Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками

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.

Читайте также:  Аккумуляторы для солнечных батарей: гелевые, свинцово-кислотные и др

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:

Контроллер для ветрогенератора

Контроллер – это электронное устройство, отвечающее за преобразование переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, и контроль заряда аккумуляторных батарей. Наличие контроллера в схеме работы ветровой установки позволяет осуществлять работу ветрового генератора в автоматическом режиме вне зависимости от внешних факторов (скорость ветра, погодные условия и т.д.).

Принцип действия

Для различных типов ветровых генераторов используют различные виды и конструкции контроллеров, но основные принципы работы подобных устройств, можно разделить на два типа, это:

  1. Для ветровых установок относительно не большой мощности: при достижении напряжения на клеммах аккумуляторных батарей выше 15,0 В, контроллер перемыкает обмотки генератора, что приводит к остановке вращения лопастей ветровой установки. При снижении напряжения до 13,5 В, контроллер дает команду на разблокировку обмоток, и установка начинает работать в нормальном режиме.
  2. Для мощных ветровых установок – в комплекте с электронным блоком контроллера монтируется балластный резистор с большим сопротивлением. При достижении напряжения на клеммах аккумуляторов в 14,0 – 15,0 В, контроллер не отключает ветровую установку, а «лишнюю» энергию сжигает на балластном сопротивлении. В качестве балласта могут быть использованы нагревательные элементы (ТЭНы), служащие для нагрева воды в системах горячего водоснабжения или отопления зданий и сооружений.

Основные характеристики

При выборе контроллера, используемого в схемах ветровых генераторов, необходимо изучить технические характеристики данного электронного устройства.

Основными характеристиками, которые указывает производитель, служащими критериями выбора подобных устройств, являются:

  • Номинальное напряжение, измеряемое в Вольтах;
  • Рабочая мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальная мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальный ток, измеряемый в Амперах;
  • Сброс балластной энергии (что может быть использовано);
  • Условия эксплуатации (рабочая температура, влажность, высота над уровнем моря);
  • Способность к дистанционной передаче данных о работе ветровой установки;
  • Габаритные размеры;
  • Вес устройства.

В настоящее время отечественные и зарубежные компании, специализирующиеся на производстве альтернативных источников энергии, а также их комплектующих, выпускают несколько видов контроллеров, успешно работающих в ветровых установках, это:

  • PWM (ШИМ) контроллеры – устройства с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В аппаратах данного вида осуществляется процесс управления мощностью, путём изменения импульсов, при постоянной частоте.

Достоинствами данного вида являются:

  • Относительно не большие габаритные размеры, в сравнении с аналогами;
  • Способность к быстродействию в процессе работы;
  • Надежность конструкции.
  • МРРТ контроллеры – как правило используются в солнечных установках, но могут применяться и в комплекте с ветровыми генераторами. Основой работы устройств данного вида является способность определять точку максимальной мощности, которая характеризуется напряжением и силой тока в конкретный момент времени.

Достоинствами данного вида являются:

  • Являются наиболее эффективными устройствами, в сравнении с аналогами.

Основной недостаток – более высокая стоимость.

Контроллер для ветрогенератора и солнечных панелей

Для работы с ветровым генератором можно использовать контроллер, изначально предназначенный для работы с солнечной электростанцией, главным условием для этого, является наличие возможности, у конкретной модели, выполнить настройку «выхода» (load).

Ветровой генератор подключается на вход используемого контроллера, единственное, что необходимо сделать, это установить диодный мост, для преобразования переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, на котором осуществляется работа аккумуляторных батарей.

В контроллерах, используемых в солнечных электростанциях, отсутствует диодный мост на входной группе, т.к. солнечные батареи производят постоянный электрический ток.

Аккумуляторные батареи подключаются в соответствие со схемой используемого контроллера, а на «выход» подключается балластное сопротивление, в качестве которого может быть использована любая нагрузка, единственное условие при этом – мощность нагрузки должна соответствовать мощности генератора.

После того, как контроллер включен по выше обозначенной схеме, необходимо выполнить настройки режимов работы, задающие пороги отключения и включения балласта.

Контроллер своими руками (схема)

Зная основы электротехники и умея работать паяльников, можно изготовить контроллер ветровой установки самостоятельно.

В настоящее время есть возможность найти различные схемы подобных устройств различных видов, мощности и прочих технических характеристик, для этого достаточно зайти в сеть интернет и обраться к поиску по требуемому заданию или найти техническую литературу в специализированных магазинах и издательствах.

Один из вариантов схемы контроллера и включение его в схему работы ветрогенератора, приведен ниже:

Данная схема отличается простотой, но способна обеспечить работу ветровой установки в автоматическом режиме.

Средние цены

Как правило контроллер для ветровой установки изготавливается компанией, производящей ветровые генераторы и поставляется комплектно с прочим оборудование. Однако, по ряду причин, иногда появляется потребность приобрести данный прибор отдельно от основного комплекта. В этом случае необходимо выбрать устройство в соответствии с техническими характеристиками системы и бренда производителя, который является предпочтительнее для каждого индивидуального пользователя.

На рынке данного оборудования представлены следующие, наиболее популярные модели:

Технические характеристики:

  • Мощность — 0.2 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 0,3 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 12,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 9000,00 рублей.

  • Мощность — 0.4 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 0,6 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 12,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 12000,00 рублей.

  • Мощность — 1.0 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 2,0 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 24,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 22000,00 рублей.

  • «Exmork ZKJ-B 1.5 KW-48 Vdc», производство Россия.
  • Мощность — 1.5 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 2,0 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 48,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Внешний блок – ТЭНы;
  • Температура эксплуатации — -30,0 — +65,0 ℃;
  • Габаритные размеры – 430х340х220 мм;
  • Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 360х330х200 мм;
  • Вес контроллера – 9,0 кг;
  • Вес блока внешних ТЭНов – 5,0 кг.

Стоимость устройства – от 27000,00 рублей.

  • «Exmork ZKJ-B 2KW-24 Vdc», производство Россия.
  • Мощность — 2.0 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 2,5 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 24,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Внешний блок – ТЭНы;
  • Температура эксплуатации — -30,0 — +40,0 ℃;
  • Габаритные размеры – 590х490х315 мм;
  • Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 490х460х310 мм;
  • Вес контроллера – 23,0 кг;
  • Вес блока внешних ТЭНов – 15,5 кг.

Стоимость устройства – от 46000,00 рублей.

  • «Exmork ZKJ-B 5KW-48Vdc», производство Россия.
  • Мощность — 5.0 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 5,5 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 48,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Внешний блок – ТЭНы;
  • Температура эксплуатации — -30,0 — +40,0 ℃;
  • Габаритные размеры – 590х490х315 мм;
  • Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 490х460х310 мм;
  • Вес контроллера – 43,0 кг;
  • Вес блока внешних ТЭНов – 17,0 кг.

Стоимость устройства – от 89000,00 рублей.

Где купить

При необходимости приобрести контроллер для находящейся в эксплуатации ветровой установки, лучше всего обратиться к предприятию ее изготовившую или дилерам этой организации. Это поможет избежать ошибок при подключение приобретаемого устройства и позволит избежать лишних финансовых затрат, т.к. компании стараются поддерживать своих клиентов, создавая себе положительный имидж и нарабатывая клиентскую базу.

При желании купить более дешевый аппарат, можно обратиться к сети интернет, где представлено достаточное количество подобных изделий китайского производства. Кроме этого, в сети можно ознакомиться с характеристиками предлагаемых к реализации контроллеров различных брендов и компаний производителей из различных стран.

Плюсы и минусы

Наличие дополнительных устройств, в схеме работы ветровых установок, позволяет улучшить параметры получаемой электрической энергии.

Контроллеру, как элементу подобной схемы, присущи следующие достоинства:

  • Позволяет осуществлять работу ветровой установки в автоматическом режиме.
  • Использование контроллера, продлевает сроки эксплуатации аккумуляторных батарей, обеспечивая, для них, безопасные режимы работы.
  • Способность наиболее полного использования вырабатываемой ветровым генератором энергии – нагрев ТЭНов, или иной нагрузки, в моменты, когда аккумуляторы полностью заряжены.
  • Улучшаются условия эксплуатации ветровой установки (легкий запуск при слабом ветре и т.д.).

К недостаткам контроллера, установленного в схему работы ветрового генератора, можно отнести увеличение стоимости комплекта оборудования, а также вероятность поломки ветровой установки, работающей в автоматическом режиме, в случае выхода их строя данного элемента схемы управления.

Как грамотно выбрать контроллер для ветрогенератора или сделать самому

Дата публикации: 19 апреля 2019

Для получения электрической энергии из кинетической нужен ветряк. С его помощью энергия ветра превращается в электричество. Сам ветряк состоит из нескольких элементов: ветрогенератора, аккумуляторов, преобразователя и контроллера. Контроллер необходим для оптимизации работы аккумуляторных батарей. Иными словами, это системная часть ветрогенератора, которая отвечает за оптимальное распределение электрической энергии и заряда аккумуляторов в соответствии с мощностью ветровой установки.

Контроллер для ветрогенератора: зачем нужен и как работает

Без контроллера ветровая установка не будет адекватно функционировать. Устройство выполняет такие задачи:

  • контроль вращающихся лопастей ветряка (регулировка энергии);
  • контроль заряда АКБ, которые накапливают собираемую ветряком энергию;
  • преобразование переменного тока в постоянный, чтобы питать аккумуляторы;
  • распределение электричества (отталкиваясь от уровня заряда аккумуляторов и количества полученной энергии).
Читайте также:  Биогазовая установка для частного дома своими руками

Ветровые установки бывают большой и малой мощности. Для высокомощных ветрогенераторов в комплект к контроллеру идет балластное сопротивление (трубчатые электронагреватели и другие виды резисторов с высоким уровнем сопротивления). Плюс, при превышении мощности в АКБ до 15В прибор перенаправляет заряд с аккумуляторов на балласт.

Для маломощных ветровых генераторов контроллер служит своеобразной страховкой от перенапряжения. При полном заряде аккумуляторов он тормозит вращение лопастей ветрогенератора, чтобы прекратить активную выработку энергии. Так АКБ не пострадают от перегрузок, а электричество будет распределено равномерно. Это увеличит срок службы электроприборов, в том числе и аккумуляторных батарей.

Технические характеристики

При покупке контроллера заряда для ветрогенератора необходимо внимательно изучить его техпаспорт. При выборе важны характеристики:

  • мощность — должна соответствовать мощности ветровой установки;
  • напряжение — должно соответствовать напряжению АКБ, установленных на ветряк;
  • макс. мощность — обозначает максимально допустимую мощность для модели контроллера;
  • макс. ток — обозначает, с какими максимальными мощностями ветрогенератора может работать контроллер;
  • диапазон напряжения — показатели макс. и мин. напряжения АКБ для адекватной работы устройства;
  • возможности дисплея — какие данные об устройстве и его работе выводятся на дисплей у той или иной модели;
  • условия эксплуатации — при каких температурах, уровне влажности может работать выбранное устройство.

Если вы не можете подобрать устройство контроля заряда самостоятельно, свяжитесь с консультантом и покажите ему технический паспорт своего ветряка. Прибор выбирается в соответствии с возможностями ветровой установки. Неправильные условия эксплуатации и отклонения от диапазона напряжения пагубно скажутся на работе всей ветровой системы.

Электрическая схема контроллера заряда ветрогенератора своими руками

Чтобы изготовить прибор самостоятельно, вам необходимо владеть навыками сборки электроприборов. У этого устройства сложная схема, и неправильная сборка может привести к выведению из строя всех подключенных к сети приборов, в том числе и ветровую установку. Если вы не уверены в своей квалификации, лучше купить заводской прибор. Цена на рынке стартует от 4000 рублей. Устройства китайского производства могут обойтись в 1000 рублей. Цена зависит от страны производства и укомплектованности устройства.

Что понадобится для самостоятельной сборки:

  • схема устройства, соответствующая техническим характеристикам вашего ветряка;
  • комплектующие для сборки схемы (регуляторы, лампочки, резисторы, провода);
  • рисунок монтажной платы (сделать самостоятельно).

Дальнейшие действия — дело техники. Нужную схему можно найти в интернете. Перед поисками определите необходимую мощность и напряжение для вашей ветровой установки, и от этого отталкивайтесь в подборе схемы инвертора. Если у вас самодельный ветрогенератор, измерьте его мощность и напряжение самостоятельно. Для этого вам понадобится мультиметр (функция измерения тока). Сила тока и напряжение меряются в проводе от ветряка. Умножьте друг на друга эти величины и получите мощность ветровой установки (в Ваттах).

На самой схеме в условных обозначениях будет написано, какие комплектующие и в каком количестве вам понадобятся. Все это продается в магазинах электрики. Некоторые элементы, например, светодиодные лампочки или провода, можно извлечь из ненужных вам приборов. После этого нарисуйте монтажную плату, продумав, где будет находиться каждый элемент прибора в соответствии с требованиями схемы. Соберите устройство и протестируйте.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Надежный контроллер для ветрогенератора: схема, принцип работы устройства и изготовление своими руками

Обновлено: 4 мая 2019

Ветрогенератор во время своей работы производит электроток. Напряжение его неровно, так как напрямую зависит от скорости ветра. Некоторые владельцы подключают ветряк непосредственно к потребителю — осветительным приборам, насосам и т.д. Но большинство пользователей предпочитает использовать полный комплекс оборудования, позволяющий получить стабильное напряжение, необходимое для питания всех бытовых приборов и устройств.

Такая равномерность достигается использованием промежуточной аккумуляторной батареи, которую заряжает генератор. При этом, величину заряда необходимо постоянно удерживать в рамках рабочих параметров устройства, иначе напряжение в локальной сети пропадет, или, что гораздо хуже, выйдет из строя АКБ.

Допускать закипание аккумуляторов никак нельзя, поэтому необходимо устройство, ограничивающее напряжение на входе.

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.

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.

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.

Как сделать устройство управления своими руками?

Изготовление устройства своими руками доступно только тем, кто имеет некоторые навыки работы с паяльником, в состоянии уверенно читать схемы и вообще имеет хотя бы общее представление об электротехнике и принципах работы электронных устройств. Подходить к вопросу без понимания его сути бессмысленно, так как малейшая ошибка поставит такого мастера в тупик.

Расчет контроллера

Этот момент довольно сложен и зачастую выполняется не столько именно путем расчетов, сколько подгонкой параметров балластного регулятора к имеющимся характеристикам ветрогенератора. Дело в том, что каждое устройство имеет собственные рабочие показатели, несоответствие которым не позволит контроллеру качественно выполнять свои функции. Например, если для устройства потребуется 12 вольт для начала зарядки, а контроллер собран на 24, то такая система попросту не сможет работать.

Для расчета контроллера надо снять все рабочие характеристики с генератора, т.е. проверить ветряк с установленным генератором на производительность в разных режимах работы — на слабых, средних и сильных ветрах. Учесть преобладающую скорость потока, при которой устройство будет работать практически все время. На основании этих данных выбирается напряжение, при котором открывается транзистор, переключающий устройство с одного режима на другой и наоборот.

Подготовительные работы

Прежде, чем приступить к сборке, надо приготовить все необходимые детали, тщательно проверить их номинал. Потребуются инструменты и материалы:

  • паяльник
  • припой, канифоль
  • пассатижи с узкими губками
  • пинцет
  • соединительный провод (в идеале – двух цветов)
  • печатная плата или монтажная панель

Создание печатной платы — непростой процесс, требующий наличия определенных приспособлений, химикатов и пластины фольгированного гетинакса. Проще использовать готовую монтажную панель или обычную пластину из фанеры, пластика или прочих листовых материалов. Тщательно продумать размещение всех элементов на пластине. Рекомендуется объединять их по категориям, чтобы все однотипные детали были сгруппированы в одних местах, так будет проще ориентироваться во время ремонтных работ.

Необходимо предусмотреть световую сигнализацию, свидетельствующую о текущем режиме работы устройства, чтобы при первом же взгляде было сразу видно, загрузка или отдача энергии происходит в данный момент.

Сборка устройства

При должной подготовке и наличии всех необходимых деталей процесс сборки особых проблем не вызывает. Основная задача — правильное соединение всех элементов в соответствии со схемой. При аккуратной и внимательной сборке устройство будет выполнять поставленную задачу вполне качественно, главное, чтобы все детали были исправными и соответствовали заявленным номиналам.

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Есть множество случаев, когда проживая за городом, Вам может понадобиться небольшое количество электроэнергии для питания маломощного устройства. Например, для работы компактной метеостанции, контроля уровня воды в баке, управления автоматикой теплицы, для дежурного освещения садовой дорожки или небольшого помещения и других устройств. Для каждого из них необходимо иметь источник питания – батарею, аккумулятор или сетевой блок питания (БП). В случае периодической нагрузки устройства, целесообразно использовать БП на базе аккумулятора. Причем для его зарядки, используя устройства в этих условиях, наиболее выгодно использовать возобновляемую энергию ветра, что сделает БП экономичным и автономным.

Читайте также:  Ветрогенератор для частного дома: виды, как выбрать, обзор лучших вариантов

В нашем случае, рассмотрим вариант использования энергии ветра, для дежурного освещения садового туалета, отдельно стоящего на краю участка. Так как яркое освещение на этом объекте не нужно, то для решения этой задачи достаточно малых мощностей. В течение суток аккумулятор заряжается от энергии ветра, а в темное время суток отдает ее по мере необходимости.

Для изготовления БП потребуется ветрогенератор мощностью в несколько ватт, аккумулятор небольшой емкости и зарядное устройство для него, устройство согласования напряжений.

Ветрогенератор
В качестве электрогенератора используется доработанный компактный автомобильный стартер на постоянных магнитах. Выходные данные генератора: переменный ток мощностью 1,0…6,5 вт (в зависимости от скорости ветра). Напряжение – 1…6 в; ток – 0,2…1,1 а (в диапазоне: малая – средняя скорость ветра).

Аккумулятор и зарядное устройство.
В качестве накопителя энергии применим литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Схема и порядок изготовления зарядного устройства (ЗУ) для этого аккумулятора представлены в статье.

Входные данные зарядного устройства: постоянный ток напряжением 5,5…30 В. Выходное напряжение предлагаемого зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 В. При использовании другого аккумулятора, при соответствующей регулировке, ЗУ позволяет получить выходное напряжение в пределах 2,5…27 В.

Согласование напряжений
Напряжение и ток от ветровой турбины изменяются в зависимости от скорости ветра, поэтому для практического использования, мы должны быть в состоянии зарядить аккумулятор и сохранить там энергию для использования. Для этого, электроэнергия от ветрогенератора должны быть преобразована из переменного тока в постоянный, с напряжением достаточным для работы зарядного устройства аккумулятора.

Предложенный ветрогенератор, как видим по выходным характеристикам, не способен выдавать необходимое напряжение по причине низкой частоты вращения. При средней скорости ветра, на выходе удается получить напряжение порядка 2…5 В, а для заряда аккумулятора требуется напряжение более 5,5 вольт. Выход из положения – применение простого преобразователя напряжения, собранного на основе четырехкратного умножителя напряжения. Подавая на вход преобразователя 2…5 В переменного тока, на выходе получим 5,5…12 В постоянного тока, что вполне достаточно для заряда аккумулятора. Один из вариантов четырехкратного умножителя напряжения, использованный в предлагаемом устройстве, показан на схеме.

Этот вариант умножителя имеет симметричную схему и хорошую нагрузочную способность, выполнен из дешевых и доступных элементов. Использование умножителя, вместо повышающего трансформатора, позволяет уменьшить габариты и вес устройства, исключить выпрямитель напряжения.

В итоге, схема автономного блока питания принимает следующий вид.

Схема состоит из 4-х блоков:
А1 – ветрогенератор;
А2 – умножитель напряжения;
А3 – аккумулятор и зарядное устройство;
А4 – блок освещения.

Изготовление автономного блока питания

1. Умножитель напряжения (блок А2), по приведенной выше схеме, собираем и распаиваем на плате размером 65 х 35 мм, вырезанной из универсальной монтажной текстолитовой платы.

Для монтажа схемы использованы нереализованные ранее отечественные диоды Д226Г, имеющие эффективный теплоотвод. Электролитические конденсаторы импортные. При необходимости, возможно собрать эту схему более компактно, используя современные импортные диоды с минимально возможным прямым напряжением, для повышения эффективности преобразователя напряжения.

Необходимо учесть, что при работе устройства, максимальный ток протекающий через диоды будет равен удвоенному току нагрузки, а на электролитах развивается удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на эти параметры.

Дополнительно, в блок умножителя напряжения, добавлен резистор R6 для ограничения максимального тока и стабилитрон D5 для ограничения напряжения. Эти элементы должны работать для защиты устройства при сильных ветрах. Для сглаживания пульсаций, на выходе умножителя напряжения, подключен электролит С5 (на схеме перенесен в блок А3).

2. Аккумулятор и зарядное устройство (А3). В качестве накопителя энергии применим литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Схема и порядок изготовления зарядного устройства для этого аккумулятора представлены в статье.

Настройка зарядного тока схемы. Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока – 100…150 мА.

3. Блок освещения (А4) включает в себя цепь, состоящую из трех последовательно включенных сверхярких светодиодов, ограничительного резистора R5 и выключателя питания светодиодов. Светодиоды с ограничительным резистором смонтированы на отдельной плате.

4. Изготовим плату для установки литий-ионного аккумулятора. Вырезаем из универсальной монтажной текстолитовой платы прямоугольник размером 40 х 55мм, прорезаем в плате два паза шириной 0,7…1,0мм для установки контактов. Расположение контактов зависит от модели используемого литий-ионного аккумулятора. Из медной или латунной пластины толщиной 0,5…0,7мм вырезаем Г-образные контакты и крепим их на обратной стороне платы с помощью пайки или другого соединения. Припаиваем контакты к соответствующим выходным выводам зарядного устройства и блоку освещения. На плате данного устройства выполнены две группы контактов разной высоты для параллельного подключения двух аккумуляторов (для увеличения емкости), установленных друг над другом.

5. Сборка блока питания. Собираем изготовленные блоки по приведенной выше схеме, с помощью монтажного провода. В качестве корпуса возможно использовать подходящую по размерам коробку, светильник. Желательно в пыле и влагозащищенном исполнении (работа на открытом воздухе). В данном случае использован пластмассовый корпус от старого фонарика.

6. Проверяем работу устройства.
На вход устройства подаем переменный ток напряжением 2,3 В.

Убеждаемся в правильной работе изготовленного устройства.

7. Устанавливаем собранные блоки в корпус. Индикатор заряда аккумулятора закрепляем на видном месте. Из корпуса выходит провод (контактная группа) для присоединения к генератору и включателю освещения.

8. По возможности, герметизируем зазоры от попадания пыли и влаги.

Как я построил ветряной генератор. Часть 5. Контроллер заряда – схема

Продолжение
Начало читайте
здесь:

Часть 1. Выбор электромотора
Часть 2. Изготовление ветроколеса

Часть 3. Изготовление флюгера и окончательная сборка
Часть 4. Контроллер заряда – поиск решения

Генератор турбины подключается к контроллеру. От контроллера идут провода к аккумулятору. Туда же подключается и нагрузка. Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 11.9 В, контроллер подключает генератор к аккумулятору, и последний начинает заряжаться. Если напряжение аккумулятора достигает 14 В, контроллер подключает к нему дополнительную нагрузку. Оба пороговых напряжения, 11.9 В и 14 В, можно изменять подстроечными резисторами. Интересуясь в Интернете, какими же должны быть эти пороги для свинцовых аккумуляторов, я обнаружил некоторые расхождения у различных авторов. Для своей схемы я взял усредненные значения.

При напряжении аккумулятора между 11.9 В и 14 В, контроллер может переключать систему между зарядом и отдачей тока в нагрузку. Пара кнопок позволяет мне делать эти переключения в любое время, независимо от контроллера. Очень удобно при наладке устройства.

Желтый светодиод зажигается во время зарядки аккумулятора. Когда аккумулятор заряжен, и избыточная мощность отводится в дополнительную нагрузку, загорается зеленый светодиод. Таким образом, я имею минимальную обратную связь, позволяющую понять, что происходит в системе. Кроме того, с помощью мультиметра я могу измерять напряжения в любых точках. Все это не очень удобно.
Как только у меня дойдут руки до того, чтобы упаковать конструкцию в подходящий корпус, я непременно добавлю вольтметр и амперметр, возможно, от автомобильного приборного щитка.

Я использовал свою собранную на листе фанеры схему, что бы с помощью внешнего источника питания имитировать различные режимы заряда и разряда аккумулятора, и настроить контроллер. Устанавливая напряжение 11.9 В, а затем 14 В, я выставил подстроечными резисторами требуемые пороги. Сделать это следовало до отъезда, так как заниматься настройкой в поле никакой возможности у меня не было бы.

Доработка

Исследовав подробнее правила заряда свинцовых аккумуляторов, верхний порог я установил равным 14.8 В. Кроме того, от брата мне достались герметичные свинцовые аккумуляторы, которыми я и заменил обычные, использовавшиеся первоначально.

Важно !

Я понял, что в первую очередь, надо подключать к контроллеру аккумулятор, и только потом ветрогенератор или солнечную батарею. Если генератор подключить первым, волны напряжения не будут сглаживаться аккумулятором, контроллер будет работать неправильно, реле хаотически переключаться, а броски напряжения, в конце концов, приведут к выходу из строя микросхем. Короче, всегда подключайте аккумуляторную батарею первой, а ветрогенератор вслед за ней. И наоборот, разбирая систему, убедитесь в первую очередь, что генератор отключен. Батарею отключайте последней.

Наконец, представлю вам принципиальную схему. Она лишь немного отличается от прототипа, ссылку на который я приводил выше. Как я говорил раньше, некоторые детали я заменил на те, которые уже были у меня, чтобы не тратиться на покупку новых. Советую вам поступать также. Совершенно не обязательно повторять схему один в один.

Перевод текстов на рисунке

Note: IC3c & IC3d are unused.
Ground their inputs and leave
the outputs unconnected.

Замечание: C3c и IC3d не используются.
Заземлите их входы,
а выходы оставьте свободными.

Inputs from wind turbines and solar panelsВходы подключения ветряных турбин и солнечных батарейBattery Bank+«+» аккумуляторной батареиDummy Load+«+» дополнительной нагрузкиBattery Bank-«-» аккумуляторной батареиDummy Load-«-» дополнительной нагрузки

IC1 LM7808 +8V Voltage Regulator

IC1 LM7808 стабилизатор напряжения +8 В

IC2 LM1458 Dual operational amplifier

IC2 LM1458 сдвоенный операционный усилитель

IC3 4001 Quad 2-input NOR Gate

IC3 CD4001 4 логических элемента «2И-НЕ»

Q1 IRF540 MOSFET

D1-3 Blocking diodes rated for the maximum current each source could produce

D1…D3 блокировочные диоды, рассчитанные на максимальный ток подключаемых источников

LED1 Yellow LED

LED1 желтый светодиод

LED2 зеленый светодиод

F1 Fuse rated at total expected current all sources combined will produce

F1 предохранитель, рассчитанный на максимальный суммарный ток всех подключаемых источников

F2 1 Amp Fuse for controller electronics

F2 предохранитель 1 А в шине питания электроники контроллера

RLY1 40 Amp SPDT automotive relay

RLY1 автомобильное реле на коммутируемый ток 40 А

PB1-2 Momentary contact NO pushbuttons

PB1-2 кнопки без фиксации

All resistors are % Watt 10%

Все резисторы ¼ Вт 10%

Test Point A should read 7.4V

Контрольная точка A. Напряжение в точке 7.4 В

Test Point B should read 5.95V

Контрольная точка B. Напряжение в точке 5.95 В

Наконец, проект завершен. До моего отъезда осталась всего неделя. Пролетела она быстро. Я разобрал турбину и тщательно упаковал все детали и инструменты, необходимые, чтобы собрать турбину после поездки через всю страну. Погрузив все в машину, я во второй раз поехал на свой участок в Аризоне, на этот раз с надеждой, что хоть какое-то электричество у меня там будет.

Продолжение читайте здесь

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Ссылка на основную публикацию