Контроллер для ветрогенератор своими руками

Новая версия контроллера (балластного регулятора напряжения) для ветрогенератора

В прошлых статьях я уже описывал схему изготовления контроллера для ветрогенератора на основе автомобильного реле-регулятора (РР). Также в тех статьях есть фото и видео работы этого балластного регулятора. Принцип работы очень простой, реле-регулятор автомобильный при 14.2 вольта отключает щетку генератора и он перестаёт заряжать аккумулятор в автомобиле и таким образом АКБ не перезаряжается. А для работы с ветрогенератором сигнал от РР используется для включения дополнительной нагрузки к АКБ, которая сжигает лишнюю энергию и не даёт напряжению выросли выше 14.2 вольта.

В оригинальной схеме балласт подключается с помощью транзистора. Реле-регулятор подключается к АКБ и пока напряжение ниже 14.2 вольта, то РР подаёт минусовое напряжение не затвор транзистора и он закрыт. А как только напряжение на АКБ достигнет 14.2 вольта, то РР отключает минус и транзистор открывается, и через него идет ток на балласт. При этом РР работает очень быстро и держит напряжение 14.2 вольта, оно несколько раз в секунду открывает и закрывает транзистор обеспечивая плавный отбор лишней мощности. И собственно по этому нельзя в этой схеме использовать обычное контактное реле, оно просто не выдержит частоту включения-выключения 10. 100Гц, будет сильно дребезжать контактами пока они не отгорят.

Сама схема выглядит вот так (ниже рисунок) дополнительное описание — Балластный регулятор для ветрогенератора схема и описание

Если у вас нет реле-регулятора с управлением по минусу то можно сделать балластный контроллер на основе реле генератора ВАЗ, и других автомобилей где реле отключает плюсовую щётку генератора и об этом далее.

Контроллер на реле ВАЗ, с управлением по плюсу

Ниже рисунок со схемой балластного контроллера с реле генератора ВАЗ. Так как выход реле на щётку плюсовой, то есть она отключает плюс, а не минус как реле ГАЗ, то нужно ставить два транзистора.

Когда напряжение ниже 14.2В то плюсовое напряжение подаётся на контакт «Ш», оно подаётся на затвор первого транзистора и он открывается (резистор затвора на минус подключается). Далее этот транзистор подаёт через себя минус (исток-сток) на затвор второго транзистора, и тот минусом закрывается, и через себя не пропускает минус на балласт.

А когда напряжение поднимается выше 14.2В то плюс пропадает с выхода реле регулятора. Первый транзистор закрывается разряжая затвор через резистор на минус. И на затвор второго транзистора перестаёт поступать минус, и он открывается заряжается затвор через резистор от плюса. И он на балласт подаёт минус, балласт включается. Ниже рисунок схемы на двух транзисторах и реле ВАЗ.

Из минусов такой схемы это некоторая сложность с подключением транзистора, хотя куда ещё проще, но всё-таки многие не могут и у них не получается. А так-же бывает что транзисторы сгорают, не понятно из-за чего, но такое случалось не только у меня. Вдаваться в описание возможных причин не будем, в общем я нашёл другой выход, и об этом далее.

Твёрдотельное реле вместо транзистора

Транзистор в схеме, которая выше я заменил на твёрдотельное реле и всё стало гораздо проще и надёжнее. Теперь для сборки самого контроллера надо приобрести всего две детали, ну ещё маленькую светодиодную лампочку и балласт. Принципиально схема выглядит вот так (ниже рисунок).

Для изготовления понадобятся:
1. Реле-регулятор любой с управлением по плюсу, это регуляторы ВАЗ например
2. Твёрдотельное реле на постоянный ток
3. Резистор или светодиодную лампочку маломощную
4. Балласт, в качестве которого лампочки или большой резистор

Ветрогенератор подключается напрямую на аккумулятор и с балластным контроллером никак не связан. А сам контроллер подключается тоже к аккумулятору, но с ветряком никак не связан, он просто отслеживает напряжение аккумулятора и при превышении 14.2 вольта включает балласт чтобы остановить рост напряжения и сжечь лишнюю энергию. Поэтому не важно что заряжает аккумулятор, это может быть ветрогенератор, солнечные батареи, или зарядное устройство, контроллер всё равно будет включать балласт при превышении 14.2 вольта. Таким образом можно излишки энергии использовать даже с солнечных батарей, и эти излишки можно пустить на подогрев воды заменив лампочки на водонагревательный ТЭН.

И если говорить о работе самого контроллера, то балласт он включает не резко, а мягко, импульсами, отбирая только лишнюю энергию. Ветрогенератор при этом не получает удары мощной нагрузкой, как это бывает с другими контроллерами. Контроллеры с мощными балластами обычно полностью подключают нагрузку и происходит резкий удар по ветряку, и он начинает замедляться и пока напряжение АКБ не просядет до заданного гистерезиса ветряк будет нагружен мощной нагрузкой и останавливается. И когда акб заряжены то ветряк может получать несколько таких ударов балласта, от этого нагрузки большие на лопасти и подшипники, обмотку генератора. Так-же есть контроллеры, которые просто тормозят генератор при превышении напряжения, и они тоже резко включают торможение практически замыкая генератор, что тоже очень плохо. А этот балластный регулятор работает как ШИМ(PWM) контроллер мягко скидывая только излишки на балласт, только здесь импульсный принцип работы.

Кстати потребление контроллера совсем небольшое, порядка 20мА, и реле твёрдотельное включается только во время скидывания лишней энергии и в отличие от контактных реле потребляет всего 15мА.

Для наглядности работы данной схемы контроллера я записал небольшое видео. На видео реальная работа контроллера с реальным ветрогенератором. Правда в в день съёмки ветерок был совсем небольшой, поэтому чтобы было видно как происходит сброс лишней энергии я отключил две из трёх лампочек балласта, чтобы было видно по яркости свечения лампочки.

На этом всё, всем удачи в повторении подобной конструкции балластного регулятора для ветряка. Ниже несколько фото этого контроллера.

Дополнительная информация по схеме и описания работы в других статьях:

Источник

Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками

Опубликовано Артём в 14.04.2019 14.04.2019

Альтернативная энергия, добываемая посредством «ветряной мельницы» — заманчивая идея, охватившая огромное число потенциальных потребителей электричества. Что же, электромехаников разного калибра, пытающихся сделать ветрогенератор своими руками, можно понять. Дешёвая (практически бесплатная) энергетика всегда ценилась на вес золота. Между тем установка даже простейшего домашнего ветрогенератора даёт реальную возможность получить бесплатный ток. Но как сделать домашний ветрогенератор своими руками? Как заставить работать систему энергии ветра? Попробуем раскрыть занавес тайны с помощью опыта бывалых электромехаников.

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.

Существуют разные конструкции контроллеров. Можно приобрести готовый прибор, изготовленный в производственных условиях и точно выполняющий свои функции. Но чаще владельцы самодельных ветряков предпочитают собирать контроллеры самостоятельно, что обходится гораздо дешевле, проще ремонтируется и намного понятнее, чем устройство заводского изготовления.

Основа домашнего ветрогенератора

Тема изготовления и установки самодельных ветряных генераторов очень широко представлена в сети Интернет. Однако большая часть материала – это банальное описание принципов получения электрической энергии от природных источников.

Теоретическая методика устройства (установки) ветрогенераторов уже давно известна и вполне понятна. А вот как обстоят дела практически в бытовом секторе – вопрос, раскрытый далеко не полностью.

Чаще всего в качестве источника тока для самодельных домашних ветрогенераторов рекомендуют выбирать автомобильные генераторы или асинхронные двигатели переменного тока, дополненные неодимовыми магнитами.

Процедура переделки асинхронного электродвигателя переменного тока под генератор для ветряка. Заключается в изготовлении «шубы» ротора из неодимовых магнитов. Крайне сложный и долговременный процесс

Однако оба варианта требуют существенной доработки, нередко сложной, дорогостоящей, отнимающей много сил и времени.

Куда проще и легче во всех отношениях установить электродвигатели, подобные тем, что выпускались прежде и выпускаются теперь фирмой Ametek (пример) и другими.

Для домашней ветрогенераторной установки подходят моторы постоянного тока напряжением 30 – 100 вольт. В режиме генератора от них можно получить примерно 50% от заявленного рабочего напряжения.

Следует отметить: при работе в режиме генерации электродвигатели постоянного тока требуется раскручивать до скорости выше номинальной.

При этом каждый отдельно взятый мотор из десятка одинаковых экземпляров, может показывать совершенно разные характеристики.

Поэтому оптимальный подбор электродвигателя к домашнему ветрогенератору логичен при следующих показателях:

1. Высокий параметр рабочего напряжения.
2. Низкий параметр RPM (угловая скорость вращения).
3. Высокое значение рабочего тока.

Так, удачным под установку выглядит мотор производства фирмы Ametek с рабочим напряжением 36 вольт и угловой скоростью вращения — 325 об/мин.

Именно такой электродвигатель используется в конструкции ветрогенератора – установки, что описана ниже в качестве примера домашнего ветряка.

Мотор постоянного тока для домашнего ветрогенератора. Оптимальный вариант из числа продуктов, изготовленных фирмой Ametek. Также удачно подходят подобные электродвигатели производства других фирм

Проверить эффективность любого похожего мотора несложно. Достаточно подключить к электрическим выводам обычную автомобильную лампу накаливания на 12 вольт и крутануть вал мотора рукой. При хороших технических показателях электродвигателя лампа обязательно зажжётся.

Устройство и принцип работы

Одним из простых вариантов сборки контроллера является использование автомобильного реле-регулятора. Это устройство само по себе уже является готовым контроллером, дополнительных элементов для создания нужного прибора требуется совсем немного. Использовать только одно реле нельзя, поскольку оно не рассчитано на высокую частоту срабатываний и сразу выйдет из строя.

Генератор

Генератор является сердцем проекта и важно взять хороший! Сейчас вы смотрите на промышленный двигатель с постоянным магнитом. Он был куплен примерно за 65$, пришел с просверленной ступицей для крепления лопастей ветровой турбины, что сохранило мне много времени, которое было бы потрачено на просверливание отверстий.Мотор рассчитан на 90В при 1750 оборотов в минуту. Используя его в качестве генератора, эффективность данной системы составит 80%. Поэтому при вращении вала со скоростью 1750 оборотов за минуту, он будет производить 72В электричества. Посмотрим правде в глаза, вал не будет крутится с такой скоростью, но можно прийти к консенсусу. Для того, чтобы зарядить 12В батарею глубоким циклом заряда, генератор должен производить по крайней мере 12В. Воспользуемся математикой для расчета необходимой скорости вращения. Вал должен вращаться как минимум 233 оборота в минуту для зарядки 12В батареи.

С пластиковыми лопастями при 24 км/ч ветер легко вращает вал 233+ оборотов в минуту, что позволит заряжать батареи.

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.

Внимание! В настоящее время на рынок поступило множество китайских контроллеров, вполне доступных по цене и способных работать с разными устройствами от 12 до 30 В. Они вполне функциональны и способны избавить от самостоятельной сборки с неясным результатом.

Лопасти

Вместо того, чтобы тратить сотни долларов на лопасти для ветрового генератора, они были сделаны из пластиковых труб, что валялись в гараже.

Все говорят о том, что лучше использовать трубы диаметром 20 см для лопастей ветрогенератора. Позвольте мне сказать о том, что они действительно работают гораздо лучше чем трубы 15 см. Но так как в моем распоряжении были 15 см трубы, к вопросу нужно было бы подойти творчески (у них меньшая кривизна чем у 20 см).

Приступаем к резки ПВХ трубы. Сделаем прямоугольники размерами 14 на 61 см. Затем вырежьте из них треугольники, где короткий катет в длину 3 см.

После того, вырежем на конце лопасти треугольник, с помощью его она будет крепится на ступицу генератора.

Советы:

• Используйте металлический угольник, для маркировки мест, что необходимо вырезать (угольник поможет получить прямые линии).
• Вы можете использовать ручную пилу, но рекомендую взять «сабельную пилу».
• Используйте пилки предназначенные для стали (мелкие зубья).

Лопасти — продолжение

Для того, чтобы доработать трубу 15 см, была добавлена конструкция. На фотографиях показано, что была использована стальная садовая окантовка с просверленными отверстиями для продления длины лопастей.

Зажмем окантовку в тисках, для того чтобы подравнять поверхность и просверлить отверстия, чтобы они были приблизительно в одном месте.

Наиболее важной частью этого все было то, что вставки были наклонены относительно лопастей под углом 30-45 градусов к ступице, позволяя ветру толкать их боком, нежели назад, снимая при этом лишнее напряжение с натяжных тросов и основания, и производить больше электроэнергии.

Добавляем флюгер

Перед тем как начать работу по производству флюгера, рекомендую покрасить 122 см квадратную трубу. В моем случае она была не оцинкованной и поэтому поржавела в течении нескольких месяцев, поэтому приходилось все разбирать заново, шлифовать и красить.

Отметьте линию, ниже центра на 2.5 см квадратной трубы, сделайте разрез с одного края длиной в 30 см.

Просверлите два отверстия через трубу и лист стали, скрутите все это вместе.

Установка генератора

Во-первых, установите мотор на верху квадратной трубы (мотор должен быть на одном уровне с концом трубы). Просверлите отверстие для шнура питания. Рекомендую просверлить отверстие большего диаметра, чтобы убедится в том, что металл не врезается в провод. Следующей операцией будет прикрепление 3 см фланца к квадратной трубе. Фланец должен находится сзади того места, где смонтирован двигатель (это все должно быть довольно близко к друг другу, для балансировки точки равновесия трубы). Просверлите два отверстия и прикрутите фланец к трубе. Просверлите третье отверстие в центре фланца для провода, чтобы пропустить его внутри по флагштоку. Заправьте провод от мотора во внутрь через оба отверстия, что вы просверлили и прикрепите мотор к трубе используя большие хомуты (убедитесь в том, что хомуты плотно затянуты).

Примечание: мотор, что использовался в проекта был с штепсельной вилкой на конце шнура, но мне пришлось его удалить для того, чтобы продеть его через трубу.

После того, как все это сделано проденьте трубу диаметром 3 см во фланец. Используем трубу длиной 61 см. Она будет выступать в качестве основы для ветрогенератора.

Фундамент

По моему личному опыту рама основания просто уложенная на землю не является хорошей опорой при сильном ветре и не защищает ветрогенератор от опрокидывания, повреждая при этом как саму установку, так и лопасти генератора. Для этого чтобы выдерживать сильные ветры без проблем, нужно вырыть фундамент и залить его раствором в ключевых местах. Разместив в основании стальную трубу и выройте яму вокруг её.

Налейте раствор вокруг 4 вертикальных труб, остаток распределили по своему усмотрению. Может быть, было бы более эффективно сделать фундамент для основы, но это уже идея для другого проекта.

Как только все окажется в земле, наружная труба будет торчать не слишком далеко от земли. Главная труба турбины иметь внутреннею резьбу, поэтому возьмем 2,5 см тройник для соединения труб. Это служит двойной целью: скрепляющий элемент, через него проходит провод от генератора.

Примечание: шнур, что использовался в проекте, был отрезан он старого удлинителя.

Растяжки

Для растяжек первоначально использовался высокопрочных паракорд, но он лопнул при сильном ветре, поэтому было принято решение перейти на плетеный трос, что шёл в комплекте с прочными крепежными винтами. Прикрепив их к главной трубе с помощью двух заземляющих зажимов. Зажимы оснащены болтами, но заменим эти болты на карабины, таким образом растяжки могут быть быстро сняты.

Зарядка батарей

Ветряк заряжает две батареи, что соединены параллельно. Просто подсоединяем контакты генератора к клеммам батарей, при этом стоит впаять диод в провод питания, чтобы убедится в том, что электричество не пойдет от батареи к мотору, вращая его словно вентилятор, также необходимо установить контроллер заряда. Это беспроигрышный вариант для тех, у кого нет возможности часто проверять заряд батарей.

Рекомендую также приобрести к установке нагрузочное сопротивление. Контроллер будет перенаправлять электрический ток, от генератора к сопротивлению, когда батареи полностью заряжены. Необходимо убедится в том, что ветрогенератор всегда должен быть под нагрузкой, для предотвращения выхода из строя мотора. В моем случае нагрузочное сопротивление не выполняет своей функции по той причине, что мои батареи никогда не заряжаются полностью (они всегда под нагрузкой).

Проводка в моем проекте выглядит ужасно, но не переживайте в интернете полно схем подключения контроллера заряда.

Кол-во блоков: 15 | Общее кол-во символов: 14638
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

Источник