Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

07 Lis 2012 15:08 14676 29
  • Poziom 20  
    Witam.
    Zderzyłem się z problemem co do którego nie potrafię wybrać właściwej koncepcji. Problem polega na zbudowaniu przetwornicy do elektrowni wiatrowej o szerokim zakresie napięć wejściowych od przysłowiowego 0 do 320VDC. Oczywiście te zero to przesada 50VDC było by już bardzo satysfakcjonujące. maksymalny prąd z generatora to 3,5A. Napięcie wyjściowe z przetwornicy miałoby wynosić około 330VDC.

    przetwornica ma pracować w takiej konfiguracji

    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    przetwornica miała by zasilać (wspomagać) szynę DC zasilaną równolegle z sieci 230VAC poprzez zasilacz z PFC. Całość zasilać przetwornicę 320VDC/230VAC a ta docelowe odbiorniki.

    Pytanie w jakiej konfiguracji zbudować taką przetwornicę (boost jak w rysunku?).
    Jaki driver użyć? Jaka częstotliwość była by najbardziej optymalna?
  • Poziom 20  
    320V x 3,5A = 1120W to już całkiem sporo jak na małą elektrownie wiatrową.
    Generator jest zrobiony na oryginalnych uzwojeniach silnika aby nie pchać się w duże prądy. Jest to oczywiście moc maksymalna.
  • Poziom 27  
    A nie lepiej użyć oryginalnego PFC z jakiegoś urządzenia, oczywiście z zachowaniem przenoszonej mocy maksymalnej. Prąd z prądnicy do PFC i na wyjściu mamy w okolicach 350V (zależy od PFC). Ostatecznie można zrobić PFC na jakimś scalonym kontrolerze. Wykorzystał bym wersję podbijającą 310V do 400V, oczywiście z dopasowaniem napięć wejściowych i wyjściowych.
  • Poziom 20  
    Taką opcję też brałem pod uwagę. A co ze zmieniającą się częstotliwością generatora takie układy projektuje się pod konkretną częstotliwość np. 50Hz.

    Dodano po 38 [minuty]:

    Faktycznie zawsze zwracałem zawsze uwagę na pasywne PFC. Ale aktywne z odpowiednim sterownikiem powinny dać radę. Może to będzie rozwiązanie.
  • Poziom 20  
    Czyli taki układ

    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    powinien załatwić sprawę przynajmniej na etapie testów?
  • Pomocny post
    Poziom 27  
    To właśnie miałem na myśli, na początek jednak zastanowił bym się nad wykorzystaniem gotowego PFC z jakiegoś zasilacza, np. komputerowego większej mocy.
  • Poziom 20  
    Witam niestety pierwsze próby to kompletna klapa - szlak trafił układ PFS714EG oraz parę innych elementów (znowu koszty). Jednak nie zniechęcając się zbudowałem sobie boosta na NE555 tak na otarcie łez. I tutaj pytanie jak zasilać taki układ przy tak zmiennym napięciu (12-400VDC).

    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    Mój układ jest bardzo zbliżony do tego powyżej. Do sterowania mosfeta użyłem IR2110 na jego wejście SD podałem sygnał z komparatora od regulacji napięcia. Wejście to chcę jeszcze wykorzystać do ograniczenia prądu nasycenia dławika - również jakaś prosta aplikacja na komparatorze.
  • Poziom 1  
  • Poziom 20  
    Cytat:
    Moze zdecydujesz przynajmniej, w jakim ekonomicznie i technicznie sensownym zakresie napiec wejsciowych ta przetwornica powinna pracowac.


    To jest elektrownia wiatrowa, nie panele sloneczne. Niestety mamy tu do czynienia ze zmiennością napięcia w zakresie od 0 do 400V(w moim przypadku). I dlatego nie upieram się że układ powinien startować od np. 1,5 V - bo to jest bez sensu. I jak piszesz nieuzasadnione ekonomicznie. Dlatego może to być 12...30VDC możliwie jak najniższe.
    Co do jasnowidztwa to faktycznie poszedłem na skróty, ale tu niestety brak czasu i obowiązki robią swoje. W czwartek postaram się wrzucić dokładniejsze schematy, a przynajmniej jakiś filmik z pracy układu może to rozjaśnić parę kwestii.
  • Poziom 1  
  • Poziom 20  
    Witam zapewne o taką charakterystykę tobie chodzi.
    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    moc ok. 500W przy 750 obr/min

    Cytat:
    Jesli zalozyc dla przetwornicy stala czestotliwosc pracy F, maksymalny prad induktora ILmax, wspolczynnik wypelnienia D-min = 10% przy Uin-max = 400 V oraz D-max = 100%, to dla Uin = Uin-max/10 = 40 V optymalne D wyniesie 100%. Ponizej tej wartosci Uin uklad bedzie poza optimum, limitowany przez D-max.


    Jestem w stanie uzyskać 40VDC przy ok 50obr/min przy podłączeniu w gwiazdę. Jeżeli znacznie uprościło by to konstrukcję to jak najbardziej jest to do przyjęcia.
  • Poziom 1  
  • Poziom 20  
    nemo07
    Bardzo dziękuję za zainteresowanie tematem. Ale niestety nie zawsze mam na tyle czasu aby sprostać twoim wymaganiom - jak najbardziej słusznym. A wymagania masz duże bo z twoich postów można wnioskować, że chcesz aby ta przetwornica pracowała jako kontroler MPPT elektrowni wiatrowej :) . Niestety przetwornice sa dla mnie praktycznie zupełnie nowym tematem tak więc proszę o cierpliwość. pewnych rzeczy muszę po prostu sie douczyć - nie zaśmiecając forum głupimi pytaniami, są przecież google.
  • Poziom 20  
    Witam po już ponad dwóch miesiącach testów oraz prób. Niestety większość przetestowanych układów nie zdała egzaminu. Aktywne firmowe PFC zbyt gwałtownie obciążało turbinę i powodowało jej gwałtowne wyhamowanie. Miałem także problem z podłączeniem się do wspólnej szyny DC (niewłaściwa separacja zasilania sterownika układu PFC). Prosty układzik na NE555 i komparatorze zachowywał się podobnie.
    Obecnie zrobiłem przetwornice BOOST na uC ATmega8. Układ dodatkowo obsługuje falownik 1 fazowy(sinus - PWM). Poszczególne elementy wykonane są na osobnych płytkach przetwornica boost, inwerter oraz moduł sterownika(jeszcze na płytce uniwersalnej).

    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    Pozostaje jeszcze problem odpowiedniego zaprogramowania uC, aby jak najlepiej wykorzystywał energię wiatru. Tutaj nie wiem czy mam mierzyć dodatkowo prędkość wiatru, moc oddawaną, obroty wiatraka, (napięcie na wyjściu z wiatraka oraz z przetwornicy już mierzę). Może ktoś z was ma pomysł na dobry algorytm.
  • Poziom 20  
    Ostatnio troszkę jeszcze popracowałem nad koncepcją i działaniem układu i wyszło mi coś takiego

    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    Trochę odciążyłem mikrokontroler, a całą ciężką robotę zostawiłem scalakowi UC3843 -kontrola prądu i napięcia. Przez układ przy zasilaniu z sieci (odpowiednik maksymalnego napięcia z EW) udało mi sie przepuścić 1,2kW.

    A tak wygląda schemat
    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    Układ pracuje na 95kHz
    D1 i D2 szybkie po 15A
    D4 - 1N4004
    L1 - 1,3mF
    Q1 - 2SK2698
    Q2 - BC558C
    C1,C3 - 330µF(dołączane przewodami)
    C2,C4 - 2x1,5µF
    C5 - 47nF
    C6 - 2x 10nF
    C7 - 100nF
    C8 - 100nF
    C9 - 100µF
    R1 - 680kΩ
    R2 - 680kΩ
    R3 - 10kΩ
    R4 - pot. 100kΩ
    R5 - 0,1Ω
    R6 - 1kΩ
    R7 - 68Ω
    R8 - 10kΩ
    R9 - 10kΩ
    R10 - 1kΩ

    Jeżeli coś można poprawić w schemacie to piszcie - będę wdzięczny.
  • Poziom 21  
    Wydaje mi się że do algorytmu będzie niezbędny pomiar prędkości wiatru i charakterystyka śmigieł bez tego ani rusz. Pewnie będą się też zdarzać sytuacje że napięcie będzie większe niż nam potrzeba i dobrze było by je obniżyć, a to znowu będzie komplikować budowę.
    Jeśli prądnica będzie np. na napięcie nominalne 230 V, to bez problemu przy silniejszych podmuchach wiatru osiągnie 500 V, na to trzeba być przygotowanym i wziąć to pod uwagę przy projektowaniu układu.
    Kiedyś robiłem prądnicę i porównałem osiągi prądnicy obciążonej stałą rezystancją do osiągów śmigieł, tak to wygląda:
    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?
    Może do czegoś się przyda.
  • Poziom 20  
    Tak wydaje się to najłatwiejszy sposób mierzyć obroty wiatraka i aktualną prędkość wiatru porównując to z TSR na jaki zostały zaprojektowane śmigła. I jak widać z twoich pomiarów MPPT to konieczność. Wiatrak bez MPPT praktycznie nigdy nie pracuje w swoim optimum.

    TUTAJ filmik z testu na świetlówce kompaktowej jaki przed chwilą zrobiłem. Przy najbliższej okazji zrobię też przy większym napięciu i mocy oczywiście. Wcześniej nie miałem okazji.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 20  
    jaszto
    Cytat:
    Układ z NE555 nie był zły

    Nie był też idealny
    -brak kontroli napięcia na wyjściu
    -brak kontroli prądu
    a cena praktycznie identyczna a wszystko jest już w scalaku
    Cytat:
    Spróbuj prostej matematyki:
    Moc wiatraka=prędkość wiatru^4=U*I

    moc wiatru jest do trzeciej potęgi a nie czwartej
    Cytat:
    Twój pierwszy wykres pokazuje moce zależne od obrotów a nie od wiatru.
    nierealne jest bowiem by moc prądnicy była większa od mocy wiatraka.

    Wykres jest prawidłowy wydajność prądnicy dla prędkości niższych od znamionowych elektrowni wiatrowej(zespołu wiatrak + prądnica) jest wyższa od możliwości turbiny wiatrowej, co powoduje jej wyhamowanie przy nie odpowiednim obciążeniu.
    Cytat:
    Po mojemu zbyt wiele sobie obiecywałeś wyciągnąć z tego systemu.

    Zdaję sobie sprawę że przy małych wiatrach energia uzyskana z EW będzie znikoma kilka wat. Filmik pokazuje jedynie że przetwornica działa w bardzo szerokim zakresie napięć wejściowych. Problemem odpowiedniego dopasowania(ograniczania prądu) będzie zajmował się mikrokontroler dopasowując moc przetwornicy do mocy wiatru.
  • Poziom 14  
    tomleszno Jak idą dalsze prace ?
  • Poziom 20  
    Narazie powoli ale do przodu. Ostatnio dorobiłem taki moduł "samowzbudzającego" się zasilacza do UC3843.

    Przetwornica do elektrowni wiatrowej - jaka?

    L1 to kilka zwoi nawinętych na dławik w przetwornicy.
  • Poziom 14  
    Tomleszno jaki masz dławik bo do mocy 1kW to potrzebujesz rdzeń z prawdziwego zdażenia.. Robiłeś może testy sprawnościowe ?
  • Poziom 20  
    Dławik z tego zestawu http://www.feryster.pl/polski/PDFFiles/rdr236.pdf
    Cytat:
    do mocy 1kW to potrzebujesz rdzeń z prawdziwego zdażenia

    tak ale częstotliwość pracy robi swoje więc i rozmiary nie powalają. Moc 1kW uzyskiwana jest przy napięciu wejściowym ponad 200VDC. Przy napięciach niższych takich mocy się nie uzyska. Ograniczeniem jest maksymalny prąd dławika. No i oczywiście moc wiatraka dla danych prędkości wiatru.

    Sprawność co najmniej 80%. Testy wykazywały więcej ale jakość mierników nie była powalająca.
  • Poziom 20  
    Witam po małej przerwie.

    Rozwijam powoli swój projekcik i zaczyna wyglądać to tak.

    https://obrazki.elektroda.pl/1627761200_1374068916.png

    IC1 to oczywiście UC3843

    Jeżeli macie jakieś sugestie to piszcie. I jeszcze jedno, które elementy przetwornicy powinny być zlokalizowane jak najbliżej siebie na PCB.

    PS

    Dzięki gulson za pomoc techniczną
  • Poziom 18  
    Odnalazłem ten temat i dodam swoje spostrzeżenia. Opracowania akademickie donoszą, że tego typu przetwornice stosuje się do 150W. Aby poprawić pulsacje prądu i efektywność stosuje się układ dwufazowy. Budowałem taką przetwornicę obniżającą na SG3525 z dobrym skutkiem jako regulator napięcia do wiatraka. Wrócę do tego pomysłu, ale z MPPT . Teraz kończę przetwornicę przeciwsobną 12v/320v do falownika sinus. Sprawność 97% moc celowana. Całkowita sprawność około 90% i sinus THD 1,7 %. Kol. tomleszno jak prace nad twoim falownikiem?
  • Poziom 20  
    Niestety prace mocno wyhamowały. Jestem w trakcie budowy i na hobby nie zostało za wiele czasu.

    Cytat:
    Opracowania akademickie donoszą, że tego typu przetwornice stosuje się do 150W


    Zapewne i tak jest, dla tradycyjnych zastosowań. Ale ten układ bardziej pracuje jak przetwornica PFC. A te zaczyna się budować od takich mocy.
  • Poziom 18  
    Zastanawiam się jeszcze jak to będzie z separacją galwaniczną przy tych dławikach. Ja mam transformator odseparowany, ale stabilizacja napięcia odbywa się względem wspólnej masy. U mnie to będzie ups i o wiele łatwiej sterowanie zaniku sieci zrealizować z masą na neutralnym przewodzie sieci. Sprawdzałem na wiatraku różnicowy wyłącznik i działa. Trzeba zadbać o dobre izolacje uzwojeń i tyle. Budowa absorbuje to fakt.
  • Poziom 20  
    stev-an napisałeś

    Cytat:
    Zastanawiam się jeszcze jak to będzie z separacją galwaniczną przy tych dławikach.


    separacji nie ma, ale nie jest to wielka wada jeżeli weźmie się pod uwagę fakt że na wyjściu jest napięcie ponad 320VDC. I tak należy zwrócić szczególną uwagę na bezpieczeństwo przy tych napięciach. W swoich układach staram się wzorować na budowie falowników stosowanych w przemyśle(brak separacji). Zresztą z nich posiadam większość części :D . Stabilizacja za przetwornicą jest w tym układzie praktycznie idealna. Czuwa zresztą nad nią specjalnie do tego zaprojektowany układ UC3843.

    Cytat:
    Budowa absorbuje to fakt.
    właśnie jestem w pracy :D to mam chwilkę wolnego czasu :sleeping: .