Sådan bygger du en controller til en vindgenerator selv: opbygning, funktionsprincip, koblingsdiagram

Vindgeneratorens mekaniske konstruktion i sin rene form er kun en del af et komplet vindenergianlæg. Et fuldt funktionsdygtigt system har ud over den mekaniske konstruktion også en række elektroniske komponenter.

Så for eksempel er en controller til vindgeneratoren absolut nødvendig – en enhed, der funktionelt er designet til at stabilisere batteriets opladningsparametre under vindmøllens drift.

Vi ser på, hvilke funktioner enheden udfører, og giver diagrammer for samling af controlleren selv. Derudover fremhæver vi driftsmæssige forhold og om det er formålstjenligt at købe en kinesisk elektronisk enhed til vindmøllen.

Vindgeneratorer og ladecontrollere til batterier

Hvis du kan bygge en mekanisk vindmølle selv, kan du så også selv bygge en controller til den?

For at få en forståelse for vindgeneratorcontrollere og med held kunne genskabe en sådan teknik selv, er basal viden om disse enheder ikke af vejen.

Controlleren, der betjener batterierne, er først og fremmest beregnet til at styre batteriets opladningsproces. Dette er dens hovedfunktion, men den kan meningsfuldt opdeles i en lang række underfunktioner.

For eksempel overvåger en funktionalitet ladestrømmen og selvudladningsstrømmen. En anden funktionalitet udfører handlinger rettet mod måling af temperatur og tryk. En tredje står for kompensation af forskellen i energistrømme, når batteriet oplades samtidig med, at lasten forbruger strøm.

Batteriopladningscontroller til en lille vindgenerator. Kontrol af nogle systemparametre foregår via et indbygget LCD-display.

Industrielt fremstillede apparater har fuld funktionalitet. Det samme kan ikke siges om amatørkonstruktioner. Enheder bygget på basis af de simpleste kredsløbsløsninger derhjemme med egne hænder – det er controllere, der er langt fra perfekte modeller.

Ikke desto mindre fungerer de og gør det muligt at betjene forskellige typer vindgeneratorer ret produktivt. Som regel er kun én funktion implementeret i hjemmelavede konstruktioner – beskyttelse mod overspænding og dyb afladning.

En af de mange varianter af hjemmelavede vindmøllecontrollere. Sådanne konstruktioner er kendetegnet ved ukomplicerede tekniske løsninger og den simpleste montage.

Hvorfor er implementering af en controller i vindmøllesystemet et obligatorisk punkt?

Fordi man i batteriopladningstilstand uden brug af controller kan forvente ubehagelige konsekvenser:

1. Nedbrydning af batteristrukturen på grund af ukontrollerede kemiske processer.
2. Ukontrolleret trykstigning og temperatur i elektrolytten.
3. Tab af batteriets genopladningsevne på grund af langvarig afladning.

Opladningscontrolleren til vindgeneratoranlægget er som regel udført som en separat elektronisk modul. Dette modul er aftageligt og kan hurtigt afbrydes. Industrielt fremstillede apparater er altid udstyret med indikering af tilstande – lys eller visuelt via display.

I praksis kan der anvendes to typer enheder – dem der monteres direkte i vindmøllens hus, og dem der tilsluttes batteriet.

Kredsløbsløsninger til selvbygning

I hele tiden siden de første selvbyggede vindmøller dukkede op, er antallet af controller-kredsløbsløsninger steget mange gange. Mange af kredsløbsdesignene er langt fra perfekte, men der er også nogle varianter, som man bør være opmærksom på.

Til husholdningsbrug er det selvfølgelig de enkle kredsløb, der kræver små finansielle investeringer, effektive og pålidelige, der er relevante.

Med udgangspunkt i disse krav kan man starte med en controller til vindmøllen, baseret på bilernes relæregulatorer. I kredsløbet kan der anvendes både relæer med minusstyring og relæer med plusstyring.

Denne variant tiltrækker med få komponenter og enkel montering. Der kræves kun et relæ, en effekttransistor (felteffekttransistor) og en modstand.

Controllerkredsløb tegnet af en eller anden elektronikentusiast med egne hænder. Her er alt simpelt og forståeligt uden unødige ord. Faktisk ligesom i selve løsningens teknologiske egenskaber. Minimum af komponenter – maksimum af besparelser (+).

Kredsløbet kaldes 'ballastkredsløb', fordi det bruger en ekstra belastning i form af en almindelig glødepære. Dermed tilføjes endnu et element til komponentlisten – en pære.

Der anvendes en bilpære (eller flere pærer) på 12 volt afhængigt af systemets effekt. I stedet for dette element kan man også bruge en anden type belastningsmodstand: en kraftig modstand, elvarmer, ventilator osv.

Funktion af 'ballast'-kredsløbet med minus

Bilens relæregulators funktion er direkte forbundet med batteriets ladeniveau. Hvis spændingen på batteriets terminaler stiger over 14,2 volt, aktiveres relæet og åbner minuskredsen for effekttransistoren.

Derefter åbnes der en forbindelse i transistoren, som tilslutter glødepæren til batteriet. Som et resultat aflades ladestrømmen gennem glødetråden. Når spændingen på batteriets terminaler falder, sker den omvendte proces. Sådan opretholdes et stabilt spændingsniveau på batteriet.

Sådan fungerer 'ballast'-kredsløbet med plus

En let moderniseret version af 'ballast'-ladecontrolleren til vindmøllen er det andet kredsløb med et relæregulator med plusstyring. For eksempel passer relæer fra VAZ-biler.

Forskellen fra det foregående kredsløb er brugen af et solid state-relæ, f.eks. GTH6048ZA2 med en strøm på 60A i stedet for transistoren. Fordelene er indlysende: kredsløbet ser endnu enklere ud og har samtidig større pålidelighed og effektivitet.

Endnu en meget simpel kredsløbsløsning til samling af en batteriopladningscontroller til en vindgenerator. Effektiviteten og pålideligheden af kredsløbet forbedres ved brug af et solid-state relæ (+).

Det særlige ved denne simple løsning er direkte tilslutning til terminalerne på vindgeneratorens batteri. Opladningscontrollerens ledere er også placeret direkte på batteriets kontakter.

I praksis er begge disse dele af kredsløbet ikke forbundet med hinanden. Spændingen fra vindgeneratoren tilføres batteriet konstant. Når spændingen ved batteriterminalerne når 14,2 W, tilslutter solid-state relæet lasten til afladning. Sådan beskyttes batteriet mod overopladning.

Her kan ballastlasten ikke kun være en glødelampe. Det er ganske muligt at tilslutte enhver anden enhed designet til strøm op til 60 A. For eksempel en elektrisk rørvarmer.

Hvad der også er vigtigt i dette kredsløb – solid-state relæets handling er karakteriseret ved en jævnt stigende amplitude. I realiteten er effekten af en professionelt fremstillet PWM-controller tydelig.

En mere kompleks udgave af controllerkredsløbet

Hvis den tidligere version af kredsløbsløsningen til batteriopladningscontrolleren kun minder om en PWM-enhed (pulsbreddemodulation), bliver dette princip her specifikt realiseret.

Dette controllerkredsløb til en vindmølle med en trefaset generator har nogle kompleksiteter, da det indebærer brug af mikrochips – især operationsforstærkere på felteffekttransistorer som en del af TL084-samlingen.

Dog ser alt på printkortet ikke så kompliceret ud som på et ark papir.

Kredsløbsløsning til samling af controlleren selv, hvor TL084-mikrosamlingen anvendes. Arbejdsprincippet er også opbygget med et relæ til tilstandsomskiftning, men det er muligt at justere afskæringspunkterne (+).

Ligesom i de tidligere løsninger bruges et relæ som skifteelement til ballastlasten. Relæet er designet til at arbejde med et 12-volts batteri, men efter ønske kan en model til 24 W vælges.

Ballastmodstanden er lavet som en kraftig modstand (nichromvikling på keramik). Til justering af driftsspændingsområdet (11,5-18 W) anvendes variable modstande i kredsløbet, tilsluttet styrekredsen for TL084-mikroelektroniksamlingen.

En sådan batteriopladningscontroller til vindmølle fungerer som følger. Den trefasede strøm fra vindgeneratoren ensrettes af effektdioder.

Ved udgangen af diodebroen dannes en konstant spænding, som føres til kredsløbsindgangen via relækontakterne, en ekstra diode, batteriet og derefter til den indbyggede regulator (78L08) og til indgangen af TL084-samlingen.

Tidspunktet for omskiftning af triggeren til en af tilstandene bestemmes af værdierne af de variable modstande (Low V og High V) for den nedre og øvre spændingstærskel.

Så længe der er spænding på batteriets terminaler, som ikke overstiger 14,2 volt (svarende til indstillingen R High V), udføres opladning. Så snart værdierne ændrer sig i opadgående retning, sender operationsforstærkeren TL084 et signal til transistor basen, som styrer relæet.

Et gør-det-selv produkt baseret på et kredsløb med mikroenheden TL084. Alt er ekstremt enkelt, selv i stedet for et kvalitets printkort er der valgt et kort til overflademontering. Sådanne detaljer glæder altid ved hjemmelavede konstruktioner.

Relæet aktiveres, strømforsyningskredsen afbrydes og sluttes til en ballastmodstand. Ballastafladning fortsætter, indtil batteriets afladning er tæt på indstillingen af den variable modstand Low V.

Så snart denne værdi er nået, skifter kredsløbet med den anden operationsforstærker TL084 til den modsatte tilstand. Sådan fungerer controlleren.

Kinesisk elektronisk alternativ

At fremstille en vindmøllecontroller selv er prestigefyldt. Men i betragtning af hastigheden af elektronisk teknologiudvikling mister meningen med selvsamling ofte sin relevans. Desuden er de fleste af de tilbudte kredsløb allerede teknologisk forældede.

Det viser sig at være billigere at købe et færdigt produkt, lavet professionelt med høj monteringskvalitet og moderne elektroniske komponenter. For eksempel kan man købe en passende enhed til en rimelig pris på Aliexpress.

Sortimentet af tilbud på den kinesiske side er imponerende. Controllere til vindmøller med forskellige effektniveauer sælges fra 66,67 kr. Hvis man tager udgangspunkt i dette beløb, er spillet bestemt ikke umagen værd i forhold til at samle apparatet selv.

For eksempel er der blandt tilbuddene på den kinesiske portal en model til en 600-watt vindmølle. Enheden koster 71,33 kr og er egnet til arbejde med 12/24 volt batterier, i driftstrøm op til 30 A.

En ganske anstændig, designet til en 600-watt vindmølle, ladecontroller i kinesisk udførelse. Sådan en enhed kan bestilles fra Kina og modtages med post om cirka en til halvanden måned.

Controllerens kvalitets vejrbestandige kabinet med mål 100x90 mm er udstyret med en kraftig køleradiator. Kabinetudførelsen svarer til beskyttelsesklasse IP67. Det eksterne temperaturområde er fra –35 til +75°C. Der er lysindikator for vindmøllens tilstand på kabinettet.

Spørgsmålet er, hvad er meningen med at bruge tid og kræfter på at samle en simpel konstruktion selv, når der er en reel mulighed for at købe noget lignende og teknisk seriøst?

Men hvis denne model ikke er nok, har kineserne rigtig 'seje' varianter. For eksempel er der blandt de nye ankomster en model med en effekt på 2 kW under en arbejdsspænding på 96 volt.

Kinesisk produkt fra den nye ankomstliste. Sikrer batteriopladningskontrol, når det arbejder sammen med en 2 kW vindgenerator. Accepterer en indgangsspænding på op til 96 volt.

Sandt nok, prisen på denne controller er allerede fem gange dyrere end den tidligere udvikling. Men igen, hvis man sammenligner omkostningerne ved at fremstille noget lignende selv, ser købet ud som en rationel løsning.

Det eneste, der bekymrer ved kinesiske produkter, er, at de har tendens til at stoppe med at fungere uventet på de mest uhensigtsmæssige tidspunkter. Derfor må man ofte finpudse den købte enhed – naturligvis med egne hænder. Men det er meget lettere og enklere end at lave en vindgeneratoropladningscontroller fra bunden.

For hobbyister med gør-det-selv-projekter har vores hjemmeside en serie artikler om fremstilling af vindgeneratorer:

1. Gør-det-selv vindgenerator fra en bilgenerator: teknologi til samling af vindmølle og fejlanalyse
2. Sådan laver du vinger til en vindgenerator selv: eksempler på egen fremstilling af vinger til en vindmølle
3. Gør-det-selv vindgenerator fra en vaskemaskine: vejledning til samling af en vindmølle
4. Sådan beregner du en vindgenerator: formler + praktisk eksempel

Konklusioner og nyttig video om emnet

Ønsket om at lave udstyr til hjemmebrug med egne hænder er nogle gange stærkere end den enklere løsning – at købe en billig enhed. Se i videoen, hvad der kom ud af det:

Når man vurderer udsigterne til selv at fremstille elektronik, uanset formålet, må man konfrontere tanken om, at 'gør-det-selv-folkenes' æra er ved at slutte.

Markedet er overmættet med færdige elektroniske enheder og modulære komponenter til næsten ethvert husholdningsprodukt. For amatørelektronikere er der nu kun én opgave tilbage – at samle hjemmebyggesæt.

Har du noget at tilføje, eller har du spørgsmål om samling og brug af controllere til vindgeneratorer? Du kan efterlade kommentarer, stille spørgsmål og tilføje billeder af dine egne projekter – kontaktformularen findes i nederste blok.