W poście wyjaśniono prosty elektroniczny regulator obciążenia lub obwód regulatora, który automatycznie reguluje i kontroluje prędkość obrotową systemu generatora hydroelektrycznego przez dodawanie lub odejmowanie szeregu obciążeń pozorowanych. Procedura zapewnia użytkownikowi stabilizowane napięcie i częstotliwość wyjściową. Pomysł został zgłoszony przez pana Aponso

Specyfikacja techniczna:

Dzięki za odpowiedź i przez dwa tygodnie byłem poza krajem. Dzięki za informacje i obwód timera działa teraz bardzo dobrze.
Przypadek II, potrzebuję elektronicznego kontrolera obciążenia (ELC) Moja elektrownia wodna jest jednofazowa o mocy 5 kW 220 V i 50 Hz i musi kontrolować nadwyżkę mocy za pomocą ELC. Proszę podać niezawodny obwód dla moich wymagań
Jeszcze raz

Projektowanie

Jeśli jesteś jednym z tych szczęśliwych ludzi, którzy mają swobodnie płynący strumień, strumień rzeczny lub nawet aktywny mały wodospad w pobliżu swojego podwórka, możesz bardzo dobrze pomyśleć o przekształceniu go w darmową energię elektryczną, po prostu instalując mini generator wodny na ścieżce przepływ wody i dostęp do darmowej energii elektrycznej na całe życie.

Jednak głównym problemem w takich systemach jest prędkość generatora, która bezpośrednio wpływa na jego specyfikacje napięcia i częstotliwości.

Tutaj prędkość obrotowa generatora zależy od dwóch czynników, mocy przepływu wody oraz obciążenia związanego z generatorem. Jeśli którykolwiek z nich ulegnie zmianie, prędkość generatora również się zmienia, powodując równoważny spadek lub wzrost jego napięcia wyjściowego i częstotliwości.

Jak wszyscy wiemy, dla wielu urządzeń, takich jak lodówki, zasilacze prądu przemiennego, silniki, wiertarki itp., Napięcie i częstotliwość mogą mieć kluczowe znaczenie i mogą być bezpośrednio związane z ich wydajnością, dlatego nie można lekceważyć jakiejkolwiek zmiany tych parametrów.

Aby zaradzić powyższej sytuacji, tak aby napięcie i częstotliwość były utrzymywane w dopuszczalnych granicach, we wszystkich systemach hydroenergetycznych zwykle stosuje się ELC lub elektroniczny regulator obciążenia.

Ponieważ sterowanie przepływem wody nie może być możliwą opcją, sterowanie obciążeniem w sposób wyliczony staje się jedynym wyjściem z omówionego powyżej zagadnienia.

W rzeczywistości jest to dość proste, chodzi o zastosowanie obwodu, który monitoruje napięcie generatora i włącza lub wyłącza kilka fałszywych obciążeń, które z kolei kontrolują i kompensują wzrost lub spadek prędkości generatora.

Poniżej omówione są dwa proste obwody elektronicznego regulatora obciążenia (ELC) (zaprojektowane przeze mnie), które można łatwo zbudować w domu i wykorzystać do proponowanej regulacji dowolnej mini elektrowni wodnej. Nauczmy się ich działania z następującymi punktami:

Obwód ELC wykorzystujący układ scalony LM3915

Pierwszy obwód, który wykorzystuje kilka połączonych kaskadowo układów scalonych LM3914 lub LM3915, jest zasadniczo skonfigurowany jako 20-stopniowy obwód sterujący detektora napięcia.

Zmienne napięcie wejściowe od 0 do 2,5 V DC na swoim pinie nr 5 wytwarza równoważną sekwencyjną odpowiedź na 20 wyjściach dwóch układów scalonych, zaczynając od diody LED nr 1 do diody LED nr 20, co oznacza, że przy 0,125 V zapala się pierwsza dioda LED. gdy na wejściu osiągnie 2,5 V, zapala się dwudziesta dioda LED (świecą się wszystkie diody).

Cokolwiek pomiędzy skutkuje przełączaniem odpowiednich pośrednich wyjść LED.

Załóżmy, że generator ma specyfikacje 220V / 50Hz, co oznacza, że obniżenie jego prędkości skutkowałoby obniżeniem określonego napięcia oraz częstotliwości i odwrotnie.

W proponowanym pierwszym obwodzie ELC zmniejszamy napięcie 220 V do wymaganego niskiego potencjału prądu stałego za pośrednictwem sieci dzielnika rezystorowego i zasilamy pin nr 5 układu scalonego tak, aby pierwsze 10 diod LED (LED # 1 i reszta niebieskich punktów) po prostu świeciło.

Teraz te pinouty LED (od LED # 2 do LED # 20) są również dołączane do indywidualnych obciążeń zastępczych za pośrednictwem indywidualnych sterowników mosfet, oprócz obciążenia domowego.

Domowe obciążenia użytkowe są podłączone za pośrednictwem przekaźnika na wyjściu diody LED # 1.

W powyższym stanie zapewnia, że przy napięciu 220 V, podczas gdy wszystkie obciążenia domowe są w użyciu, 9 dodatkowych obciążeń zastępczych również zapala się i kompensuje, aby wytworzyć wymagane 220 V przy 50 Hz.

Teraz załóżmy, że prędkość generatora ma tendencję do wzrostu powyżej znaku 220 V, wpłynęłoby to na pin nr 5 układu scalonego, który odpowiednio przełączyłby diody oznaczone czerwonymi kropkami (od diody LED # 11 w górę).

Gdy te diody LED są włączone, odpowiednie obciążenia zastępcze są dodawane do walki, zmniejszając w ten sposób prędkość generatora tak, że zostaje on przywrócony do jego normalnych specyfikacji, ponieważ tak się dzieje, fałszywe obciążenia są ponownie wyłączane w odwrotnej kolejności, to się dzieje samoregulacja w taki sposób, że prędkość silnika nigdy nie przekracza normalnych wartości znamionowych.

Następnie, załóżmy, że prędkość silnika ma tendencję do zmniejszania się z powodu niższej mocy przepływu wody, diody LED oznaczone na niebiesko zaczynają sekwencyjnie wyłączać się (zaczynając od diody LED # 10 i w dół), co zmniejsza obciążenia pozorne i z kolei odciąża silnik od nadmiernego obciążenia, przywracając tym samym jego prędkość w kierunku pierwotnego punktu, w trakcie procesu obciążenia mają tendencję do sekwencyjnego włączania / wyłączania w celu utrzymania dokładnie zalecanej prędkości silnika generatora.

Fikcyjne obciążenia można wybrać zgodnie z preferencjami użytkownika i specyfikacjami warunkowymi. Prawdopodobnie najbardziej korzystny byłby wzrost o 200 watów na każdym wyjściu LED.

Obciążenia pozorowane muszą mieć charakter rezystancyjny, np. 200-watowe żarówki lub cewki grzejne.

Schemat obwodu

Obwód ELC wykorzystujący PWM

Druga opcja jest raczej bardzo interesująca i jeszcze prostsza. Jak widać na podanym schemacie, kilka układów scalonych 555 jest używanych jako generator PWM, który zmienia swój stosunek znacznika / odstępu w odpowiedzi na odpowiednio zmieniający się poziom napięcia podawany na pin # 5 IC2.

“twierdzenie o maksymalnym transferze mocy pdf ”

Dobrze obliczone obciążenie pozorowane dużej mocy jest podłączone do jedynego stopnia kontrolera mosfet na pinie # 3 układu IC # 2.

Jak omówiono w powyższej sekcji, również w tym przypadku niższe próbkowe napięcie DC odpowiadające 220 V jest przykładane do pinu # 5 układu IC2 tak, że oświetlenie obciążeń pozorowanych dostosowuje się do obciążeń domowych, aby utrzymać moc wyjściową generatora w zakresie 220 V.

Teraz przypuśćmy, że prędkość obrotowa generatora dryfuje w kierunku wyższego boku, spowodowałaby równoważny wzrost potencjału na pinie nr 5 IC2, co z kolei spowodowałoby wzrost współczynnika znacznika do mosfetu, umożliwiając mu przewodzenie większego prądu do obciążenia .

Wraz ze wzrostem prądu obciążenia silnikowi trudniej będzie się obracać, a tym samym powróci do pierwotnej prędkości.

Dokładnie odwrotnie dzieje się, gdy prędkość ma tendencję do dryfowania w kierunku niższych poziomów, gdy obciążenie pozorowane jest osłabione, aby zwiększyć prędkość silnika do normalnych specyfikacji.

Ciągłe „przeciąganie liny” trwa, więc prędkość silnika nigdy nie zmienia się zbytnio od wymaganych parametrów.

Powyższe obwody ELC mogą być stosowane we wszystkich typach systemów mikrohydro, systemów młynów wodnych, a także systemów wiatraków.

Zobaczmy teraz, jak możemy zastosować podobny obwód ELC do regulacji prędkości i częstotliwości zespołu generatora wiatraka. Pomysł został zgłoszony przez pana Nilesh Patil.

Specyfikacja techniczna

Jestem wielkim fanem twoich układów elektronicznych i hobby do ich tworzenia. Zasadniczo pochodzę z obszaru wiejskiego, gdzie co roku spotykamy się z problemem 15-godzinnej przerwy w dostawie prądu

Nawet jeśli kupię falownik, który również nie jest ładowany z powodu awarii zasilania.

Stworzyłem generator wiatraka (bardzo tanim kosztem), który będzie obsługiwał ładowanie akumulatora 12 V.

Z tego samego powodu chcę kupić sterownik turbiny ładującej wiatrak, który jest zbyt kosztowny.

Planowaliśmy więc stworzyć własny, jeśli masz od Ciebie odpowiedni projekt

Wydajność generatora: 0 - 230 V AC

wejście 0-230 V AC (zależne od prędkości wiatru)

wyjście: 12 V DC (wystarczający prąd doładowania).

Przeciążenie / rozładowanie / ślepa obsługa ładunku

Czy możesz zasugerować lub pomóc mi go rozwinąć oraz wymagane komponenty i PCB od Ciebie

Mogę wymagać wielu takich samych obwodów, gdy się uda.

Projektowanie

Projekt żądany powyżej można zaimplementować po prostu za pomocą transformatora obniżającego napięcie i regulatora LM338, jak już omówiono w wielu moich wcześniejszych postach.

Projekt obwodu wyjaśniony poniżej nie odnosi się do powyższego żądania, a raczej rozwiązuje bardzo złożony problem w sytuacjach, gdy generator wiatrakowy jest używany do obsługi obciążeń prądu przemiennego przypisanych do specyfikacji częstotliwości sieciowej 50 Hz lub 60 Hz.

Jak działa ELC

Elektroniczny regulator obciążenia to urządzenie, które uwalnia lub dławi prędkość skojarzonego silnika generatora energii elektrycznej poprzez regulację przełączania grupy obciążeń pozornych lub zrzutowych połączonych równolegle z rzeczywistymi obciążeniami użytkowymi.

Powyższe operacje są konieczne, ponieważ dany generator może być napędzany przez nieregularne, zmienne źródło, takie jak płynąca woda ze strumienia, rzeki, wodospadu lub przez wiatr.

Ponieważ powyższe siły mogą się znacznie różnić w zależności od powiązanych parametrów rządzących ich wielkościami, generator może być również zmuszony do odpowiedniego zwiększania lub zmniejszania swojej prędkości.

Wzrost prędkości oznaczałby wzrost napięcia i częstotliwości, które z kolei mogłyby być poddane działaniu podłączonych obciążeń, powodując niepożądane skutki i uszkodzenie obciążeń.

Dodawanie obciążeń zrzutowych

Dodając lub odejmując obciążenia zewnętrzne (obciążenia zrzutowe) na generatorze, można skutecznie przeciwdziałać jego prędkości wymuszonej energii źródła, tak że prędkość generatora jest utrzymywana w przybliżeniu na określonych poziomach częstotliwości i napięcia.

Omówiłem już prosty i skuteczny obwód elektronicznego kontrolera obciążenia w jednym z moich poprzednich postów, obecny pomysł jest z niego inspirowany i jest dość podobny do tego projektu.

Poniższy rysunek pokazuje, jak można skonfigurować proponowany ELC.

Sercem obwodu jest układ scalony LM3915, który jest zasadniczo sterownikiem diod LED typu kropka / kreska, używanym do wyświetlania zmian w podawanym analogowym napięciu wejściowym poprzez sekwencyjne podświetlenie diod LED.

Powyższa funkcja układu scalonego została tutaj wykorzystana do implementacji funkcji ELC.

Generator 220 V jest najpierw obniżany do 12 V DC przez transformator obniżający napięcie i służy do zasilania obwodu elektronicznego składającego się z układu scalonego LM3915 i powiązanej sieci.

To wyprostowane napięcie jest również podawane na pin # 5 układu scalonego, który jest wejściem czujnikowym układu scalonego.

Generowanie proporcjonalnych napięć wykrywania

Jeśli przyjmiemy, że napięcie 12 V z transformatora jest proporcjonalne do napięcia 240 V z generatora, oznacza to, że jeśli napięcie generatora wzrośnie do 250 V, zwiększyłoby się napięcie 12 V z transformatora proporcjonalnie do:

12 / x = 240/250

x = 12,5 V.

Podobnie, jeśli napięcie generatora spadnie do 220 V, spowoduje to proporcjonalny spadek napięcia transformatora do:

12 / x = 240/220
x = 11 V.

i tak dalej.

Powyższe obliczenia jasno pokazują, że obroty, częstotliwość i napięcie generatora są niezwykle liniowe i proporcjonalne do siebie.

W proponowanym poniżej projekcie obwodu elektronicznego regulatora obciążenia napięcie wyprostowane podawane na pin nr 5 układu scalonego jest regulowane w taki sposób, że przy włączonych wszystkich obciążeniach użytkowych tylko trzy obciążenia pozorne: lampa nr 1, lampa nr 2 i lampa nr 3 są mogą pozostać włączone.

Staje się to rozsądnie kontrolowaną konfiguracją dla kontrolera obciążenia, oczywiście zakres zmian regulacji można ustawić i dostosować do różnych wartości w zależności od preferencji i specyfikacji użytkownika.

Można to zrobić, losowo dostosowując dane ustawienie wstępne na pinie nr 5 układu scalonego lub używając różnych zestawów obciążeń na 10 wyjściach układu scalonego.

Utworzenie ELC

Teraz przy powyższej konfiguracji załóżmy, że generator pracuje z napięciem 240 V / 50 Hz z włączonymi pierwszymi trzema lampami w sekwencji IC, a także włączonymi wszystkimi zewnętrznymi obciążeniami użytkowymi (urządzeniami).

W tej sytuacji wyłączenie kilku urządzeń odciążyłoby generator od pewnego obciążenia, powodując wzrost jego prędkości, jednak wzrost prędkości spowodowałby również proporcjonalny wzrost napięcia na pinie # 5 układu scalonego.

Spowoduje to, że układ scalony włączy kolejne wyprowadzenia w kolejności, a tym samym włączenie może być lampą # 4, 5, 6 i tak dalej, aż prędkość generatora zostanie zdławiona w celu utrzymania żądanej przypisanej prędkości i częstotliwości.

I odwrotnie, załóżmy, że jeśli prędkość generatora ma tendencję spadkową z powodu degradacji źródła energii, układ scalony powinien wyłączyć lampę # 1, 2, 3, jedną lub kilka z nich, aby zapobiec spadkowi napięcia poniżej ustawionego , prawidłowe specyfikacje.

Wszystkie obciążenia pozorne są zakończone sekwencyjnie przez stopnie tranzystora buforowego PNP i kolejne stopnie tranzystora mocy NPN.

Wszystkie tranzystory PNP to 2N2907, podczas gdy NPN to TIP152, które można zastąpić N-mosfetami, takimi jak IRF840.

Ponieważ wyżej wymienione urządzenia pracują tylko z prądem stałym, wyjście generatora jest odpowiednio konwertowane na prąd stały za pomocą mostka diodowego 10 amperów w celu uzyskania wymaganego przełączania.

Lampy mogą mieć moc znamionową 200 watów, 500 watów lub według preferencji użytkownika oraz specyfikacje generatora.

Schemat obwodu

Do tej pory nauczyliśmy się efektywnego obwodu elektronicznego kontrolera obciążenia, wykorzystując koncepcję sekwencyjnego przełącznika obciążenia z wieloma atrapami, tutaj omawiamy znacznie prostszy projekt tego samego, wykorzystujący koncepcję ściemniacza triaka i z pojedynczym obciążeniem.

Co to jest ściemniacz

Ściemniacz to coś, co wszyscy znamy i możemy zobaczyć, jak jest zainstalowane w naszych domach, biurach, sklepach, centrach handlowych itp.

Przełącznik ściemniacza to urządzenie elektroniczne zasilane z sieci, które może być używane do sterowania podłączonym obciążeniem, takim jak światła i wentylatory, po prostu poprzez zmianę powiązanej zmiennej rezystancji zwanej garnkiem.

Sterowanie odbywa się zasadniczo za pomocą triaka, który jest zmuszony do przełączania z indukowaną częstotliwością opóźnienia czasowego, tak że pozostaje włączony tylko przez ułamek półcyklów AC.

To opóźnienie przełączania jest proporcjonalne do ustawionej rezystancji naczynia i zmienia się wraz ze zmianą rezystancji naczynia.

Tak więc, jeśli rezystancja naczynia jest niska, triak może przewodzić przez dłuższy okres czasu w cyklach fazowych, co pozwala na przepływ większej ilości prądu przez obciążenie, a to z kolei umożliwia aktywowanie obciążenia z większą mocą.

I odwrotnie, jeśli rezystancja naczynia jest zmniejszona, triak jest ograniczony do przewodzenia proporcjonalnie przez znacznie mniejszy odcinek cyklu fazowego, co powoduje osłabienie obciążenia przy jego aktywacji.

W proponowanym obwodzie elektronicznego regulatora obciążenia zastosowano tę samą koncepcję, jednak w tym przypadku garnek zastąpiono transoptorem wykonanym przez ukrycie zespołu LED / LDR w szczelnej, odpornej na światło obudowie.

Używanie ściemniacza jako ELC

Koncepcja jest właściwie dość prosta:

Dioda LED wewnątrz opto jest zasilana proporcjonalnie spadkiem napięcia pochodzącym z wyjścia generatora, co oznacza, że jasność diody LED jest teraz zależna od zmian napięcia generatora.

Opór, który jest odpowiedzialny za wpływ na przewodzenie triaka, jest zastępowany przez LDR wewnątrz zespołu optycznego, co oznacza, że poziomy jasności diody LED stają się teraz odpowiedzialne za regulację poziomów przewodzenia triaka.

Początkowo do obwodu ELC przykładane jest napięcie z generatora pracującego z prędkością większą o 20% niż jego prawidłowa określona wartość.

Rozsądnie obliczone obciążenie pozorowane jest dołączane szeregowo z ELC, a P1 jest regulowane w taki sposób, że obciążenie zastępcze lekko się oświetla i dostosowuje prędkość i częstotliwość generatora do prawidłowego poziomu, zgodnie z wymaganymi specyfikacjami.

Odbywa się to przy włączonych wszystkich urządzeniach zewnętrznych, które mogą być powiązane z mocą generatora.

Powyższa implementacja optymalnie dostosowuje sterownik do rozwiązywania wszelkich rozbieżności powstałych w prędkości generatora.

Załóżmy teraz, że wyłączenie kilku urządzeń spowodowałoby niskie ciśnienie w generatorze, zmuszając go do szybszego obracania się i wytwarzania większej ilości energii elektrycznej.

Jednak zmusiłoby to również diodę LED wewnątrz opto do proporcjonalnego wzrostu jaśniejszego, co z kolei zmniejszyłoby rezystancję LDR, zmuszając w ten sposób triak do przewodzenia większej ilości i proporcjonalnego odprowadzania nadmiaru napięcia przez atrapę obciążenia.

Fikcyjne obciążenie, którym jest oczywiście żarówka, można było zobaczyć, że świeci stosunkowo jaśniej w tej sytuacji, odprowadzając dodatkową moc generowaną przez generator i przywracając prędkość generatora do pierwotnych obrotów na minutę.