自制小型风力发电机

教你如何自制风力发 电机

风力发电机原理

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使 发电机发电。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、 发电机（包括装置） 、调向器（尾翼） 、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。

把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括 装置） 、调向器（尾翼） 、塔架、限速安全机构和储能装置等构件 组成。 风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为 风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。

风轮是集风装置， 它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。 一般风力发 电机的风轮由 2 个或 3 个叶片构成。在风力发电机中，已采用的发电机有 3 种，即直流发电 机、同步交流发电机和异步交流发电机。

风力发电机中调向器的功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向， 从而能最大限度地获取 风能。 一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。 尾翼的材料通常采用 镀锌薄钢板。

限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。 限速安全机构的设置可以使风力发电机风 轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。

塔架是风力发电机的支撑机构， 稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结 构。风力机的输出功率与风速的大小有关。由于自然界的风速是极不稳定 的，风力发电机 的输出功率也极不稳定。 风力发电机发出的电能一般是不能直接用在电器上的， 先要储存起 来。目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使 发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度） ，便可以 开始发电。 风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率 很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含

量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组 成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转

为电能； 尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能； 转体能使机头灵活地转动以 实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产 生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是 13～25V 变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄 电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里 的化学能转变成交流 220V 市电，才能保证稳定使用。

通常人们认为， 风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定， 总想选购大一点的风力发电 机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电 瓶把电 能贮存起来， 人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。 功率的大小更主要取 决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会

比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供

给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说 一台 200W 风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用， 获得 500W 甚至 1000W 乃至更 大的功率出。

使用风力发电机， 就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电， 其节约的程度是明 显的，一个家庭一年的用电只需 20 元电瓶液的代价。而现在的风 力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个 15W 的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电 器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。 山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公 路可用它做夜晚的路标灯； 山区的孩子可以在日光灯下晚自习； 城市小高层楼顶也可用风力 电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防 止停电，而且还 能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人 们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电 方面为山区人民服务，使人们看 电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

简单来说： 风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能转换为电能到化学能最后到电 能！

发电机还是有三种：直流发电机，同步/异步交流发电机！

第一种方法

最近在网上发现一个 DIY 发烧友自己自制了个风力发电机，很有借鉴意义，现在就跟着他一步一步来 DIY 个风力发电机吧： 首先，购买一个功率 200w，额定转速为 400rpm 左右的发电机

然后就是制造叶片了，这位达人用的是这种黑色的 ABS 管道，在国内好像白色的比较普遍，现在下水管都 是这种材料的。切割之后适当打磨光滑。

找一个类似下图的金属圆盘，用

来连接发电机和叶片，也就是发电机中的轮毂。

在叶片和金属盘上打孔，注意打孔的时候最好配打。

给轮毂找一个轮毂罩，这样能防止螺丝风吹日晒，同时也能起到导流的作用

做一个放发电机的支架，木头的就行了，然后用铁丝或者铁片将发电机固定

做一个连接杆，最好这个地方能装一个轴承（原作者没有装）

用水管做一个塔架，塔架底部如下所示，连发电机的电线正好能从这个洞穿出来。

连接塔架和发电机，用斜拉钢索固定

做一个控制器和整流器，这样就能充电或者直接连电器了，电路原理图如下

第二种方法

风力发电机所需器材和原料: 风力发电机所需器材和原料: 1 主体木板 2 片 2 太阳能专用马达(转轴上附齿轮)1.5~4.5V 1 组 3 大齿轮 1 个 4 小齿轮 1 个 5 方形木块 2 个 6 三孔木块 1 个 7 长形木块 1 个 8 金属棍 1 支 9 绿色 LED 灯(3V) 1 个

10 泡棉双面胶 1 片 11 螺丝钉(2mm*6mm) 12 支 12 珍珠板(30 * 30 cm) 1 片 13 砂纸 1 张 14 保丽龙胶 1 罐 15 透明胶带 1 卷 16 美工刀 1 把 17 螺丝起子 1 支 18 圆规 1 支 19 量角器 1 个 20 小胶带 1 卷 图 1 简易风力发电机制作部分器材，阿拉伯数字为器材表内的编号。

【步骤】 一、风车主体组装 1.将大齿轮圆孔套入金属棍，内推至距一端约 1 公分，如图 2。

2.取一方型木块套入金属棍的较长端。 3.将步骤 2 装置的方形木块贴齐主体木板缝隙的边缘，使用螺丝钉固定，如图 3。 ※简易风力发电机制作注意事项：锁紧螺丝钉时，应避免用力过大，导致木块及主体木板 破裂。

将步骤 2 完成的装置放在主体木板上。 4.取另一个方型木块套入金属棍的较短端，使其对准主体木板上的孔洞;调整大齿轮位置， 使其位于缝隙正中间，并与缝隙平行;最后使用螺丝钉固定方形木块，如图 4。

5.以螺丝钉将长形木块固定于步骤 4 的主体木板下端，如图 5。

6.将太阳能专用马达置入步骤 4 主体木板上的凹槽， 调整马达主轴上齿轮与大齿 轮的咬合位置，使其能顺利转动，如图 5。 7.若咬合的齿轮转动困难，则剪下一小段砂纸，磨擦主体木板的凹槽底部， 直至马达位于最佳位置，如图 6 调整好后，取出马达备用。

自制风力发电机 8.将 LED 灯固定在三孔木块上方孔洞，如图 7。两支脚分别插入在下方的小 孔(长脚是正极、短脚是负极)，使两只脚都能伸出孔洞之外，如图 8。

9.剥除太阳能专用马达电线末端的绝缘外层，使内部的金属线露出约 2 公 分，如图 9。

10.将太阳能专用马达的红色金属线(正极)缠绕在 LED 的长脚(正极)，黑色 金属线(负极)缠绕在 LED 的短脚(负极)，如图 10。

11.将步骤 10 的装置以 2 根螺丝钉固定于步骤 7 的

主体木板上，如图 11。

12.将第二片主体木板覆盖在步骤 11 的装置上， 再次检查马达是否位在最佳 位置。若否，则重覆步骤 7。 13.使用 6 个螺丝钉将第二片主体木板固定，测试大齿轮与太阳能专用马达 上的小齿轮是否能顺利转动，如果转动困难，则重新调整螺丝钉的位置，如图 12。

二、扇叶组的裁切 1.使用圆规，在板上画出四个直径分别为 12、11、3、2 公分的同心圆，如 图 13。

自制风力发电机 2.分别将直尺贴齐圆周边缘的各点，再以小刀沿着直尺切掉圆周外的珍珠 板，重覆此动作，直至接近圆形为止，最后以砂纸磨除圆周边缘的棱角，如图 14。

3.以直尺及笔画出相互垂直的两条直径，再以量角器，将圆均分八等分的扇 形，如图 15。

4.每条扇页支架的宽度留约 0.5 公分，使用美工刀将直径 3~11 公分之间的 珍珠板镂空裁切成为扇叶。 5.将小齿轮以泡绵胶黏至步骤 4 装置的中心，如图 16。

6.使用透明胶带，将八片扇叶以相同夹角(45 度)黏贴至扇叶支架上，如图 17。

7.将扇叶组套入风车主体的转轴，置于转动的电扇前，使风车扇叶能逆时针 转动，观察 LED 灯是否发亮，并测量出最大电压。

问题与讨论 1、哪些变因会影响风力发电机发出的电压大小? 2、请设计实验利用控制变因的科学方法，找出风力发电机产生最大电压的 扇叶结构 (例如扇叶与扇叶支架的夹角、扇叶数目…等)

第三种方法（外国）

叶片直径 2.4m 的成品

报废轿车的轮毂作为风电机的轮毂

更换轮毂轴承

绕线机——用来绕制风电机线圈

绕好的线圈——作为定子

引出线头镀锡

定子线圈在模子里排列成一圈

模子里倒入树脂固化

磁铁排列成一圈——作为转子，倒入树脂并固化

你看锯子都被吸住了，磁性很好

定子和转子进行拼合

脱模

浇注好的定子中心上准备装上转轴，白色的塑料圈是用来倒入树脂的

浇注固化好的定子转轴

进行风电机组装

制作叶片

叶片组装前检验

叶片装在转子上

叶片根部细节

制作整流转换器

接线

自制风力发电机-装上转子，用卡片使定子和转子之间保持 1.5mm 左右的间隙

自制风力发电机-装配叶片

自制风力发电机-风电机准备立起来

能源行业风力发电势头渐劲， 正吸引着电力公用事业、 石油生产商和设备制造商等主要的国 际投资者。

商业风力发电兴起始于 20 世纪 90 年代的欧洲。切尔诺贝利灾难发生后人们反对发展核电， 海湾战争爆发后人们对石油供应感到担心，人们认为北欧更适合 发展风力发电。 现在业内分析家认为，常规能源成本骤增以及***和技术因素对加快风力发电将产生有利影 响。高油价促使人们

关注风力发电。尽管利用石油发电数量很少，但是

高油价对天然气和煤等被广泛用来发电的其它燃料价格有间接的影响。 风力发电的发展也得 益于各国对降低温室气体排放和减少其它形式的空气污染的承诺，其中包 括《京都议定书》以及欧盟制订的开发可再生能源的目标。 业内人士认为，利用风力发电的国家越来越多，这个行业正处在“重大转变时刻”。随着市

场的扩大，传统的发电设备厂商，比如日本的三菱重工、德国的西门子和 美国的通用电气， 已经开始生产大型的风力发电涡轮机。 通用电气公司认为， 风力发电仍将是全球能源工业增 长最快的部门。 壳牌公司预期 2050 年可再生能源将 满足 1/4 或 1/3 的世界能源需求， 其中 存在巨大的商机，风力发电是主要投资领域。

目前世界风力发电功率约为 5 万兆瓦， 其中欧洲为 3.4 万兆瓦。 欧洲在风力发电领域占主导 地位，中国和印度等亚洲国家风力发电出现积极增长，美国可能成为风力发电的最大市场.