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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leistungsstarker Spannungsstabilisator für Windkraftanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Nachdem ich den Artikel „Stabilisierung der Netzspannung in ländlichen Gebieten“ in RA 4/2002 gelesen hatte, beschloss ich, meine Version des Stabilisators zu beschreiben, der mich seit etwa drei Jahren zuverlässig zusammen mit einem Windgenerator fast vollständig mit Strom versorgt das ganze Jahr. Es kann auch zur Spannungsstabilisierung in einem regulären Netzwerk verwendet werden. Beim Bau eines Windgenerators auf Basis eines asynchronen Elektromotors mit Käfigläufer entstand der Bedarf an einem leistungsstarken dreiphasigen Spannungsstabilisator mit einer Leistung von mehr als 2 kW. Die Spannung am Generator „sprang“ bei starkem Wind auf bis zu 500 V und sank bei schwachem Wind auf 100 V. Infolgedessen wurden mehrere Arten von Stabilisatoren unterschiedlicher Bauart und Komplexität entwickelt und getestet. Der Aufbau eines einphasigen Stabilisators mit einer Leistung von 2 kW erwies sich als der einfachste und zuverlässigste im Betrieb, kann aber mit geringfügigen Modifikationen in einen dreiphasigen Stabilisator für nahezu jede Leistung (bis zu 32 kW) umgewandelt werden! ). Der Hauptvorteil des Stabilisators ist hohe Leistung, hoher Wirkungsgrad, relativ niedrige Kosten und ein großer Bereich einstellbarer Spannungen. Zu den Nachteilen gehört eine relativ große Trägheit, die es unmöglich macht, schnelle Spannungsänderungen auszugleichen. Dieser Nachteil lässt sich durch die Konstruktion des Windgenerators selbst leicht beseitigen. Das Funktionsprinzip des Stabilisators basiert auf der Änderung der Windungszahl eines einstellbaren Transformators (LATR) mithilfe eines elektromechanischen Nachführgeräts, dessen Blockdiagramm in Abb. 1 dargestellt ist.
Die Spannung vom Generator oder Netz wird einem einstellbaren Spartransformator zugeführt, dessen Schieber von einem Elektromotor mit Schneckengetriebe bewegt wird. Die Spannung wird vom Spartransformator entfernt, um die Last, die Stromversorgung des Geräts sowie den Gleichrichter des Nachführgeräts (Steuergerät der Steuereinheit) mit Strom zu versorgen. Nach der Verarbeitung der Eingangsspannung wird ein Signal zum Ein-/Ausschalten der elektromagnetischen Schalter gesendet, die den Betrieb des Elektromotors steuern. In diesem Fall zeigen die Anzeigen die Ausgangsspannung an. Das Netzteil versorgt das Gerät mit den notwendigen Versorgungsspannungen: für Blinker, elektrische Taster und einen +18-V-Motor für +5-V-Steuergeräte. Das elektrische Schaltbild des Stabilisators ist in Abb. 2 dargestellt.
Spezifikationen des Stabilisators:
Über die Endschalter SQ1, SQ2 wird dem Spartransformator T1 Wechselspannung zugeführt. Die Spannung wird vom Spartransformatormotor entfernt, um die Last, den Stromversorgungstransformator und die Diodenbrücke V1-V4 zu versorgen. Von der Diodenbrücke wird die gleichgerichtete Spannung dem Teiler R1-R4 zugeführt. Wenn die Spannung am Ausgang des Spartransformators zwischen 210 und 230 V liegt, ist der Transistor V9 geschlossen und der Transistor V7 offen und an den Ausgängen der Elemente DD1.2 und DD1.5 liegt eine logarithmische „0“ an. Die Transistoren V10 und V11 sind geschlossen, die Relais K1 und K2 sind stromlos, Motor M1 ist stromlos und die HL1-Anzeigeleuchte „Normal“ leuchtet. In diesem Zustand befindet sich das Gerät im Standby-Modus, bis die Spannung am Spartransformator die festgelegten Grenzwerte überschreitet. Wenn die Spannung über 230 V ansteigt, öffnen die Zenerdiode V8 und der Transistor V9, an Pin 10 des Elements DD1.5 erscheint eine „1“-Logik und der Transistor V11 öffnet. Das Relais K2 ist aktiviert, mit seinen Kontakten K2.1 schaltet es die Lampe HL1 aus und mit den Kontakten K2.2 leuchtet die Lampe HL2 „Viel“. Die Kontakte K2.3 schalten den Motor M1 ein, der den Schieber des Spartransformators bewegt, bis die Spannung am Schieber weniger als 230 V beträgt. In diesem Fall wird die Spannung an der Zenerdiode V8 kleiner als die Stabilisierungsspannung der Transistoren V9 und V11 schließt, das Relais fällt ab, die HL2-Lampe erlischt und HL1 leuchtet auf. Die Kontakte K2.3 schalten in ihre Ausgangsstellung und die Ankerwicklung wird kurzgeschlossen, was zu einem schnellen Abbremsen des Läufers führt. Sinkt die Spannung unter 210 V, schließt die Zenerdiode V5 den Transistor V7, am Pin 4 des Elements DD1.2 erscheint ein High-Pegel, der den Transistor V10 öffnet und das Relais K1 einschaltet. Gleichzeitig erlischt die HL1-Lampe und die HL3-Low-Lampe leuchtet auf. Die Kontakte K1.3 schalten den Elektromotor M1 ein und erhöhen die Spannung am Spartransformator, bis die Zenerdiode V5 öffnet. Danach öffnet Transistor V7 und V10 schließt. Das Relais K1 fällt ab, die Lampe HL2 erlischt und die Lampe HL1 leuchtet auf. Die Kontakte K1.3 schalten und der M1-Motor bremst schnell ab. Steigt oder sinkt die Spannung am Generator deutlich (300 bzw. 100 V), dann drückt der Schieber den Endschalter SQ1 (bei einer Spannung von 300 V) bzw. SQ2 (bei einer Spannung von 100 V) und die Spannungsversorgung stoppt vollständig und die HL4-„Alarm“-Pumpe schaltet die Ernährung ein.“ Der Alarm kann erst gelöscht werden, nachdem die Alarmursache beseitigt und die Last vollständig ausgeschaltet wurde, indem die Taste SB5 „Alarm Reset“ 1 Sekunden lang gedrückt wird. Und erst nachdem die Spannung am Stabilisator vollständig hergestellt ist, können Sie die Last einschalten. Die Elemente R10, C2 und R11, C5 sind notwendig, um den „Einfluss“ von Motor und Relais bei kurzen Spannungsstößen zu eliminieren. Mit den Tasten SB2 und SB3 können Sie den Stabilisator manuell steuern, nur in diesem Fall müssen Sie den Kippschalter SB4 in die Position „Manuelle Steuerung“ schalten. Das Netzteil ist nach einer Standardkonstruktion aufgebaut und bedarf keiner Erklärung. Das Einzige, was geklärt werden muss, ist die Rolle der Diode V16. Es übernimmt die Funktion eines Filters, d.h. reduziert den Einfluss von Relais und Motor auf den Betrieb des Steuergeräts. Einzelheiten. Der Stabilisator kann MLT- und OMLT-Widerstände mit einer Leistung von 0,25 W verwenden. Widerstände R1, R2 MLT-Typ mit einer Leistung von 2 W. Beliebige Dioden V1-V4, V12-V15 für eine Betriebsspannung von mindestens 400 V und einen Rückstrom von 1 A. TKE54PD1-Relais mit 24-V-Wicklung, ein Elektromotor mit Schneckengetriebe aus dem Scheibenwischer eines GAZ- 53 Auto. Der Transformator T2 ist beliebig mit einer Ausgangsspannung von 18 V und einer Leistung von 120 W. Chip K155LN1 oder K133LN1. Transistoren V7-V9 Typ KT315V, KT312B, KT3102; V10, V11 Typen KT815A, KT817A. Endschalter D701. Alle Tasten SB1-SB3 mit automatischer Rückkehr. Kippschalter SB4 Typ MT1, MT2. Trimmerwiderstände Typ SP3-1B. Kondensatoren C1, C5, C7 Typ K21-8, KLS usw., C2-C3 Typ K10-7V; C4 Typ K50-3, K50-3V für Spannung 50 V; C6 Typ K50-18, K50-24 mit einer Kapazität von 8000 μFCh50 V. Glühlampen KN24-90, KHL4. Neonlampentyp IN1, IN2 oder ein anderer. Um einen Spartransformator herzustellen, müssen Sie Stahl vom Stator eines 3-Kilowatt-Asynchron-Elektromotors nehmen und ihn mit zwei oder drei Schichten lackiertem Stoff umwickeln. Wickeln Sie dann einen isolierten Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,5 mm Windung für Windung fest auf. Das verbleibende Ende des Drahtes ist gut isoliert und mit Moment- oder BF2-Kleber am Transformator festgeklebt. Machen Sie ab dem letzten Drittel der Kurven einen Tipp. Entfernen Sie oben am Transformator, wo sich der Schieber bewegen wird, die Lackschicht mit Sandpapier. Füllen Sie anschließend den gesamten Aufbau mit Nitrolack aus, natürlich mit Ausnahme der gereinigten Stelle, und lassen Sie den Lack vollständig trocknen. Während der Transformator trocknet, schneiden Sie den Sockel und die Abdeckung aus Getinax oder Plexiglas aus, die etwas größer als der Durchmesser des Transformators sind. Machen Sie ein Loch in der Mitte der Abdeckung und montieren Sie den Motor mit Getriebe. Setzen Sie den Schieber durch das Isolierrohr auf die Getriebewelle. Der Slider selbst wurde von einem LATR Typ POSN-2-220-82 übernommen, lediglich die Leine musste etwas verlängert werden. Stellen Sie nun den Transformator auf den Sockel, setzen Sie die Abdeckung auf und befestigen Sie alles mit Stiften. Setzen Sie den Transformator in der Mitte ein und verstärken Sie ihn an den Seiten mit Gummieinlagen. Installieren Sie die Endschalter an der oberen Abdeckung, sodass der Schieber sie aktiviert. SQ1 sollte ganz am Ende der Wicklung installiert werden, SQ2 – am Ende des ersten Drittels der Wicklung. Seien Sie beim Reinigen des Bereichs für die Leine äußerst vorsichtig, um die Windungen nicht zu verkürzen. Sie müssen nur die Drähte oben abisolieren und dann den Transformator mit Druckluft unter einem Druck von 3 bis 3,5 kgf/cm2 durchblasen. Der Spartransformator ist fertig! Wie oben erwähnt, muss der Transformator mit PEV1- oder PEL-Draht eng aneinander gewickelt entlang des Innendurchmessers gewickelt und außen mit gleichmäßigen Abständen in einer Schicht verlegt werden. Aufstellen. Überprüfen Sie zunächst die Qualität der Installation und die Richtigkeit aller Verbindungen. Entfernen Sie die Sicherungen aus den Halterungen, kleben Sie ein Voltmeter auf den Lastausgang und schließen Sie den Spartransformator an ein normales 220-V-Netz an. Bei korrekter Montage arbeitet der Transformator leise, nahezu geräuschlos. Drehen Sie den Motor am Anker, stellen Sie die Spannung mit einem Voltmeter auf 220 V ein. Trennen Sie den Stabilisator vom Netzwerk und ersetzen Sie die Sicherungen. Bringen Sie den Kippschalter „Manuell/Automatisch“ in die Position „Manuell“. Stellen Sie den Widerstand R2 gemäß Diagramm auf die untere Position und R4 auf die obere Position. Schließen Sie den Strom an und stellen Sie mit den Tasten SB2 und SB3 die Spannung mithilfe des Voltmeters auf 250 V ein. Bringen Sie den Kippschalter SB4 in die Position „Automatisch“ und drehen Sie den R2-Knopf, bis das Gerät an der oberen Grenze arbeitet. Schalten Sie SB4 wieder auf die Position „Manuell“ und stellen Sie mit einem Voltmeter die Ausgangsspannung auf 210 V ein. Schalten Sie SB4 auf die Position „Automatisch“ und stellen Sie mit dem Trimmer R4 sicher, dass das Gerät an der unteren Grenze arbeitet. Jetzt können Sie die Leistung des Stabilisators für seinen vorgesehenen Zweck überprüfen. Schließen Sie eine 1-kW-Lampe an die „Load“-Klemmen an, und der Stabilisator sollte auf die Last „reagieren“, indem er den Schieber in eine andere Position bewegt. Stellen Sie nun durch wiederholtes schnelles Ein- und Ausschalten der Lampe sicher, dass der Motor nicht „zuckt“, andernfalls wählen Sie die Kondensatoren C2 und C3 genauer aus. Bringen Sie den Kippschalter in die Position „Manuell“ und stellen Sie mit dem Voltmeter die Spannung auf 100 V ein. Bewegen Sie den Endschalter SQ1, bis er betätigt, und sichern Sie ihn. Drücken Sie gleichzeitig die Tasten SB1 und SB5 und stellen Sie die Spannung auf 300 V ein. Bewegen Sie den Endschalter SQ2 bis zum Auslösen und sichern Sie ihn in dieser Position. Drücken Sie die Tasten SB1 und SB2, stellen Sie die Spannung mit dem Voltmeter auf 220 V ein und stellen Sie den Kippschalter auf die Position „Automatik“. Das Gerät ist komplett betriebsbereit! Kann an einen Generator angeschlossen werden. Seien Sie beim Justieren und Aufstellen des Gerätes vorsichtig und vorsichtig, denn... Schaltelemente stehen unter lebensgefährlicher Spannung! Nachdem Sie den Stabilisator aufgestellt und eingestellt haben, installieren Sie ihn in einem Kasten mit geeigneten Abmessungen. In die Augen auf der Frontplatte eingesetzte Anzeigelampen. HL1 ist grün, HL2 und HL3 sind gelb, HL4 ist rot. Auf der Frontplatte sollten auch die Tasten SB1-SB3 und der Kippschalter SB4 angezeigt werden. Installieren Sie die Platine mit den installierten Teilen (an der Wand montiert und hergestellt aus PEV1-Draht mit einem Durchmesser von 0,1...0,2 mm) an der Seitenwand, wobei die Regler nach außen zeigen. Ich empfehle, die Generator- und Lastklemmen an den Seitenwänden anzuschließen. Der Schrank, die Windkraftanlage und der Generator müssen geerdet sein. Der Erdungswiderstand sollte nicht mehr als 2 Ohm betragen. Artikelliste:
Wählen Sie das Relais entsprechend dem minimalen Betriebsstrom aus. Der Transformator muss 418 Windungen mit einer Anzapfung von 280 Windungen haben, gezählt von unten. Für die Herstellung werden etwa 210 Meter Draht benötigt. Литература:
Autor: V.V. Chirka
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