Контроллер для ветроустановки (ветряка)

[Гость ddssu]

Здравствуйте, Николай!

Итак, начинаем. У меня довольно подробно описана работа регулятора, но если у Вас появятся вопросы – пишите, и Вы немедленно получите самый подробный ответ на любой Ваш вопрос. Я тоже не сижу, сложа руки и уже начал работу над экспериментальной платой стенда для Вашего «Ветряка». АЦП уже готово и отлажено и сейчас перехожу к самой сложной части - ШИМ регулятору. Возможно, даже придется собирать несколько экспериментальных вариантов, но я постараюсь создать как можно более простой и надежный вариант регулятора. Николай! Так как нам придется работать с файлами объемом больше чем 500 килобайт нам вероятно будет проще общаться через почтовый ящик. Мой E-mail ddssu@rambler.ru. Вы напишите мне на этот адрес пробное письмо, а общаться мы будем на форуме.

С уважением, Сергей.

[Гость mikky]

:smile: Точно, и мешать нихто не будетЬ.

С уважением, Миша.

Изменено 14 Марта, 2010 в 19:29 пользователем mikky

[Гость ddssu]

Точно, и мешать нихто не будетЬ.

С уважением, Миша.

 

Здравствуйте, Миша!

Напрасно Вы так. Лично я рад когда к теме подключаются как можно больше коллег.

И поверьте, Миша, переход на почту вызван тем, что объём загрузки на форуме слишком мал.

Вам же будет доступна любая информация по данной тематике. В крайнем случае Вы всегда

можете написать мне на почтовый ящик и я всегда готов ответить на любой Ваш вопрос.

С уважением, Сергей.

[Гость borman]

Давайте мы сразу определимся, что все генераторы на постоянных магнитах. Это общепринятая практика, да и я другие не делаю. Автогенераторы, бесперспективное занятие.

Шаг лопасти мы тоже пока менять не сможем, это довольно сложно (для меня пока точно). Я использую винты, рассчитанные очень грамотно (не мной), и их эффективность в районе 42%, что очень хорошо.

 

Насчет постоянных магнитов - не знаю как с общепринятой практикой, а использование обмотки возбуждения позволяет регулировать напряжение в зависимости от сопротивления нагрузки и скорости вращения. т.е. в принципе можно поднять КПД.

 

Схема управления шагом винта может быть не очень сложной, однако ее польза не только в поднятии общего КПД, но и для условий "урагана" позволяет зафлюгеровать винт - и пофиг ураган.

 

Собственно, каждая лопасть вращается вокруг своей оси, чтобы не "перекинулась куда не надо" - ограничители. Сам винт на оси, ось в трубе. На трубе - "насажен" диск, который может исполнительным механизмом перемещаться вдоль трубы. На каждой лопасти - рычаг с колесиком (обрезиненный подшипник), который катается по диску. Перемещение диска через рычаг вызывает поворот лопасти вокруг оси, т.е. изменение шага винта. Ось подвески лопасти делается так, чтобы аэродинамическая нагрузка прижимала рыгаг к диску, можно еще подпружинить, предусмотреть центробежные противовесы на лопасти во избежание больших нагрузок.

 

Суда по фото, конструкции, которые вы делаете, и так не слишком простые, так что с точки зрения прямизны ваших рук это устройство в принципе вам по силам. Конечно, с бухты-барахты оно вам в руки не дастся, но тем не менее - еще один канал регулировки. Плюс "ураганозащита" флюгеровкой лопастей - и не надо сверхнагрузкой насиловать ТЭНы и генератор.

 

Добавлено после раздумий...

 

Основной геморрой в кинематике и приводе перемещения диска. Можно наверное сделать на шаговом движке. Там, где я я одно время обретался, это делалось гидравликой, все было спрятано во втулку винта; автомат (никакой электроники, голые клапана и центробежка), меняя шаг винта, удерживал постоянными обороты. Но в данном случае гидравлика - неоправданный перебор и очень большой геморрой в изготовлении. Ну а с датчиком текущего положения диска вроде проблем быть не должно.

Изменено 22 Марта, 2010 в 13:13 пользователем borman

[althair]

Основной геморрой в кинематике и приводе перемещения диска. Можно наверное сделать на шаговом движке. Там, где я я одно время обретался, это делалось гидравликой, все было спрятано во втулку винта; автомат (никакой электроники, голые клапана и центробежка), меняя шаг винта, удерживал постоянными обороты. Но в данном случае гидравлика - неоправданный перебор и очень большой геморрой в изготовлении. Ну а с датчиком текущего положения диска вроде проблем быть не должно.

Та же центробежка+пара концевиков с возможностью регулировки крайних положений + винтовая передача с двигателя на толкатели диска "автомата перекоса" с концевиками крайних положений - и даже можно не подключать автомат оборотов к контроллеру. По-моему дешево и сердито. И даже контроль положения не понадобится - все можно выставлять исключительно механически.

Сорри, если не в тему влез.

Изменено 22 Марта, 2010 в 13:31 пользователем althair

[Гость evgenb]

Здравия желаю гражданам форума.

Николай пробовал сформировать ТЗ на микроконтроллерное управление ветроустановкой. Попробую озвучить свое видение этой задачи. Для начала, кто не в теме ветроэнергетики, дам небольшие пояснения, что бы стала понятна логика формирования ТУ.

1. Малые ветроустановки, как правило до 1 кВт. Установленной мощности могут быть использованы только как зарядные станции, и их работа без использования буферного накопителя энергии к эксплуатации практически не пригодны. Ветер порывист и никогда не бывает постоянен и вырабатываемая ими ЭДС без стабилизации будет колебаться от нуля до сотен вольт . Большие ветроустановки мощностью от 20 кВт и выше при выходе на генерацию подключаются к энергосети емкость которой огромна и эта нагрузка стабилизирует обороты генератора в пределах его установленной мощности, и при достижения максимума, включается система ограничения оборотов ветроколеса (концы лопастей ставятся под большим углом к оси вращения и т.к. угловая скорость значительна, то они выполняют роль тормоза). Работа малых ветроустановок имеет свои особенности и роль энергосети стабилизирующей работу генератора исполняет аккумулятор, а защиту от излишков мощности «балластный резистор» . В качестве генераторов малых ветроустановок стараются использовать генераторы на постоянных магнитах без использования обмоток возбуждения, это увеличивает их КПД и упрощает схему управления. Для этих целей прекрасно подходят эл. моторы постоянного тока с возбуждением на магнитах, а также любители используют самодельные однофазные или трех фазные аксиальные генераторы с использованием магнитов на основе сплавов ниодим-железо-бор ( Nd-Fe-B ). Преимущество таких генераторов, отсутствие залипания и низкие обороты. В первом случае, генератору постоянного тока, последовательно подключают мощный диод в прямом включении который не позволяет разряжаться аккумулятору через обмотку генератора и ему вращаться в противоположном направлении, во втором случае трех фазный генератор переменного тока отделен от аккумулятора выпрямителем Ларионова. Когда ветрогенератор начинает раскручиваться, ток в цепи не протекает, т.к. ЭДС меньше напряжения аккумулятора, диод (или диоды) заперт и ничего не тормозит вращение генератора. По мере нарастания напряжения на клеммах генератора, диод открывается и начинает протекать ток. По мере роста оборотов, увеличивается только ток и напряжение будет оставаться на уровне рабочего напряжения аккумулятора. И если подключенные нагрузки не обеспечат отбор мощности то аккумулятор будет кипеть и в результате пластины его осыпятся и его придется выкинуть. Чтобы этого не произошло, необходимо после генератора напряжение прикладываемое к аккумулятору, т.е. в «сеть» стабилизировать и не превышать 14,2v для 12 вольтовой «сети». Так же необходимо ввести ограничение тока заряда не превышающего 10% от суммарной емкости установленных аккумуляторов. Если потребители отключены и аккумуляторы заряжены, то мощность генерируемая не будет отбираться и тормозящий момент прикладываемый потребителями не будет уравновешивать мощность прикладываемую ветром к ветроколесу, обороты начнут расти и ветроколесо пойдет в разнос, это может привести к разрушению лопастей и аварии. Чтобы этого не произошло, необходимо отслеживать увеличение напряжения на клеммах генератора, и если оно начнет на какой то процент отличаться от напряжения «сети», включать «балластный резистор» и отбирать мощность на резервные потребители (насос подкачки воды, нагрев воды, зарядка резервных аккумуляторов и т.д.). Данная реализация выглядит согласно приложенной схеме. Она реально работает уже несколько лет.

Для водной части на сегодня наверно достаточно. Если завтра буду не в отъезде, продолжу изложение.

С уважением, Евген.

[Гость shevggr]

Огромное спасибо, Евген! Очень доходчивое изложение.

Подумываю о ветрячке на дачу, но эта область для меня неизведанная, вот и не решусь никак.

Пока изучаю опыт и знания профи.

Ждём продолжения изложения.

[Гость mikky]

Пока ничего нового, ждём продолжения...

[Гость evgenb]

Здравия желаю!

Я не сомневаюсь, что для кого то вышесказанное не будет новостью, но чаще всего наблюдаю картину когда люди говорят правильные слова, даже употребляют нужные технические термины, но не прочувствовали их ни теоретически ни на практике.

Отсюда и вылезают потребности в десятках киловатт, и разочарования от получаемых результатов. Прежде чем перейти к описанию видимых задач которых стоит выполнять при помощи микроконтроллера, хотел бы заострить внимание на таком вопросе: 1 киловатт установленной мощности это много или мало? А может в самый раз. Сколько необходимо энергии для того чтобы согреть 2 литра воды в эл. чайнике мощностью 2000W. Нагрев воды от температуры 8 градусов до кипения производился при моих измерениях 7 минут. Отсюда следует что на подогрев одного литра воды, а это 4 стандартных чайных чашки потребуется (2000 Вт.час / 60 мин)* 7 мин / 2 литра = 117 Вт.час электрической мощности. Данная мощность при использовании ветроустановки ∅ ветроколеса 2.8 метра при среднегодовой скорости ветра 5м/с возместится в емкость аккумулятора в течении полу часа. А среднемесячная выработка при указанных параметрах ветроколеса и среднегодовой скорости составит порядка 160 кВт.час. Для наглядности прикладываю таблицу расчета.

 

 

А теперь к задачам которые стоило бы возложить на «плечи» микроконтроллера.

2. Самую ответственную работу, которую хотелось бы выполнять при помощи микроконтроллера, это управление ориентацией ветроколеса относительно ветра. И почему не управлять заряд-разрядом аккумулятора, постараюсь пояснить. Требования к стабилизации напряжения не стоит усложнять контроллером, когда и простая аналоговая схемотехника импульсного DC/DC стабилизатора с этим прекрасно справится и не будет на себя отвлекать ресурсы и быстродействие процессора. Другое дело где необходим контроль, анализ, выбор условий, то здесь городить на дискретных элементах и жесткой логике огород не рационально. Самое слабое место в ветроустановке, это ориентация на ветер, стабилизация мощности путем увод ветра колеса при сильных ветрах и при этом продолжать отбирать номинальную мощность, полный увод ветроколеса из под ветра при ураганах, контроль температуры обмоток генератора, контроль скорости ветра, контроль направления ветра, контроль допустимого тока в линии (вырабатываемым генератором). Управление приводом ориентации ветроколеса, передача контрольных данных на терминал, управление ориентацией ветроколеса с терминала (ручной режим).

3. Терминал, контроллер который отслеживает режим разряда аккумулятора, контролирует напряжение и ток в цепи генератора и цепи потребителя, подсчитывает генерируемую мощность, подсчитывает время работы ветроустановки, обеспечивает прием передачу данных контроллеру ветроголовки, обеспечивает ручное управление состоянием ориентации ветроколеса.

Это тезисные задачи, которые при однократном программном исполнении могли бы повторятся при изготовлении ветроустановок.

 

Постараюсь пояснить, почему желательно использовать электропривод ориентации ветроколеса.

Для тех кто не знает историю ветряков, расскажу, что ориентация на ветер классически осуществляется при помощи хвостового оперения или применяется «виндоза», крыльчатка небольшого диаметра установленная пол прямым углом к основному ветроколесу. Она посредством шестеренчатой или червячной передачи передает вращение на ветроголовку относительно мачты если ветер изменяет направление относительно основного ветроколеса. На больших ветроустановках эта работа выполняется электроприводом под управлением автоматики.

Управление «хвостом» имеет свои отрицательные стороны. Такие, как быстрое изменение направления ветра, создает на ветроколесе значительные гироскопические силы которые создают знакопеременные нагрузки на лопастях приводящие их со временем к разрушению. Не возможно при использовании хвостовой ориентацией оптимально выбирать режим использования генератора. В чем это заключается.

При нормальной настройке установки для отбора номинальной мощности при высоких скоростях ветра, то при работе на малых скоростях будет системный недобор возможной мощности. При увеличении размера ветроколеса для эффективного использования на малых ветрах, то либо сгорит генератор на больших ветрах, либо ветроколесо выйдет на большие обороты в случае искусственного недобора мощности. А эффективно использовать ветер в наших регионах со среднегодовой скоростью 4 – 5 м/с можно в диапазоне от 3 до 9 м/с, при более высоких скоростях ветра лучше принудительно уводить ветроколесо из под ветра на величину равную выработке максимально допустимой для работы генератора.

Для сравнения прикладываю таблицу повторяемости скоростей ветра за год в процентах для регионов со средне годовой скоростью ветра 3м/с, 4м/с, 5м/с, 6м/с.

 

 

На сегодня наверно остановлюсь.

Интересны ваши мнения на выше изложенное. :smile:

С уважением, Евген.

[Гость mikky]

Ну, хоть на практике и не чувствовал. как правильно было замечено, но я уже давно предлагаю обойтись аналоговой схемой при зарядке, да и сдаётся мне что тут вообще не то собирают что нужно (стабилизатор напряжения с ШИМ вместо контроллёра управления ветрогенератором), только никто меня не слушает. Ну и контроллёр им в руки...

Про ориентацию принудительно: не проще обойтись торможением в нужном положении, ведь мы ж не супер тяжёлые системы рассматриваем?

Вообще то хочу сделать вертикалку (мне пофиг там про все характеристики - хочу чтоб не шумело, да и нравится мне больше) тока не придумал куда её ставить. На крайняк поставлю на крышу своего дома в центре Питера и буду снимать параметры просто (и ждать пока не свистнут :smile: )

Последнее, не лучше ли оформить в виде статьи или там ряда статей если много инфы будет?

[Гость evgenb]

Здравия желаю.

Насчет статей, нет смысла повторятся, если интересует тема постройки ветряка, я в свое время сделал попытку по простому рассказать об этом на сайте:https://evgenb.mylivepage.ru/

Нет смысла повторятся, да и автор темы будет ругаться, т.к. тема о разработке контроллера для ветроустановки.

Один из вариантов 2007 года рождения выкладываю для ознакомления (см. KONTROLLER_VETRO_v1.rar)

Приложен исходник на Pic Basic Pro файл Kontrol_vetro_v1_0.pbp, алгоритм управления режимами, в файле W_control_1V2t.GIF эл. схема, проект на PROTEUS v 7,5 SP 3.

С уважением, Евген.

 

KONTROLLER_VETRO_v1.rar

[Гость mikky]

Я думаю это всё же требует пояснения... :smile:

Изменено 8 Апреля, 2010 в 18:33 пользователем mikky