Kako vlastitim rukama napraviti kontroler za vjetrogenerator: uređaj, princip rada, shema sastavljanja

Mehanička konstrukcija vjetrogeneratora u svom čistom obliku predstavlja samo dio cjelovite vjetroelektrane. Sustav potpuno prikladan za uporabu, osim mehaničke konstrukcije, ima i niz elektroničkih sklopova.

Tako je, na primjer, obavezno potreban kontroler za vjetrogenerator – uređaj koji je funkcionalno namijenjen stabilizaciji parametara punjenja akumulatora tijekom rada vjetrenjače.

Razmotrit ćemo koje funkcije obavlja uređaj i navest ćemo sheme za vlastoručno sastavljanje kontrolera. Osim toga, navest ćemo značajke rada i isplativost kupnje kineskog elektroničkog sklopa za vjetrenjaču.

Vjetrogeneratori i kontroleri punjenja akumulatora

Ako je mehaničku vjetrenjaču sasvim moguće napraviti samostalno, može li se vlastitim rukama napraviti i kontroler za vjetrenjaču?

Da biste imali neku predodžbu o kontrolerima vjetrogeneratora i uspješno ih vlastitim rukama reproducirali, nisu suvišne osnovne informacije o tim uređajima.

Kontroler koji opslužuje akumulatorske baterije prvenstveno je namijenjen upravljanju procesom punjenja akumulatora. To je njegova osnovna funkcija, ali se ona uvjetno može podijeliti na čitav niz potfunkcija.

Na primjer, jednom funkcionalnošću prati se struja punjenja i struja samopražnjenja. Druga funkcionalnost provodi radnje usmjerene na mjerenje temperature i tlaka. Treća je odgovorna za kompenzaciju razlike energetskih tokova kada se istovremeno s potrošnjom struje od strane potrošača vrši punjenje akumulatora.

Kontroler punjenja akumulatorske baterije za vjetrogenerator male snage. Kontrola nekih parametara sustava provodi se putem ugrađenog LCD zaslona.

Uređaji industrijskog proizvodstva imaju potpunu funkcionalnost. No, za amaterske konstrukcije to se ne može reći. Uređaji napravljeni na bazi najjednostavnijih shemskih rješenja u kućnim uvjetima vlastitim rukama su kontroleri daleko od savršenih modela.

Ipak, oni rade i dovoljno produktivno omogućuju eksploataciju različitih vrsta vjetrogeneratora. U pravilu, u samogradnim konstrukcijama implementirana je samo jedna funkcija – zaštita od prenapona i dubokog pražnjenja.

Jedna od brojnih varijacija kontrolera za vjetroturbine, izrađenih vlastitim rukama. Takve konstrukcije odlikuju se jednostavnim tehničkim rješenjima i najjednostavnijim izvođenjem montaže.

Zašto je uvođenje kontrolera u sustav vjetroturbine obvezan korak?

Zbog toga što u režimu energetskog napajanja akumulatorske baterije bez primjene kontrolera treba očekivati neugodne posljedice:

1. Degradaciju strukture akumulatora uslijed nekontroliranih kemijskih procesa.
2. Nekontrolirani rast tlaka i temperature elektrolita.
3. Gubitak svojstava punjenja akumulatora zbog dugotrajnoga pražnjenja.

Kontroler punjenja za shemu vjetrogeneratornog uređaja izvodi se, u pravilu, u obliku zasebnog elektroničkog modula. Ovaj modul je izmjenjiv i brzo se isključuje. Uređaji industrijske proizvodnje obvezno su opremljeni indikacijom režima i stanja – svjetlosnom ili vizualno prenošenom putem zaslona.

U praksi se mogu primjenjivati dvije vrste uređaja – ugrađeni izravno u kućište vjetrogeneratora i spojeni na akumulatorsku bateriju.

Sheme za vlastoručno sastavljanje

Za cijelo vrijeme od pojave prvih samogradnih vjetroturbina broj shematskih rješenja kontrolera višestruko se povećao. Mnoga shematska rješenja daleko su od savršenih, ali postoje i one varijante na koje treba obratiti pažnju.

Za kućnu upotrebu, naravno, aktualne su jednostavne sheme koje zahtijevaju mala financijska ulaganja, učinkovite i pouzdane.

Polazeći od tih zahtjeva, može se početi s kontrolerom za vjetrogenerator izrađenim na bazi relej-regulatora automobila. U shemi su primjenjivi i releji s minusnim upravljačkim kontaktom i releji s plusnim upravljačkim kontaktom.

Ova varijanta privlači malim brojem dijelova i najjednostavnijom montažom. Bit će potrebni samo jedan relej, jedan snagovni tranzistor (poljski tranzistor), jedan otpornik.

Shema kontrolera, nacrtana rukom nekog elektroničara. Ovdje je sve jednostavno i jasno bez suvišnih riječi. Upravo kao i u samoj tehnologičnosti rješenja. Minimum dijelova – maksimum ušteda (+).

Shema se naziva «balastna», jer se u njoj koristi dodatno opterećenje u obliku obične žarulje sa žarnom niti. Stoga se popis dijelova povećava za još jedan element – žarulju.

Koristi se automobilska žarulja (ili više žarulja) na 12 volti ovisno o snazi sustava. Također je umjesto ovog elementa dopušteno primijeniti otporno opterećenje drugog tipa: snažni otpornik, električni grijač, ventilator i sl.

Rad «balastne» sheme s minusom

Djelovanje automobilskog releja-regulatora izravno je povezano s razinom napunjenosti akumulatorske baterije. Ako napon na stezaljkama akumulatora poraste iznad 14.2 volta, relej se aktivira i otvara minusni krug tranzistora snage.

Zauzvrat se na tranzistoru otvara spoj koji povezuje žarulju izravnog žarenja s akumulatorom. Kao rezultat, struja punjenja se odvodi kroz nit žarulje sa žarnom niti. Pri smanjenju napona na stezaljkama akumulatora – obrnuti proces. Tako se održava stabilna razina napona baterije.

Kako radi «balastna» shema s plusom

Blago modernizirana varijanta «balastnog» kontrolera punjenja za vjetrenjaču je druga shema na releju-regulatoru s plusnim upravljačkim kontaktom. Na primjer, odgovarat će releji iz automobila marke «VAZ».

Razlika u odnosu na prethodnu shemu – primjena čvrstog releja, na primjer, GTH6048ZA2 za struju od 60 A umjesto tranzistora. Prednosti su očite: shema izgleda još jednostavnije i pritom ima veću pouzdanost i učinkovitost.

Još jedno najjednostavnije shematsko rješenje za izradu kontrolera punjenja akumulatora vjetrogeneratora. Učinkovitost i pouzdanost sheme povećava se primjenom čvrstog releja u njoj (+).

Osobitost ovog jednostavnog rješenja – izravno spajanje na stezaljke akumulatora generatora vjetrenjače. Vodiči kontrolera punjenja također su «postavljeni» izravno na kontakte akumulatora.

U stvarnosti, ova dva dijela sheme nisu ni na koji način povezana međusobno. Napon s vjetrogeneratora stalno se dovodi na bateriju. Kada napon na stezaljkama akumulatora dosegne vrijednost od 14.2 V, čvrsto relej priključuje opterećenje za pražnjenje. Tako se akumulator štiti od prenapunjenja.

Ovdje kao balastno opterećenje može poslužiti ne samo žarulja sa žarnom niti. Sasvim je moguće priključiti bilo koji drugi uređaj predviđen za struju do 60 A. Na primjer, električni cijevni grijač.

Što je još važno u ovoj shemi – djelovanje čvrstog releja karakterizira postupno rastuća amplituda. U suštini, vidljiv je efekt profesionalno izrađenog PWM kontrolera.

Složenija verzija sheme kontrolera

Ako prethodna varijanta shematskog rješenja kontrolera punjenja akumulatora samo podsjeća na PWM uređaj (pulsno-širinska modulacija), ovdje se taj princip konkretno ostvaruje.

Ova shema kontrolera za vjetrenjaču s trofaznim generatorom odlikuje se određenim složenostima, jer pretpostavlja korištenje mikroshema – posebice, operacijskih pojačala na efektnim tranzistorima u sklopu TL084.

Međutim, na montažnoj ploči sve izgleda manje složeno nego na papirnatom listu.

Rješenje sklopa regulatora vlastitim rukama, koje koristi mikrosklop TL084. Princip rada također je izgrađen pomoću releja za prebacivanje načina rada, ali postoji mogućnost podešavanja graničnih točaka (+).

Isto kao i u prethodnim rješenjima, relej se koristi kao sklopni element za balastno opterećenje. Relej je projektiran za rad s 12-voltnom baterijom, ali po želji možete odabrati model za 24 W.

Balastni otpornik napravljen je kao snažni otpor (namot na keramici od nihroma). Za podešavanje radnog raspona napona (11.5–18 V) u krugu se koriste promjenjivi otpornici uključeni u upravljački krug mikroelektronskog sklopa TL084.

Takav regulator punjenja baterije vjetroturbine radi na sljedeći način. Trofazna struja dobivena od vjetrogeneratora ispravlja se snagom dioda.

Na izlazu diodnog mosta stvara se istosmjerni napon koji se dovodi na ulaz kruga preko kontakata releja, dodatne diode, baterije i dalje na unutarnji stabilizator (78L08) i na ulaz sklopa TL084.

Trenutak prebacivanja okidača u jedno od stanja određen je vrijednostima promjenjivih otpornika (Low V i High V) donjeg i gornjeg naponskog praga.

Sve dok je na stezaljkama akumulatorske baterije prisutan napon koji ne prelazi 14,2 volta (zadovoljava vrijednost podešavanja R High V), punjenje se obavlja. Čim se vrijednosti povećaju, operacijsko pojačalo TL084 šalje signal na bazu tranzistora koji upravlja relejem.

Proizvod izrađen vlastitim rukama prema shemi s mikrosklopom TL084. Sve je krajnje jednostavno, čak je umjesto kvalitetne tiskane ploče odabrana ploča za ručno lemljenje. Takvim trenucima uvijek raduju domaće izrade.

Dolazi do aktiviranja releja, strujni krug napajanja se prekida i zatvara na balastni otpornik. Resetiranje na balastu traje do trenutka pražnjenja baterije blizu vrijednosti podešavanja promjenjivog otpornika Low V.

Čim se ta vrijednost postigne, drugim operacijskim pojačalom TL084 krug se prebacuje u suprotno stanje. Tako se odvija rad regulatora.

Kineska elektronička alternativa

Izrada regulatora vjetrogeneratora vlastitim rukama prestižna je stvar. No, uzimajući u obzir brzinu razvoja elektroničkih tehnologija, često smisao samostalne izrade gubi na važnosti. Osim toga, većina ponuđenih shema je moralno zastarjela.

Ispada jeftinije kupiti već gotov proizvod, profesionalno izrađen, s visokom kvalitetom montaže, na suvremenim elektroničkim komponentama. Na primjer, odgovarajući uređaj po razumnoj cijeni možete kupiti na Aliexpressu.

Asortiman ponuda na kineskoj web stranici je impresivan. Kontroleri za vjetrogeneratore za različite razine snage prodaju se po cijeni od 10 €. Ako se uzme u obzir taj iznos, u pogledu sastavljanja uređaja vlastitim rukama, igra se definitivno ne isplati.

Tako, na primjer, među ponudama kineskog portala postoji model za vjetrenjaču od 600 vata. Uređaj cijene 10,70 € prikladan je za rad s baterijama od 12/24 volta, u režimu radne struje do 30 A.

Sasvim pristojan, projektiran za vjetrogenerator od 600 vata, kontroler punjenja u kineskoj izvedbi. Takav se uređaj može naručiti iz Kine i dobiti putem pošte za otprilike mjesec i pol.

Kvalitetno svevremensko kućište kontrolera dimenzija 100x90 mm opremljeno je snažnim hladnjakom. Izvedba kućišta odgovara klasi zaštite IP67. Raspon vanjskih temperatura od –35 do +75 °C. Na kućištu se nalazi svjetlosna indikacija stanja vjetrogeneratora.

Postavlja se pitanje, koji je smisao trošiti vrijeme i trud na sastavljanje jednostavne konstrukcije vlastitim rukama, ako postoji stvarna mogućnost kupiti nešto slično i tehnički ozbiljno?

Pa ako ovaj model nije dovoljan, Kinezi imaju potpuno "cool" inačice. Tako se među novim dolascima istaknuo model snage 2 kW za radni napon 96 volti.

Kineski proizvod s popisa novih dolazaka. Omogućuje kontrolu punjenja baterija radeći u paru s vjetrogeneratorom snage 2 kW. Prihvaća na ulazu napon do 96 volti.

Istina, cijena ovog kontrolera je pet puta skuplja od prethodnog razvoja. No opet, ako se usporede troškovi izrade nečeg sličnog vlastitim rukama, kupnja izgleda racionalno rješenje.

Jedino što smeta kod kineskih proizvoda je to što imaju svojstvo da neočekivano prestaju raditi u najnepovolnijim slučajevima. Stoga kupljeni uređaj često treba dovesti u red – naravno, vlastitim rukama. Ali to je znatno lakše i jednostavnije nego napraviti kontroler punjenja vjetrogeneratora vlastitim rukama od nule.

Za ljubitelje izrade vlastitim rukama na našoj web stranici postoji serija članaka posvećena izradi vjetrogeneratora:

1. Vjetrogenerator iz automobilskog generatora vlastitim rukama: tehnologija sastavljanja vjetrenjače i analiza grešaka
2. Kako izraditi lopatice za vjetrogenerator vlastitim rukama: primjeri samostalne izrade lopatica za vjetrenjaču
3. Vjetrogenerator vlastitim rukama iz perilice rublja: upute za sastavljanje vjetrenjače
4. Kako izvršiti proračun vjetrogeneratora: formule + praktični primjer proračuna

Zaključci i koristan video na temu

Želja da se oprema za kućnu upotrebu napravi vlastitim rukama ponekad je jača od jednostavnijeg rješenja – kupnje jeftinog uređaja. Što je iz toga proizašlo, pogledajte u videu:

Procjenjujući izglede izrade elektronike vlastitim snagama, neovisno o njezinoj namjeni, moramo se suočiti s mišlju da stoljeće 'samograditelja' završava.

Tržište je prezasićeno gotovim elektroničkim uređajima i modularnim komponentama za gotovo svaki kućanski proizvod. Elektroničarima amaterima sada preostaje samo jedan zadatak – baviti se sastavljanjem kućnih konstruktora.

Imate li što dodati ili imate pitanja o temi sastavljanja i korištenja kontrolera za vjetrogenerator? Možete ostaviti komentare, postaviti pitanja i dodati fotografije svojih samogradnji – obrazac za kontakt nalazi se u donjem bloku.