Przeróbka silnika na prądnicę - pytania i odpowiedzi

Trzynaście pytań, które wracają na forach przy każdej próbie zrobienia prądnicy z silnika ze złomu. Odpowiedzi opierają się na jednej konkretnej, opisanej przeróbce silnika od pralki automatycznej — wszystkie liczby pochodzą stamtąd, żadnej nie wymyśliliśmy.

Czy silnik z pralki nada się na prądnicę do wiatraka?

Tak i jest to najczęstszy punkt wyjścia, bo silnik z pralki automatycznej jest tani, dostępny ze złomu i ma zwarty, walcowaty kształt. Trzeba jednak wiedzieć, czego się spodziewać. Znaleziony przeze mnie silnik miał na pokrywie dane 2775/425 obr/min i 60/50 W — cała potężna moc pralki siedzi w grzałce, nie w silniku. Po przeliczeniu na wyższe obroty daje to teoretycznie 391 W, a po uwzględnieniu słabszego pola z magnesów i realnych obrotów wiatraka realnie 50-100 W. W eksperymencie na akumulatorze 12 V wyszło 3 A, czyli około 36-42 W. Szczegóły opisałem na stronie prądnica z silnika od pralki.

Ile magnesów potrzeba na wirnik?

Tyle samo, ile cewek na stojanie — to warunek działania, nie zalecenie. Przy innej liczbie bieguny nie przechodzą pod cewkami jednocześnie i napięcia z poszczególnych cewek zamiast się dodawać, znoszą się nawzajem. Punktem wyjścia jest liczba zębów stojana, którą liczy się po odwinięciu drutu. W opisanym silniku z pralki było ich 36, a przy uzwojeniu trójfazowym daje to 36 / 3 = 12 cewek, czyli 12 magnesów. Dopuszczalne są też inne podziały tej samej liczby zębów: 72, 36, 24, 18 lub 12. Dwanaście biegunów jest rozsądnym startem, bo przy 36 albo 18 magnesach rośnie moment zaczepowy. Więcej w doborze magnesów do wirnika.

Jaki wymiar magnesu do silnika z pralki?

Najczęściej wchodzi MPL 40x10x5 / N38 o udźwigu 11,86 kg, a jeśli po obtoczeniu wirnika zostało miejsce — 40x15x6 / N38 o udźwigu 14,22 kg. Wymiar 40x10x4 (9,32 kg) bierze się wtedy, gdy szczelina po obtoczeniu wyszła ciasna i grubszy magnes nie mieści się pod stojanem. Do małych silników o wirniku typowo do 60 mm pasuje 25x10x5 (7,49 kg). Długość magnesu wynika z podziałki, czyli obwodu wirnika podzielonego przez liczbę biegunów. W opisanym wirniku magnesy 40 mm leżały z odstępem 18 mm, co daje podziałkę 58 mm.

N38 czy N52 - czy warto dopłacić?

W większości przeróbek N38 wystarcza i jest domyślnym wyborem. Powód jest fizyczny: stojan mieści ograniczoną ilość strumienia magnetycznego, a po przekroczeniu tej granicy nadmiar rozchodzi się w powietrzu i nie robi nic poza podniesieniem rachunku. Wzrost mocy prądnicy nie jest więc proporcjonalny do wzrostu klasy. N42 ma sens tam, gdzie miejsce na magnes jest wymuszone geometrią i nie da się wziąć grubszego. Po N52 warto sięgnąć tylko przy bardzo małym wirniku, gdy każdy milimetr grubości jest wygrany — i pod warunkiem, że prądnica nie będzie się mocno grzać, bo wyższe klasy gorzej znoszą temperaturę. Magnesów N27 nie polecam, są po prostu za słabe.

Osiowe czy diametralne namagnesowanie?

Do wirnika idą magnesy płytkowe namagnesowane przez grubość, czyli osiowo — wszystkie wymiary z tabeli na stronie dobór magnesów są właśnie takie. Biegun ma wychodzić prostopadle z powierzchni przylegającej do wirnika, w stronę szczeliny i zębów stojana. Magnesy układa się naprzemiennie: N → S → N → S, więc przy dwunastu magnesach powstaje sześć par biegunów. Kolejność sprawdza się najprościej innym magnesem albo kompasem — pomyłka nawet przy jednym magnesie wycina jedną cewkę z pracy i widać to od razu na napięciu.

Czym przykleić magnesy do wirnika?

Magnesy przyciągają się nawzajem i przy wymiarze 40x15x6 potrafią zerwać się z pozycji, zanim klej złapie. Dlatego warto zrobić prowadnicę z drewna albo tektury i kleić po kolei, nie wszystkie naraz. Po sklejeniu wirnik zabezpiecza się lakierem albo żywicą — chroni to powłokę mechanicznie i odcina wilgoć. Warto też zamknąć pole dwoma talerzami z blachy po obu stronach wirnika, co ogranicza rozpraszanie strumienia poza pakiet stojana. Czego nie robić: nie szlifować i nie skracać magnesów na wymiar, nie dopuszczać do zderzeń magnesu z magnesem i nie wiercić w nich otworów pod śruby.

Dlaczego wiatrak nie rusza przy słabym wietrze?

To najczęstszy koniec domowej przeróbki i prawie zawsze winny jest moment zaczepowy. Magnes na wirniku szuka drogi najkrótszej dla pola i ustawia się naprzeciw zęba stojana, bo stal przewodzi strumień setki razy lepiej niż powietrze. Odsunięcie go wymaga siły, a wirnik sam wraca do najbliższego zęba jak zapadka. Siła ta jest obecna nawet przy odłączonych przewodach. W silniku nikomu nie przeszkadzała, bo silnik startuje od sieci, ale w wiatraku rozruch daje wiatr — a wiatr 3 m/s nie ma z czego dołożyć. Sposoby zmniejszenia: skos magnesów, właściwy dobór liczby biegunów do liczby zębów, podział magnesu na krótsze przesunięte odcinki.

Ile prądu da przerobiony silnik?

Dla silnika z pralki o danych 2775/425 obr/min i 60/50 W rachunek wygląda tak. Moc teoretyczna przy prawie 3000 obr/min to 60 W × 2775/425 = 391 W. Przy realnych obrotach 1380 obr/min daje to 391 W × 1380/2775 = 194 W. Pole z magnesów jest jednak 2-4 razy słabsze od wytwarzanego przez oryginalne cewki, więc zostaje 50-100 W. W eksperymencie na akumulatorze 12 V uzyskano 3 A, czyli 36-42 W. Warto znać ten rząd wielkości przed zakupem kompletu magnesów.

Czy trzeba przewijać stojan?

Przewinięcie zmieni napięcie i prąd, ale nie zmieni mocy. Energię w prądnicy przenosi strumień magnetyczny, a jego źródłem są magnesy stałe, więc strumień ma wartość stałą i dostępna moc jest stała. Zwiększenie liczby zwojów podnosi napięcie i proporcjonalnie obniża prąd — iloczyn, czyli moc, pozostaje bez zmian. Odwinięcie stojana jest natomiast konieczne z innego powodu: po odwinięciu drutu liczy się zęby, a od tej liczby zależy liczba cewek i liczba magnesów na wirniku. W opisanym silniku było 36 zębów, co dało 12 cewek z drutu 1 mm i 12 magnesów.

Czy magnesy stracą moc od ciepła?

Magnesy neodymowe mają określoną temperaturę pracy i po jej przekroczeniu tracą właściwości bezpowrotnie. W prądnicy grzeje się przede wszystkim uzwojenie, a ciepło przechodzi na wirnik przez szczelinę i wał. Wyższe klasy — N45, N52 — znoszą temperaturę gorzej niż N38 i to jest jeden z argumentów za pozostaniem przy N38. Drugim czynnikiem jest obciążenie: prądnica pracująca na granicy możliwości grzeje się mocniej niż taka, która ma zapas. Konkretną dopuszczalną temperaturę dla wybranego wymiaru znajdziesz w opisie produktu w sklepie dhit.pl.

Czy magnesy można ciąć albo wiercić?

Nie. Sam materiał magnesu neodymowego jest podatny na korozję, dlatego pokrywa się go warstwą Ni-Cu-Ni — nikiel, miedź, nikiel — o grubości rzędu kilkunastu mikrometrów. To ona odpowiada za trwałość magnesu, nie jego rdzeń. Każde przecięcie, oszlifowanie czy przewiercenie odsłania rdzeń i otwiera drogę wilgoci. Magnes zaczyna korodować od zadrapania, rdza podchodzi pod powłokę i podnosi ją dalej, a materiał kruszy się i rozsypuje. W zamkniętym wirniku nikt tego nie zobaczy, dopóki prądnica nie zacznie tracić mocy. Powłoka pęka też od uderzenia, więc nie wolno dopuszczać do zderzeń magnesu z magnesem.

Gdzie kupić te magnesy?

Wszystkie wymiary wymienione na tej stronie — 40x15x5, 40x15x6, 40x10x5, 40x10x4 i 25x10x5 w klasie N38 — są w stałej sprzedaży w sklepie dhit.pl, razem z pozostałymi magnesami neodymowymi płytkowymi. Zanim złożysz zamówienie, sprawdź w doborze magnesów do wirnika, jaki wymiar i jaka liczba biegunów pasuje do Twojej średnicy wirnika i liczby zębów stojana. Piętnaście minut z kartką oszczędza komplet magnesów, bo wyjęte z klejonego wirnika rzadko nadają się do ponownego użycia.

Czy na wiatrak potrzebne jest pozwolenie?

To zależy od wielkości konstrukcji, wysokości masztu i tego, czy stoi ona na własnej działce. Małe instalacje przydomowe traktowane są inaczej niż turbiny na wieżach kratowych, a osobną sprawą jest przyłączenie do sieci elektroenergetycznej, które wymaga uzgodnienia z operatorem. Przepisy w tym zakresie zmieniają się co kilka lat, dlatego nie podajemy tu konkretnych progów ani numerów aktów prawnych — szybko przestałyby być prawdziwe. Aktualny stan sprawdź w urzędzie gminy oraz u swojego operatora sieci przed rozpoczęciem budowy, nie po niej.

Gdzie czytać dalej

Pełny opis przeróbki krok po kroku, z liczeniem zębów i zdjęciami wirnika, stoi na stronie prądnica z silnika od pralki. Wymiary, klasy i układ biegunów rozpisaliśmy w doborze magnesów do wirnika, a to, dlaczego gotowa prądnica potrafi stać na maszcie bez ruchu — w tekście o momencie zaczepowym. Kontekst konstrukcyjny, czyli jak wygląda generator w prawdziwej elektrowni wiatrowej, znajdziesz na stronie generatory.