Bygg din egen regulator för vindkraftverk: konstruktion, funktion och monteringsschema

Den mekaniska konstruktionen av ett vindkraftverk i sig är bara en del av en komplett vindenergianläggning. Ett fullt fungerande system innefattar, förutom den mekaniska konstruktionen, även ett antal elektroniska komponenter.

Så till exempel är en regulator för vindgeneratorn nödvändig – en enhet som är funktionellt utformad för att stabilisera laddningsparametrarna för batteriet under vindkraftverkets drift.

Vi ska titta på vilka funktioner enheten har och visa scheman för att bygga en regulator själv. Dessutom beskriver vi driftens egenskaper och om det är lämpligt att köpa en kinesisk elektronikenhet för vindkraftverket.

Vindgeneratorer och laddningsregulatorer

Om du kan bygga en mekanisk vindgenerator själv, går det då att också bygga en regulator själv?

För att få en uppfattning om vindgeneratorregulatorer och framgångsrikt kunna bygga sådan utrustning själv, är det bra med grundläggande kunskaper om dessa enheter.

Regulatorn som betjänar batterierna är i första hand avsedd att styra laddningsprocessen för batterierna. Det är dess huvudsakliga funktion, men den kan grovt delas upp i ytterligare ett antal underfunktioner

Till exempel övervakas laddningsström och självurladdningsström av en funktion. En annan funktion utför åtgärder för att mäta temperatur och tryck. En tredje ansvarar för kompensation av skillnader i energiflöden när batteriet laddas samtidigt som ström förbrukas av belastningen

Laddningsregulator för ackumulatorbatteri till en liten vindgenerator. Kontroll av vissa systemparametrar sker via en inbyggd LCD-skärm

Industritillverkade instrument har full funktionalitet. Men det kan man inte säga om amatörkonstruktioner. Enheter som byggts på basis av de enklaste kretslösningarna hemma med egna händer – det är regulatorer långt ifrån perfekta modeller

Ändå fungerar de och gör det möjligt att utnyttja olika typer av vindkraftverk ganska produktivt. Som regel är endast en funktion implementerad i hemmagjorda konstruktioner – skydd mot överspänning och djupurladdning.

En av de många varianterna av regulatorer för vindkraftverk, tillverkade för hand. Sådana konstruktioner kännetecknas av enkla tekniska lösningar och mycket enkel installation.

Varför är det obligatoriskt att införa en regulator i vindkraftverkssystemet?

För att i batteriladdningsläge utan regulator kan man förvänta sig obehagliga konsekvenser:

1. Nedbrytning av batteriets struktur på grund av okontrollerade kemiska processer.
2. Okontrollerad tryckökning och temperatur på elektrolyten.
3. Förlust av batteriets uppladdningsegenskaper på grund av långvarig urladdning.

Laddningsregulatorn för en vindgeneratorinstallation är vanligtvis utformad som en separat elektronisk modul. Denna modul är löstagbar och kan snabbt kopplas bort. Industriellt tillverkade enheter är alltid utrustade med indikering av lägen och tillstånd – ljus eller visuellt via en display.

I praktiken kan två typer av enheter användas – de som är inbyggda direkt i vindkraftverkets hölje och de som ansluts till batteribanken.

Kretsscheman för egen montering

Under hela tiden sedan de första hemmagjorda vindkraftverken dök upp har antalet kretslösningar för regulatorer ökat mångfaldigt. Många av kretslösningarna är långt ifrån perfekta, men det finns också sådana varianter som man bör uppmärksamma.

För hushållsbruk är naturligtvis enkla kretsar som kräver små finansiella investeringar, effektiva och pålitliga, mest relevanta.

Utgående från dessa krav kan man börja med en regulator för vindkraftverk baserad på bilreläregulatorer. I kretsen kan både reläer med minusstyrande kontakt och reläer med plusstyrande kontakt användas.

Detta alternativ lockar med få komponenter och enkel montering. Det behövs bara ett relä, en effekttransistor (MOSFET), och ett motstånd.

Regulatorkrets ritad av någon elektronikentusiast för hand. Här är allt enkelt och tydligt utan onödiga ord. Precis som i själva lösningens teknisk enkelhet. Minsta möjliga antal komponenter – maximal besparing (+).

Kretsen kallas 'ballastkrets' eftersom den använder en extra last i form av en vanlig glödlampa. Därmed kompletteras komponentlistan med ytterligare en del – en lampa.

En billampa (eller flera lampor) på 12 volt används beroende på systemets effekt. Istället för detta element kan man även använda en annan typ av belastningsmotstånd: ett kraftigt motstånd, en elektrisk värmare, en fläkt och liknande.

Drift av 'ballast'-schema med minus

Funktionen hos bilens reläregulator är direkt kopplad till batteriets laddningsnivå. När spänningen vid batteripolerna stiger över 14,2 volt löser reläet ut och bryter minuskretsen till effekttransistorn.

I sin tur öppnas en övergång i transistorn som kopplar glödlampan till batteriet. Laddningsströmmen leds då genom glödtråden. När spänningen vid batteripolerna sjunker sker omvänd process. På så sätt upprätthålls en stabil batterispänning.

Hur 'ballast'-schema med plus fungerar

En något moderniserad variant av ballastladdningsregulatorn för vindkraftverket är den andra kretsen med ett reläregulator med plusstyrande kontakt. Till exempel passar reläer från bilar av märket VAZ.

Skillnaden från föregående krets är användningen av ett halvledarrelä, till exempel GTH6048ZA2 för 60 A istället för en transistor. Fördelarna är uppenbara: kretsen blir ännu enklare samtidigt som den har högre tillförlitlighet och effektivitet.

Ännu en enkel kretslösning för att bygga en laddningsregulator för vindkraftverkets batteri. Kretsens effektivitet och tillförlitlighet ökas genom användning av ett halvledarrelä (+)

Det speciella med denna enkla lösning är direkt anslutning till batteripolerna på vindkraftverkets generator. Laddningsregulatorns ledare är också direkt anslutna till batteripolerna.

I själva verket är dessa två delar av kretsen inte kopplade till varandra. Spänningen från vindkraftverket matas ständigt till batteriet. När spänningen vid batteripolerna når 14,2 V kopplar halvledarreläet in en last för avlastning. På så sätt skyddas batteriet från överladdning.

Här kan ballastlasten inte bara vara en glödlampa. Det är fullt möjligt att ansluta vilken annan enhet som helst som är avsedd för ström upp till 60 A, till exempel en elektrisk rörvärmare.

Vad som också är viktigt i denna krets är att halvledarreläets funktion kännetecknas av en långsamt ökande amplitud. I själva verket är detta effekten av en professionellt tillverkad PWM-regulator.

Avancerat schema för regulator

Om den föregående versionen av laddningsregulatorns kretslösning bara påminner om en PWM-enhet (pulsbreddsmodulering), så realiseras denna princip här konkret.

Denna styrenhetskrets för vindkraftverk med trefasgenerator har vissa komplexiteter eftersom den använder integrerade kretsar – specifikt operationsförstärkare med fälteffekttransistorer i TL084-kretsen.

På kretskortet ser det dock inte lika komplicerat ut som på papperet.

Kretslösning för att bygga en egen styrenhet med hjälp av mikromodulen TL084. Funktionsprincipen är också uppbyggd med reläer för att växla lägen, men det finns möjlighet att justera brytpunkterna (+).

Precis som i tidigare lösningar används ett relä som switchande element för ballastlasten. Reläet är designat för att fungera med ett 12-voltsbatteri, men om så önskas kan du välja en modell för 24 W.

Ballastmotståndet är gjort som ett kraftfullt motstånd (lindning på keramik, nikrom). För att justera arbetsområdet för spänning (11.5-18 W) används variabla motstånd i kretsen, anslutna till styrkretsen för TL084-mikromodulen.

En sådan laddningsregulator för ett vindkraftsverk fungerar på följande sätt. Den trefasiga strömmen från vindgeneratorn likriktas av effektdioder.

Vid utgången från diodbryggan bildas en likspänning som matas till kretsens ingång via reläkontakterna, en extra diod, batteriet och vidare till en inbyggd stabilisator (78L08) och till ingången på TL084-modulen.

Ögonblicket då triggern växlar till ett av tillstånden bestäms av värdena på variabla motstånd (Low V och High V) för nedre och övre spänningströsklar.

Så länge spänningen på batteriets poler inte överstiger 14,2 volt (uppfyller värdet på inställningen R High V), utförs laddning. Så snart värdena ökar, skickar operationsförstärkaren TL084 en signal till transistor basen, som styr reläet.

En produkt byggd själv enligt kretsen med TL084-mikromodul. Allt är extremt enkelt, även istället för ett kvalitetskretskort har ett hålmonteringskort valts. Sådana detaljer gläder alltid i hemmabyggen.

Reläet aktiveras, strömkretsen bryts och kopplas till ballastmotståndet. Urladdningen via ballasten pågår tills batterispänningen närmar sig värdet på det variabla motståndet Low V.

Så snart detta värde uppnås, växlar kretsen tillbaka med hjälp av den andra operationsförstärkaren TL084. Så fungerar styrenheten.

Kinesiskt elektroniskt alternativ

Att bygga en egen vindkraftsstyrenhet är en prestigefylld uppgift. Men med tanke på hur snabbt elektroniken utvecklas, tappar ofta meningen med egenbyggnation relevans. Dessutom är de flesta föreslagna kretsarna redan moraliskt föråldrade.

Det blir billigare att köpa en färdig produkt, professionellt tillverkad med hög kvalitet och moderna elektroniska komponenter. Till exempel kan du hitta en lämplig enhet till ett rimligt pris på Aliexpress.

Urvalet av erbjudanden på den kinesiska webbplatsen är imponerande. Kontrollanter för vindkraftverk för olika effektnivåer säljs från 100 kr. Om du utgår från den summan är det inte värt besväret att bygga en egen enhet.

Till exempel finns det bland erbjudandena på den kinesiska portalen en modell för ett 600-watts vindkraftverk. Enheten kostar 107 kr och är lämplig för arbete med 12/24 volts batterier, med en arbetstström på upp till 30 A.

En ganska anständig laddningskontroller för 600-watts vindkraftverk i kinesiskt utförande. En sådan enhet kan du beställa från Kina och få via posten på cirka en och en halv månad.

Kontrollerns högkvalitativa väderbeständiga hölje med måtten 100x90 mm är utrustad med en kraftfull kylfläns. Höljets utförande motsvarar skyddsklass IP67. Temperaturintervall från -35 till +75°C. På höljet finns en ljusindikering för vindkraftverkets driftlägen.

Frågan är, varför skulle du lägga tid och energi på att bygga en enkel konstruktion själv när du faktiskt kan köpa något liknande som är tekniskt seriöst?

Men om denna modell inte räcker till, har kineserna riktigt 'tuffa' alternativ. Bland nyheterna har en modell på 2 kW med en arbetsspänning på 96 volt märkts.

Kinesisk produkt från listan över nyheter. Den styr batteriladdningen i samarbete med ett vindkraftverk på 2 kW. Den tar emot en ingångsspänning på upp till 96 volt.

Visserligen är priset för denna kontroller fem gånger högre än den tidigare modellen. Men återigen, om du jämför kostnaderna för att bygga något liknande själv, framstår köpet som en rationell lösning.

Det enda som är oroande med kinesiska produkter är att de har en tendens att plötsligt sluta fungera i de mest olämpliga situationer. Därför måste du ofta finslipa den köpta enheten – naturligtvis med dina egna händer. Men det är mycket lättare och enklare än att bygga en laddningskontroller för ett vindkraftverk från grunden.

För dig som gillar att bygga själv har vi på vår webbplats en serie artiklar om tillverkning av vindkraftverk:

1. Vindgenerator av en bilgenerator själv: monteringsteknik för vindkraftverk och genomgång av misstag
2. Hur du tillverkar blad till en vindgenerator själv: exempel på egentillverkning av blad för vindkraftverk
3. Vindgenerator av en tvättmaskin själv: monteringsanvisning för vindkraftverk
4. Hur man beräknar en vindgenerator: formler + praktiskt räkneexempel

Slutsatser och användbar video om ämnet

Viljan att göra utrustning för hemmabruk själv är ibland starkare än en enklare lösning – att köpa en billig enhet. Vad det blev av det, se i videon:

När man bedömer utsikterna att tillverka elektronik på egen hand, oavsett dess användning, måste man inse att 'gör-det-själv'-erans tid är över.

Marknaden är övermättad med färdiga elektroniska enheter och modulära komponenter för nästan varje hushållsprodukt. Elektronikhobbyister har nu bara en sak kvar att göra – att montera hemmabyggsatser.

Har du något att tillägga, eller har frågor om att bygga och använda styrenheter för vindgeneratorer? Du kan lämna kommentarer, ställa frågor och lägga upp bilder på dina egna skapelser – kontaktformuläret finns i det nedre blocket.