電子負荷コントローラー（ELC）回路

投稿では、ダミー負荷の配列を追加または差し引くことにより、水力発電システムの回転速度を自動的に調整および制御する単純な電子負荷コントローラーまたはガバナ回路について説明しています。この手順により、ユーザーの電圧と周波数の出力が安定します。アイデアはアポンソさんからリクエストされました

技術仕様：

返信ありがとうございます。私は2週間国外にいました。情報をありがとう、タイマー回路は今非常にうまく機能しています。
ケースII、電子負荷コントローラー（ELC）が必要です私の水力発電所は5 kw単相220Vおよび50Hzであり、ELCを使用して余剰電力を制御する必要があります。私の要件に信頼できる回路を与えてください
再び

デザイン

あなたが自由に流れる小川、川の小川、あるいはあなたの裏庭の近くに活発な小さな水が落ちる幸運な人々の一人なら、ミニ水力発電機を経路に設置するだけでそれを自由な電気に変換することを考えることができます水の流れ、そして生涯無料の電気へのアクセス。

ただし、このようなシステムの主な問題は、発電機の速度であり、電圧と周波数の仕様に直接影響します。

ここで、発電機の回転速度は、水の流れの力と発電機に接続された負荷の2つの要因に依存します。これらのいずれかが変化すると、発電機の速度も変化し、出力電圧と周波数が同等に減少または増加します。

冷蔵庫、AC、モーター、ボール盤などの多くの電化製品では、電圧と周波数が重要であり、それらの効率に直接関係している可能性があることは誰もが知っています。したがって、これらのパラメーターの変更を軽視することはできません。

電圧と周波数の両方が許容範囲内に維持されるように上記の状況に対処するために、ELCまたは電子負荷コントローラーは通常すべての水力発電システムで使用されます。

水の流れを制御することは実行可能なオプションではないため、計算された方法で負荷を制御することが、上記の問題の唯一の解決策になります。

これは実際にはかなり簡単です。発電機の電圧を監視し、いくつかのダミー負荷をオンまたはオフに切り替えて、発電機の速度の増減を制御および補償する回路を採用することがすべてです。

以下では、2つの単純な電子負荷コントローラー（ELC）回路（私が設計）について説明します。これらの回路は、自宅で簡単に構築でき、小水力発電所の規制案に使用できます。次の点で彼らの操作を学びましょう：

ICLM3915を使用したELC回路

カスケード接続されたLM3914またはLM3915ICをいくつか使用する最初の回路は、基本的に20ステップの電圧検出器ドライバ回路として構成されています。

ピン＃5で0〜2.5VのDC入力を変化させると、2つのICの20個の出力で同等のシーケンシャル応答が生成されます。LED＃1からLED＃20まで、つまり0.125Vで、最初のLEDが点灯します。入力が2.5Vに達すると、20番目のLEDが点灯します（すべてのLEDが点灯します）。

その間に何かがあると、対応する中間LED出力が切り替わります。

発電機が220V / 50Hz仕様であると仮定しましょう。つまり、速度を下げると、指定された電圧と周波数が低下し、その逆も同様です。

提案された最初のELC回路では、抵抗分割器ネットワークを介して220Vを必要な低電位DCに下げ、最初の10個のLED（LED＃1と残りの青い点）がちょうど点灯するようにICのピン＃5に給電します。

現在、これらのLEDピン配列（LED＃2からLED＃20）には、国内の負荷に加えて、個々のMOSFETドライバーを介して個々のダミー負荷も取り付けられています。

国内の有用な負荷は、LED＃1出力のリレーを介して接続されます。

上記の条件では、すべての家庭用負荷が使用されている間、220Vで、9つの追加のダミー負荷も点灯し、必要な220V @ 50Hzを生成するように補正します。

ここで、発電機の速度が220Vマークを超える傾向があると仮定すると、これはICのピン＃5に影響を与え、それに応じて赤い点でマークされたLEDを切り替えます（LED＃11以降）。

これらのLEDがオンになると、対応するダミー負荷がほつれに追加され、それによって発電機の速度が絞られて通常の仕様に戻ります。これにより、ダミー負荷が逆の順序で再びオフになり、これがオンになります。モーターの速度が通常の定格を超えないように自動調整します。

次に、水流電力の低下によりモーター速度が低下する傾向があると仮定すると、青色でマークされたLEDが順次停止し始めます（LED＃10から始まり、下向き）。これにより、ダミー負荷が減少し、モーターが過剰負荷から解放されて復元されます。元のポイントに向かう速度。このプロセスでは、発電機モーターの正確な推奨速度を維持するために、負荷が順番にオン/オフに切り替わる傾向があります。

ダミーロードは、ユーザーの好みや条件付きの仕様に従って選択できます。各LED出力で200ワットの増分がおそらく最も好ましいでしょう。

ダミー負荷は、200ワットの白熱灯やヒーターコイルなど、本質的に抵抗性である必要があります。

回路図

PWMを使用したELC回路

2番目のオプションはかなり興味深く、さらに単純です。与えられた図に見られるように、2つの555 ICがPWMジェネレータとして使用され、IC2のピン＃5に供給される対応して変化する電圧レベルに応じてマーク/スペース比を変更します。

よく計算された高ワット数のダミー負荷は、IC＃2のピン＃3にある唯一のMOSFETコントローラーステージに取り付けられています。

上記のセクションで説明したように、ここでも220Vに対応する低いサンプルDC電圧がIC2のピン＃5に印加され、ダミー負荷の照明が国内負荷に合わせて調整され、発電機の出力が220Vの範囲内に保たれます。

ここで、発電機の回転速度が高い側にドリフトすると、IC2のピン＃5で同等の電位上昇が発生し、MOSFETのマーク比が高くなり、負荷により多くの電流を流すことができると仮定します。 。

負荷電流が増加すると、モーターは回転しにくくなり、元の速度に落ち着きます。

モーターの速度を通常の仕様に引き上げるためにダミー負荷が弱められると、速度がより低いレベルに向かってドリフトする傾向がある場合、まったく逆のことが起こります。

モーターの速度が必要な仕様から大きくシフトしないように、一定の「綱引き」が継続されます。

上記のELC回路は、すべてのタイプのマイクロ水力発電システム、水車小屋システム、さらには風車システムで使用できます。

次に、同様のELC回路を使用して風力発電機ユニットの速度と周波数を調整する方法を見てみましょう。このアイデアは、NileshPatil氏から要求されました。

技術仕様

私はあなたの電子回路とそれを作成する趣味の大ファンです。基本的に私は、毎年15時間の停電問題に直面している地方出身です。

停電で充電されないインバーターを買いに行っても。

私は12vバッテリーの充電をサポートする風車発電機（非常に安いコストで）を作成しました。

同じように私はあまりにも高価な風車チャージタービンコントローラーを購入しようとしています。

だからあなたから適切なデザインがあれば私たち自身を作成することを計画しました

発電機容量：0〜230ACボルト

入力0〜230 v AC（風速によって異なります）

出力：12 V DC（十分なブーストアップ電流）。

過負荷/排出/ダミー負荷処理

あなたからそれと必要なコンポーネントとPCBを開発するために私が提案または助けてくれませんか

成功したら、同じ回路がたくさん必要になるかもしれません。

デザイン

上記で要求された設計は、以前の私の投稿の多くですでに説明したように、降圧トランスとLM338レギュレータを使用するだけで実装できます。

以下で説明する回路設計は、上記の要求とは関係ありません。むしろ、主電源の50Hzまたは60Hzの周波数仕様が割り当てられたAC負荷の動作に風力発電機が使用される状況での非常に複雑な問題に対処します。

ELCのしくみ

電子負荷コントローラは、実際に使用可能な負荷と並列に接続されたダミー負荷またはダンプ負荷のグループのスイッチングを調整することにより、関連する発電機モーターの速度を解放または停止するデバイスです。

上記の操作が必要になるのは、関係する発電機が、小川、川、滝、または風を介して流れる水など、不規則で変化する水源によって駆動される可能性があるためです。

上記の力は、それらの大きさを支配する関連するパラメータに応じて大幅に変化する可能性があるため、発電機はそれに応じて速度を増減することも強制される可能性があります。

速度の増加は、電圧と周波数の増加を意味し、接続された負荷にさらされ、望ましくない影響と負荷の損傷を引き起こす可能性があります。

ダンプロードの追加

発電機全体の外部負荷（ダンプ負荷）を追加または差し引くことにより、発電機の速度が周波数と電圧の指定されたレベルにほぼ維持されるように、その速度を強制ソースエネルギーに対して効果的に打ち消すことができます。

以前の投稿の1つで、シンプルで効果的な電子負荷コントローラ回路についてすでに説明しました。現在のアイデアはそれから着想を得ており、その設計と非常によく似ています。

次の図は、提案されたELCをどのように構成できるかを示しています。

回路の心臓部はICLM3915であり、これは基本的に、順次LED照明を介して供給されるアナログ電圧入力の変動を表示するために使用されるドット/バーLEDドライバーです。

ICの上記の機能は、ELC機能を実装するためにここで活用されています。

発電機220Vは、最初に降圧変圧器を介してDC 12Vに降圧され、ICLM3915および関連するネットワークで構成される電子回路に電力を供給するために使用されます。

この整流された電圧は、ICの検出入力であるICのピン＃5にも供給されます。

比例した検出電圧の生成

変圧器からの12Vが発電機からの240Vに比例すると仮定すると、発電機の電圧が250Vに上昇すると、変圧器からの12Vが次のように比例して増加することを意味します。

12 / x = 240/250

x = 12.5V

同様に、発電機の電圧が220Vに低下すると、それに比例して変圧器の電圧が次のように低下​​します。

12 / x = 240/220
x = 11V

等々。

上記の計算は、発電機のRPM、周波数、および電圧が非常に線形であり、互いに比例していることを明確に示しています。

以下の提案された電子負荷コントローラ回路設計では、ICのピン＃5に供給される整流電圧は、使用可能なすべての負荷がオンになっている状態で、ランプ＃1、ランプ＃2、ランプ＃3の3つのダミー負荷のみがオンになるように調整されます。スイッチをオンのままにしておくことができます。

これは、負荷コントローラーの合理的に制御されたセットアップになります。もちろん、調整の変動範囲は、ユーザーの好みや仕様に応じて、さまざまな大きさにセットアップおよび調整できます。

これは、ICのピン＃5で指定されたプリセットをランダムに調整するか、ICの10個の出力に異なる負荷のセットを使用することによって行うことができます。

ELCの設定

上記の設定で、発電機が240V / 50Hzで動作し、ICシーケンスの最初の3つのランプがオンになり、すべての外部使用可能負荷（アプライアンス）がオンになっていると仮定します。

この状況で、いくつかのアプライアンスのスイッチをオフにすると、発電機の負荷が軽減されて速度が向上しますが、速度が上がると、ICのピン＃5の電圧も比例して増加します。

これにより、ICは、後続のピン配置を順番にオンにするように促されます。これにより、必要な割り当てられた速度と周波数を維持するために、ジェネレータの速度が停止するまで、ランプ＃4、5、6などがオンになります。

逆に、ソースエネルギー条件の低下により発電機の速度が低下する傾向がある場合、電圧がセットを下回るのを防ぐために、ICがランプ＃1、2、3を1つずつまたはいくつかオフにするように促されると仮定します。 、正しい仕様。

ダミー負荷はすべて、PNPバッファトランジスタステージとそれに続くNPNパワートランジスタステージを介して順次終端されます。

すべてのPNPトランジスタは2N2907ですが、NPNはTIP152であり、IRF840などのNMOSFETに置き換えることができます。

上記のデバイスはDCでのみ動作するため、ジェネレータの出力は、必要なスイッチングのために10アンペアのダイオードブリッジを介してDCに適切に変換されます。

ランプは、定格200ワット、定格500ワット、またはユーザーの好みに応じて、発電機の仕様にすることができます。

回路図

これまで、シーケンシャルマルチダミーロードスイッチャーの概念を使用して効果的な電子負荷コントローラー回路を学習しました。ここでは、トライアック調光器の概念と単一負荷を使用した同じもののはるかに単純な設計について説明します。

ディマースイッチとは

調光スイッチ装置は私たち全員がよく知っているものであり、私たちの家、オフィス、ショップ、モールなどに設置されているのを見ることができます。

調光器スイッチは、ポットと呼ばれる関連する可変抵抗を変えるだけで、ライトやファンなどの接続された負荷を制御するために使用できる主電源操作の電子デバイスです。

制御は基本的にトライアックによって行われ、トライアックは誘導された時間遅延周波数で強制的に切り替えられ、AC半サイクルの一部の間だけオンのままになります。

このスイッチング遅延は、調整されたポット抵抗に比例し、ポット抵抗が変化すると変化します。

したがって、ポット抵抗を低くすると、トライアックは位相サイクル全体でより長い時間間隔で導通することが可能になり、より多くの電流が負荷を通過できるようになり、これにより負荷がより多くの電力でアクティブになります。

逆に、ポット抵抗が減少すると、トライアックは位相サイクルのはるかに小さなセクションに比例して導通するように制限され、そのアクティブ化によって負荷が弱くなります。

提案された電子負荷コントローラ回路では、同じ概念が適用されますが、ここでは、ポットは、遮光密閉エンクロージャ内にLED / LDRアセンブリを隠すことによって作成されたオプトカプラに置き換えられています。

ELCとして調光スイッチを使用する

概念は実際には非常に単純です。

オプト内のLEDは、発電機の出力から得られる比例して降下する電圧によって駆動されます。つまり、LEDの明るさは、発電機の電圧変動に依存するようになります。

トライアック伝導に影響を与える抵抗は、オプトアセンブリ内のLDRに置き換えられます。つまり、LEDの輝度レベルがトライアック伝導レベルの調整に関与するようになります。

最初に、ELC回路には、正しい指定速度より20％速い速度で動作する発電機からの電圧が印加されます。

合理的に計算されたダミー負荷がELCと直列に接続され、ダミー負荷がわずかに点灯するようにP1が調整され、必要な仕様に従って発電機の速度と周波数が正しいレベルに調整されます。

これは、発電機の電力に関連している可能性のある、スイッチがオンになっているすべての外部アプライアンスで実行されます。

上記の実装は、ジェネレーターの速度で発生する不一致に対処するためにコントローラーを最適にセットアップします。

ここで、いくつかの電化製品のスイッチがオフになっていると、発電機に低圧が発生し、発電機の回転が速くなり、より多くの電力が生成されると仮定します。

ただし、これにより、オプト内のLEDが比例して明るくなり、LDR抵抗が減少するため、トライアックがより多く導通し、ダミー負荷から過剰な電圧が比例して排出されます。

この状況では、明らかに白熱灯であるダミー負荷が比較的明るく光り、発電機によって生成された余分な電力を排出し、発電機の速度を元のRPMに戻します。

回路図

単一ダミー負荷、電子負荷制御回路の部品リスト

• R1 = 15K、
• R2 = 330K
• R3 = 33K
• R4 = 47K2ワット
• R5 = 47オーム
• P1 = 100K1ワットプリセット
• C1 = 0.1uF / 1KV
• C2、c3 = 0.047uF / 250V
• OPTO =白色の高輝度5MMLEDのアセンブリ、および適切なLDR
• L1 = 100mH、20アンペアのフェライトコアインダクタ
• ダミー負荷= 2000ワットランプ
• DC = DIAC DB-3 BIG
• TR1 =トライアックBTA41 / 600