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 ветрогенератор своими руками
Ветер – это бесплатная энергия! Так давайте же её использовать в личных целях. Если создание ВЭС в промышленных масштабах это очень дорого, потому что кроме генератора нужно провести ряд исследований и расчётов, государство не берет на себя такие расходы, а инвесторам в странах бывшего СССР – это, почему-то не вызывает особого интереса. То в частном порядке можно сделать мини-ветряк для собственных нужд. Стоит понимать, что проект перевода вашего дома на альтернативную энергию очень дорогое занятие.
Как уже было сказано: нужно произвести длительные наблюдения и расчёты, чтобы подобрать оптимальное соотношение размеров ветряного колеса и генератора, подходящее к вашему климату, розе ветров и среднегодовой скорости ветра.
Эффективность ветроэлектрической установки в пределах одного региона может отличаться в разы, это связано с тем, что движение ветра зависит не только от климатического пояса, но и от рельефа местности.
Однако вы можете узнать, что такое ветроэнергетика с минимальными затратами собрав бюджетную установку для питания маломощной нагрузки, типа смартфона, лампочек или радиоприёмника. При должном подходе вы можете обеспечить электроэнергией небольшой дом или дачный участок.
Давайте рассмотрим каким образом можно сделать простейшую ветроэлектрическую установку своими руками.
Содержание статьи
Маломощные ветряки из подручных средств
Компьютерный кулер представляет собой бесколлектроный двигатель, который в своем первоначальном виде не представляет практической ценности.
Его нужно перемотать, так как в оригинале обмотки соединены неподходящим образом. Мотать катушки поочередно:
По часовой стрелке;
Против часовой стрелки;
По часовой стрелке;
Против часовой стрелки.
Соединять соседние катушки нужно последовательно, а еще лучше мотать одним куском провода переходя от одного паза к другому. Толщину провода в этом случае подбирать произвольно, лучше будет если вы намотаете как можно больше витков, а это возможно при использовании наименее тонким проводом.
Выходное напряжение с такого генератора будет переменным, а его величина будет зависеть от оборотов (скорости ветра), установите диодный мост из диодов Шоттки, чтобы выпрямить его до постоянного, обычные диоды подойдут, но будет хуже, т.к. на них упадёт напряжение от 1 до 2-х вольт.
Лирическое отступление, немного теории
Запомните величина ЭДС равняется:
где L – длина проводника помещенного в магнитное поле; V – скорость вращения магнитного поля;
При модернизации генератора вы можете влиять только на длину проводника, то есть на количество витков каждой из катушек. Количество витков – определяет выходное напряжение, а толщина провода – максимальную токовую нагрузку.
На практике влиять на скорость ветра нельзя. Однако из этой ситуации тоже есть выход, можно, узнав типовую скорость ветра для вашей местности спроектировать подходящий по оборотам винт для ветроэлектрической установки, а также редуктор или ременную передачу, для обеспечения достаточных оборотов для генерации нужного по величине напряжения.
ВАЖНО: Быстрее не значит лучше. При слишком большой скорости вращения ветрогенератора сократиться его ресурс, ухудшаться смазочные свойства втулок или подшипников ротора, и он заклинит, а быстрее всего произойдет пробой изоляции обмоток в генераторе.
Генератор состоит из:
Промышленные конструкции ветрогенераторов:
Увеличиваем мощность генератора из компьютерного кулера
Во-первых, чем больше лопастей и диаметр колеса – тем лучше, поэтому присмотритесь к 120-мм кулерам.
Во-вторых, мы уже сказали, что напряжение зависит и от магнитного поля, дело в том, что промышленные генераторы высокой мощности имеют обмотки возбуждения, а низкой мощности – сильные магниты. В кулере магниты крайне слабые и не позволяют добиться хороших результатов от генератора, да и зазор между ротором и статором весьма велик – порядка 1 мм, и это при и без того слабых магнитах.
Решение этой проблемы кардинально изменить конструкцию генератора. Вернее, от кулера потребуется только крыльчатка, в качестве самого генератора применим моторчик от принтера или любой другой бытовой техники. Наиболее часто встречаются щеточные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.
В результате это будет выглядеть так.
Мощности подобного генератора хватит, чтобы запитать светодиоды, радиоприемник. Для подзарядки телефона его не хватит, телефон будет отображать процесс заряда, но ток будет крайне мал, до 100 Ампер, при ветре 5-10 метров в секунду.
Шаговые двигатели в роли ветрогенератора
Шаговый двигатель очень часто встречается в компьютерной и бытовой технике, в различных проигрывателях, флоппи-дисководах (интересны старые модели 5.25”), принтерах (особенно матричных), сканерах и т.д.
Данные двигатели без переделок могут работать в роли генератора, они представляют собой ротор с постоянными магнитами, и статор с обмотками, типовая схема подключения шагового двигателя в режиме генератора изображена на рисунке.
В схеме установлен линейный стабилизатор на 5 Вольт, типа L7805, что позволит без опасения подключать мобильные телефоны к такому ветряку для их зарядки.
На фото генератор из шагового двигателя с установленными лопастями.
Двигатель в конкретном случае с 4-мя выходными проводами, схема соответственно под него. Двигатель с такими габаритами в режиме генератора выдаёт примерно 2 Вт при слабом ветре (скорость ветра около 3 м/с) и 5 м/с при сильном (до 10 м/с).
Кстати вот аналогичная схема со стабилитроном, вместо L7805. Позволяет заряжать Li-ion батареи.
Доработка самодельного ветряка
Чтобы генератор работал эффективнее нужно сделать ему направляющий хвостовик и закрепить его на мачте подвижно. Тогда при изменении направления ветра – будет изменяться направление ветрогенератора. Тогда возникает следующая проблема – кабель, идущий от генератора к потребителю будет закручиваться вокруг мачты. Чтобы это решить нужно обеспечить подвижный контакт. На Ebay и Aliexpress продаётся готовое решение.
Нижних три провода – неподвижны идут вниз, а верхний пучок проводов – подвижен, внутри установлен скользящий контакт или щеточный механизм. Если у вас нет возможности купить, проявите смекалку, и, вдохновившись решением конструкторов автомобиля Жигули, а именно реализацией подвижного контакта кнопки сигнала на руле и сделайте что-то похожее. Или воспользуйтесь контактной площадкой от электрочайника.
Соединив разъёмы, вы получите подвижный контакт.
Мощный ветрогенератор из подручных средств.
Для получения большей мощности вы можете использовать два варианта:
1. Генератор из шуруповерта (10-50 Вт);
2. Ветрогенератор из автомобильного генератора.
Из шуруповерта понадобиться только моторчик, вариант аналогичен предыдущему, в качестве винта вы можете использовать лопасти от вентилятора, это увеличит итоговую мощность вашей установки.
Вот пример реализации такого проекта:
Обратите внимание как здесь реализована шестеренчатая повышающая передача – вал ветрогенератора расположен в трубе, на его конце расположена шестерня, которая передаёт вращение меньшей шестерне закрепленной на валу двигателя. Повышение оборотов двигателя имеет место и в промышленных ветряных электроустановках. Редуктора применяются повсеместно.
Однако в условиях самоделки изготовить редуктор становиться большой проблемой. Вы можете извлечь редуктор из электроинструмента, он там нужен чтобы понизить высокие обороты на валу коллекторного двигателя в нормальные обороты патрона на дрели, или диска болгарки:
В дрели установлен планетарный редуктор;
В болгарке установлен угловой редуктор (станет полезным для монтажа некоторых установок и уменьшит нагрузку с хвоста ВЭУ);
Редуктор от ручной дрели.
Такой вариант самодельного ветрогенератора уже может заряжать 12 В аккумуляторы, однако нужен преобразователь для формирования зарядного тока и напряжения. Эту задачу можно упростить применив автомобильный генератор.
Ветрогенератор из автомобильного генератора
Автомобильный генератор состоит из статора с трёхфазной обмоткой, и ротора со щёточным узлом и катушкой возбуждения. К нагрузке такой генератор подключается через диодный мост собранный по схеме Ларионова, он обычно расположен на задней крышке генератора.
Преимущество такого генератора – возможность использовать его для зарядки автомобильных аккумуляторов, в принципе он для этого и предназначен. Автогенераторы имеют встроенное реле-регулятор напряжения, что избавляет от необходимости покупать дополнительные стабилизаторы или преобразователи.
Однако автолюбители знают, что на низких холостых оборотах, примерно 500-1000 Об/мин мощность такого генератора мала, и он не обеспечивает должного тока для заряда аккумулятора. Это приводит к необходимости подключения к ветроколесу через редуктор или ременную передачу.
Отрегулировать количество оборотов при нормальной для ваших широт скорости ветра можно с помощью подбора передаточного числа либо с помощью правильно спроектированного ветроколеса.
Полезные советы
Пожалуй, самая удобная для повторения конструкция мачты для ветряка – изображена на картинке. Такая мачта растягивается на тросах, закрепленных на держателях в земле, что обеспечивает устойчивость.
Важно: Высота мачты должна быть как можно большей примерно 10 метров. На большей высоте ветер сильнее, потому что для него нет препятствий в виде наземных сооружений, холмов и деревьев. Ни в коем случае не устанавливайте ветрогенератор на крыше своего дома. Резонансные колебания крепежных конструкций могут вызвать разрушение его стен.
Позаботьтесь о надёжности несущей мачты, ведь конструкция ветряка на базе такого генератора значительно утяжеляется и представляет собой уже довольно серьезное решение, которое может осуществлять автономное электроснабжение дачи с минимальным набором электрических приборов. Устройства, которые работают от 220 Вольт можно запитать от инвертора 12-220 В. Самый распространённый вариант такого инвертора – блок бесперебойного питания для ПК.
Лучше использовать генераторы от дизельных, в т.ч. грузовых автомобилей, ведь они рассчитаны для работы на низких оборотах. В среднем дизельный двигатель крупного грузовика работает в диапазоне оборотов от 300 до 3500 об/мин.
Современные генераторы выдают 12 или 24 Вольт, а ток в 100 Ампер – уже давно стал нормальным. Проведя несложные вычисления можно определить, что такой генератор максимально выдаст вам до 1 кВт мощности, а генератор от жигулей (12 В 40-60 А) 350-500 Вт, что уже довольно приличная цифра.
Каким должно быть ветроколесо для самодельной ВЭУ?
Я упомянул в тексте о том, что ветроколесо должно быть большим и с большим количеством лопастей, на самом деле это не так. Это утверждение было справедливо для тех микро-генераторов, которые не претендуют на звание серьезных электрических машин, а скорее экземпляры для ознакомления и досуга.
На самом деле проектирование, расчёт и создание ветроколеса – это очень сложная задача. Энергия ветра будет использоваться рациональнее, если оно выполнено очень точно и идеально выведен «авиационный» профиль, при этом он должен быть установлен с минимальным углом к плоскости вращения колеса.
Реальная мощность ветроколес с одинаковым диаметром и разным количеством лопастей – одинаково, разница лишь в скорости их вращения. Чем меньше крыльев – тем больше оборотов в минуту, при том же ветре и диаметре. Если вы собираетесь добиться максимальных оборотов вы должны максимально точно смонтировать крылья с минимальным углом к плоскости их вращения.
Ознакомьтесь с таблицей из книги 1956 года «Самодельная ветроэлектростанция» изд. ДОСААФ Москва. На ней показана связь диаметра колеса, мощности и оборотов.
| Диаметр ветроколеса (м) | 1,6 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 |
| Число оборотов в минуту (при ветре 7 — 8 м/с) | 670 | 450 | 360 | 300 | 225 | 180 |
| Мощность (при ветре 7—8 м/сек) (ватт) | 65 — 80 | 100 — 130 | 200 | 300 | 500 | 1000 |
В домашних условиях эти теоретические выкладки дают мало толку, любители делают ветроколеса из подручных средств, в ход идёт:
Пластиковые канализационные трубы.
Собрать своими руками быстроходное 2-4 лопастное ветроколесо можно из канализационных труб, кроме них нужна ножовка или любой другой режущий инструмент. Использование этих труб обусловлено их формой, после обрезки они имеют вогнутую форму, что обеспечивает высокую отзывчивость к потокам воздуха.
После обрезки их закрепляют с помощью БОЛТОВ на металлической, текстолитовой или фанерной болванке. Если вы собрались делать её из фанеры – лучше переклейте и скрутите саморезами с обеих сторон несколько слоев фанеры, тогда у вас получится добиться жесткости.
Вот идея двух лопастной цельной крыльчатки для генератора из шагового двигателя.
Выводы
Вы можете сделать ветроэлектрическую установку начиная от малых мощностей – единиц Ватт, для питания отдельных светодиодных светильников, маячков и мелкой техники, до хороших значений мощности в единицах киловатт, накапливать энергию в аккумуляторе, использовать её в исходном виде или преобразовывать до 220 Вольт. Стоимость такого проекта будет зависеть от ваших потребностей, пожалуй, самым дороги элементом является мачта и аккумуляторы, может оказаться в пределах 300-500 долларов.
Источник