Как да направите контролер за ветрогенератор със собствени ръце: устройство, принцип на работа, схема за сглобяване

Механичната конструкция на вятърния генератор в чист вид представлява само част от пълноценна ветроенергийна инсталация. Напълно годна за експлоатация система, освен механичната конструкция, има още редица електронни възли.

Така например задължително е необходим контролер за вятърен генератор – устройство, функционално предназначено за стабилизиране на параметрите на зареждане на акумулаторната батерия (АКБ) в процеса на работа на вятърния генератор.

Нека разберем какви функции изпълнява уредът и да представим схеми за сглобяване на контролер със собствените си ръце. Освен това ще отбележим особеностите на работа и целесъобразността от покупка на китайски електронен агрегат за вятърен генератор.

Вятърни генератори и контролери за зареждане на АКБ

Ако механичният вятърен генератор е напълно възможно да се направи самостоятелно, може ли да се направи със собствените си ръце и контролер за вятърен генератор?

За да имате някаква представа за контролерите на вятърни генератори и успешно да възпроизвеждате такава техника със собствените си ръце, няма да са излишни основните сведения за тези устройства.

Контролерът, който обслужва акумулаторните батерии, е предназначен преди всичко да управлява процеса на зареждане на акумулаторната батерия. Това е неговата основна функция, но тя условно трябва да се раздели още на цял ред подфункции.

Например, с един функционал се проследява токът на зареждане и токът на саморазреждане. Друг функционал реализира действия, насочени към измерване на температура и налягане. Трети отговаря за компенсация на разликата в енергийните потоци, когато едновременно с потреблението на ток от товара се осъществява зареждане на акумулаторната батерия.

Контролер за зареждане на акумулаторна батерия за вятърен генератор с малка мощност. Контролът на някои параметри на системата се осъществява чрез вградения в конструкцията жк-дисплей.

Уредите от промишлено производство притежават пълноценен функционал. А що се отнася до любителските конструкции, това не може да се каже. Устройствата, изработени на базата на най-прости схемни решения у дома със собствени ръце – това са контролери, далеч от съвършените модели.

Въпреки това, те работят и доста продуктивно позволяват да се експлоатират различни видове вятърни генератори. Като правило, в самоделните конструкции е реализирана само една функция – защита от пренапрежение и от дълбоко разреждане.

Една от многобройните вариации на контролери за вятърни турбини, изработени със собствени ръце. Такива конструкции се отличават с опростени технически решения и най-просто изпълнение на монтажа.

Защо внедряването на контролера в системата на вятърната турбина е задължителен момент?

Защото в режим на енергийна подхранка на акумулаторната батерия без прилагане на контролера трябва да се очакват неприятни последствия:

1. Деградация на структурата на акумулатора поради неконтролируеми химически процеси.
2. Неконтролируем растеж на налягането и температурата на електролита.
3. Загуба на способността за презареждане на акумулатора поради налично дълготрайно разреждане.

Контролерът за зареждане за схемата на вятърна генераторна инсталация се изпълнява, като правило, под формата на отделен електронен модул. Този модул е подвижен и бързо откачаем. Уредите от промишлено производство задължително се оборудват с индикация на режими и състояния – светлинна или визуално предавана чрез дисплей.

На практика могат да се прилагат два вида устройства – вграждани директно в корпуса на вятърния генератор и свързвани към акумулаторната батерия.

Схемни решения за сглобяване със собствените си ръце

През цялото време от появата на първите домашно направени вятърни генератори броят на схемните решения на контролерите се е увеличил многократно. Много от схемните разработки далеч не са съвършени, но има и такива варианти, на които трябва да се обърне внимание.

За битово приложение, разбира се, актуални са прости схеми, изискващи малки финансови вложения, ефективни и надеждни.

Изхождайки от тези изисквания, може да се започне с контролер за вятърен генератор, създаден на базата на реле-регулатори от автомобили. В схемата са приложими както релета с минусов управляващ контакт, така и релета с плюсов управляващ контакт.

Този вариант привлича с малък брой детайли и най-прост монтаж. Ще са необходими само едно реле, един силов транзистор (полеви), един резистор.

Схема на контролер, начертана от някой електронник със собствените му ръце. Тук всичко е просто и разбираемо без излишни думи. Всъщност, както и в самата технологичност на решението. Минимум детайли – максимум спестявания (+)

Схемата носи името «баластна», тъй като в нея се използва допълнителен товар под формата на обикновена крушка с нажежаема жичка. По този начин списъкът с детайли ще се попълни с още един елемент – лампа.

Използва се автомобилна лампа (или няколко лампи) на 12 волта в зависимост от мощността на системата. Също така, вместо този елемент е допустимо да се приложи товарно съпротивление от друг тип: мощен резистор, електрически нагревател, вентилатор и т.н.

Работа на «баластната» схема с минус

Действието на автомобилния реле-регулатор е пряко свързано с нивото на заряд на акумулаторната батерия. Ако напрежението на клемите на АКБ се повиши над 14.2 волта, релето задейства и разкъсва минусовата верига на силовия транзистор.

От своя страна на транзистора се отваря преход, който свързва лампата с пряко нажежаване към акумулатора. В резултат зарядният ток се изхвърля през жичката на лампата с нажежаема жичка. При понижаване на напрежението на клемите на АКБ – обратен процес. Така се осъществява поддържане на стабилно ниво на напрежение на батерията.

Как действа «баластната» схема с плюс

Леко модернизиран вариант на «баластния» контролер за зареждане за вятърен генератор е втората схема на реле-регулатор с плюсов управляващ контакт. Например, подходящи са релета от автомобили марка «ВАЗ».

Разликата от предишната схема е използването на твърдотелно реле, например GTH6048ZA2 на ток 60A вместо транзистор. Предимствата са очевидни: схемата изглежда още по-проста и същевременно притежава по-голяма надеждност и ефективност.

Още едно най-просто схемотехнично решение за сглобяване на контролер за зареждане на АКБ на вятърен генератор. Ефективността и надеждността на схемата се повишават чрез използване на твърдотелно реле (+)

Особеност на това просто решение е директното свързване към клемите на акумулатора на генератора на вятърната турбина. Проводниците на контролера за зареждане също са поставени директно върху контактите на акумулатора.

Всъщност и двете части на схемата не са свързани помежду си. Напрежението от вятърния генератор се подава постоянно към батерията. Когато напрежението на клемите на АКБ достигне стойност 14.2 Вт, твърдотелното реле включва товара за разреждане. Така акумулаторът се защитава от устройството срещу презареждане.

Тук като баластен товар може да служи не само лампа с нажежаема жичка. Напълно реално е да се свърже всяко друго устройство, проектирано за ток до 60 А. Например, електрически тръбен нагревател.

Какво още е важно в тази схема – действието на твърдотелното реле се характеризира с плавно нарастваща амплитуда. По същество, налице е ефект на професионално изработен ШИМ-контролер.

Усложнен вариант на схемата на контролера

Ако предишният вариант на схемното решение на контролера за зареждане на АКБ само наподобява устройството ШИМ (широчинно-импулсна модулация), тук този принцип се реализира конкретно.

Тази схема на контролера за вятърна турбина с трифазен генератор се отличава с известни сложности, тъй като предполага използване на микросхеми – по-специално, операционни усилватели на полеви транзистори в състава на сглобката TL084.

Въпреки това на монтажната платка всичко изглежда не толкова сложно, колкото на хартиения лист.

Схемно решение за сглобяване на контролера със собствени ръце, където се използва микросглобка TL084. Принципът на работа също е изграден с прилагане на реле за превключване на режимите, но има възможност за регулиране на точките на отсичане (+)

Точно както и в предишните решения, се използва реле като комутационен елемент за баластния товар. Релето е проектирано за работа с 12-волтов акумулатор, но при желание може да се избере модел на 24 Вт.

Баластният резистор е направен под формата на мощно съпротивление (намотка върху керамика от нихром). За регулиране на работния диапазон на напреженията (11.5-18 Вт) в схемата се използват променливи резистори, включени в управляващата верига на микроелектронната сглобка TL084.

Работи такъв контролер за зареждане на акумулатора на вятърната турбина по следния начин. Трифазният ток, получен от вятърния генератор, се изправя от силови диоди.

На изхода на диодния мост се образува постоянно напрежение, което се подава на входа на схемата през контактите на релето, допълнителен диод, акумулатор и после на вътрешния стабилизатор (78L08) и на входа на сглобката TL084.

Моментът на превключване на тригера в едно от състоянията се определя от стойностите на променливите резистори (Low V и High V) на долния и горния праг на напреженията.

Докато на клемите на акумулаторната батерия има напрежение, не превишаващо 14.2 волта (удовлетворяващо стойността на настройката R High V), се извършва зареждане. Щом стойностите се променят в посока на увеличение, операционният усилвател TL084 подава сигнал към базата на транзистора, с който се управлява релето.

Продукт, реализиран със собствени ръце по схема с микросглобка TL084. Всичко е изключително просто, дори вместо качествена печатна платка е избрана платка за повърхностен монтаж. Такива моменти винаги радват самоделните конструкции.

Произвежда се задействане на релето, веригата за захранване на схемата се прекъсва и се затваря към баластен резистор. Нулирането по баласт продължава до момента на разреждане на акумулатора, близо до стойността на настройка на променливия резистор Low V.

Щом тази стойност бъде достигната, вторият операционен усилвател TL084 превключва схемата в обратно състояние. Така се осъществява работата на контролера.

Китайска електронна алтернатива

Изработването на контролер за вятърен генератор със собствени ръце е престижна работа. Но като се има предвид скоростта на развитие на електронните технологии, не рядко смисълът на самостоятелното сглобяване губи своята актуалност. Освен това голяма част от предлаганите схеми вече са морално остарели.

Оказва се по-евтино да се купи вече готов продукт, направен професионално, с високо качество на монтажа, на съвременни електронни компоненти. Например, може да се закупи подходящо устройство на разумна цена в Aliexpress.

Асортиментът от предложения на китайския сайт впечатлява. Контролери за вятърни генератори с различна мощност се продават на цена от 10 €. Ако се изхожда от тази сума, в план на сглобяване на апарата със собствени ръце играта очевидно не си струва.

Така, например, сред предложенията на китайския портал има модел за 600-ватов вятряк. Устройство с цена 10.70 € е подходящо за работа с акумулатори 12/24 волта, в режим на работен ток до 30 А.

Доста приличен, предназначен за 600-ватов вятърен генератор, контролер за зареждане в китайско изпълнение. Такова устройство може да се поръча от Китай и да се получи по пощата приблизително за месец-месец и половина.

Качествен всесезонен корпус на контролера с размери 100х90 мм е оборудван с мощен радиатор за охлаждане. Изпълнението на корпуса съответства на клас на защита IP67. Диапазон на външните температури от –35 до +75°С. На корпуса е изведена светлинна индикация за режимите на състояние на вятърния генератор.

Пита се, какъв е смисълът да се губят време и сили за сглобяване на простичка конструкция със собствени ръце, когато има реална възможност да се купи нещо подобно и технически сериозно?

Ами ако този модел не е достатъчен, китайците имат варианти съвсем „готини“. Така, сред новите постъпления се открои модел с мощност 2 kW под работно напрежение 96 волта.

Китайски продукт от списъка на новите постъпления. Осигурява контрол на зареждането на батериите, работейки в тандем с вятърен генератор с мощност 2 kW. Приема на входа напрежение до 96 волта.

Вярно е, че цената на този контролер вече е пет пъти по-висока от предишната разработка. Но отново, ако съпоставим разходите за производство на нещо подобно със собствени ръце, покупката изглежда като рационално решение.

Единственото, което смущава в китайските продукти, е, че те имат свойството неочаквано да преустановяват работа в най-неподходящите случаи. Затова често се налага купеното устройство да се доработва – естествено, със собствени ръце. Но това е значително по-лесно и по-просто, отколкото да се прави контролер за зареждане на вятърен генератор със собствени ръце от нулата.

За любителите на самоделки на нашия сайт има поредица статии, посветени на изработването на вятърни генератори:

1. Ветрогенератор от автомобилен генератор със собствени ръце: технология за сглобяване на вятърна турбина и анал из на грешките
2. Как да направите перки за ветрогенератор със собствени ръце: примери за самостоятелно изработване на перки за вятърна турбина
3. Ветрогенератор със собствени ръце от пералня: инструкция за сглобяване на вятърна турбина
4. Как да направите изчисление на ветрогенератор: формули + практически пример за изчисление

Изводи и полезно видео по темата

Желанието да се направи оборудване за домашно приложение със собствени ръце понякога е по-силно от по-простото решение – покупката на евтино устройство. Какво се получи от това, вижте във видеоклипа:

Оценявайки перспективите на изработването на електроника със собствени сили, независимо от нейното предназначение, се налага да се сблъскаме с мисълта, че векът на «самоделкините» привършва.

Пазарът е пренаситен с готови електронни устройства и модулни компоненти практически за всеки битов продукт. На електронните любители сега остава единственото нещо – да се занимават със сглобяване на домашни конструктори.

Има ли какво да добавите, или възникнаха въпроси по темата за сглобяване и използване на контролери за вятърен генератор? Можете да оставяте коментари, да задавате въпроси и да добавяте снимки на вашите самоделки – формата за връзка се намира в долния блок.