Ako si vyrobiť regulátor pre veterný generátor svojpomocne: konštrukcia, princíp činnosti, schéma zapojenia

Mechanická konštrukcia veterného generátora v čistej podobe predstavuje len časť plnohodnotnej veternej energetickej sústavy. Plne funkčná sústava, okrem mechanickej konštrukcie, obsahuje aj viacero elektronických uzlov.

Tak napríklad je nevyhnutný regulátor pre veterný generátor – zariadenie určené na stabilizáciu parametrov nabíjania akumulátora počas prevádzky veterného generátora.

Pozrieme sa, aké funkcie zariadenie vykonáva, a uvedieme schémy montáže regulátora svojpomocne. Okrem toho si označíme zvláštnosti prevádzky a vhodnosť kúpy čínskeho elektronického agregátu pre veterný generátor.

Veterné generátory a regulátory nabíjania akumulátora

Ak je možné samostatne vyrobiť mechanický veterný generátor, je možné svojpomocne vyrobiť aj regulátor veterného generátora?

Aby ste mali určitú predstavu o regulátoroch veterných generátorov a úspešne reprodukovali takúto techniku svojpomocne, nebudú na škodu základné informácie o týchto zariadeniach.

Kontrolér, ktorý obsluhuje akumulátorové batérie, je určený predovšetkým na riadenie procesu nabíjania AKB. To je jeho hlavná funkcia, ktorú však možno podmienečne rozdeliť na celý rad podfunkcií.

Jedna funkcionalita sleduje napríklad nabíjací prúd a prúd samovybíjania. Druhá funkcionalita realizuje činnosti zamerané na meranie teploty a tlaku. Tretia zodpovedá za kompenzáciu rozdielu energetických tokov, keď súčasne s odberom prúdu záťažou prebieha nabíjanie AKB.

Kontrolér nabíjania akumulátorovej batérie pre veterný generátor malého výkonu. Kontrola niektorých parametrov systému sa vykonáva prostredníctvom vstavaného LCD displeja.

Priemyselne vyrábané prístroje disponujú plnohodnotnou funkcionalitou. O amatérskych konštrukciách sa to však povedať nedá. Zariadenia zhotovené na báze najjednoduchších schém zapojenia v domácich podmienkach svojpomocne predstavujú kontroléry, ktoré majú ďaleko od dokonalých modelov.

Napriek tomu fungujú a pomerne produktívne umožňujú prevádzkovať rôzne typy veterných generátorov. Spravidla v domácich konštrukciách je realizovaná iba jedna funkcia – ochrana proti prepätiu a hlbokému vybitiu.

Jedna z mnohých variácií kontrolérov pre veterné generátory, vyrobených vlastnoručne. Takéto konštrukcie sa vyznačujú nenáročnými technickými riešeniami a najjednoduchším prevedením montáže.

Prečo je zavedenie kontroléra do systému veterného generátora nevyhnutné?

Pretože v režime energetického dobíjania akumulátora bez použitia kontroléra možno očakávať nepríjemné následky:

1. Degradáciu štruktúry akumulátora v dôsledku nekontrolovateľných chemických procesov.
2. Nekontrolovateľný nárast tlaku a teploty elektrolytu.
3. Stratu schopnosti akumulátora dobíjať sa v dôsledku dlhodobého vybitia.

Kontrolér nabíjania pre schému veterného generátora sa spravidla realizuje ako samostatný elektronický modul. Tento modul je odnímateľný a rýchlo odpojiteľný. Priemyselne vyrábané zariadenia sú nevyhnutne vybavené indikáciou režimov a stavov – svetelnou alebo vizuálne prenášanou cez displej.

V praxi možno použiť dva typy zariadení – zabudované priamo do telesa veterného generátora a pripojené k akumulátorovej batérii.

Schémy zapojenia pre svojpomocnú montáž

Počas celého obdobia od objavenia sa prvých vlastnoručne vyrobených veterných generátorov sa počet obvodových riešení kontrolérov mnohonásobne zvýšil. Mnohé z obvodových návrhov sú ďaleko od dokonalosti, ale existujú aj také varianty, na ktoré by ste sa mali zamerať.

Pre domáce použitie sú samozrejme aktuálne jednoduché schémy, ktoré vyžadujú malé finančné investície, sú efektívne a spoľahlivé.

Vychádzajúc z týchto požiadaviek, môžete začať s kontrolérom pre veterný generátor, vytvoreným na báze relé-regulátorov automobilov. V schéme sú použiteľné relé s mínusovým riadiacim kontaktom aj relé s plusovým riadiacim kontaktom.

Tento variant láka malým počtom súčiastok a najjednoduchšou montážou. Bude potrebné len jedno relé, jeden výkonový tranzistor (unipolárny) a jeden rezistor.

Schéma kontroléra nakreslená akýmsi elektronikom vlastnoručne. Tu je všetko jednoduché a zrozumiteľné bez zbytočných slov. V podstate rovnako ako v samotnej technologickosti riešenia. Minimum súčiastok – maximum úspor (+)

Schéma sa nazýva „balastná“, pretože v nej je použitá dodatočná záťaž v podobe bežnej žiarovky. Zoznam súčiastok sa tak rozšíri o ďalší prvok – žiarovku.

Používa sa automobilová žiarovka (alebo niekoľko žiaroviek) na 12 voltov v závislosti od výkonu systému. Tiež je možné namiesto tohto prvku použiť záťažový odpor iného typu: výkonný rezistor, elektrický ohrievač, ventilátor atď.

Funkcia ‚balastnej‘ schémy s mínusom

Činnosť automobilového relé-regulátora priamo súvisí s úrovňou nabitia akumulátorovej batérie. Ak napätie na svorkách akumulátora stúpne nad 14,2 voltu, relé zareaguje a rozpojí mínusový obvod výkonového tranzistora.

Na tranzistore sa následne otvára prechod, ktorý pripája žiarovku priameho ohrevu k akumulátoru. V dôsledku toho sa nabíjací prúd odvádza cez vlákno žiarovky. Pri poklese napätia na svorkách akumulátora – opačný proces. Takto sa udržiava stabilná úroveň napätia batérie.

Ako funguje ‚balastná‘ schéma s plusom

Mierne modernizovaným variantom «balastného» regulátora nabíjania pre veternú turbínu je druhá schéma na relé-regulátore s kladným riadiacim kontaktom. Napríklad vyhovujú relé z automobilov značky «VAZ».

Odlišnosť od predchádzajúcej schémy – použitie polovodičového relé, napríklad GTH6048ZA2 na prúd 60A namiesto tranzistora. Výhody sú zrejmé: schéma vyzerá ešte jednoduchšie a zároveň má väčšiu spoľahlivosť a účinnosť.

Ďalšie veľmi jednoduché obvodové riešenie pre zostavu regulátora nabíjania akumulátora veternej turbíny. Účinnosť a spoľahlivosť schémy sa zvyšuje vďaka použitiu polovodičového relé (+)

Zvláštnosťou tohto jednoduchého riešenia je priame pripojenie na svorky akumulátora generátora veternej turbíny. Vodiče regulátora nabíjania sú tiež «usadené» priamo na kontakty akumulátora.

V skutočnosti tieto dve časti schémy nie sú nijako prepojené. Napätie z veternej turbíny je na batériu privádzané neustále. Keď napätie na svorkách akumulátora dosiahne hodnotu 14,2 V, polovodičové relé pripojí záťaž na vybitie. Tak je akumulátor chránený zariadením pred prebitím.

Tu môže ako balastná záťaž slúžiť nielen žiarovka. Je celkom reálne pripojiť akékoľvek iné zariadenie navrhnuté na prúd do 60 A. Napríklad elektrický rúrkový ohrievač.

Čo je na tejto schéme ešte dôležité – činnosť polovodičového relé je charakterizovaná plynule narastajúcou amplitúdou. V podstate ide o efekt profesionálne vyrobeného PWM regulátora.

Komplikovanejšia verzia schémy regulátora

Ak predchádzajúci variant obvodového riešenia regulátora nabíjania akumulátora len pripomína zariadenie PWM (šírkovo-impulzná modulácia), tu je tento princíp realizovaný konkrétne.

Táto schéma regulátora pre veternú turbínu s trojfázovým generátorom sa vyznačuje určitými zložitosťami, pretože predpokladá použitie integrovaných obvodov – konkrétne operačných zosilňovačov na tranzistoroch riadených poľom v zostave TL084.

Na montážnej doske to však nevyzerá tak zložito ako na papieri.

Obvodové riešenie na zostavenie regulátora vlastnými rukami, kde sa používa mikroobvod TL084. Princíp práce je tiež postavený s použitím relé na prepínanie režimov, ale je možnosť regulovať body odpojenia (+).

Rovnako ako v predchádzajúcich riešeniach sa používa relé ako spínací prvok pre záťažový odpor. Relé je navrhnuté na prácu s 12-voltovou batériou, ale v prípade potreby je možné vybrať model na 24 W.

Záťažový odpor je vyhotovený ako výkonný rezistor (navinutý na keramike z nichrómu). Na nastavenie pracovného rozsahu napätí (11,5–18 V) sa v obvode používajú premenné rezistory zapojené do riadiaceho obvodu mikroelektronického obvodu TL084.

Tento regulátor nabíjania batérie veternej turbíny funguje nasledovne. Trojfázový prúd získaný z veterného generátora je usmernený výkonnými diódami.

Na výstupe diódového mostíka vzniká jednosmerné napätie, ktoré je privádzané na vstup obvodu cez kontakty relé, prídavnú diódu, batériu a ďalej na vstavaný stabilizátor (78L08) a na vstup obvodu TL084.

Okamih prepnutia klopného obvodu do jedného zo stavov je určený hodnotami premenných rezistorov (Low V a High V) dolnej a hornej hranice napätia.

Pokiaľ je na svorkách akumulátora prítomné napätie nepresahujúce 14,2 voltu (spĺňajúce hodnotu nastavenia R High V), prebieha nabíjanie. Hneď ako hodnoty stúpnu, operačný zosilňovač TL084 vyšle signál na bázu tranzistora, ktorý ovláda relé.

Produkt realizovaný vlastnými rukami podľa schémy s mikroobvodom TL084. Všetko je maximálne jednoduché, dokonca namiesto kvalitnej dosky plošných spojov bola zvolená doska na závesnú montáž. Takýmito momentmi vždy potešia domáce konštrukcie.

Dôjde k aktivácii relé, napájací obvod sa preruší a uzavrie sa na záťažový odpor. Resetovanie cez záťaž prebieha až do vybitia batérie na hodnotu blízku nastaveniu premenného rezistora Low V.

Akonáhle je táto hodnota dosiahnutá, druhým operačným zosilňovačom TL084 sa obvod prepne do opačného stavu. Takto funguje regulátor.

Čínska elektronická alternatíva

Výroba regulátora veternej turbíny vlastnými rukami je prestížna záležitosť. Ale vzhľadom na rýchlosť vývoja elektronických technológií často stráca zmysel samostatnej montáže svoju aktuálnosť. Navyše väčšina ponúkaných schém je už morálne zastaraná.

Vyšlo by lacnejšie kúpiť už hotový produkt, vyrobený profesionálne, s vysokou kvalitou montáže, na moderných elektronických súčiastkach. Napríklad vhodné zariadenie za rozumnú cenu možno zakúpiť na Aliexpress.

Ponuka na čínskej stránke je pôsobivá. Regulátory pre veterné generátory pre rôzne úrovne výkonu sa predávajú od 10 €. Ak vychádzame z tejto sumy, pokiaľ ide o montáž zariadenia svojpomocne, hra rozhodne nestojí za sviečku.

Napríklad medzi ponukami čínskeho portálu je model pre 600-wattovú veternú turbínu. Zariadenie v hodnote 10,70 € je vhodné na prácu s akumulátormi 12/24 voltov, v režime pracovného prúdu do 30 A.

Celkom slušný regulátor nabíjania v čínskom prevedení, určený pre 600-wattový veterný generátor. Takéto zariadenie je možné objednať z Číny a dostať poštou približne za mesiac až mesiac a pol.

Kvalitný celoročný kryt regulátora s rozmermi 100x90 mm je vybavený výkonným chladiacim radiátorom. Prevedenie krytu zodpovedá stupňu ochrany IP67. Rozsah vonkajších teplôt od – 35 do +75 °C. Na kryte je vyvedená svetelná indikácia režimov stavu veterného generátora.

Otázka znie, aký má zmysel strácať čas a energiu na montáž jednoduchej konštrukcie svojpomocne, ak existuje reálna možnosť kúpiť niečo podobné a technicky seriózne?

No a ak tento model nestačí, Číňania majú aj úplne «cool» varianty. Napríklad medzi novými prírastkami sa objavil model s výkonom 2 kW pre pracovné napätie 96 voltov.

Čínsky produkt z nového prírastku. Zabezpečuje kontrolu nabíjania batérií pri práci v spojení s veterným generátorom s výkonom 2 kW. Na vstupe akceptuje napätie do 96 voltov.

Pravda, cena tohto regulátora je už päťkrát vyššia ako u predchádzajúceho produktu. Ale opäť, ak porovnáme náklady na výrobu niečoho podobného vlastnými rukami, kúpa vyzerá ako racionálne riešenie.

Jediné, čo na čínskych produktoch znepokojuje, je to, že majú tendenciu neočakávane prestať fungovať v tých najnevhodnejších prípadoch. Preto zakúpené zariadenie treba často doladiť – samozrejme, vlastnými rukami. Ale je to oveľa ľahšie a jednoduchšie, ako vyrobiť regulátor nabíjania veterného generátora svojpomocne od nuly.

Pre nadšencov domácich výrobkov na našej stránke je séria článkov venovaná výrobe veterných generátorov:

1. Veterný generátor z automobilového alternátora svojpomocne: technológia montáže veternej turbíny a analýza chýb
2. Ako si vyrobiť lopatky pre veterný generátor svojpomocne: príklady vlastnoručnej výroby lopatiek pre veternú turbínu
3. Veterný generátor svojpomocne z práčky: návod na zostavenie veternej turbíny
4. Ako vykonať výpočet veterného generátora: vzorce + praktický príklad výpočtu

Závery a užitočné video k téme

Túžba vyrobiť si zariadenie pre domáce použitie vlastnými rukami je niekedy silnejšia ako jednoduchšie riešenie – kúpa lacného zariadenia. Čo z toho vzniklo, pozrite si vo videu:

Pri hodnotení perspektív výroby elektroniky vlastnými silami bez ohľadu na jej účel sa musíme stretnúť s myšlienkou, že vek „kutilov“ sa končí.

Trh je presýtený hotovými elektronickými zariadeniami a modulovými komponentmi prakticky pre každý domáci výrobok. Amatérskym elektronikom teraz zostáva jediná vec – zaoberať sa montážou domácich stavebníc.

Máte čo doplniť, alebo máte otázky k téme montáže a používania regulátorov pre veterný generátor? Môžete zanechať komentáre, klásť otázky a pridávať fotografie svojich výrobkov – kontaktný formulár sa nachádza v dolnom bloku.