३डी प्रिंटेड एक्सियल फ्लक्स अल्टरनेटर और डायनेमोमीटर: ४ चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

विराम!! इसे पहले पढ़ें !!! यह एक ऐसी परियोजना का रिकॉर्ड है जो अभी भी विकास में है, कृपया बेझिझक सहायता प्रदान करें।

मेरा अंतिम लक्ष्य यह है कि इस प्रकार का मोटर/अल्टरनेटर एक पैरामीट्रिज्ड ओपन सोर्स डिज़ाइन बन सकता है। एक उपयोगकर्ता को कुछ पैरामीटर दर्ज करने में सक्षम होना चाहिए, जैसे टोक़, गति, वर्तमान, वोल्ट/आरपीएम, सामान्य चुंबक आकार और शायद उपलब्ध स्थान, और 3 डी प्रिंट करने योग्य.stl और.dxf कट फ़ाइलों की एक श्रृंखला उत्पन्न की जानी चाहिए।

मैंने जो किया है वह एक ऐसा प्लेटफ़ॉर्म बनाया गया है जो एक नकली डिज़ाइन को मान्य कर सकता है, जिसे तब समुदाय द्वारा एक अधिक इष्टतम उपकरण के रूप में विकसित किया जा सकता है।

आंशिक रूप से, यह एक कारण है कि मैंने इसे डायनेमोमीटर के साथ सेट किया है। एक डायनेमोमीटर एचपी, या शाफ्ट वाट को मापने की अनुमति देने के लिए टोक़ और गति को मापता है। इस मामले में मैंने एक पास थ्रू, स्थिर शाफ्ट के साथ अल्टरनेटर बनाया है, जो डायनेमोमीटर सिस्टम को स्थापित करना आसान बनाता है, और इसलिए इसे आरसी ईएससी (मुझे आशा है) द्वारा मोटर के रूप में संचालित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, और टोक़ मापा जाता है आउटपुट पर, साथ ही गति, वी और एम्प्स, मोटर दक्षता निर्धारित करने की इजाजत देता है।

मेरे उद्देश्यों के लिए इसे एक चर गति मोटर (ताररहित ड्रिल से अधिशेष, स्टेप डाउन गियरिंग के साथ) द्वारा संचालित किया जा सकता है, और शाफ्ट टोक़ इनपुट मापा जाता है, साथ ही वी और एम्प्स आउट, वास्तविक दक्षता उत्पन्न करने की इजाजत देता है, और अपेक्षित टर्बाइन लोड अनुकरण किया जाए।

इस मोड में मैं एक आरसी ईएससी का उपयोग करने की उम्मीद करता हूं जो पुनर्योजी ब्रेकिंग में सक्षम है, और शायद एक अरुडिनो एमपीपीटी (मल्टी पावर प्वाइंट ट्रैकिंग) को प्राप्त करने के लिए मेरे वीएडब्ल्यूटी के भार को नियंत्रित करने के लिए।

एमपीपीटी का उपयोग सौर और पवन टरबाइन नियंत्रण में किया जाता है, लेकिन यह हवा के लिए थोड़ा अलग है। पवन ऊर्जा के साथ एक बड़ा मुद्दा यह है कि जैसे हवा की गति 10 किमी/घंटा से 20 किमी/घंटा हो जाती है, हवा से उपलब्ध ऊर्जा घन द्वारा बढ़ जाती है, इसलिए 8 गुना बढ़ जाती है। यदि 10W 10km/hr पर उपलब्ध थे, तो 80W 20km/hr पर उपलब्ध हैं। अधिक ऊर्जा होना बहुत अच्छा है, लेकिन गति दोगुनी होने पर अल्टरनेटर का उत्पादन केवल दोगुना हो जाता है। तो अगर आपके पास 20 किमी/घंटा हवा के लिए सही अल्टरनेटर है, तो इसका भार इतना मजबूत हो सकता है कि 10 किमी/घंटा पर यह शुरू भी नहीं होगा।

एमपीपीटी जो करता है वह हैवी ड्यूटी सॉलिड स्टेट स्विच का उपयोग करता है, डिस्कनेक्ट करने के लिए और फिर एक अल्टरनेटर को बहुत जल्दी से फिर से कनेक्ट करता है। यह आपको यह समायोजित करने की अनुमति देता है कि एक अल्टरनेटर कितना भार वहन करता है, और एमपीपीटी के मल्टी का मतलब है कि आप अलग-अलग गति के लिए अलग-अलग भार सेट कर सकते हैं।

यह बहुत उपयोगी है, क्योंकि सभी प्रकार के टर्बाइन अपनी अधिकतम ऊर्जा एकत्र करते हैं जब भार उपलब्ध ऊर्जा, या हवा की गति से मेल खाता है।

इसलिए

यह एक नुस्खा नहीं है, हालांकि मेरा मानना है कि इसे मेरे द्वारा पोस्ट की गई सामग्री से कॉपी किया जा सकता है, और आगे की जानकारी प्रदान करने में खुशी होगी, लेकिन मेरा सुझाव है कि सर्किट और सेंसर प्रतियोगिता समाप्त होने से पहले मुझे सुधार का सुझाव देना सबसे अच्छा विकल्प होगा।, ताकि मैं इस निर्देश पर विचार कर सकूं, जवाब दे सकूं और शायद इसमें सुधार कर सकूं।

मैं अपडेट करना, संशोधित करना और जानकारी जोड़ना जारी रखूंगा, इसलिए यदि यह अभी दिलचस्प है, तो आप थोड़ी देर में फिर से जांच करना चाहेंगे, लेकिन मुझे उम्मीद है कि 29/19 जुलाई को सेंसर प्रतियोगिता समाप्त होने से पहले काफी कुछ किया जाएगा।

इसके अलावा, मैं विशेष रूप से सामाजिक जानवर नहीं हूं, लेकिन मुझे कभी-कभी पीठ पर थपथपाना पसंद है, और यही एक कारण है कि मैं यहां हूं:-) मुझे बताएं कि क्या आप मेरे काम को देखकर आनंद ले रहे हैं, और देखना चाहते हैं कृपया और ज्यादा:-)

यह परियोजना इसलिए आई क्योंकि मैं अपने टरबाइन डिजाइनों के परीक्षण के लिए एक नियंत्रणीय भार चाहता था, और मैं चाहता था कि यह आसानी से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हो, ताकि अन्य लोग भी इसका उपयोग कर सकें। इसके लिए, मैंने खुद को कुछ ऐसा डिजाइन करने के लिए विवश किया, जिसे केवल एक एफडीएम प्रिंटर के साथ बनाया जा सकता था, किसी अन्य मशीन टूल्स की आवश्यकता नहीं थी। ऐसा लगता है कि कई वाणिज्यिक उत्पाद नहीं हैं जो उच्च टोक़, कम गति, गैर कोगिंग अल्टरनेटर की आवश्यकता को पूरा करते हैं, हालांकि चीन से कुछ हैं। सामान्य तौर पर ज्यादा मांग नहीं होती है क्योंकि गियर सिस्टम इतने सस्ते होते हैं और बिजली इतनी सस्ती होती है।

मैं जो चाहता था वह कुछ ऐसा था जो 40-120 आरपीएम पर लगभग 12 वी और 120-200 आरपीएम पर लगभग 600-750 डब्ल्यू का उत्पादन करता था। मैं यह भी चाहता था कि यह RC दुनिया (ESC के इलेक्ट्रॉनिक स्पीड कंट्रोलर) के सस्ते 3phase PMA नियंत्रकों के साथ संगत हो। एक अंतिम आवश्यकता यह थी कि यह एक आउट रनर (केस या शेल मैग्नेट के साथ घूमता है, जबकि स्टेटर के साथ शाफ्ट, स्थिर है), एक शाफ्ट के साथ जो केस के माध्यम से सभी तरह से गुजरता है, और एक स्टेटर जो शाफ्ट से जुड़ा होता है।

यह निर्देश योग्य कार्य प्रगति पर है, और मैं इसे पोस्ट कर रहा हूं ताकि लोगों को प्रक्रिया का एक दृश्य मिल सके, इसलिए नहीं कि मुझे लगता है कि उन्हें इसे कॉपी करना चाहिए। एक महत्वपूर्ण चीज जो मैं बदलूंगा वह यह है कि मैंने जो वायर बैकिंग प्लेट बनाई है वह रिंग के चारों ओर चुंबक क्षेत्रों को ठीक से चैनल करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं है, इसलिए उन मैग्नेट में भुगतान किए गए चुंबकीय प्रवाह का एक बड़ा सौदा पीछे से बर्बाद हो जाता है। जब मैं डिजाइन को फिर से करता हूं, जो मैं जल्द ही करूँगा, तो मैं इसे चुंबकीय बैकिंग प्लेट्स को सीएनसी कट स्टील प्लेट्स के रूप में करूँगा। स्टील काफी सस्ता, ज्यादा मजबूत होगा, और इस निर्माण के अधिकांश हिस्से को सरल बना देगा। एफडीएम/वायर/प्लास्टर कंपोजिट करना दिलचस्प था जैसा कि मैंने यहां सचित्र किया है, और लोहे से भरी पीएलए के साथ, चीजें भी अलग होतीं। मैंने फैसला किया कि हालांकि मुझे कुछ ऐसा चाहिए जो वास्तव में टिके, इसलिए स्टील प्लेट।

मैंने इस संस्करण पर अच्छी प्रगति की है, जिसका उपयोग मैं इस VAWT के परीक्षण के लिए करूँगा। मैं अभी तक लो वोल्टेज परफॉर्मेंस के मामले में काफी नहीं हूं। मुझे लगता है कि मेरी वाट क्षमता/टॉर्क सही बॉलपार्क में है, मैं चीजों की प्रगति के रूप में अपडेट करूंगा लेकिन इस बिंदु पर मुझे जो मिला है वह मुझे नियंत्रित करने योग्य भार होने का एक अच्छा मौका है। जब डेड शॉर्ट हो जाता है तो ऐसा लगता है कि यह टरबाइन का परीक्षण करने के लिए पर्याप्त से अधिक टोक़ प्रतिरोध प्रदान करने में सक्षम है। मुझे बस एक नियंत्रित प्रतिरोध बैंक स्थापित करने की आवश्यकता है, और मेरा एक मित्र है जो इसमें मेरी मदद कर रहा है।

एक बात जो मैं संक्षेप में बताऊंगा वह यह है कि अब कई लोगों की तरह, मेरे पास कुछ वर्षों के लिए एक 3D (FDM-PLA का उपयोग करने वाला) प्रिंटर है, जिसका मैंने 20-30 किग्रा का आनंद लिया है। मुझे अक्सर यह निराशाजनक लगता है, हालांकि किसी भी आकार/ताकत के हिस्से या तो महंगे होते हैं और प्रिंट करने में बहुत धीमे होते हैं, या सस्ते, तेज और कमजोर होते हैं।

मुझे पता है कि इन 3डी प्रिंटरों में से कितने हजारों बाहर हैं, अक्सर कुछ नहीं करते क्योंकि इसमें लंबा समय लगता है, या उपयोगी भागों को बनाने में बहुत अधिक खर्च होता है। मैं एक ही प्रिंटर और पीएलए से तेज भागों को मजबूत करने के लिए एक दिलचस्प समाधान लेकर आया हूं।

मैं इसे एक "डाली हुई संरचना" कह रहा हूं, जहां मुद्रित वस्तु (1 या अधिक मुद्रित भागों, और कभी-कभी बीयरिंग और शाफ्ट से बना) को सख्त तरल भराव से भरा जाने के लिए डिज़ाइन किए गए आवाजों से बनाया जाता है। निःसंदेह एक फिलिंग फिल के लिए कुछ स्पष्ट विकल्प कुछ ऐसे होंगे जैसे शॉर्ट स्ट्रैंड कटा हुआ ग्लास फाइबर से भरा हुआ एपॉक्सी, जिसका उपयोग उच्च शक्ति और हल्के वजन के संयोजन के लिए किया जा सकता है। मैं कुछ कम लागत, अधिक पर्यावरण के अनुकूल विचार भी आजमा रहा हूं। इस "डाली गई संरचना" असेंबली का दूसरा पक्ष यह है कि आप जिस गुहा या शून्य को भरने जा रहे हैं, उसमें छोटे व्यास के उच्च तन्यता तत्व हो सकते हैं, जो मुद्रित "मोल्ड/प्लग" पर पूर्व तनावग्रस्त हो जाते हैं, जो परिणामी संरचना बनाता है सामग्री में एक समग्र, और संरचना में, भाग तनावग्रस्त त्वचा (पीएलए शीथ), लेकिन एक उच्च संपीड़ित ताकत वाले कोर के साथ जिसमें उच्च तन्यता ताकत तत्व भी शामिल हैं। मैं इसकी विशेषता वाला एक दूसरा निर्देश करूँगा, इसलिए इसके बारे में यहाँ बात करूँगा, केवल यह बताने के लिए कि यह इस निर्माण से कैसे संबंधित है।

चरण 1: सामग्री सूची और प्रक्रिया

पीएमए में 3 विधानसभाएं होती हैं, प्रत्येक विधानसभा में विभिन्न भागों और सामग्रियों से युक्त या उपयोग होता है।

ऊपर (असर पक्ष) से नीचे (स्टेटर साइड) तक, 1. असर वाहक और शीर्ष असर सरणी

2. स्टेटर

3. निचला चुंबक सरणी

1. असर वाहक और शीर्ष चुंबक सरणी

इसके लिए मैंने ऊपर सूचीबद्ध 3D प्रिंटेड भागों का उपयोग किया

1. 150mm8pole ऊपरी पत्रिका और असर समर्थन CV5.stl,
2. असर पक्ष भीतरी प्लेट
3. असर पक्ष बाहरी प्लेट
4. 1 "आईडी सेल्फ अलाइनिंग बेयरिंग (जैसे मानक तकिया ब्लॉकों में उपयोग किया जाता है ++ इंटरनेट लिंक जोड़ें),
5. 25' 24g जस्ती इस्पात तार
6. 15 '10 ग्राम जस्ती इस्पात तार
7. 2 रोल मोटे स्टील ऊन

वैकल्पिक रूप से भारी स्टील के तार और स्टील के ऊन को स्टील बैकिंग प्लेट्स, लेजर / वॉटर जेट कट से बदला जा सकता है, या एक 3 डी प्रिंटेड मैग्नेटिक बैकिंग प्लेट संभव हो सकती है (लेकिन भारी स्टील के तार अभी भी एक अच्छा विचार है क्योंकि यह प्लास्टिक विरूपण का विरोध करेगा) समय)। मैंने आयरन ऑक्साइड पाउडर से भरी हुई एपॉक्सी के साथ एक बैकिंग प्लेट ढलाई करने की कोशिश की है और कुछ सफलता मिली है। अधिक प्रभावी बैकिंग प्लेट का उपयोग करके बाद में सरणी में मैग्नेट के बीच फ्लक्स युग्मन में सुधार करके वोल्ट को कम आरपीएम पर बढ़ाना चाहिए। यह ध्यान रखना भी अच्छा है कि यह प्रमुख संरचनात्मक घटक है, और बैकप्लेट मैग्नेट से जैकिंग पोस्ट तक बलों को स्थानांतरित करता है। प्लेटों को एक-दूसरे की ओर खींचने वाले चुंबकीय बल सैकड़ों पाउंड हो सकते हैं, और जैसे-जैसे प्लेट एक-दूसरे के करीब आती हैं, बल तेजी से (क्यूबेड, तीसरी शक्ति तक) बढ़ जाते हैं। यह बहुत खतरनाक हो सकता है, और उपकरणों और किसी भी अन्य वस्तुओं के साथ देखभाल की जानी चाहिए जो इकट्ठे प्लेट या उसके पीछे की ओर आकर्षित हो सकते हैं!

मैंने वाइंडिंग में लगभग ३०० फीट २४ ग्राम कोटेड चुंबक तार का उपयोग किया था जिसे मैं बाद में विस्तार से बताऊंगा।

चरण 2: चुंबक प्लेटों का निर्माण

इस अक्षीय फ्लक्स अल्टरनेटर में, कोगिंग को कम करने और आउटपुट को अधिकतम करने के लिए, मैं दो चुंबक सरणियों का उपयोग कर रहा हूं, स्टेटर कॉइल के प्रत्येक तरफ एक। इसका मतलब यह है कि कॉपर वाइंडिंग के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र को खींचने के लिए किसी चुंबकीय कोर की आवश्यकता नहीं होती है, जैसा कि अधिकांश मोटर/ऑल्ट ज्यामिति करते हैं। कुछ अक्षीय फ्लक्स डिज़ाइन हैं जो फेरिस कोर का उपयोग करते हैं, और मैं भविष्य में इस तरह से कुछ प्रयोग करने की कोशिश कर सकता हूं। मैं कुछ ३डी प्रिंट करने योग्य लोहे से भरी सामग्री की कोशिश करना चाहता हूं।

इस मामले में, मैंने 1"X1"x0.25" रेयर अर्थ मैग्नेट का उपयोग करते हुए लगभग 150 मिमी सर्कल में एक 8 पोल चुंबक सरणी को चुना है। यह आकार यह सुनिश्चित करने के लिए था कि सभी भाग 210 मिमी x 210 मिमी प्रिंट बेड पर फिट होंगे। सामान्य तौर पर मैंने पहले इस अल्टरनेटर को यह समझकर आकार दिया कि बड़ा व्यास, प्रति आरपीएम वोल्ट के मामले में बेहतर है, इसलिए इसे उतना बड़ा बना दिया जितना आराम से मेरे प्रिंट बेड में फिट होगा। FYI करें, एक से अधिक कारण बड़े बेहतर हैं: के लिए अधिक जगह चुम्बक, चुम्बक केंद्र से जितनी दूर होते हैं, उतनी ही तेज़ी से वे यात्रा करते हैं, और तांबे के लिए भी अधिक जगह होती है! ये सभी चीजें तेजी से जुड़ सकती हैं! हालाँकि एक निष्कर्ष जो मैं आया हूँ वह यह है कि इस आकार सीमा में, एक पारंपरिक फ्लक्स सिस्टम एक बेहतर होम बिल्ड हो सकता है। छोटे रोटार में ज्यादा जगह नहीं होती है, और चीजें काफी तंग हो सकती हैं, खासकर यदि आप शाफ्ट के माध्यम से कर रहे हैं जैसे मैंने इस डिजाइन में किया है। इसके अलावा अगर आपका चुंबक (रेडियल लंबाई) आपके रोटर व्यास के सापेक्ष छोटा है, जैसे इस में, (लगभग 6" व्यास से 1" चुंबक), फिर हवा एनजी थोड़ा अजीब हो जाता है, आंतरिक छोर घुमावदार बाहरी की लंबाई केवल 1/2 के बारे में होता है।

निर्देश पर वापस! जिस तरह से मैंने इस अल्टरनेटर की चुंबक प्लेटों को इकट्ठा किया है, वह पहले चुंबक प्लेट (हरा) को लाल निकला हुआ किनारा/बैकिंग प्लेट में गोंद करना है। मैंने फिर चुंबक प्लेट को प्लाईवुड की कुछ पतली परतों (लगभग.75 मोटी) पर रखा, और दोनों को एक भारी स्टील प्लेट पर रख दिया, ताकि मैग्नेट असेंबली को जगह में जकड़ सके। फिर मैंने स्टील के तार को घाव पर रख दिया। चुंबक प्लेटों के पीछे। यह काफी उम्मीद के मुताबिक नहीं गया। मजबूत चुंबकीय क्षेत्र ने तार को चुंबक के केंद्र की ओर खींच लिया, और मैं अगले स्थान पर पूरी तरह फिट होने के लिए तार की प्रत्येक पंक्ति को झुकने में सफल नहीं रहा, पहले रैप को हिलाए बिना। मुझे उम्मीद थी कि मैं बस तार को अंदर कर सकता हूं, और चुंबकीय प्रवाह इसे बंद कर देगा। इसके बाद मैंने तार के छल्ले काटने की कोशिश की, और यह बेहतर था, लेकिन अभी भी जो मैं चाहता था उससे बहुत दूर था तार से एक अच्छी सुसंगत बैकिंग प्लेट प्राप्त करने की आशा है। इसे पूरा करने के अधिक जटिल तरीके संभव हैं, और भविष्य के प्रयोग के लायक हो सकते हैं। मैंने स्टील वूल का उपयोग करने की भी कोशिश की, जो चुंबकीय क्षेत्र में एक बैकिंग प्लेट या फ्लक्स के रूप में जमा हुआ था। वापसी पथ। यह काम करने के लिए लग रहा था, लेकिन वास्तविक लौह घनत्व बहुत अधिक नहीं लग रहा था, इसलिए मुझे पता चला मैंने इसकी प्रभावशीलता का परीक्षण नहीं किया, क्योंकि मेरा मानना था कि तार संरचना चुंबक प्लेटों पर यांत्रिक भार के लिए महत्वपूर्ण है। स्टील वूल भी भविष्य की जांच के लायक हो सकता है, हालांकि वाटर जेट कट स्टील प्लेट्स अगले विकल्प की संभावना है जो मैं कोशिश करूंगा।

इसके बाद, मैंने नारंगी ३डी प्रिंटेड भाग लिया, और उसके चारों ओर और उसके चारों ओर तार बुनें, साथ ही जो मुझे उच्चतम भार, बोल्ट से बोल्ट, और बोल्ट को प्रत्येक कोने पर कुछ बार केंद्र में रखने की दिशा के रूप में प्रतीत होता था। मैं इसे बोल्ट के छेद के चारों ओर भी घाव करता हूं जहां सभी थ्रेड रॉड प्लेटों के बीच रिक्ति को रखने और समायोज्य बनाने के लिए जैकिंग पोस्ट के रूप में गुजरते हैं।

संतुष्ट होने के बाद कि चुंबक प्लेट और निकला हुआ किनारा काफी अच्छा था, और नारंगी बैकिंग प्लेट को संतोषजनक रूप से मजबूत तार के साथ पिरोया गया था, मैं गोंद के साथ दोनों में शामिल हो गया। देखभाल करने की आवश्यकता है क्योंकि इस गोंद के जोड़ को पानी से तंग, या बंद करने की आवश्यकता होगी। मैंने पहले दो बार लीक किया था, और यह एक गड़बड़ है, बहुत सारे प्लास्टर को बर्बाद करता है, और आपकी आवश्यकता से अधिक तनाव है। मैं कुछ नीली कील या अन्य बबल गम जैसे गैर स्थायी चिपकने वाला पैच लीक को जल्दी से रखने की सलाह दूंगा। एक बार पुर्जे जुड़ जाने के बाद, अपनी पसंद की प्रबलिंग सामग्री से भरें। मैंने पीवीए गोंद के साथ संशोधित एक कठोर प्लास्टर का उपयोग किया। प्लास्टर को १०,००० साई कंप्रेसिव तक पहुंचना चाहिए, लेकिन तनाव में ज्यादा नहीं (इस प्रकार तार)। मैं कटा हुआ गिलास, और कैबोसिल, या कंक्रीट और मिश्रण के साथ एपॉक्सी की कोशिश करना चाहता हूं।

प्लास्टर के बारे में एक आसान बात यह है कि एक बार जब यह किक हो जाता है तो आपके पास काफी समय होता है जहां यह कठिन होता है, लेकिन नाजुक होता है और लीक या ब्लब्स आसानी से स्क्रैप या खटखटाया जा सकता है।

इस डिजाइन में दो मैग्नेट प्लेट हैं। एक में एक असर है, एक मानक 1 तकिया ब्लॉक स्वयं संरेखित इकाई। मैंने जल्दी ही चुंबक सरणी में मेरा दबाया। मैंने इसे जिस एप्लिकेशन के लिए डिज़ाइन किया है, उसके लिए दूसरा असर अल्टरनेटर के ऊपर टरबाइन में स्थित होगा, इसलिए मैं केवल एक सेल्फ अलाइनिंग बेयरिंग का इस्तेमाल किया। यह अंत में थोड़ा दर्द था। इन भागों को प्रत्येक चुंबक प्लेट के साथ भी इकट्ठा किया जा सकता है, अगर स्टेटर से आउटपुट तारों को माउंटेड शाफ्ट के माध्यम से आंतरिक रूप से लेड किया जाता है। यह होगा कॉन्ट्रा रोटेटिंग प्रोपेलर को एक सामान्य, नॉन रोटेटिंग शाफ्ट/ट्यूब पर माउंट करने की अनुमति दें।

चरण 3: स्टेटर बनाना

मैंने जो किया है उसे समझाने की कोशिश करने के अपने विषय को ध्यान में रखते हुए, और उस समय यह एक अच्छा विचार क्यों लग रहा था, स्टेटर को थोड़ी अधिक जगह की आवश्यकता होगी।

पीएमए में, आमतौर पर घुमावदार स्थिर होते हैं, जबकि चुंबकीय संयोजन घूमते हैं। ऐसा हमेशा नहीं होता है, लेकिन लगभग हमेशा होता है। एक अक्षीय फ्लक्स असेंबली में, मौलिक "दाहिने हाथ के नियम" की समझ के साथ, यह समझा जाता है कि घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र का सामना करने वाले किसी भी कंडक्टर में तार के सिरों के बीच करंट और वोल्टेज उत्पन्न होगा, जिसमें उपयोगी करंट की मात्रा आनुपातिक होगी। क्षेत्र की दिशा में। यदि क्षेत्र तार के समानांतर चलता है (उदाहरण के लिए, रोटेशन की धुरी के चारों ओर एक सर्कल में), कोई उपयोगी धारा उत्पन्न नहीं होगी, लेकिन मैग्नेट की गति का विरोध करते हुए महत्वपूर्ण एडी धाराएं उत्पन्न होंगी। यदि तार लंबवत चलता है, तो उच्चतम वोल्टेज और करंट आउटपुट तक पहुंच जाएगा।

एक और सामान्यीकरण यह है कि स्टेटर के भीतर की जगह, जिसके माध्यम से चुंबकीय प्रवाह घूर्णन के दौरान गुजरता है, अधिकतम वाट क्षमता उत्पादन के लिए, जितना संभव हो उतना तांबे से भरा जाना चाहिए, सभी रेडियल रूप से रखे गए हों। यह छोटे व्यास के अक्षीय फ्लक्स सिस्टम के लिए एक मुद्दा है, क्योंकि इस मामले में, शाफ्ट के पास तांबे के लिए उपलब्ध क्षेत्र बाहरी किनारे पर क्षेत्र का एक अंश है। चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सामना किए गए सबसे आंतरिक क्षेत्र में 100% तांबा प्राप्त करना संभव है, लेकिन इस ज्यामिति के भीतर जो आपको बाहरी किनारे पर केवल 50% प्राप्त करता है। अक्षीय फ्लक्स डिज़ाइन से दूर रहने के लिए यह सबसे मजबूत कारणों में से एक है जो बहुत छोटा है।

जैसा कि मैंने पहले कहा है, यह निर्देश योग्य नहीं है कि मैं इसे फिर से कैसे करूँगा, अधिक यह कुछ दिशाओं में इंगित करने के लिए है जो आशाजनक प्रतीत होते हैं, और कुछ गड्ढों को दिखाते हैं जो इस रास्ते पर पहुँचा जा सकता है।

स्टेटर को डिजाइन करने में मैं इसे प्रति आरपीएम वोल्ट आउटपुट के मामले में जितना संभव हो उतना लचीला बनाना चाहता था, और मैं चाहता था कि यह 3phase हो। अधिकतम दक्षता के लिए, उत्पन्न एडी धाराओं को कम करके, किसी भी "पैर" (कुंडल के प्रत्येक पक्ष को "पैर" के रूप में माना जाना चाहिए) को एक समय में केवल एक चुंबक का सामना करना चाहिए। यदि मैग्नेट एक साथ पास हैं, या कई उच्च आउटपुट आरसी मोटर्स के मामले में छू रहे हैं, तो जिस समय "लेग" चुंबकीय प्रवाह उत्क्रमण से गुजर रहा है, महत्वपूर्ण एड़ी धाराएं विकसित की जाएंगी। मोटर अनुप्रयोगों में यह उतना मायने नहीं रखता है, क्योंकि कॉइल सही स्थानों पर होने पर नियंत्रक द्वारा सक्रिय होता है।

मैंने इन अवधारणाओं को ध्यान में रखते हुए चुंबक सरणी को आकार दिया। सरणी में आठ चुम्बक प्रत्येक 1 "के पार हैं, और उनके बीच का स्थान 1/2" है। इसका मतलब है कि एक चुंबकीय खंड 1.5 "लंबा है, और इसमें 3 x 1/2" "पैर" के लिए जगह है। प्रत्येक "पैर" एक चरण है, इसलिए किसी भी बिंदु पर, एक पैर तटस्थ प्रवाह देख रहा है, जबकि अन्य दो बढ़ते प्रवाह और घटते प्रवाह को देख रहे हैं। परफेक्ट 3 फेज आउटपुट, हालांकि न्यूट्रल पॉइंट को इतना स्पेस देकर (एड़ी धाराओं को कम करने के लिए), और स्क्वायर (या पाई के आकार) मैग्नेट का उपयोग करके, फ्लक्स लगभग जल्दी चरम पर होता है, ऊंचा रहता है, फिर जल्दी से शून्य हो जाता है। इस प्रकार का आउटपुट मुझे लगता है कि ट्रेपोजॉइडल कहा जाता है, और कुछ नियंत्रकों के लिए मुश्किल हो सकता है जिन्हें मैं समझता हूं। 1 "एक ही उपकरण में गोल चुम्बक एक वास्तविक साइन लहर को और अधिक देगा।

आम तौर पर इन होम बिल्ट अल्टरनेटर को "कॉइल्स", तार के डोनट के आकार के बंडलों का उपयोग करके बनाया गया है, जहां डोनट का प्रत्येक पक्ष एक "लेग" होता है और कॉइल्स की संख्या को श्रृंखला या समानांतर में एक साथ जोड़ा जा सकता है। डोनट्स को एक सर्कल में व्यवस्थित किया जाता है, उनके केंद्र चुंबक पथ के केंद्र के साथ संरेखित होते हैं। यह काम करता है, लेकिन कुछ मुद्दे हैं। एक मुद्दा यह है कि चूंकि कंडक्टर रेडियल नहीं हैं, कंडक्टर का एक बड़ा सौदा चुंबकीय क्षेत्र में 90 डिग्री से नहीं गुजर रहा है, इसलिए एड़ी धाराएं उत्पन्न होती हैं, जो कॉइल में गर्मी के रूप में दिखाई देती हैं, और चुंबक सरणी में रोटेशन के प्रतिरोध के रूप में दिखाई देती हैं।. एक और मुद्दा यह है कि कंडक्टर रेडियल नहीं हैं, इसलिए वे एक साथ अच्छी तरह से पैक नहीं करते हैं। आउटपुट सीधे उस तार की मात्रा के समानुपाती होता है जिसे आप इस स्थान में फिट कर सकते हैं, इसलिए आउटपुट गैर रेडियल "लेग्स" से कम हो जाता है। हालांकि यह संभव होगा और कभी-कभी वाणिज्यिक डिजाइनों में किया जाता है, रेडियल "पैरों के साथ एक कॉइल को हवा देने के लिए, ऊपर और नीचे से जुड़ते हुए, एक सर्पिन घुमावदार के रूप में 2x अधिक अंत घुमावदार की आवश्यकता होती है जहां एक पैर का शीर्ष शीर्ष के शीर्ष से जुड़ जाता है अगला उपयुक्त पैर, और फिर उस पैर के निचले हिस्से को अगले उपयुक्त पैर से जोड़ा जाता है, और आगे और आगे।

इस प्रकार के अक्षीय फ्लक्स अल्टरनेटर (स्टेटर के ऊपर और नीचे घूर्णन चुंबक) में दूसरा बड़ा कारक प्लेटों के बीच का अंतर है। यह एक घन कानून संबंध है, जैसे ही आप प्लेटों के बीच की दूरी को 1/2 से कम करते हैं, चुंबकीय प्रवाह घनत्व 8x बढ़ जाता है। आप अपने स्टेटर को जितना पतला बना सकते हैं, उतना अच्छा है!

इस बात को ध्यान में रखते हुए मैंने एक ४ लोबेड वाइंडिंग जिग बनाया, लगभग ५० फीट के वायर स्ट्रैंड्स को मापने के लिए एक सिस्टम स्थापित किया, और जिग को ६ बार लपेटा, लगभग ६ मिमी व्यास के वायर बंडलों का निर्माण किया। ये मैं ब्लू स्पेसिंग रिंग पर फिट होता हूं, उन्हें छेदों के माध्यम से बांधता हूं ताकि तार के सिरे पीछे से बाहर आ जाएं। ये आसान नहीं था. बंडलों को सावधानी से टेप करके, ताकि वे ढीले न हों, और मेरा समय निकालकर और तारों को जगह में धकेलने के लिए एक चिकने लकड़ी के बनाने वाले उपकरण का उपयोग करने से थोड़ी मदद मिली। एक बार जब वे सभी जगह में बंधे हुए थे, तो नीले रंग की रिक्ति की अंगूठी को हल्के हरे रंग के सबसे बड़े टब में रखा गया था, और गहरे हरे रंग के डोनट बनाने के उपकरण की मदद से, हल्के हरे रंग के टब के दूसरी तरफ, ध्यान से फ्लैट दबाया गया था। एक बेंच वाइस। इस फॉर्मिंग टब में टाई वायर ट्विस्ट के लिए बैठने के लिए एक नाली है। इसमें समय और धैर्य लगता है क्योंकि आप ध्यान से लगभग 1/5 मोड़ घुमाते हैं, दबाते हैं, घुमाते हैं और चलते रहते हैं। यह डिस्क को सपाट और पतला बनाता है, जबकि एंड वाइंडिंग को स्टैक करने की अनुमति देता है। आप देख सकते हैं कि मेरी 4 लोब वाली वाइंडिंग में सीधे "पैर" हैं लेकिन आंतरिक और बाहरी कनेक्शन गोल नहीं हैं। यह उनके लिए ढेर करना आसान बनाने वाला था। यह उतना अच्छा नहीं चला। अगर मैं इसे फिर से कर रहा होता तो मैं अंदर और बाहर के छोरों को वृत्ताकार रास्तों का अनुसरण करता।

इसे सपाट और पतला करने के बाद, और किनारों को पैक करने के बाद, मैंने इसे संकुचित करने के लिए किनारे के चारों ओर एक सपाट रिबन घाव किया, और दूसरा ऊपर, नीचे और प्रत्येक पैर के चारों ओर और फिर उसके बगल में भी। ऐसा करने के बाद आप टाई के तारों को हटा सकते हैं और छोटे दबाने वाले टब में स्विच कर सकते हैं, और वाइस पर वापस जा सकते हैं और इसे जितना संभव हो उतना पतला और सपाट दबा सकते हैं। एक बार जब यह सपाट हो जाए, तो प्रेस टब से हटा दें। रिलीज यौगिकों के साथ इस तरह के सांचों को सावधानीपूर्वक वैक्सिंग और कोटिंग करने की जटिल प्रक्रिया के बजाय, आम तौर पर मैं सिर्फ स्ट्रेच रैप (रसोई से) की कुछ परतों का उपयोग करता हूं। मोल्ड के तल में कुछ परतें बिछाएं और फाइबरग्लास को स्ट्रेच रैप पर बिछाएं। इसके बाद स्टेटर माउंटिंग ट्यूब जोड़ें, जो हल्के हरे रंग के बनाने वाले टब के शीर्ष पर फिट होती है, लेकिन इसके बीच खिंचाव की चादर और फाइबरग्लास की परत होती है। फिर स्ट्रेच रैप और फाइबरग्लास दोनों को नीचे धकेलने के लिए स्टेटर वाइंडिंग को वापस जोड़ें और स्टेटर माउंटिंग ट्यूब को जगह में लॉक करें। फिर वाइस पर लौटें और फिर से फ्लैट दबाएं। एक बार जब यह टब में अच्छी तरह से फिट हो जाता है, तो स्ट्रेच रैप और फाइबरग्लास में सैंडविच हो जाता है, फिर फाइबरग्लास कपड़ा जोड़ा जाता है (स्टेटर माउंटिंग ट्यूब के लिए केंद्र में एक छेद के साथ)।

अब यह संबंध सामग्री डालने के लिए तैयार है, एपॉक्सी, या पॉलिएस्टर राल आमतौर पर उपयोग किया जाता है। इसे करने से पहले सावधानीपूर्वक तैयारी करना महत्वपूर्ण है क्योंकि एक बार जब आप इस प्रक्रिया को शुरू कर देते हैं तो आप वास्तव में रुक नहीं सकते। मैंने एक ३डी प्रिंटेड बेस प्लेट का इस्तेमाल किया था जिसे मैंने पहले बनाया था, जिसमें केंद्र में १" छेद और उसके चारों ओर एक सपाट प्लेट थी। मैंने १६" १" एल्युमिनियम ट्यूब का टुकड़ा इस्तेमाल किया था, जिससे स्टेटर माउंट ट्यूब फिट हो सके और हो फ्लैट प्लेट के लंबवत रखा गया। हरे रंग का बनाने वाला टब, स्टेटर वाइंडिंग, और स्टेटर माउंटिंग ट्यूब को फ्लैट प्लेट पर बैठने के लिए नीचे की ओर खिसकाया गया। एपॉक्सी मिलाने से पहले, मैंने पहले सिकुड़ रैप के 4 टुकड़े पढ़े, और ध्यान से एक 5 वां टुकड़ा रखा गहरा हरा बनाने वाला डोनट, इसलिए स्टेटर वाइंडिंग के खिलाफ चेहरे पर कम से कम झुर्रियाँ होंगी। एपॉक्सी को मिलाने और इसे फाइबरग्लास के कपड़े पर डालने के बाद, मैंने ध्यान से 1 "ट्यूब के चारों ओर स्ट्रेच रैप बिछाया, और हरे रंग को रखा इसके ऊपर रिंग बनाते हैं। मैंने कुछ पुराने ब्रेक रोटार भी तैयार किए, जो कुछ वजन देते थे, और हरे रंग के डोनट पर अच्छी तरह से बैठते थे। इसके बाद मैंने ब्रेक रोटार के ऊपर एक उल्टा बर्तन रखा, और बर्तन के ऊपर मैंने लगभग 100lbs का सामान रखा। मैंने इसे 12 घंटे के लिए छोड़ दिया, और यह लगभग 4-6 मिमी मोटा निकला।

चरण 4: परीक्षण और सेंसर

अल्टरनेटर से कई मापन योग्य इनपुट और आउटपुट हैं, और उन सभी को एक ही समय में मापना आसान नहीं है। मैं बहुत भाग्यशाली हूं कि मुझे वर्नियर से कुछ उपकरण मिले हैं जो इसे बहुत आसान बनाते हैं। वर्नियर शैक्षिक स्तर के उत्पाद बनाता है, जो औद्योगिक उपयोग के लिए प्रमाणित नहीं है, लेकिन मेरे जैसे प्रयोगकर्ताओं के लिए बहुत उपयोगी है। मैं विभिन्न प्रकार के प्लग एंड प्ले सेंसर के साथ वर्नियर डेटा लॉगर का उपयोग करता हूं। इस परियोजना पर मैं अल्टरनेटर आउटपुट को मापने के लिए हॉल आधारित करंट और वोल्टेज प्रोब का उपयोग करता हूं, अल्टरनेटर स्पीड देने के लिए एक ऑप्टिकल सेंसर और टॉर्क इनपुट को मापने के लिए एक लोड सेल का उपयोग करता हूं। इन सभी उपकरणों का प्रति सेकंड लगभग 1000 बार नमूना लिया जाता है और एक AD पासथ्रू डिवाइस के रूप में वर्नियर लॉगर का उपयोग करके मेरे लैपटॉप में रिकॉर्ड किया जाता है। मेरे लैपटॉप पर संबंधित सॉफ़्टवेयर इनपुट के आधार पर रीयल टाइम कैलकुलेशन चला सकता है, वाट्स में रीयल टाइम इनपुट शाफ्ट पावर देने के लिए टॉर्क और स्पीड डेटा को मिलाकर, और इलेक्ट्रिकल वाट्स में रीयल टाइम आउटपुट डेटा दे सकता है। मैंने इस परीक्षण के साथ काम नहीं किया है, और बेहतर समझ रखने वाले किसी व्यक्ति से इनपुट मददगार होगा।

मेरे पास एक समस्या यह है कि यह अल्टरनेटर वास्तव में एक साइड प्रोजेक्ट है, और इसलिए मैं इस पर अधिक समय नहीं देना चाहता। वैसे भी, मुझे लगता है कि मैं इसे अपने वीएडब्ल्यूटी शोध के लिए नियंत्रित भार के लिए उपयोग कर सकता हूं, लेकिन अंततः मैं इसे परिष्कृत करने के लिए लोगों के साथ काम करना चाहता हूं, ताकि यह मेरे टरबाइन के लिए एक कुशल मैच हो।

जब मैंने लगभग 15 साल पहले वीएडब्ल्यूटी शोध में शुरुआत की, तो मुझे एहसास हुआ कि वीएडब्ल्यूटी और अन्य प्रमुख मूवर्स का परीक्षण ज्यादातर लोगों के एहसास से ज्यादा जटिल है।

एक प्राथमिक मुद्दा यह है कि एक गतिमान तरल पदार्थ में दर्शाई गई ऊर्जा, गति की दर के घातीय होती है। इसका मतलब है कि जैसे-जैसे आप प्रवाह की गति को दोगुना करते हैं, प्रवाह में निहित ऊर्जा 8x बढ़ जाती है (इसे घन किया जाता है)। यह एक समस्या है, क्योंकि अल्टरनेटर अधिक रैखिक होते हैं और सामान्य तौर पर, यदि आप किसी अल्टरनेटर के आरपीएम को दोगुना करते हैं, तो आपको लगभग 2x वाट मिलता है।

टर्बाइन (ऊर्जा एकत्र करने वाला उपकरण) और अल्टरनेटर (शाफ्ट पावर से उपयोगी विद्युत शक्ति) के बीच यह मौलिक बेमेल पवन टरबाइन के लिए एक अल्टरनेटर चुनना मुश्किल बनाता है। यदि आप अपने पवन टरबाइन के लिए एक अल्टरनेटर मैच चुनते हैं जो 20 किमी/घंटा हवाओं से उपलब्ध सबसे अधिक बिजली उत्पन्न करेगा, तो यह संभवतः 20-25 किमी/घंटा तक चालू भी नहीं होगा क्योंकि अल्टरनेटर से टर्बाइन पर भार बहुत अधिक होगा. उस अल्टरनेटर मैच के साथ, एक बार जब हवा 20 किमी से ऊपर हो जाती है, न केवल टरबाइन केवल उच्च वेग वाली हवा में उपलब्ध ऊर्जा के एक अंश को ही कैप्चर करेगा, टर्बाइन ओवरस्पीड हो सकता है, और क्षतिग्रस्त हो सकता है क्योंकि अल्टरनेटर द्वारा प्रदान किया गया भार अधिक नहीं है पर्याप्त।

पिछले दशक में नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स की कीमत में गिरावट के कारण समाधान अधिक किफायती हो गया है। गति की एक सीमा से मेल खाने की कोशिश करने के बजाय, डिज़ाइनर उस अधिकतम गति की गणना करता है जिस पर उपकरण संचालित होता है, और उस गति पर टरबाइन के लिए ऊर्जा की मात्रा और आदर्श गति के आधार पर एक अल्टरनेटर चुनता है, या थोड़ा ऊपर. यह अल्टरनेटर यदि इसके भार से जुड़ा होता है, तो सामान्य रूप से कम गति सीमा पर बहुत अधिक टोक़ प्रदान करेगा, और अतिभारित टरबाइन उस सभी ऊर्जा को कैप्चर नहीं करेगा जो इसे ठीक से लोड होने पर हो सकती है। उचित भार बनाने के लिए, एक नियंत्रक जोड़ा जाता है जो विद्युत भार से अल्टरनेटर को क्षण भर के लिए डिस्कनेक्ट कर देता है, जिससे टरबाइन को उचित गति तक गति प्रदान करने की अनुमति मिलती है, और अल्टरनेटर और लोड को फिर से जोड़ा जाता है। इसे एमपीपीटी (मल्टी पावर प्वाइंट ट्रैकिंग) कहा जाता है। नियंत्रक को प्रोग्राम किया जाता है जैसे कि टरबाइन की गति में परिवर्तन (या अल्टरनेटर वोल्टेज बढ़ जाता है), अल्टरनेटर उस गति या वोल्टेज के लिए प्रोग्राम किए गए लोड से मेल खाने के लिए प्रति सेकंड एक हजार बार जुड़ा या डिस्कनेक्ट हो जाता है।