Ветроэнергетическая установка (ВЭУ)

                                          I н.а I расч.

где  -  ток расчётный, А;

         I пп – номинальный ток нагрузки полупроводникового инвертора, А.

0,75*55 =41,25 А.

Принимаем автоматический выключатель ВА- 101, I_н=63 А; I _max=3000 А;

0,75*25 =18,75  А.

Принимаем автоматический выключатель ВА-101, I_н =32 А; I _max =3000А;

Магнитные пускатели выбираются исходя из условий:

;

КМ1: ПМЛ121002, = 10 А, U_кат.н=220-230 В.

КМ2: ПМЛ121002, = 10 А, U_кат.н=220-230 В.

 

          6.1 Выбор контроллера

 

При среднем уровне заряда аккумуляторных батарей 560 Вт/ч за интервал 8-9 часов ветровой генератор сможет выработать около 5000 Ватт. В ветреные дни этот показатель может увеличиться  как минимум в два раза, поэтому  за тот же период времени может  быть выработано 10000 Ватт.

На элементной базе, аналогичной  применявшейся в описанном выше линейном стабилизаторе, можно построить  импульсный стабилизатор напряжения. При таких же характеристиках  он будет обладать значительно меньшими габаритами и лучшим тепловым режимом.

При первом включении, когда конденсатор С4 разряжен и к выходу подключена достаточно мощная нагрузка, ток протекает через ИС линейного стабилизатора DA1. Вызванное этим током падение напряжение на R1 отпирает ключевой транзистор VT1, который тут же входит в режим насыщения, так как индуктивное сопротивление L1 велико и через транзистор протекает достаточно большой ток. Падение напряжения на R5 открывает основной ключевой элемент – транзистор VT2. Ток, нарастающий в L1, заряжает С4, при этом через обратную связь на R8 происходит запирание стабилизатора и ключевого транзистора. Энергия, запасенная в катушке, питает нагрузку. Когда напряжение на С4 падает ниже напряжения стабилизации, открывается DA1 и ключевой транзистор. Цикл повторяется с частотой 20-30 кГц.

Цепь R3, R4, С2 задаст уровень  выходного напряжения. Его можно  плавно регулировать в небольших  пределах, от Uст DA1 до Uвх. Однако если Uвых поднять близко к Uвх, появляется некоторая нестабильность при максимальной нагрузке и повышенный уровень пульсации. Для подавления высокочастотных пульсаций на выходе стабилизатора включен фильтр L2, С5.

Схема достаточно проста и  максимально эффективна для данного  уровня сложности. Все силовые элементы VT1, VT2, DA1 снабжаются небольшими радиаторами. Входное напряжение не должно превышать 30 В, что является максимальным для стабилизаторов КР142ЕН8. Выпрямительные диоды применять на ток не менее 3 А, например КД201Б.  

 

6.2 Выбор инвертора

 

Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления  стандартного напряжения 220В, 50Гц. Существует два режима работы инвертора. Первый режим – это режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора. Второй режим – это режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течении нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,5 раза больше, чем номинальная. В течении нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 2,5-3,5 раза большую чем номинальная. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна расчетной мощности ВЭУ.

Для максимального потребления  электроэнергии в пиковые моменты до 250 Вт, можно установить инвертор 300 ВА. Он сможет обеспечить постоянную нагрузку до300 Вт и кратковременную нагрузку до 350 Вт .          Устройство предназначено для питания аппаратуры, рассчитанной на переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц, от аккумуляторной батареи напряжением 12 В.

Основные технические  характеристики инвертора.                                                    Входное напряжение, 10... 15В. 
Пределы изменения выходного напряжения при изменении входного напряжения и мощности нагрузки, 215...230В. 
Максимальная мощность нагрузки, 350 Вт . 

Устройство содержит задающий генератор на микросхеме DA1, стабилизатор его питания (DA2), разрядные полевые транзисторы VT1-VT4, мощные транзисторы VT5 и VT6, коммутирующие ток в первичной обмотке трансформатора Т1, узел защиты по току на реле К1 узел стабилизации выходного напряжения на микросхеме DA3.

Генератор вырабатывает прямоугольные  импульсы с частотой около 50 Гц с  защитными паузами, исключающими одновременное  открывание коммутирующих транзисторов VT5 и VT6. Когда на выходе Q1 (или Q2) появляется низкий уровень, открываются транзисторы VT1 и VT3 (или VT2 и VT4), вызывая быструю  разрядку затворных емкостей, а значит, и форсированное закрывание транзисторов VT5 и VT6.

Собственно преобразователь  собран по двухтактной схеме и  особенностей не имеет. Рассмотрим более  подробно работу узла стабилизации выходного  напряжения.

Если напряжение на выходе преобразователя по какой-либо причине превысит установленное значение, напряжение на резисторе R12 превысит 2,5 В, ток через стабилизатор DA3 резко возрастет. Это, в свою очередь, вызовет освещение фотодиода оптрона U1 и появление сигнала высокого уровня на входе FV (вывод 2) микросхемы DA1.

Ее выходы Q1 и Q2 переключатся в состояние низкого уровня, транзисторы VT5 и VT6 быстро закроются и ток  в полуобмотках 1.1 и I.2 состояние  с появлением на ее выходах противофазных  импульсов.

Реле узла токовой защиты –специальное(т. е. не серийное). Обмотка  реле содержит 1 -2 витка (подбирают исходя из необходимого тока срабатывания защиты) изолированного провода, рассчитанного  на протекание тока 20...30 А. Провод наматывают на корпусе геркона КЭМ2 или любого другого с замыкающими контактами.   

В устройстве также имеется  узел защиты по току, собранный на реле К1. Для токовой защиты инвертора применено специальное реле, изготовленное на базе геркона КЭМ-2. Технические данные геркона КЭМ-2 приведены в таблице 6.2./10/

Общая длина, мм	41
Длина баллона, мм	20
Диаметр баллона, мм	3
Максимальная коммутационная мощность, Вт	9
Максимальный коммутационный ток, А	0,25
Максимальное коммутационное напряжение, В	180
Максимальное время срабатывания	1,0
Максимальное время отпускания	0,3
Максимальное МДС срабатывания, А	65
Минимальное МДС отпускания, А	10
Максимальный коэффициент  возврата	0,9
Минимальный коэффициент  возврата	0,35

Таблице 6.2 Технические данные геркона КЭМ-2.

Для обеспечения его срабатывания необходима МДС  F=65A. Считая ток срабатывания известным (Iср=30А), определим число витков обмотки реле, W.

                                                      W =   ,                                              (6.10)

где W- число витков, шт;

               F- максимальное МДС срабатывания, А;

              Iср- ток срабатывания, А.

Если Iср=20…30А, то

                                                      W = ≈3,25…2,2 Витка.

Можно принять W=3 витка.

В основе расчёта магнитной  цепи геркона лежит закон полного  тока:                                                                  

 где H- вектор напряжённости  магнитного поля;

                d- длина пути интнгрирования.

Учитывая, что в данном случае обмотка наматывается на корпус геркона, можно принять, что  L- это  длина баллона, и  [11], если обмотку располагать так, чтобы контакты были на осевой линии обмотки в её центре. Если обмотка находится на торце баллона, то напряжённость  H уменьшится почти в 2 раза. Таким образом перемещая обмотку вдоль баллона, можно в некоторых пределах отрегулировать чувствительность реле.

  Если же выходное переменное напряжение по какой-либо причине снизится, освещение фотодиода оптрона прекратится, микросхема DA1 перейдет в активное ток, протекающий через обмотку реле, превысит установленное значение, замкнутся контакты геркона К 1.1. На входе FC (вывод 1) микросхемы DA1 появится высокий уровень и выходы микросхемы переключатся в состояние низкого уровня, вызывая быстрое закрывание транзисторов VT5 и VT6 и резкое уменьшение потребляемого тока. После этого, несмотря на то что контакты геркона К1.1 будут разомкнуты, микросхема DA1 останется в заблокированном состоянии (низкий уровень на выходах).

Для запуска преобразователя  необходим перепад напряжения на входе IN (вывод 3) DA1, что достигается  либо кратковременным отключением  питания, либо кратковременным замыканием конденсатора С1 Для этого можно установить кнопку без фиксации, контакты которой подключить параллельно конденсатору С1 (на схеме рис. 1 не показана).

Поскольку выходное напряжение - меандр, для его сглаживания  и приближения к синусоидальной форме установлен конденсатор С8. Светодиод HL1 выполняет функцию индикатора наличия выходного напряжения преобразователя.

Трансформатор Т1 выполнен на основе промышленного ТС-180 от блока  питания лампового телевизора. Все  его вторичные обмотки удаляют, а сетевую на напряжение 220 В оставляют. Она служит выходной обмоткой преобразователя. Полуобмотки 1.1 и I.2 наматывают проводом ПЭВ-2 1,8. Они содержат по 35 витков. Начало одной обмотки соединяют с концом другой и получают среднюю точку первичной обмотки.

Детали устройства, кроме  трансформатора Т1, диодного моста VD4 и  конденсатора С8, расположены на односторонней  печатной плате из фольгированного  стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм, чертеж которой показан на рис. 2. Транзисторы VT5, VT6 впаяны в плату и привинчены через слюдяные прокладки к металлической  пластине размерами 40x30 мм, служащей теплоотводом. Винты, крепящие транзисторы, изолированы от пластины фторопластовыми трубками и стеклотекстолитовыми шайбами. Выводы обмоток I припаяны к контактным лепесткам, привинченным к фланцам транзисторов. Ниже на приведённом рисунке 6.3, показана схема расположение деталей на печатной плате и её габаритные размеры

 

           

Рисунок 6.3 Показана схема расположение деталей на печатной плате.

Сечение токоведущих дорожек, по которым протекает большой  ток, увеличивают напаиванием на них дополнительных проводников  и валиков из припоя.

Подбором резистора R3 устанавливают  необходимую частоту выходного  напряжения преобразователя, а подбором резистора R12 - амплитуду выходного  напряжения, равную 215...220 В, при минимальном  питающем напряжении (10 В).

 

 

7 ВЫБОР АВР

 

АВР (Автоматический ввод резерва) — позволяет переключить питание объекта на резервное питание от АКБ при отсутствии централизованного электроснабжения. В качестве контролирующего устройства используется реле контроля напряжения марки РКН-1-1-15 АС220В УХЛ2 , которое позволяет автоматически контролировать наличие напряжения в централизованной сети и при его отключении, переходить на резервный источник питания.

Реле предназначено для  защиты электрооборудования  от работы на пониженном или повышенном напряжении из-за неполадок в сети. Питание  реле осуществляется от контролируемого  напряжения, отдельного напряжения  питания не требуется.

Технологические характеристики реле приведены в таблице 7.2.

 

Номинальное напряжение, Uном	АС 220 В, 50 Гц
Максимальное допустимое напряжение питания	290 В
Минимальное допустимое напряжение питания	150 В
Контроль перенапряжения	-20%...+30% Uном
Контроль снижения напряжения	-30%...+20% Uном
Точность установки порогов  напряжения	5% Uном
Точность измерения	2% Uном
Гистерезис напряжения порога срабатывания	5% U ном
Время реакции	0,1…10 с
Мощность, потребляемая от сети	Не более 4 ВА
Максимальный коммутируемый  ток при активной нагрузке: АС 250 В, 50 Гц (АС1), DC 30 B (DC1)	16 A
Коммутируемая мощность	4000 ВА
Максимальное напряжение между цепями питания и контактами реле	АС2000В, 50 Гц, (1 мин).
Механическая износостойкость, циклов не менее	10 ˣ
Электрическая износостойкость, циклов не менее	100000
Количество и тип выходных контактов	1 переключающая группа
Рабочая температура	-25…+55°С
Температура хранения	-40…+60°С
Климатическое исполнение и  категория размещения	УХЛ 2
Габаритные размеры	17,5 Х 90 Х 66 мм
Степень защиты	IP40 – корпус               IР20 - клеммы