Шкаф управления парусным ветрогенератором
Как работает ветрогенератор и комплектующие к ветрогенератору.
В результате длительного испытания работы нашего Парусного ветрогенератора (ПВГ) с традиционной схемой возбуждения асинхронного двигателя (АД), основанной на применении в качестве коммутатора магнитного пускателя выявился целый ряд недостатков, которые и привели к созданию Шкафа Управления. Он стал универсальным устройством для превращения любого Асинхронного двигателя в Генератор ! Теперь достаточно подключить провода от АД двигателя и Ваш генератор готов.
Недостатки традиционной схемы возбуждения АД
1. Выгорание Магнитного Пускателя (МП) если подключенная нагрузка не соответствует мощности ветра. Это выражалось в том,что МП постоянно гудел и трещал и как следствие выгорал. За пол года было заменено три МП. Это прежде всего чревато тем, что в Ваше отсутствие сгоревший пускатель не сможет подключить вашу нагрузку. А Верогенератор с отключенной нагрузкой — это путь к саморазрушению. Я помню как бежал и у меня стучало сердце, когда выглянув в окошко я увидел бешено вращающийся ветряк (признак сгоревшего пускателя). Благо у нас было два одинаковых устройства и я просто перевел на резерв.
2. Несогласованность подключаемой нагрузки пользователя.
Когда ветра хватает лишь на включение асинхронника в генераторный режим, а поскольку подключена нагрузка (например, обогреватели), во время включения магнитного пускателя, происходит уменьшение скорости оборотов и выход двигателя из генераторного режима (отключение), затем всё по новой.
Со стороны обычного пользователя это выглядит следующим образом:
пользователь включает обогреватель на 1,5кВт, а скорость ветра соответствует например выработке только 500Вт. В результате несогласованности все время падает скорость вращения ветроколеса и генерация не включается. Получается, что есть 500Вт, а воспользоваться мы ими не можем, т.к. нагрузка у нас включена на 1,5кВт. Вот и приходилось держать три обогревателя на 0.5, 1.5 и 2.0 кВт и все время бегать и включать по погоде то одно то другое из-за того, что ветер у нас не постоянный, а «рваный».
3. «Удары» на генераторе в момент включения МП.
Нагрузка подключается резко и вся сразу, что действует как «гидроудар» в водопроводе. Это негативно сказывается на всех деталях конструкции. Естественно такое положение дел необходимо было менять !
4. Невозможность использования всего потенциала ветра.
Магнитный Пускатель в традиционной схеме возбуждения включается только при напряжении с ПВГ около 200Вольт. А ведь генерация начинается с 40В. Таким образом мы не могли задействовать энергию сверх малых ветров. Ведь не секрет что большинство пользователей альтернативных источников энергии кроме прямого использования поступающей энергии, накапливает в прок с помощью Аккумуляторных Батарей (АКБ). И вот эти 40-200В замечательно сливается в них ! (Сейчас ведется разработка универсального зарядного устройства для зеленой энергетики).
5. Шумность работы Магнитного Пускателя.
Если такой прибор установить в доме, то ночью Вы от звука включения/выключения никуда не спрячетесь. Это вносит большой дискомфорт, потому что звук этот просто ужасен.
Состав шкафа управления Асинхронным генератором
Здесь используется стандартный подход — батарея конденсаторов.
Конденсаторы установлены с возможностью быстрой замены, в случае выхода из строя. В этой модели шкафа устанавливаются три штуки по 100мкФ каждый. В дальнейшем будут предусмотрены шкафы на большую мощность генератора. Это означает увеличение емкости конденсаторов.
Ведется тестирование встроенного в печатную плату счетчика.
3. Электротормоз.
ОписаниеНагрузка на фазе включена если U > K3
Где К3 — регулятор напряжения включения.
Например К3=280В
На устройстве выведены индикаторы (3 светодиода) включения электротормоза.
ОЧЕНЬ ВАЖНО ГАРАНТИРОВАТЬ, ЧТО АД НЕ ОСТАНЕТСЯ БЕЗ НАГРУЗКИ — ЭТО ДОРОГА К САМОРАЗРУШЕНИЮ!
Электротормоз срабатывает включая семисторы с плавным подключением нагрузки.
3. Тип коммутаторов — семисторы с плавным включением.
4. Органы управления
Регулятор включения коммутатора К3 (пределы напряжения включения) .
Регулятор К3 — это трехпозиционный переключатель на 260В, 280В, 300В
5. Индикаторы
светодиоды показывающие включение электротормоза на фазах.
6. Исполнение: ТЭНы нерж. в отдельном перфорированном корпусе 3×1,5кВт.
(за пределами шкафа управления в комплекте не поставляется. Их легко приобрести в ближайшем магазине отопительной техники). Блок автоматики электротормоза расположен в Шкафе управления.
4. Контроллер нагрузки
Выше уже писалось, что при несогласованности подключенной нагрузки с мощностью ветра, генерация затруднена и КПД системы резко стремится к нулю. Происходит это из-за того, что большая нагрузка тормозит ветроколесо, резко падают обороты на электрогенераторе и генерация просто выключается.
Чем меньше сила ветра, тем меньше нагрузку следует подключать в этот момент. А с ростом напряжения — можно увеличивать и нагрузку. В автоматическом режиме это можно решить несколькими путями:
1. Изменением мощности нагрузки
2. Чередовать подключение фаз, а нагрузка будет постоянная.
Мы выбрали второй путь.
Поскольку наш генератор выдает напряжение по трем фазам, то путем включения/отключения фаз мы сможем регулировать нагрузку на генератор.
Получается система будет работать следующим образом.
Первая фаза всегда подключена к генератору, а вторая и третья подключатся по мере роста напряжения в сети.
Со стороны пользователя это выглядит следующим образом:
— имеется в наличии три фазы на 220В каждая.
— принимается решение о подключении различной нагрузки на определенные фазы в зависимости от Ваших приоритетов. Например, следующим образом:
Фаза 1: Зарядное устройство аккумуляторов.
Фаза 2: водонагреватель
Фаза 3: котел отопления (или ТЭНы)
— при этом зарядка аккумуляторов идет всегда, а с ростом мощности ветра или полном заряде АКБ, подключается вторая, а затем и третья фаза.
Если это все сразу подключить к ветрогенератору, то мы большинство времени вообще ничего снять не сможем, а так потенциал ветра распределяется по фазам и в зависимости от его мощности мы питаем различное оборудование в соответствии с Вашими приоритетами.
Но и это еще не все. Предусмотрен «Обход» — это подключение всех фаз минуя контроллер нагрузки. Достаточно нажать соответствующую кнопку. (Например для питания трехфазного двигателя — пилорама, кормоизмельчитель и т.д...)
1. Описание
Для согласования мощности подключенной нагрузки к АД, изготовлен коммутатор для последовательного подключения фаз, на которых расположены нагрузки, в случае достижения определенной величины напряжения.
2. Принцип работы
Имеем три фазы.
Первая фаза включена постоянно. На вторую и третью установлены коммутаторы.
1 фаза включена всегда
2 фаза включена если U > K1
3 фаза включена если U > K2
Где К1 и К2 — регуляторы напряжений включений.
Например К1=230В, К2=235В
Пределы значений: К1 (150-300В), К2(150-300В)
Нагрузка по каждой фазе подключается плавно с интервалом
3. Органы управления
Регуляторы включения коммутаторов К1 и К2 (пределы напряжения включения)
Выполнены в цифровом виде — по две кнопки под каждым таблом (+ и -). При нажатии на которые изменяются значения К1 и К2 как на эл.часах.
Напряжение включения первой фазы выбирается на панели рядом с электротормозом. Это дает возможность изменять напряжение начала подачи в сеть пользователя в диапазоне 40-220В.
Например если мы хотим утилизировать всю энергию, то устанавливаем самое минимальное значение и получаем на выходе напряжение от 40В. Их можно уже использовать в зарядном устройстве аккумуляторов и т.д. (находится в разработке). А если Вам важно качество электропитания, то можно установить напряжение включения 180В и тогда Вы будете иметь в сети напряжение не ниже заданного, но тогда не весь ветер будет утилизирован. А только проходящий по заданным параметрам !
4. Индикаторы
Три индикатора Вольт-амперной характеристики (на каждую фазу независимый индикатор). Индикация выполнена — на светодиодных индикаторах (для уличной установки, не отапливаемых помещений). (диапазон U=0-500В, I=0-20А), при отключении коммутатора, видно несколько секунд последние значения.
Кроме того на включение нагрузки (на выходе) указывают три светодиода:
— красный —
— желтый —
— зеленый —
Результаты работы
В итоге мы имеем абсолютно бесшумный, красивый прибор, который понятно отображает всю информацию по текущей работе ветрогенератора и автоматически плавно переключает нагрузку в зависимости от текущей ветровой способности.
В настоящее время, мы разработали четвертую версию шкафа. Оснастили, индикатором текущей скорости и направления ветра. Теперь можно в режиме реального времени видеть скорость ветра и оценить вырабатываемую мощность ветрогенератором.
Таким образом подключив к шкафу управления выносной датчик ветра фирмы DAVIS 6410 (в комплект не входит, его можно приобрести самостоятельно в интернет магазинах), вы увидите показания скорости и направления ветра.