就取摔电刷,断开换向器上的任意一处,接引两根线选为输出线,就能使用。
  
  切记:这时输出的电压、电流不是直流电源而是交流电压,电压随着电机的转速快慢变化而变化,因此这里一定要装桥式整流电路,经稳压、整流、滤波后,就能得到平滑的直流电了。

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  二、直流无刷电机的改装
  
  直流无刷电机的改装就简单得多了,从输出的未端8根引线中,找出其中绕组线圈的三根引线的粗线即可,如下图所示。~般情况下输出的8根引线中有5根是较细的线.当中一红一黑2根线是霍尔位置传感器的电源输出入线;另三根是霍尔位置传感器的信号输出线'控制电子开关适时为三个绕组线圈提供电源.产生旋转磁场.驱动电机转动。这五根细线在改装发电机中不起作用,但要把它们的五个接线头分别分开包扎好放置一边就行。另三根粗线就是我们需要的绕组线圈输出线,这里直流无刷电机的三相绕组线圈均采用的是星形连接,每当转子磁钢旋转时,绕组线圈输出的是三相交流电源。通过三相整流、稳压、滤波后就可得到平滑、平稳的直流电压。
  
  在实际改制过程中发觉磁钢脱落,这也是电动自行车旧电机的常见故障之~,该种电动机工作环境比较恶劣,尤其是在雨、雪天及露天潮湿环境中使用,最易生锈。生成氧化的铁锈在磁钢和支架之间易膨胀,胀开磁钢,使磁铜脱落或位置偏移,这就诰成电动机定子与转子互相磨擦.也就是人们所说的“扫镗”,使电动机不能正常工作。解决的方法是打开电机端盖,找出脱落或偏移的磁钢,就地清理残余的树脂胶、铁锈、灰尘以及杂质,用万能胶重新粘牢磁钢。特别提示:在粘胶时一定要注意按原来的方向、顺序校正好磁钢的位置,确定与其他磁钢面平整一致,晴天固化24小时后安装好电机,应能恢复使用。

直流无刷电机


  
  三、电压调节器
  
  天然风因大、小不均,往往发电机发出的电压不太稳定,随着强风、弱风的变化而变化.因此得到的电源电压是不能直接实际使用的。笔者翻阅大量的资料.想尽一切办法最终确定购买一只开关电源,进行最基本的改动,依据资料介绍开关电源的输入电压范围宽、转换效率极高、功率大、输出电压稳定.是改制风力发电机的首洗由压调节器。

  四、改装调试程序和实验
  
  发电机改结束后就立即给装好的风力发电机安上叶片,笔者这里是选用旧发电机的三个叶片来做桨叶.现在的电动自行车都是电机和轮毂连在一起的,为我们改装提供了方便。将3个叶片空间上彼此一圈相隔距离120度,均匀固定在轮毂上就管用了(见上图)。在自制发电机后部安装一只导向舵,再在发电机下部中间力量平衡点装接上一个转动轴,要求活动自如.套上一段适当的镀锌的钢管,在周围的压力下并能自由摆动(见下图)。把自制好的风力发电机整体在铁杆楼顶或船上塔台上固定好。高度依据实际情况来确定,总之,桨叶不可碰人和物。
  
  这里选的是300W/36V的直流永磁无刷电动机,在通常3级~6级风时,发电机可输出为21V的交流电压,通过电压调节器整流稳压之后,能输出16.8V/1.25A左右直流电来给12V的蓄电池充电储电,有兴趣的爱好者不妨亲自动手试一试。

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