Elektrisüsteem

Elektrisüsteem

1. Pinge alaldamine

Ehitatud tuulegeneraator on mõeldud 12 V akude laadimiseks. Kuna generaator toodab vahelduvvoolu, on vaja kasutada alaldit, milleks on minu variandil kolm dioodsilda (35 A 600 V). Ilma jahutuseta võivad dioodid tugeva tuulega suure võimsuse juures üle kuumeneda ning seetõttu kasutasin kahte arvuti protsessori jahutusradiaatorit - kruvisin dioodsillad nende külge.

Dioodsild ja jahutusradiaatorid.

Dioodsildade ühendamine on näidatud järgmisel joonisel. Klemmide paigutuse määrab ära pistik, mis on teiste suhtes 90 kraadi pööratud – see on positiivne väljund. Negatiivne asub diagonaalis üle dioodsilla. Järele jäänud kaks ühendust on vahelduvvoolu sisendklemmid.

Dioodsildade ühendamine.

2. Laadimiskontroller

Põhimõtteliselt võiks akud kohe dioodsildade järgi ühendada (laadimiskontrollerit kasutamata). Muidugi tuleb paigaldada ahelasse ka mingit sorti kaitse, et vältida seadme maha põlemist lühise tekkimisel. Selle juures tuleb arvestada, et kaitsme rakendumisvool peab ületama generaatori maksimaalset voolutugevust. Vastasel juhul võib kaitse kõva tuulega läbi põleda, millega kaasneb tarbimise kadumine elektriahelast, mis põhjustab omakorda generaatori tühijooksu. See aga tähendab tohutuid rootori pöördeid ja suure tõenäosusega generaatori kahjustumist. Mina kasutasin näiteks 40 A sulavkaitset.

Sellise otseühendusega ahela puhul aga ei kontrollita laadimispinget. Akupangal tuleb ise silma peal hoida ning vastavalt vajadusele tarbimist suurendada või vähendada. Selleks, et akud hästi säiliksid, ei tohiks laadimisel tekkida liialt kõrget pinget ehk minu 12 V süsteemi korral peaks see jääma alla 14,5-14,8 V. Samuti ei ole mõistlik salvestatud energiast rohkem kui pool ära kasutada. Soovitatav oleks akusid tühjendada umbes 20 % kogumahtuvusest.

Siinkohal tekibki vajadus automaatse laadimisregulaatori järele. Tuulegeneraatoritel tuleb laadimisvoolu piiramiseks lülitada järgi mingi tarviti (soojendi, hõõglambid), mis veaks süsteemi pinge normaalsele tasemele tagasi. Kui akud lihtsalt lahti ühendada, tekib taaskord generaatori tühijooks ning masina mehhaanilised omadused pannakse rängalt proovile.

Mina kasutasin kontrolleri tarvititena 60 W 12 V hõõglampe. Nende miinuseks on muidugi hõõgniitide läbi põlemine, mida mul ka aeg-ajalt juhtus. Parem variant oleks suure võimsusega takistite komplekt. Automaatse regulaatori skeemi leidsin leheküljelt http://www.mdpub.com/Wind_Turbine/index.html.

 Laadimiskontrolleri skeem. (mdpub.com)

Esialgu tegin oma kontrolleri täpselt selle skeemi järgi, kui välja arvata pinge testimispunktis B. Süsteem on iseenesest lihtne: komparaator (IC2a - LM1458) võrdleb ette määratud maksimaalset laadimispinget, mille ületades rakendub relee (RLY1) ning vool suunatakse lisatarvititesse. Kui pinge hakkab selle tõttu langema, ei lülitata releed koheselt algasendisse, vaid oodatakse kuni pinge langeb uuesti teatud tasemele (seda jälgib IC2b), milleks on 12,7 V ehk umbes täis aku pinge.

Sellel süsteemil on aga omad puudused. Kuna relee lülitab generaatori voolu hõõglampidele ümber ehk aku ühendatakse samal ajal lahti, juhtub üldjuhul nii, et rootor seiskub. Samas, kui tuul on liialt tugev, põlevad hoopis hõõglambid läbi ja halvemal juhul hävineb veel relee. Nii juhtus minu masinal.
Seetõttu jõudsin järeldusele, et ei tohiks teha ümberlülitust akult kontrolleri tarvititele, vaid tarvitid tuleb akule lisaks ühendada. Niimoodi jääb kogu süsteem stabiilsemaks: rootor ei seisku ning tarvitid ei põle hetkelise suure voolu tõttu läbi. Antud lahendust soovitab Hugh Piggott oma raamatutes.

Kõige viimases disainis kasutasin relee asemel väljatransistoreid (MOSFET-id). Need aga vajavad samuti jahutust, milleks valisin taaskord arvuti protsessori radiaatori. Siis jäi vana kokku sulanud relee vaid ühendusklemmi ülesannet täitma. Järgnevalt jooniselt on näha lõplik elektrisüsteemi ülesehitus.

Generaatori elektrisüsteem.

3. Kilbi sisu

Tegin generaatori masti külge 13 mm vineerist elektrikilbi, kus asuvad akude laadimiseks ja süsteemi jälgimiseks vajalikud seadmed. Kilbis paiknevad eelpool mainitud dioodsillad, kontroller, ampermeeter, kaitse ja pidurduslülitid.

4. Voolu tarbimine

Voolu tarvitamiseks kasutan inverterina APC Back-UPS 500. Antud seadme üles panemine on väga lihtne: vaja vaid aku tagant ära võtta ning juhtmed generaatori süsteemiga ühendada. Inverterist saab voolu pikendusjuhtmete abil vastavalt vajadusele edasi kanda. UPSi ja akude jaoks valmistasin veel eraldi kapi, kuhu mahub neli akut.

Kapp akudele ja UPSile.

Selle generaatori vooluga saab televiisorit vaadata, mõnda säästulampi põletada, sülearvutit laadida, raadiot kuulata ja muid väiksemaid tarviteid kasutada. Pliidil toitu keeta või masinaga pesu pesta just ei anna, aga siiski abiks ikka.