Мощный стабилизатор напряжения для ветрогенератора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Прочитав в РА 4/2002 статью "Стабилизация сетевого напряжения на селе", решил дать описание своего варианта стабилизатора, который вот уже около трех лет верой и правдой совместно с ветрогенераторной установкой практически круглый год обеспечивает меня электричеством. Он может также использоваться и для стабилизации напряжения в обычной сети.

При постройке ветрогенераторной установки на базе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором возникла необходимость в мощном трехфазном стабилизаторе напряжения мощностью более 2 кВт. Напряжение на генераторе "прыгало" при сильном ветре до 500 В, а при слабом опускалось до 100 В. В итоге были разработаны и испробованы несколько типов стабилизаторов разной конструкции и сложности. Самой простой и надежной в работе оказалась конструкция однофазного стабилизатора мощностью 2 кВт, но при небольших доработках его можно переделать в трехфазный практически на любую мощность (до 32 кВт!).

Главным достоинством стабилизатора является большая мощность, высокий КПД, относительно низкая стоимость, широкий диапазон регулируемых напряжений. К недостаткам относится достаточно большая инерционность, из-за чего невозможно компенсировать быстрые изменения напряжения. Такой недостаток легко устраняется конструкцией самого ветрогенератора.

Принцип действия стабилизатора основан на изменении числа витков регулируемого трансформатора (ЛАТРа) с помощью следящего электромеханического устройства, структурная схема которого показана на рис.1.

(нажмите для увеличения)

Напряжение с генератора или сети поступает на регулируемый автотрансформатор, ползунок которого перемещается с помощью электромотора с червячным редуктором. С автотрансформатора снимается напряжение для питания нагрузки, блока питания устройства, а также на выпрямитель следящего устройства (устройства управления УУ). После обработки поступившего напряжения подается сигнал на включение-выключение электромагнитных ключей, которые управляют работой электромотора. При этом индикаторы показывают величину выходного напряжения.

Блок питания обеспечивает устройство нужными напряжениями питания: для индикаторов, электрических ключей и мотора +18 В для устройства управлениях +5 В.

Электрическая принципиальная схема стабилизатора показана на рис.2.

Технические характеристики стабилизатора:

• Максимальная выходная мощность.......2000 Вт
• Напряжение стабилизации.......220 В
• Диапазон изменения входного напряжения.......100...300 В
• Диапазон изменения выходного напряжения.......210...230 В
• Время установки напряжения на выходе стабилизатора при изменении входного напряжения на 10 В.......0,2...0,4 с
• КПД.......96%

Переменное напряжение через концевые выключатели SQ1, SQ2 поступает на автотрансформатор Т1. С движка автотрансформатора напряжение снимается на питание нагрузки, трансформатора блока питания и на диодный мост V1-V4. C диодного моста выпрямленное напряжение поступает на делитель R1-R4. Если напряжение на выходе автотрансформатора в пределах 210...230 В, то транзистор V9 закрыт, а транзистор V7 открыт и на выходах элементов DD1.2 и DD1.5 присутствует лог."0", транзисторы V10 и V11 закрыты, реле К1 и К2 обесточены, двигатель М1 обесточен и светится индикаторная лампа HL1 "Норма". В таком состоянии устройство находится в дежурном режиме до тех пор, пока напряжение на автотрансформаторе не выйдет за установленные рамки. При повышении напряжения выше 230 В открываются стабилитрон V8 и транзистор V9, на выводе 10 элемента DD1.5 появляется лог."1" и открывает транзистор V11. Срабатывает реле К2, своими контактами К2.1 отключает лампу HL1, а контактами К2.2 зажигает лампу HL2 "Много".

Контактами К2.3 включает двигатель М1, который передвигает ползун автотрансформатора до тех пор, пока напряжение на ползуне не станет меньше 230 В. При этом напряжение на стабилитроне V8 станет меньше напряжения стабилизации, транзисторы V9 и V11 закроются, реле обесточится, лампа HL2 погаснет, а HL1 загорится. Контакты К2.3 переключатся в исходное положение и замкнут обмотку якоря накоротко, вследствие чего будет произведено быстрое торможение пол- зуна. Если напряжение станет меньше 210 В, то стабилитрон V5 закроет транзистор V7, на выводе 4 элемента DD1.2 появится высокий уровень, который откроет транзистор V10 и включит реле К1. При этом погаснет лампа HL1 и загорится лампа HL3 "Мало". Контактами К1.3 включится электродвигатель М1 и увеличит напряжение на автотрансформаторе до тех пор, пока не откроется стабилитрон V5. После чего транзистор V7 откроется, а V10 закроется. Обесточится реле К1, погаснет лампа HL2, и загорится HL1. Контакты К1.3 переключатся, и двигатель М1 быстро затормозит.

Если напряжение на генераторе сильно увеличится или уменьшится (300 и 100 В соответственно), то ползун нажмет концевой выключатель SQ1 (при напряжении 300 В) или SQ2 (при напряжении 100 В) и подача напряжения полностью прекратится, при этом будет гореть пампа HL4 "Авария питания". Снять аварию можно только после того как будет устранена причина аварии и полностью отключена нагрузка путем нажатия на 5 секунд кнопки SB1 "Сброс аварии". И только после того, как напряжение на стабилизаторе полностью установится, можно включить нагрузку. Элементы R10, С2 и R11, C5 необходимы для устранения "влияния" двигателя и реле во время коротких скачков напряжения.

Кнопками SB2 и SB3 можно управлять стабилизатором вручную, только при этом нужно переключить тумблер SB4 в положение "Ручное управление". Блок питания построен по стандартной схеме и в пояснении не нуждается. Единственное, что нужно пояснить, так это роль диода V16. Он выполняет функцию фильтра, т.е. уменьшает влияние реле и двигателя на работу устройства управления.

Детали. В стабилизаторе можно использовать сопротивления МЛТ, ОМЛТ мощностью 0,25 Вт. Резисторы R1, R2 типа МЛТ мощностью 2 Вт. Диоды V1-V4, V12-V15 любые на рабочее напряжение не ниже 400 B и обратный ток 1 А. Реле ТКЕ54ПД1 с обмоткой на 24 В, электродвигатель с червячным редуктором взят от стеклоочистителя автомобиля ГАЗ-53. Трансформатор Т2 любой с выходным напряжением 18 В и мощностью 120 Вт.

Микросхема К155ЛН1 или К133ЛН1. Транзисторы V7-V9 типов КТ315В, КТ312Б, КТ3102; V10, V11 типов КТ815А, КТ817А. Концевые выключатели Д701. Кнопки SB1-SB3 любые с автовозвратом. Тумблер SB4 типа МТ1, МТ2. Подстроечные сопротивления типа СП3-1Б. Конденсаторы С1, С5, С7 типов К21-8, КЛС и т.д., С2-C3 типа К10-7В; С4 типа К50-3, К50-3В на напряжение 50 В; С6 типа К50-18, К50-24 емкостью 8000 мкФЧ50 B. Лампы накаливания КН24-90, КХЛ4. Неоновая лампа типа ИН1, ИН2 или любая другая.

Для изготовления автотрансформатора нужно взять сталь из статора 3-киловаттного асинхронного электродвигателя и обмотать двумя-тремя слоями лакоткани. После чего намотать плотно виток к витку изолированный медный провод диаметром 1,5 мм. Оставшийся конец провода хорошо заизолировать и приклеить к трансформатору клеем "Момент" или "БФ2". Отвод сделать от последней трети витков. В верхней части трансформатора, где будет двигаться ползун, с помощью наждачной бумаги уберите слой лака. После чего залейте всю конструкцию нитролаком, кроме, конечно, зачищенного участка, и дайте лаку полностью высохнуть. Пока трансформатор сохнет выпилите из гетинакса или плексигласа чуть больше диаметра трансформатора основание и крышку. В крышке сделайте отверстие по центру и установите мотор с редуктором. На вал редуктора наденьте через изоляционную трубку ползунок. Сам ползунок взят из ЛАТРа типа ПОСН-2-220-82, только пришлось немного удлинить поводок.

Теперь поставьте трансформатор на основание, наденьте сверху крышку и скрепите все шпильками. Вставьте трансформатор по центру и укрепите его с боков резиновыми вставками. Концевые выключатели установите на верхней крышке так, чтобы ползунок приводил их в действие. SQ1 нужно установить в самом конце намотки, SQ2 - в конце первой трети намотки. Будьте предельно внимательны, когда будете зачищать место для поводка, чтобы не замкнуть витки. Зачищать нужно только сверху провода, после чего обдуйте трансформатор сжатым воздухом под давлением 3...3,5 кгс/см2. Автотрансформатор готов! Как уже было сказано выше, трансформатор нужно мотать проводом марки ПЭВ1 или ПЭЛ плотно виток к витку по внутреннему диаметру, а снаружи укладывать с равномерным шагом в один слой.

Наладка. Прежде всего проверьте качество монтажа и правильность всех соединений. Удалите из держателей предохранители, подклейте к выходу нагрузки вольтметр и включите автотрансформатор в штатную сеть 220 В. Трансформатор при правильной сборке работает тихо, практически бесшумно.

Вращая за якорь двигатель, установите по вольтметру напряжение 220 В. Отключите стабилизатор от сети и поставьте на место предохранители. Переведите тумблер "Ручной/автоматический" в положение "Ручной". Движок резистора R2 установите в нижнее по схеме положение, а R4 - в верхнее. Подключите питание и с помощью кнопок SВ2 и SB3 установите по вольтметру напряжение 250 В.

Переведите тумблер SВ4 в положение "Автоматический" и вращением ручки R2 добейтесь срабатывания устройства на верхнем пределе. Переключите снова SВ4 в положение "Ручной" и установите по вольтметру напряжение на выходе 210 В. Переведите SB4 в положение "Автоматический" и подстроечником R4 добейтесь срабатывания устройства на нижнем пределе. Теперь можно проверить работоспособность стабилизатора по своему прямому назначению. Подключите к зажимам "Нагрузка" лампу мощностью в 1 кВт, и стабилизатор должен "отреагировать" на нагрузку переводом ползунка в другое положение. Теперь путем многократного быстрого включения-выключения лампы убедитесь, что двигатель не "дергается", в противном случае подберите точнее конденсаторы С2 и С3.

Переведите тумблер в положение "Ручной" и по вольтметру установите напряжение 100 В. Подведите концевой выключатель SQ1 до срабатывания и укрепите его. Нажмите одновременно кнопки SB1 и SB5 и установите напряжение 300 В. Переведите концевик SQ2 до срабатывания и укрепите его в этом положении. Нажмите кнопки SB1 и SB2, установите по вольтметру напряжение 220 В и переведите тумблер в положение "Автоматический". Устройство полностью готово к работе! Можно подключать к генератору.

При регулировке и наладке устройства будьте внимательны и осторожны, т.к. элементы схемы находятся под опасным для жизни человека напряжением! После наладки и подгонки стабилизатора установите его в ящик подходящих размеров. На переднюю панель выведите индикаторные лампы, вставленные в глазки. НL1 зеленого цвета, HL2 и НL3 - желтого цвета, НL4 красного цвета. На переднюю панель также следует вывести кнопки SB1-SB3 и тумблер SB4. Плату с установленными деталями (монтаж навесной и выполнен проводом ПЭВ1 диаметром 0,1...0,2 мм) установите на боковой стенке регуляторами наружу. 3ажимы подключения генератора и нагрузки рекомендую вывести на боковые стенки.

Шкаф, ветровую установку и генератор нужно заземлить. Сопротивление заземления должно быть не более 2 Ом.

Перечень элементов:

Реле подбирать по минимальному току срабатывания.

Трансформатор должен иметь 418 витков с отводом от 280 витка, считая снизу. На его изготовление нужно примерно 210 метров провода.

Литература:

1. Дробница Н.А. Автоматика в быту. - К.: Техника, 1984.
2. Терещук Р.М, Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. - К.: Наукова думка, 1987.
3. Бунин С.Г., Яйленко Л.П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. - К.: Техника, 1984.
4. 3ызюк А.Г. Стабилизация сетевого напряжения на селе//Радіоаматор. - 2002. №12. - С.20.

Автор: В.В. Чирка

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Случайная новость из Архива Умный водородный шкаф 13.07.2021 Эстонская энергетическая компания Alexela и стартап в области чистых технологий PowerUP Energy Technologies представили первый в мире шкаф Smart Hydrogen на заправочной станции Alexela в порту Какумяэ в столице Эстонии Таллинне. Первый в своем роде интеллектуальный водородный шкаф предназначен для небольших приложений, использующих водород, включая парусные лодки, яхты и автофургоны. Умный шкаф полностью автоматизирован и заполнен легкими водородными баллонами, предоставленными PowerUP Energy Technologies. Он будет управляться приложением системы мобильных платежей под названием Paytailor, которое практически не требует контакта с людьми, что упростит мобильные платежи для его клиентов. В дополнение к этому, приложение предоставляет своим клиентам возможность беспрепятственно управлять умным шкафом. Клиенты могут открыть умный шкаф, выбрать количество резервуаров для водорода, которые они хотят арендовать, и произвести оплату - и все это через приложение. Этот шкаф, работающий от солнечных батарей, является отличным способом для моряков, владельцев автофургонов или любых других небольших приложений, использующих водород, легко сдавать в аренду водородные баллоны с помощью приложения. "Водород играет многообещающую роль в достижении целей декарбонизации во всем мире", - сказал Ивар Круузенберг, основатель и генеральный директор PowerUP Energy Technologies во время запуска. "Поскольку присутствие водорода в Эстонии довольно ограничено из-за отсутствия крупномасштабного производства водорода в стране, а также из-за очень небольшого количества топливных элементов, реализованных в реальных приложениях, этот интеллектуальный водородный шкаф станет первым шагом на пути перехода Эстонии к наиболее востребованной энергетике. Благодаря этому сотрудничеству мы подтверждаем нашу приверженность обеспечению чистых и безопасных энергетических решений для всех". Запуск пилотного водородного интеллектуального шкафа в Эстонии - это простое и экономичное решение для распределения водорода, и, исходя из отзывов клиентов в Эстонии, его планируется дублировать и в других европейских странах.

Другие интересные новости:

▪ Мягкая сила

▪ Солнце в фокусе

▪ Самообучаемая электрическая сеть

▪ FPGA Speedster22i от Achronix Semiconductor

▪ Платформа MediaTek LinkIt Smart 7688

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Альтернативные источники энергии. Подборка статей

▪ статья В джазе только девушки. Крылатое выражение

▪ статья Что такое влажность? Подробный ответ

▪ статья Устройство оснований в открытых котлованах. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Виды сахара. Простые рецепты и советы

▪ статья Блок электронной настройки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025