Kā izgatavot vēja ģeneratora kontrolieri pašu rokām: uzbūve, darbības princips, montāžas shēma

Mehāniskā vēja ģeneratora konstrukcija tīrā veidā ir tikai daļa no pilnvērtīgas vēja enerģijas iekārtas. Pilnībā ekspluatācijai piemērota sistēma papildus mehāniskajai konstrukcijai ietver arī virkni elektronisko mezglu.

Tā, piemēram, obligāti ir nepieciešams vēja ģeneratora kontrolieris – ierīce, kas funkcionāli paredzēta akumulatora uzlādes parametru stabilizēšanai vēja ģeneratora darbības laikā.

Izpratīsim, kādas funkcijas veic ierīce, un sniegsim shēmas kontroliera montāžai pašu rokām. Turklāt norādīsim darbības īpatnības un Ķīnas elektroniskā agregāta iegādes lietderīgumu vēja ģeneratoram.

Vēja ģeneratori un akumulatora uzlādes kontrolieri

Ja mehānisko vēja ģeneratoru ir pilnīgi iespējams izgatavot pašu rokām, vai ir iespējams pašu rokām izgatavot arī vēja ģeneratora kontrolieri?

Lai iegūtu kaut kādu priekšstatu par vēja ģeneratoru kontrolieriem un veiksmīgi šādu tehniku atkārtotu pašu rokām, noderēs pamatzināšanas par šīm ierīcēm.

Kontrolieris, kas apkalpo akumulatoru baterijas, galvenokārt ir paredzēts akumulatoru uzlādes procesa vadībai. Tā ir tā pamatfunkcija, bet to nosacīti jāsadala vēl vairākās apakšfunkcijās.

Piemēram, ar vienu funkcionalitāti tiek izsekota uzlādes strāva un pašizlādes strāva. Cita funkcionalitāte realizē darbības, kas vērstas uz temperatūras un spiediena mērīšanu. Trešā ir atbildīga par enerģijas plūsmu starpības kompensāciju, kad vienlaikus ar strāvas patēriņu slodzē tiek veikta akumulatoru bateriju uzlāde.

Akumulatoru baterijas uzlādes kontrolieris nelielas jaudas vēja ģeneratoram. Dažu sistēmas parametru kontrole tiek veikta caur konstrukcijā iebūvētu LCD displeju.

Rūpnieciski ražotie instrumenti ir apveltīti ar pilnvērtīgu funkcionalitāti. Bet par amatieru konstrukcijām to nevar teikt. Ierīces, kas izgatavotas uz vienkāršāko shēmu risinājumu bāzes mājas apstākļos ar savām rokām – tie ir kontrolieri, kas ir tālu no perfektiem modeļiem.

Tomēr tie darbojas un pietiekami produktīvi ļauj izmantot dažāda veida vēja ģeneratorus. Kā likums, pašdarinātās konstrukcijās ir realizēta tikai viena funkcija – aizsardzība pret pārspriegumu un pret dziļu izlādi.

Viena no daudzajām vēja ģeneratoru kontrolieru variācijām, kas izgatavoti ar savām rokām. Šādas konstrukcijas izceļas ar nepretencioziem tehniskajiem risinājumiem un vienkāršāko montāžas izpildījumu.

Kāpēc kontroliera ieviešana vēja ģeneratora sistēmā ir obligāts moments?

Tāpēc, ka akumulatoru bateriju enerģētiskās papildināšanas režīmā bez kontroliera lietošanas jāsagaida nepatīkamas sekas:

1. Akumulatora struktūras degradācija nekontrolējamo ķīmisko procesu dēļ.
2. Nekontrolējams spiediena pieaugums un elektrolīta temperatūra.
3. Akumulatora uzlādes īpašību zaudēšana sakarā ar notiekošo ilgtermiņa izlādi.

Uzlādes kontrolieris vēja ģeneratora iekārtas shēmai parasti tiek izpildīts kā atsevišķs elektronisks modulis. Šis modulis ir noņemams un ātri atvienojams. Rūpnieciski ražotās ierīces obligāti tiek aprīkotas ar režīmu un stāvokļu indikāciju – gaismas vai vizuāli pārraidāmu caur displeju.

Praksē var izmantot divu veidu ierīces – tieši vēja ģeneratora korpusā iebūvējamas un akumulatora baterijai pievienojamas.

Shēmu risinājumi pašrocīgai montāžai

Visā laikā kopš pirmo pašdarināto vēja ģeneratoru parādīšanās kontrolieru shēmu risinājumu skaits ir daudzkārt pieaudzis. Daudzas no shēmu izstrādnēm nav ideālas, bet ir arī tādi varianti, kuriem jāpievērš uzmanība.

Mājsaimniecības vajadzībām, protams, aktuālas ir vienkāršas shēmas, kas prasa nelielus finanšu ieguldījumus, ir efektīvas un uzticamas.

Pamatojoties uz šīm prasībām, var sākt ar vēja ģeneratora kontrolieri, kas izveidots uz automobiļu releju regulatoru bāzes. Shēmā pielietojami gan releji ar mīnusa vadības kontaktu, gan releji ar plusa vadības kontaktu.

Šī iespēja piesaista ar nelielo detaļu daudzumu un visvienkāršāko montāžu. Būs nepieciešams tikai viens relejs, viens jaudas tranzistors (lauka tranzistors), viens rezistors.

Kontroliera shēma, ko kāds elektroniķis ar savām rokām ir uzzīmējis. Te viss ir vienkārši un saprotami bez liekiem vārdiem. Patiesībā tāpat kā pašā risinājuma tehnoloģiskumā. Minimums detaļu – maksimums ietaupījumu (+)

Shēmu sauc par «balasta» shēmu, jo tajā tiek izmantota papildu slodze parastas kvēlspuldzes veidā. Tādējādi detaļu saraksts tiks papildināts ar vēl vienu elementu – spuldzi.

Tiek izmantota automobiļa spuldze (vai vairākas spuldzes) uz 12 voltiem atkarībā no sistēmas jaudas. Tāpat šī elementa vietā ir pieļaujams izmantot cita veida slodzes pretestību: jaudīgu rezistoru, elektrisko sildītāju, ventilatoru u.tml.

“Balasta” shēmas darbība ar mīnusu

Automobiļa releja regulatora darbība ir tieši saistīta ar akumulatora baterijas uzlādes līmeni. Ja spriegums uz akumulatora spailēm paceļas virs 14,2 voltiem, relejs nostrādā un atver mīnusa ķēdi jaudas tranzistoram.

Savukārt tranzistorā atveras pāreja, kas pievieno tiešās kvēles spuldzi akumulatoram. Rezultātā uzlādes strāva tiek novadīta caur kvēlspuldzes pavedienu. Samazinoties spriegumam uz akumulatora spailēm – pretējs process. Tādējādi tiek nodrošināts stabils akumulatora sprieguma līmenis.

Kā darbojas “balasta” shēma ar plusu

Nedaudz modernizēts «balasta» uzlādes kontroliera variants vēja ģeneratoram ir otrā shēma uz releja regulatora ar plusa vadības kontaktu. Piemēram, derēs releji no «VAZ» markas automobiļiem.

Atšķirība no iepriekšējās shēmas – cietvielu releja izmantošana, piemēram, GTH6048ZA2 60A strāvai tranzistora vietā. Priekšrocības ir acīmredzamas: shēma izskatās vēl vienkāršāka un turklāt tai ir lielāka uzticamība un efektivitāte.

Vēl viens vienkāršākais shēmas risinājums vēja ģeneratora akumulatora uzlādes kontroliera salikšanai. Shēmas efektivitāte un uzticamība palielinās, izmantojot tajā cietvielu releju (+)

Šī vienkāršā risinājuma īpatnība ir tieša pieslēgšana pie spailēm vēja ģeneratora akumulatoram. Arī uzlādes kontroliera vadītāji ir "nostādīti" tieši uz akumulatora kontaktiem.

Faktiski abas šīs shēmas daļas nekādi nav savstarpēji saistītas. Spriegums no vēja ģeneratora tiek nepārtraukti padots uz bateriju. Kad spriegums uz akumulatora spailēm sasniedz vērtību 14,2 V, cietvielu relejs pieslēdz slodzi izlādei. Tādējādi akumulators tiek aizsargāts no pārlādēšanas.

Šeit par balasta slodzi var kalpot ne tikai kvēlspuldze. Pilnīgi iespējams pieslēgt jebkuru citu ierīci, kas paredzēta strāvai līdz 60 A. Piemēram, elektrisko cauruļveida sildītāju.

Kas vēl ir svarīgs šajā shēmā – cietvielu releja darbību raksturo pakāpeniski pieaugoša amplitūda. Būtībā ir redzams profesionāli izgatavota PWM kontroliera efekts.

Sarežģīts kontroliera shēmas variants

Ja iepriekšējais kontroliera shēmas risinājums tikai atgādina PWM ierīci (platuma impulsa modulācija), tad šeit šis princips tiek realizēts konkrēti.

Šī kontroliera shēma vēja ģeneratoram ar trīsfāzu ģeneratoru atšķiras ar dažām sarežģītībām, jo tā paredz mikroshēmu izmantošanu – jo īpaši, operacionālo pastiprinātāju uz lauka tranzistoriem TL084 komplekta sastāvā.

Tomēr uz montāžas plates viss neizskatās tik sarežģīti kā uz papīra lapas.

Shēmas risinājums kontroliera salikšanai pašrocīgi, kur tiek izmantots mikrokomplekts TL084. Darbības princips arī ir izveidots, izmantojot releju režīmu pārslēgšanai, bet ir iespēja regulēt atslēgšanas punktus (+).

Tāpat kā iepriekšējos risinājumos, tiek izmantots relejs kā komutācijas elements balasta slodzei. Relejs ir paredzēts darbam ar 12 voltu akumulatoru, bet pēc vēlēšanās var izvēlēties modeli uz 24 V.

Balasta rezistors ir izgatavots kā jaudīga pretestība (tinums uz keramikas niķroma). Darba sprieguma diapazona (11,5–18 V) regulēšanai shēmā tiek izmantoti mainīgie rezistori, iekļauti TL084 mikroelektroniskā komplekta vadības ķēdē.

Šāds vēja ģeneratora akumulatora uzlādes kontrolieris darbojas šādi. Trīsfāzu strāva, kas iegūta no vēja ģeneratora, tiek iztaisnota ar jaudas diodēm.

Uz diodes tilta izejas veidojas pastāvīgs spriegums, kas tiek padots uz shēmas ieeju caur releja kontaktiem, papildu diodi, akumulatoru un tālāk uz iekšējo stabilizatoru (78L08) un uz TL084 komplekta ieeju.

Trigera pārslēgšanās momentu vienā no stāvokļiem nosaka mainīgo rezistoru (Low V un High V) vērtības zemākajam un augšējam sprieguma slieksnim.

Kamēr uz akumulatora baterijas spailēm ir spriegums, kas nepārsniedz 14,2 voltus (atbilst R High V iestatījuma vērtībai), tiek veikta uzlāde. Tiklīdz vērtības palielinās, operacionālais pastiprinātājs TL084 nosūta signālu uz tranzistora bāzi, ar kuru tiek vadīts relejs.

Ar savām rokām izgatavots produkts pēc shēmas ar mikroshēmu TL084. Viss ir ārkārtīgi vienkāršs, pat kvalitatīvas iespiedplašu plates vietā ir izvēlēta plate ar virsmas montāžu. Šādi momenti vienmēr priecē pašdarinātās konstrukcijas.

Relejs nostrādā, shēmas barošanas ķēde pārtrūkst un tiek savienota ar balasta rezistoru. Atiestatīšana caur balastu notiek līdz brīdim, kad akumulatora izlāde ir tuvu mainīgā rezistora Low V iestatījuma vērtībai.

Tiklīdz šī vērtība ir sasniegta, ar otro operacionālo pastiprinātāju TL084 shēma pārslēdzas pretējā stāvoklī. Tā darbojas kontrolieris.

Ķīnas elektroniskā alternatīva

Vēja ģeneratora kontroliera izgatavošana ar savām rokām ir prestižs darbs. Taču, ņemot vērā elektronisko tehnoloģiju attīstības ātrumu, bieži vien pašrocīgas salikšanas jēga zaudē savu aktualitāti. Turklāt lielākā daļa piedāvāto shēmu jau ir morāli novecojušas.

Izrādās lētāk nopirkt jau gatavu produktu, kas izgatavots profesionāli, ar augstu montāžas kvalitāti, uz mūsdienīgiem elektroniskiem komponentiem. Piemēram, piemērotu ierīci par saprātīgu cenu var iegādāties vietnē Aliexpress.

Piedāvājumu klāsts Ķīnas vietnē ir iespaidīgs. Vēja ģeneratoru kontrolieri dažādiem jaudas līmeņiem tiek pārdoti par cenām, sākot no 10 €. Ja vadās no šīs summas, pašrocīgas aparāta salikšanas ziņā spēle noteikti nav sveces vērta.

Tā, piemēram, Ķīnas portāla piedāvājumos ir modelis 600 vatu vēja turbīnai. Ierīce, kuras cena ir 10,70 €, ir piemērota darbam ar 12/24 voltu akumulatoriem, darba strāvas režīmā līdz 30 A.

Pavisam pieklājīgs, paredzēts 600 vatu vēja ģeneratoram, lādēšanas kontrolieris ķīniešu izpildījumā. Šādu ierīci var pasūtīt no Ķīnas un saņemt pa pastu apmēram mēneša līdz pusotra mēneša laikā.

Kvalitatīvs visu laikapstākļu kontroliera korpuss ar izmēriem 100x90 mm ir aprīkots ar jaudīgu dzesēšanas radiatoru. Korpuss atbilst aizsardzības klasei IP67. Ārējo temperatūru diapazons no –35 līdz +75 °C. Uz korpusa ir gaismas indikācija vēja ģeneratora stāvokļa režīmiem.

Rodas jautājums, kāda jēga tērēt laiku un spēkus vienkāršas konstrukcijas salikšanai ar savām rokām, ja ir reāla iespēja nopirkt ko līdzīgu un tehniski nopietnu?

Nu, bet ja ar šo modeli nepietiek, ķīniešiem ir pavisam «forši» varianti. Tā, starp jaunajiem ienākumiem izcēlās modelis ar jaudu 2 kW darba spriegumam 96 volti.

Ķīnas produkts no jaunā ienākuma saraksta. Nodrošina akumulatoru uzlādes kontroli, strādājot pārī ar 2 kW vēja ģeneratoru. Ieejā pieņem spriegumu līdz 96 voltiem.

Tiesa, šī kontrollera cena jau ir piecas reizes augstāka nekā iepriekšējā izstrāde. Bet atkal, ja salīdzina izmaksas, lai izgatavotu ko līdzīgu pašrocīgi, pirkums izskatās saprātīgs risinājums.

Vienīgais, kas satrauc Ķīnas produktos – tie mēdz negaidīti pārtraukt darbu visnepiemērotākajos gadījumos. Tāpēc iegādāto ierīci bieži vien nākas pielabot – protams, pašrocīgi. Bet tas ir ievērojami vieglāk un vienkāršāk, nekā izgatavot vēja ģeneratora uzlādes kontrolleri pašrocīgi no nulles.

Pašdarbniekiem mūsu vietnē ir rakstu sērija par vēja ģeneratoru izgatavošanu:

1. Vēja ģenerators no automašīnas ģeneratora: vēja ģeneratora montāžas tehnoloģija un kļūdu analīze
2. Kā pašam izgatavot lāpstiņas vēja ģeneratoram: paštaisīto lāpstiņu izgatavošanas piemēri
3. Vēja ģenerators no veļas mazgājamās mašīnas: instrukcija vēja ģeneratora montāžai
4. Kā veikt vēja ģeneratora aprēķinu: formulas + praktisks aprēķina piemērs

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Vēlme izgatavot aprīkojumu mājas lietošanai pašrocīgi reizēm ir spēcīgāka par vienkāršāku risinājumu – lētas ierīces iegādi. Kā tas izdevies, skatieties videoklipā:

Novērtējot elektronikas izgatavošanas perspektīvas pašu spēkiem neatkarīgi no tās mērķa, nākas saskarties ar domu, ka «pašdarbnieku» laikmets beidzas.

Tirgus ir pārpludināts ar gatavām elektroniskām ierīcēm un moduļu sastāvdaļām praktiski katram sadzīves produktam. Elektronikas amatieriem tagad paliek vienīgā nodarbe – nodarboties ar mājas konstruktoru salikšanu.

Ir ko piebilst, vai radušies jautājumi par vēja ģeneratora kontrolleru salikšanu un izmantošanu? Varat atstāt komentārus, uzdot jautājumus un pievienot fotogrāfijas saviem pašdarinājumiem – saziņas forma atrodas apakšējā blokā.