Персональный сайт – контролёры заряда для ветрогенератора и СБ
Рекомендую купить ДИСК об альтернативной энергетике. Информация на диске более обширна, чем у меня на сайте.
Диск содержит много программ, также много литературы, в общем, смотрим презентацию.
Для обеспечения номинального заряда на АКБ необходимо следящие устройство.
Рано или поздно , но придется задуматься об контролёре заряда для АКБ, либо перезаряд, как и недозаряд пагубно влияет на срок службы дорогого нам АКБ.
Здесь я попробую собрать в едино конструкции регуляторов, которые пригодятся любому ветролову. Многие из этих конструкций были мною испытаны, думаю, что повторить их будет не сложно. Любую из приведённых схем можно использовать как для работы с ветрогенератором, так и для работы с солнечными панелями, с одной лишь разницей – для ветрогенератора необходимо подключать нагрузку к генератору, а вот солнечные батареи необходимо отсоединять от нагрузки.
Первая схема, наверное, самая простая которую можно придумать. Она отлично подойдёт к ветрогенератору мощностью до 200 Ватт. Эта схема была испытана , и успешно работала на моём первом ветрогенераторе
вид собраной конструкции
Все транзисторы были взяты с многократным запасом по мощности, и для уверенности применялись с радиаторами. Вместо транзистора КТ935а отлично подойдет полевой транзистор типа IRFZ44N или IRFZ48N либо другой подходящий по мощности. Нагрузкой (балласт) в этом регуляторе изначально было два витка нихромового провода намотанного на керамическом сопротивлении. Но, как показала практика в данном случае лучше применять в качестве нагрузки обычную автомобильную лампу (с фары авто) . с запаралелеными нитями накала. Возможно подключение сразу нескольких ламп, но это уже подбирается от мощности генератора. Недостатком этой схемы является отсутствие петли гистерезиса, т.е. отсутствие регулировки нижнего предела, так как схема работает по принципу стабилизатора напряжения.
СХЕМА №2
Так же очень простая схема, причем очень даже старая схема. Автор эту схему использовал для автоматической поддержки заряда АКБ. Вот здесь можно подробно почитать. http://laps-aleksandr.narod.ru/Data/Avto/Avto.htm
Я делал эту схему, довольно работоспособная конструкция.
Транзисторы использовал KF517 и на выходе перед реле КТ817
Вот моя печатная плата
Принцип действия
Контроллеры, используемые в составе ветровых установок, это сложные технические устройства, которые выполняют следующие функции:
- Осуществляет контроль за зарядом аккумуляторных батарей (АКБ), являющихся накопителем вырабатываемой электрической энергии.
- Преобразует вырабатываемый ветрогенератором переменный электрический ток в постоянный, который является рабочим током, для аккумуляторов.
- Контролирует повороты лопастей ветровой установки.
- Осуществляет перенаправление вырабатываемого электрического тока, в зависимости от заряда АКБ и количеством вырабатываемой энергии.
Работа контроллеров, обеспечивающих работу ветровых установок в автоматическом режиме, осуществляется, в зависимости от их конструкции и мощности ветрогенератора, следующим образом:
- Для ветряков большой мощности.
- В комплекте с контроллером в состав ветровой установки монтируется балластное сопротивление. В этом качестве могут быть использованы электрические ТЭНы или иные электрические резисторы, обладающие значительным сопротивлением.
- В процессе работы ветровой установки, когда напряжение на аккумуляторах достигнет значений в 14, – 15,0 Вольт, контроллер их отключает от линии питания и переключает потоки электрической энергии, вырабатываемой установкой, на балластное сопротивление.
- Для ветряков малой мощности.
- Когда заряд АКБ завершен, и значения напряжения достигли максимально возможных величин, контроллер осуществляет торможение вращения лопастей ветровой установки. Эта операция осуществляется путем замыкания фаз ветрового генератора, что и приводит к торможению и останову вращения установки.
Нюансы применения ветрогенераторов
В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.
Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях
Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС. Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах
Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.
При этом следует учесть некоторые моменты:
- Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
- Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
- Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.
При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.
Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.
Ветрогенераторы и контроллеры заряда АКБ
Если механический ветряк вполне возможно сделать самостоятельно, можно ли сделать своими руками ещё и контроллер ветряка?
Чтобы иметь какое-то представление о контроллерах ветрогенераторов и успешно воспроизводить такую технику своими руками, не лишними будут базовые сведения об этих приборах.
Контроллер заряда аккумуляторной батареи для ветрогенератора небольшой мощности. Контроль некоторых параметров системы осуществляется через встроенный в конструкцию жк-дисплей
Контроллер, обслуживающий аккумуляторные батареи, призван в первую очередь управлять процессом заряда АКБ. Это его основная функция, но ее условно следует разделить ещё на целый ряд подфункций.
Например, одним функционалом отслеживается ток заряда и ток саморазряда. Другой функционал реализует действия, направленные на измерение температуры и давления. Третий отвечает за компенсацию разницы энергетических потоков, когда одновременно с потреблением тока нагрузкой осуществляется заряд АКБ.
Приборы промышленного изготовления наделены полноценным функционалом. А вот относительно любительских конструкций такого не скажешь. Устройства, выполненные на базе простейших схемных решений в домашних условиях своими руками – это контроллеры, далёкие от совершенных моделей.
Тем не менее, они работают и достаточно продуктивно позволяют эксплуатировать ветрогенераторы. Как правило, в самодельных конструкциях реализована лишь одна функция – защита от перенапряжения и от глубокой разрядки.
Одна из многочисленных вариаций контроллеров для ветряков, изготовленных своими руками. Такие конструкции отличаются незамысловатыми техническими решениями и простейшим исполнением монтажа
Почему внедрение контроллера в систему ветряка является обязательным моментом? Потому что в режиме энергетической подпитки АКБ без применения контроллера следует ожидать неприятных последствий:
- Деградацию структуры аккумулятора по причине неконтролируемых химических процессов.
- Неконтролируемый рост давления и температуры электролита.
- Утрату аккумулятором свойств подзарядки в связи с имеющим место долговременным разрядом.
Контроллер заряда для схемы ветрогенераторной установки выполняется, как правило, в виде отдельного электронного модуля. Этот модуль съёмный и быстро отключаемый. Приборы промышленного изготовления обязательно оснащаются индикацией режимов и состояний – световой или визуально передаваемой через дисплей.
На практике могут применяться два вида устройств – встраиваемые непосредственно в корпус ветрогенератора и подключаемые к аккумуляторной батарее.
Конструкция и принцип работы ветротурбин
Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую. Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.
Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:
- Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
- Генератор для продуцирования переменного тока.
- Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
- Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
- Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
- Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.
Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.
Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка
В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.
В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.
Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.
В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%
Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.
Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.
В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности. В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.
Схемы балластного регулятора
Существует несколько базовых схем контроллеров, имеющих собственную специфику:
Прерывание по минусовому контакту
Нагрузка через транзистор подается на реле. Оно пропускает ток до достижения максимального заряда, но как только нужное значение будет достигнуто (автомобильное ВАЗовское реле отсекает 14,5 В), то реле отключает минус, а транзистор открывается и пропускает ток на балласт. Как только напряжение упадет, транзистор закрывается, а реле вновь соединяет минус и начинается зарядка АКБ. В качестве балластного потребителя обычно используется обычная лампочка.
Прерывание по плюсу
Эта схема намного проще, но действует не менее эффективно. При использовании плюсового контакта в качестве управляющего транзисторы обычно заменяют твердотельным реле типа GTH6048ZA2 или подобного. Соединение генератора и АКБ получается прямым, как и контроллер. При превышении заряда устройство автоматически подключает нагрузку к аккумулятору, обеспечивая расход излишнего заряда. При достижении критического напряжения 14,5 В реле-регулятор включает твердотельное реле, подключающее нагрузку. Схема проста и поэтому она весьма надежна.
Усложнённый вариант схемы контроллера
Этот вариант применяется для трехфазных генераторов. Схема намного сложнее, так как в ней используются микросхемы и дополнительные элементы, обеспечивающие их работу. В качестве балласта используется нихромовый резистор, намотанный на керамике.
Принцип действия устройства состоит в выпрямлении полученного от генератора трехфазного тока, который через реле поступает на микросхему. При понижении напряжения триггер переключает схему в режим загрузки, при повышении — включается балласт, отбирающий лишний заряд. Можно собрать схему как для 12, так и для 24-вольтовых устройств.
Разновидности генераторов
Прежде чем решить, как сделать ветрогенератор своими руками, рассмотрим особенности конструкции:
По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным
- Классическая конструкция — ось вращения расположена параллельно земле, плоскость лопастей — перпендикулярно. Такая схема предусматривает свободное вращение вокруг вертикальной оси, для позиционирования «по ветру».Чтобы плоскость вращения всегда занимала эффективное положения перпендикулярно направлению ветра, требуется хвостовое оперение, которое работает по принципу флюгера. Принцип действия простой: ветер меняет направление, воздействует на хвостовую плоскость, ось вращения генератора всегда расположена вдоль движения потока воздуха. Единственная сложность — подключение силовых кабелей. Если корпус генератора совершит несколько оборотов вокруг вертикальной оси, провода намотаются на мачту, и оборвутся. Поэтому требуется установка ограничителя. Он не позволяет совершить полный оборот, но приводит к зависанию) корпуса в мертвых зонах.Промышленные образцы имеют электронный регулятор слежения за направлением, и поворачивает корпус с помощью встроенного электромотора.Решить проблему можно с помощью цилиндрического пропеллера, который принимает воздушный поток как поперек, так и вдоль оси вращения. Правда, эффективность зависит от угла атаки. Чем больше ветер отклоняется от угла 90°, тем ниже КПД.Но такую конструкцию трудно сделать своими руками, из-за сложностей в аэродинамике движителя.
- Оптимальный вариант — вертикальные генераторы (то есть, ось вращения вала располагается перпендикулярно земле). При таком расположении аэродинамического движителя, вы вообще не зависите от направления ветра. Вращение одинаково эффективно, и зависит только от силы потока воздуха.Форма лопастей может быть самой разной, есть простор для инженерной мысли. Существует множество интересных аэродинамических проектов, разработанных научными учреждениями. Причем чертежи большинства их них представлены в свободном доступе. Причем конструкции, опубликованные в литературе технической направленности времен СССР, порой оказываются наиболее рациональными.Роторные винты имеют неоспоримое преимущество: вертикальный генератор закреплен статично, что упрощает электрическое подключение. Нет необходимости устанавливать ограничители вращения, как в горизонтальных схемах.
По номиналу генерируемого напряжения
- Ветрогенераторы, изготовленные своими руками на 220 вольт, не требуют дополнительных преобразователей величины напряжения, и являются конструкциями прямого применения. Однако их работа зависит от силы ветра. Как минимум, необходим стабилизатор на выходе, выполняющий функцию регулятора при разных оборотах вала. При отсутствии ветра, система просто не работает.Преимущества неоспоримы: как правило, используется мощный электродвигатель, на который можно устанавливать винт, непосредственно закрепив его к валу ротора. Переделки минимальны по трудозатратам, такие моторы уже имеют удобный постамент, остается лишь изготовить опорную площадку.Электродвигатели можно найти с минимальными финансовыми затратами: от любой списанной электроустановки. Например, промышленного вентилятора. Подходят и моторы от бытовой техники: стиральные машины, пылесосы.
- 12 вольт (реже 24 вольта). Наиболее популярная конструкция — ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора. Причем он демонтируется из автомобиля-донора в комплекте с преобразователем напряжения. Переделка схемы не требуется: на выходе мы получаем либо 14 вольт (в автомобиле таким напряжением заряжается аккумулятор), либо требуемые для питания вашей энергосистемы 12 вольт. Наличие шкива позволяет сконструировать ременную передачу с требуемым соотношением оборотов. Ответную часть также можно снять с автомобиля донора.При желании, лопасти крепятся непосредственно на вал.Такие ветрогенераторы можно использовать как для непосредственного подключения к потребителю, так и в автомобильном режиме, воспроизведя систему зарядки в комплекте с аккумулятором. Если для организации энергоснабжения требуется 12 вольт, питание берется напрямую с клемм аккумулятора. Для получения 220 вольт, используется преобразователь. Подходящий вариант — источник бесперебойного питания.Система работает следующим образом: если отбираемая мощность ниже, чем может обеспечить генератор — аккумуляторные батареи заряжаются. Если порог превышен — мощность генерируется от АКБ.
Что такое контроллер заряда?
Функцию контроля за величиной заряда выполняет балластный регулятор, или контроллер. Это электронное устройство, отключающее аккумулятор при возрастании напряжения, или сбрасывающее излишки энергии на потребитель — ТЭН, лампу или иной простой и нетребовательный к некоторым изменениям питания прибор. При падении заряда контроллер переключает АКБ в режим заряда, способствуя восполнению запаса энергии.
Первые конструкции контроллеров были простыми и позволяли только включать торможение вала. Впоследствии функции устройства были пересмотрены, и лишнюю энергию начали использовать более рационально. А с началом использования ветрогенераторов в качестве основного источника питания для дачных или частных домов проблема в использовании лишней энергии отпала сама собой, так как в настоящее время в любом доме всегда найдется, что подключить.
Начинаем работу по созданию самодельного станка
Шаговый двигатель вместе с платой должны быть извлечены из старых устройств. У сканера достаточно снять стекло, а затем – вывернуть несколько болтов. Снимать потребуется и стальные стержни, используемые в дальнейшем, создавая тестовый портал.
Микросхема управления ULN2003 станет одним из главных элементов. Возможно отдельное приобретение деталей, если в сканере используются другие разновидности микросхем. В случае наличия нужного устройства на плате его аккуратно выпаиваем. Порядок действий при сборке контроллера для ЧПУ на Atmega8 16au своими руками выглядит следующим образом:
- Сначала разогреваем олово, используя паяльник.
- Удаление верхнего слоя потребует использования отсоса.
- Одним концом отвертку устанавливаем под микросхему.
- Жало паяльника должно касаться каждого вывода микросхемы. Если это условие соблюдается, на инструмент можно нажимать.
Далее микросхема припаивается на плату, тоже с максимальной аккуратностью. Для первых пробных шагов можно использовать макеты. Используем вариант с двумя шинами электропитания. Одна из них соединяется с положительным выводом, а другая – с отрицательным.
На следующем этапе идет соединение вывода у второго коннектора параллельного порта с выводом в самой микросхеме. Выводы у коннектора и микросхемы должны быть соединены соответствующим образом.
Нулевой вывод присоединяется к отрицательной шине.
Один из последних этапов – припайка шагового двигателя к устройству управления.
Хорошо, если есть возможность изучить документацию от производителя устройств. Если нет, то придется самостоятельно искать подходящее решение.
Провода рекомендуется припаивать так, чтобы потом их можно было легко соединить с зажимами-крокодилами. Клеммы с винтовыми соединениями – подходящие для решения задачи решения. Как и любые другие подобные детали.
Провода соединяются с выводами. Наконец, один из них соединяется с положительной шиной.
Шины и гнезда электропитания нужно соединить.
Термоклей из пистолета поможет закрепить детали, чтобы они не откалывались.
Окончание сборки ветряной установки
Для изготовления рамы генератора используется профильная труба, для хвоста – оцинкованная жесть. Конструкция поворотной оси состоит из трубки с двумя подшипниками. Крепление генератора к мачте осуществляется таким образом, чтобы расстояние от мачты до лопастей составляло не менее 25 см. В целях обеспечения безопасной сборки и монтажа, все работы следует выполнять в безветренную погоду. Сильный ветер может погнуть лопасти, и они разобьются о мачту.
Если для питания потребителей, работающих от сети 220 вольт, планируется использовать аккумуляторы, то в этом случае потребуется установка инвертора, выполняющего преобразование напряжения. Емкость аккумуляторной батареи подбирается в зависимости от технических характеристик генератора. На этот показатель оказывают влияние скорость ветра в данной местности, общая мощность подключаемых потребителей и частота их использования.
Для того чтобы предотвратить выход аккумуляторов из строя под влиянием чрезмерной зарядки, необходимо использовать контроллер напряжения, который бывает самодельный или заводского изготовления. Готовый ветряной генератор необходимо периодически обслуживать и своевременно производить регламентные работы.
Автомобильный инвертор с 12 на 220
АВР для генератора
Электромагнитный генератор
Генератор переменного тока: принцип работы
Генератор Тесла
Устройство генератора: принцип работы
Ветрогенератор своими руками: как сделать самодельное устройство на 220 В (Вольт) для частного дома самому, и чертеж, условия и простая инструкция изготовления
- Направление вращения ветряного колеса – вертикальное или горизонтальное.
- Форма лопаток для вентилятора может быть в виде паруса, с прямой или криволинейной поверхностью. В некоторых случаях используются комбинированные варианты.
- Материал для лопаток и технология их изготовления.
- Размещение вентиляторных лопастей с различным наклоном, относительно потока проходящего воздуха.
- Количество лопастей, включенных в вентилятор.
- Необходимая мощность, передаваемая от ветряного двигателя к генератору.
Конструкция ветрогенератора одинакова, не зависимо от выбранной модели, и в неё входят следующие элементы:
Генератор
Генераторы, как правило, используются уже готовые из старых электроприборов. Например, автомобильный или электродвигатель из бытовой техники. Генератор также можно попробовать собрать вручную. Вот несколько примеров:
Мачта
От прочности мачты зависит, насколько долго прослужит вся конструкция. Мачта высотой в 12–15 метров потребует предусмотреть растяжки и противовесы, так как такой высокой конструкции тяжело удержаться и даже сильный ветер может её повалить. Если же высота мачты ниже, то и вес конструкции не будет таким тяжёлым и дополнительные меры предпринимать не потребуется.
В заключении можно сказать, что ветряные генераторы не очень сложны в конструкции, и их можно сделать в домашних условиях. Они прекрасно подойдут для ветреных регионов, в которых условия созданные природой окупят счета за электричество.
Ключевые узлы
Схема работы установки наглядно демонстрирует то, как именно энергия ветра преобразуется в электричество и то, как она используется по назначению
Мнение эксперта
Стребиж Виктор Павлович, эксперт по освещению и электрике
Любые вопросы задавайте мне, я помогу!
К недостаткам можно отнести невысокую производительность и значительную зависимость от сильных порывов ветра лопасти могут быть сорваны воздушными потоками. Если же вам что-то непонятно, пишите мне!
Выводы и полезное видео по теме
Желание сделать оборудование для домашнего применения своими руками иногда сильнее более простого решения — покупки недорогого устройства. Что из этого получилось, смотрите в видеоролике:
Оценивая перспективы изготовления электроники собственными силами независимо от её назначения, приходится столкнуться с мыслью, что век «самоделкиных» завершается. Рынок перенасыщен готовыми электронными устройствами и модульными комплектующими практически под каждый бытовой продукт. Электронщикам-любителям теперь остаётся единственное дело – заниматься сборкой домашних конструкторов.
Итог
Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.
Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.
