Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

Твёрдотельное реле вместо транзистора

Транзистор в схеме, которая выше я заменил на твёрдотельное реле и всё стало гораздо проще и надёжнее. Теперь для сборки самого контроллера надо приобрести всего две детали, ну ещё маленькую светодиодную лампочку и балласт. Принципиально схема выглядит вот так (ниже рисунок).

Для изготовления понадобятся: 1. Реле-регулятор любой с управлением по плюсу, это регуляторы ВАЗ например 2. Твёрдотельное реле на постоянный ток 3. Резистор или светодиодную лампочку маломощную 4. Балласт, в качестве которого лампочки или большой резистор

Ветрогенератор подключается напрямую на аккумулятор и с балластным контроллером никак не связан. А сам контроллер подключается тоже к аккумулятору, но с ветряком никак не связан, он просто отслеживает напряжение аккумулятора и при превышении 14.2 вольта включает балласт чтобы остановить рост напряжения и сжечь лишнюю энергию

Поэтому не важно что заряжает аккумулятор, это может быть ветрогенератор, солнечные батареи, или зарядное устройство, контроллер всё равно будет включать балласт при превышении 14.2 вольта. Таким образом можно излишки энергии использовать даже с солнечных батарей, и эти излишки можно пустить на подогрев воды заменив лампочки на водонагревательный ТЭН

И если говорить о работе самого контроллера, то балласт он включает не резко, а мягко, импульсами, отбирая только лишнюю энергию. Ветрогенератор при этом не получает удары мощной нагрузкой, как это бывает с другими контроллерами. Контроллеры с мощными балластами обычно полностью подключают нагрузку и происходит резкий удар по ветряку, и он начинает замедляться и пока напряжение АКБ не просядет до заданного гистерезиса ветряк будет нагружен мощной нагрузкой и останавливается. И когда акб заряжены то ветряк может получать несколько таких ударов балласта, от этого нагрузки большие на лопасти и подшипники, обмотку генератора. Так-же есть контроллеры, которые просто тормозят генератор при превышении напряжения, и они тоже резко включают торможение практически замыкая генератор, что тоже очень плохо. А этот балластный регулятор работает как ШИМ(PWM) контроллер мягко скидывая только излишки на балласт, только здесь импульсный принцип работы.

Кстати потребление контроллера совсем небольшое, порядка 20мА, и реле твёрдотельное включается только во время скидывания лишней энергии и в отличие от контактных реле потребляет всего 15мА.

Для наглядности работы данной схемы контроллера я записал небольшое видео. На видео реальная работа контроллера с реальным ветрогенератором. Правда в в день съёмки ветерок был совсем небольшой, поэтому чтобы было видно как происходит сброс лишней энергии я отключил две из трёх лампочек балласта, чтобы было видно по яркости свечения лампочки.

На этом всё, всем удачи в повторении подобной конструкции балластного регулятора для ветряка. Ниже несколько фото этого контроллера.

Дополнительная информация по схеме и описания работы в других статьях:

Что такое контроллер ветрогенератора?

Основная задача контроллера ветрогенератора – оптимизировать работу ветрогенератора в соответствии с изменяющимися погодными условиями и энергетическими потребностями. Он регулирует скорость вращения лопастей ветрогенератора, подстраивая ее под силу и направление ветра, чтобы достичь максимального выхода энергии.

Кроме того, контроллер ветрогенератора обеспечивает защиту от повреждений и аварийной остановки в случае экстремальных ветровых условий. Он автоматически отключает ветрогенератор или изменяет его режим работы, чтобы предотвратить повреждения оборудования.

Также контроллер ветрогенератора отвечает за управление зарядным контроллером, который контролирует процесс зарядки аккумуляторов или батарей от ветрогенератора. Он регулирует напряжение и ток зарядки, предотвращая перезарядку или глубокий разряд, что может привести к повреждению батарей.

Контроллеры ветрогенераторов могут быть различной конфигурации и функциональности. От выбора и правильной настройки контроллера зависит эффективность работы всей системы ветроэнергетики.

Контроллер своими руками (схема)

Зная основы электротехники и умея работать паяльников, можно изготовить контроллер ветровой установки самостоятельно.

В настоящее время есть возможность найти различные схемы подобных устройств различных видов, мощности и прочих технических характеристик, для этого достаточно зайти в сеть интернет и обраться к поиску по требуемому заданию или найти техническую литературу в специализированных магазинах и издательствах.

Один из вариантов схемы контроллера и включение его в схему работы ветрогенератора, приведен ниже:

Данная схема отличается простотой, но способна обеспечить работу ветровой установки в автоматическом режиме.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Что такое контроллер ветрогенератора?

Основное назначение контроллера ветрогенератора — поддерживать оптимальный режим работы ветрогенератора в различных погодных условиях. Когда скорость ветра ниже порогового значения, контроллер переключает ветрогенератор на режим замедленного вращения, чтобы предотвратить его повреждение и износ. При повышении скорости ветра до определенного уровня, контроллер включает ветрогенератор в полную мощность, чтобы максимально использовать доступную энергию ветра.

Важной функцией контроллера ветрогенератора является также контроль скорости вращения ротора. Если скорость вращения превышает допустимую границу, контроллер автоматически включает устройство, называемое тормоз, чтобы соответствующим образом снизить скорость вращения

Кроме того, контроллер ветрогенератора обеспечивает защиту от перегрузок и короткого замыкания, что предотвращает повреждение генератора или других электрических компонентов системы. Он также управляет процессом подключения или отключения ветрогенератора от электрической сети, что позволяет оптимально использовать полученную энергию и удовлетворять энергетические потребности пользователя.

В целом, контроллер ветрогенератора является одной из ключевых составляющих системы ветроэнергетики и играет важную роль в обеспечении эффективной и безопасной работы ветрогенератора, а также в максимальном использовании доступной энергии ветра.

Принцип действия

Контроллеры, используемые в составе ветровых установок, это сложные технические устройства, которые выполняют следующие функции:

• Осуществляет контроль за зарядом аккумуляторных батарей (АКБ), являющихся накопителем вырабатываемой электрической энергии.
• Преобразует вырабатываемый ветрогенератором переменный электрический ток в постоянный, который является рабочим током, для аккумуляторов.
• Контролирует повороты лопастей ветровой установки.
• Осуществляет перенаправление вырабатываемого электрического тока, в зависимости от заряда АКБ и количеством вырабатываемой энергии.

Работа контроллеров, обеспечивающих работу ветровых установок в автоматическом режиме, осуществляется, в зависимости от их конструкции и мощности ветрогенератора, следующим образом:

• Для ветряков большой мощности.
• В комплекте с контроллером в состав ветровой установки монтируется балластное сопротивление. В этом качестве могут быть использованы электрические ТЭНы или иные электрические резисторы, обладающие значительным сопротивлением.
• В процессе работы ветровой установки, когда напряжение на аккумуляторах достигнет значений в 14, – 15,0 Вольт, контроллер их отключает от линии питания и переключает потоки электрической энергии, вырабатываемой установкой, на балластное сопротивление.
• Для ветряков малой мощности.
• Когда заряд АКБ завершен, и значения напряжения достигли максимально возможных величин, контроллер осуществляет торможение вращения лопастей ветровой установки. Эта операция осуществляется путем замыкания фаз ветрового генератора, что и приводит к торможению и останову вращения установки.

Основа домашнего ветрогенератора

Тема изготовления и установки самодельных ветряных генераторов очень широко представлена в сети Интернет. Однако большая часть материала – это банальное описание принципов получения электрической энергии от природных источников.

Теоретическая методика устройства (установки) ветрогенераторов уже давно известна и вполне понятна. А вот как обстоят дела практически в бытовом секторе – вопрос, раскрытый далеко не полностью.

Чаще всего в качестве источника тока для самодельных домашних ветрогенераторов рекомендуют выбирать автомобильные генераторы или асинхронные двигатели переменного тока, дополненные неодимовыми магнитами.

Однако оба варианта требуют существенной доработки, нередко сложной, дорогостоящей, отнимающей много сил и времени.

Куда проще и легче во всех отношениях установить электродвигатели, подобные тем, что выпускались прежде и выпускаются теперь фирмой Ametek (пример) и другими.

Для домашней ветрогенераторной установки подходят моторы постоянного тока напряжением 30 – 100 вольт. В режиме генератора от них можно получить примерно 50% от заявленного рабочего напряжения.

Следует отметить: при работе в режиме генерации электродвигатели постоянного тока требуется раскручивать до скорости выше номинальной.

При этом каждый отдельно взятый мотор из десятка одинаковых экземпляров, может показывать совершенно разные характеристики.

Поэтому оптимальный подбор электродвигателя к домашнему ветрогенератору логичен при следующих показателях:

1. Высокий параметр рабочего напряжения.
2. Низкий параметр RPM (угловая скорость вращения).
3. Высокое значение рабочего тока.

Так, удачным под установку выглядит мотор производства фирмы Ametek с рабочим напряжением 36 вольт и угловой скоростью вращения — 325 об/мин.

Именно такой электродвигатель используется в конструкции ветрогенератора – установки, что описана ниже в качестве примера домашнего ветряка.

Мотор постоянного тока для домашнего ветрогенератора. Оптимальный вариант из числа продуктов, изготовленных фирмой Ametek. Также удачно подходят подобные электродвигатели производства других фирм

Проверить эффективность любого похожего мотора несложно. Достаточно подключить к электрическим выводам обычную автомобильную лампу накаливания на 12 вольт и крутануть вал мотора рукой. При хороших технических показателях электродвигателя лампа обязательно зажжётся.

Инструкция по изготовлению

Ветряк можно изготавливать даже из пластиковых бутылок. Он будет крутиться под действием ветра, издавая при этом шум. Возможных схем обустройства таких изделий существует много. Ось вращения допустимо располагать в них вертикально или горизонтально. Эти устройства используются в основном для борьбы с вредителями на приусадебном участке.

Самодельный ветрогенератор похож на бутылочный ветряк по конструкции, но размеры его больше, и он отличается более основательной конструкцией.

Сборка генератора

Для сборки ветряной электростанции обязательно потребуется генератор. В его корпус необходимо поставить магниты, которые будут обеспечивать электроэнергию в обмотках. Такой тип устройства имеют отдельные виды электродвигателей, к примеру, которые установлены в шуруповёртах. Но изготовить из шуруповерта генератор не удастся. Он не обеспечит необходимой мощности. Его хватит разве что на подпитку небольшой светодиодной лампы.

Из автомобильного генератора ветряную электростанцию тоже вряд ли получится сделать. Объясняется это тем, что в данном случае применяется обмотка возбуждения, получающая питание от аккумулятора, почему он и не подходит для этих целей. Следует подбирать самовозбуждающийся генератор оптимальной мощности либо купить готовую модель. Эксперты рекомендуют приобретать его в готовом виде, т. к. это устройство обеспечит высокий КПД, но никто не мешает сделать его своими руками. Предельная мощность у него будет находится на уровне 3,5 кВт.

Что потребуется взять:

1. Статор. Для него используется 2 металлических листа, разрезанных на круги диаметром 500 мм. На каждый кусок наклеивают 12 неодимовых магнитов с диаметром 50 мм. Фиксируют их, несколько отступив от краев изделий, обязательно с чередованием полюсов. То же самое делают со второй окружностью, но полюсы ставят со сдвигом.
2. Ротор. Конструкция включает в себя 9 катушек, которые наматываются медной проволокой диаметром 3 мм. Необходимо проделать по 70 витков во всех катушках. Чтобы разместить их, следует обустраивать немагнитную основу.
3. Ось. Проделывают её в середине ротора. Надо отцентровать конструкцию, иначе она рассыплется под воздействием ветра.

Ставят ротор и статор и на дистанции 2 мм. Обмотки объединяют таким образом, чтобы получился 1-фазный источник переменного тока.

Создание лопастей

В ветреную погоду из готового устройства можно добывать 3,5 кВт мощности. При средней интенсивности воздушного потока этот показатель составляет не более 2 кВт. Устройство бесшумное, если сравнивать с моделями на электродвигателе.

Следует подумать о месте монтажа лопастей. В рассматриваемом примере изготавливается простая модификация ветрогенератора горизонтального типа с тремя лопастями. Можно попробовать изготовить вертикальной вариант, но КПД у него будет пониженным. В среднем он составит 0,3. Единственным преимуществом такой конструкции будет возможность работы при любом направлении ветра. Простые лопасти изготавливаются с помощью таких материалов:

1. Древесина. Ее недостатком является появление трещин через некоторое время после запуска.
2. Полипропилен. Идеальный вариант для генераторов небольшой мощности.
3. Металл. Считается долговечным и надежным материалом, из которого можно изготавливать любые по размеру лопасти. Лучше всего подходит в данном случае дюралюминий.

Одно дело — изготовить своими руками лопасти для ветрогенератора, и совсем другое — обеспечить сбалансированность конструкции. Если все нюансы не будут учтены, сильный ветер без особого труда разрушит мачту. Как только лопасти будут изготовлены, вместе с ротором их устанавливают на монтажную площадку, где будет закреплена хвостовая часть.

Конструкция и принцип работы ветротурбин

Шаблоны для создания контроллера ветрогенератора своими руками

Создание контроллера ветрогенератора своими руками может быть достаточно сложной задачей. Однако использование готовых шаблонов может упростить процесс и сэкономить время.

Вот несколько популярных шаблонов, которые можно использовать для создания контроллера ветрогенератора:

1. Аналоговый контроллер. Этот шаблон основан на использовании аналоговых компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и операционные усилители. Он обеспечивает простую и недорогую систему контроля ветрогенератора.
2. Цифровой контроллер. Этот шаблон использует микроконтроллер для управления ветрогенератором. Он позволяет настроить различные параметры работы и получить более точный контроль над генерацией электроэнергии. Такой контроллер часто имеет дополнительные функции, такие как мониторинг системы и взаимодействие с внешними устройствами.
3. Гибридный контроллер. Этот шаблон объединяет аналоговые и цифровые компоненты. Он может быть настроен для работы в различных режимах, что позволяет оптимизировать производительность ветрогенератора в зависимости от условий окружающей среды.
4. Модульный контроллер. Этот шаблон позволяет создавать контроллеры для ветрогенераторов различной мощности. Он состоит из нескольких модулей, которые могут быть легко подключены или отключены в зависимости от требуемой мощности.

Выбор шаблона зависит от ваших потребностей, навыков и бюджета

Важно помнить, что при создании контроллера ветрогенератора необходимо учитывать все детали, включая защиту от перегрузки, контроль напряжения и тока, а также интерфейс взаимодействия с другими системами. Для достижения оптимальной производительности и безопасной работы рекомендуется обратиться к профессионалам или изучить специализированную литературу

Где купить

При необходимости приобрести контроллер для находящейся в эксплуатации ветровой установки, лучше всего обратиться к предприятию ее изготовившую или дилерам этой организации. Это поможет избежать ошибок при подключение приобретаемого устройства и позволит избежать лишних финансовых затрат, т.к. компании стараются поддерживать своих клиентов, создавая себе положительный имидж и нарабатывая клиентскую базу.

При желании купить более дешевый аппарат, можно обратиться к сети интернет, где представлено достаточное количество подобных изделий китайского производства. Кроме этого, в сети можно ознакомиться с характеристиками предлагаемых к реализации контроллеров различных брендов и компаний производителей из различных стран.

Ветроэлектрическая установка роторного типа

Разберёмся, как смастерить своими руками простой ветряк с вертикальной осью вращения роторного типа.

Такая модель вполне может обеспечить потребности в электроэнергии садового домика, разнообразных хозяйственных построек, а также подсветить в темное время суток придомовую территорию и садовые дорожки.

Лопасти этой установки роторного типа с вертикальной осью вращения явно выполнены из элементов, вырезанных из металлической бочки

Наша цель – изготовление ветряка, предельная мощность которого составит 1,5 кВт. Для этого нам понадобятся следующие элементы и материалы:

• автомобильный генератор на 12 V;
• гелиевый или кислотный аккумулятор на 12 V;
• полугерметичный выключатель разновидности «кнопка» на 12 V;
• преобразователь 700 W – 1500 W и 12V – 220V;
• ведро, кастрюля большого объёма или другая вместительная ёмкость из нержавеющей стали или из алюминия;
• автомобильное реле контрольной лампы заряда или зарядки аккумулятора;
• автомобильный вольтметр (можно любой);
• болты с гайками и шайбами;
• провода сечением 4 квадратных мм и 2,5 квадратных мм;
• два хомута для закрепления генератора на мачте.

В процессе выполнения работ нам будут нужны болгарка или ножницы по металлу, строительный карандаш или маркер, рулетка, кусачки, сверло, дрель, ключи и отвертка.

Стартовый этап изготовления установки

Изготовление самодельного ветряка начинаем с того, что возьмем большую металлическую ёмкость цилиндрической формы. Обычно для этой цели используют старую выварку, ведро или кастрюлю. Именно она будет основой для нашего будущего ВЭУ.

С помощью рулетки и строительного карандаша (маркера) нанесем разметку: поделим нашу ёмкость на четыре одинаковые части.

Выполняя разрезы в соответствии с теми указаниями, которые содержатся в тексте, ни в коем случае не прорезайте металл до конца

Металл придется резать. Для этого можно использовать болгарку. Её не применяют для разрезания ёмкости из оцинкованной стали или окрашенной жести, потому что металл такого вида обязательно перегреется.

Для таких случаев лучше использовать ножницы. Вырезаем лопасти, но не прорезаем их до самого конца.

Теперь, одновременно с продолжением работ над ёмкостью, мы будем переделывать шкив генератора.

В днище бывшей кастрюли и в шкиве нужно наметить и просверлить отверстия для болтов. К работам на этой стадии нужно отнестись максимально внимательно: все отверстия должны располагаться симметрично, чтобы в ходе вращения установки не возникло дисбаланса.

Так выглядят лопасти ещё одной конструкции с вертикальной осью вращения. Каждая лопасть изготавливается отдельно, а потом монтируется в общее устройство

Отгибаем лопасти так, чтобы они не слишком торчали. Когда мы выполняем эту часть работы, обязательно учитываем, в какую сторону будет вращаться генератор.

Обычно направление его вращения ориентировано по ходу часовой стрелке. Угол изгиба лопастей влияет на площадь воздействия воздушных потоков и на скорость вращения пропеллера.

Теперь нужно закрепить на шкиве ведро с подготовленными к работе лопастями. Устанавливаем генератор на мачту, зафиксировав его при этом хомутами. Осталось присоединить провода и собрать цепь.

Подготовьтесь записать схему соединения, цвета проводов и маркировку контактов. Позже она вам непременно пригодится. Фиксируем провода на мачте устройства.

Этот рисунок содержит подробные рекомендации по сборке общей конструкции и общий вид устройства уже в собранном и готовом к эксплуатации виде

Для подсоединения аккумулятора нужно применить провода сечением 4 мм². Достаточно взять отрезок протяженностью 1 метр. Этого хватит.

А для того чтобы подключить к сети нагрузку, в состав которой входят, например, осветительные и электрические приборы, достаточно проводов с сечением 2,5 мм². Устанавливаем инвертер (преобразователь). Для этого тоже будет нужен провод 4 мм².

Преимущества и недостатки роторной модели ветряка

Если вы сделали всё аккуратно и последовательно, то этот ветрогенератор будет успешно работать. При этом никаких проблем в ходе его эксплуатации не возникнет.

Если использовать преобразователь 1000 W и аккумулятор 75А, это установка обеспечит электричеством и приборы видеонаблюдения, и охранную сигнализацию и даже уличное освещение.

Достоинства этой модели таковы:

• экономична;
• элементы легко можно поменять на новые или отремонтировать;
• особые условия для функционирования не нужны;
• надежная в эксплуатации;
• обеспечивает полный акустический комфорт.

Недостатки тоже имеются, но их не так уж много: производительность у этого устройства не слишком высока, и у него имеется значительная зависимость от внезапных порывов ветра. Воздушные потоки могут попросту сорвать импровизированный пропеллер.

Выводы и полезное видео по теме

Желание сделать оборудование для домашнего применения своими руками иногда сильнее более простого решения — покупки недорогого устройства. Что из этого получилось, смотрите в видеоролике:

Оценивая перспективы изготовления электроники собственными силами независимо от её назначения, приходится столкнуться с мыслью, что век «самоделкиных» завершается.

Рынок перенасыщен готовыми электронными устройствами и модульными комплектующими практически под каждый бытовой продукт. Электронщикам-любителям теперь остаётся единственное дело – заниматься сборкой домашних конструкторов.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме сборки и использования контроллеров для ветрогенератора? Можете оставлять комментарии, задавать вопросы и добавлять фотографии своих самоделок — форма для связи находится в нижнем блоке.

Итог

Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.

Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.