Дачная электростанция

Многие будущие садоводы на начальном этапе строительства не могут воспользоваться деревообрабатывающим станком и другими электроинструментами из-за отсутствия электроэнергии. В этом случае выручит дачная электростанция мощностью 1…2 кВт, которую можно изготовить на основе популярного мотокультиватора «Крот». Его одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания имеет мощность «на валу» 1,9 кВт при расходе бензина менее одного литра в час. Кстати, двигатель можно купить в магазине и отдельно от культиватора.

При изготовлении дачной электростанции возникает проблема — большинство деревообрабатывающих станков работает либо от трехфазного электродвигателя на 220 В и 50 Гц, либо от однофазного на те же напряжение и частоту. Электростанцию с такими характеристиками реализовать крайне сложно.

В дачных условиях оптимален агрегат, состоящий из бензомотора, деревообрабатывающего станка и вполне доступного генератора от автомобиля. Современный автомобильный генератор — это трехфазная синхронная электрическая машина с электромагнитным возбуждением, с встроенными выпрямителем и нередко регулятором напряжения.

Мощность большинства таких генераторов—около 500 Вт. Например, Г-250-Н1 (от автомобиля ГАЗ-24 «Волга») обеспечивает при выходном напряжении 12 В и частоте вращения вала 2100 мин -1 выходной сред невыпрямленный ток 28 А, а максимальный выходной ток может достигать 40 А. Модифицированный вариант этого генератора, устанавливаемый на автомобиль ГАЗ-24-10, за счет уменьшения сопротивления обмотки возбуждения и увеличения тока через нее при той же частоте вращения якоря обеспечивает выходной ток 50 А при напряжении 14 В. Такой мощности недостаточно для нормальной работы многих электроинструментов, да и напряжение 12… 14 В для них не подходит.

Между тем при увеличении частоты вращения и тока возбуждения примерно в 1,5 раза с генератора Г-250-Н1 можно снять вдвое большее напряжение при том же выходном токе, что соответствует мощности 1…1.2 кВт. При указанном значении выходного тока потери в статоре практически не изменятся, а некоторое увеличение рассеяния мощности в обмотке возбуждения будет с лихвой компенсировано исключением потерь во встроенных выпрямительных диодах, поэтому тепловой режим генератора не ухудшается. Выходное напряжение генератора 24…27 В легко повысить до 220 В трехфазным трансформатором или тремя однофазными. Трехфазное напряжение 220 В частотой 100…400 Гц следует выпрямить и полученным постоянным напряжением питать любые электроинструменты с коллекторным электродвигателем.

Автором был изготовлен деревообрабатывающий станок с бензиновым двигателем от «Крота» и встроенным автомобильным генератором Г-250-Н1 с электронным блоком, обеспечивающим повышение напряжения и его стабилизацию. Общая электрическая схема блока представлена на рис.1. Из генератора от обмоток статора проводами сечением не менее 2,5 мм2 через разъем X1 выведено переменное трехфазное напряжение около 27 В. Его повышают до 220 В трансформаторы Т1-ТЗ и выпрямляет диодный трехфазный мост VD2-VD7.

Электрическая схема электронного блока, обеспечивающего повышение напряжения и его стабилизацию

Рис 1.Электрическая схема электронного блока, обеспечивающего повышение напряжения и его стабилизацию

В основу стабилизатора напряжения положен простой термокомпенсированный регулятор напряжения, описанный в «Радио», 1994, №1, с.34, 35. Схема стабилизатора показана на рис.2. В регуляторе исключена цель подачи контролируемого напряжения непосредственно от батареи аккумуляторов через коммутатор, управляемый от замка зажигания. Для стабилизации выходного напряжения 220 В его часть, которую определяет делитель R1R2RЗ, сравнивается с образцовым, снимаемым со стабилитрона VD1.

Схема стабилизатора

Рис 2.Схема стабилизатора

Устройство оснащено ограничителем тока нагрузки, собранным на элементах R4 R9 R10, VT1. Если выходной ток превышает 6 А, открывается транзистор VТ1, что уменьшает напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA1 (работающего компаратором напряжения) и приводит к уменьшению выходного напряжения. Резисторы R7, R9 и R10 подобраны так, что в режим стабилизации тока устройство не переходит, выходное напряжение снижается относительно плавно, чтобы выходная мощность не превышала 1,2..1,3 кВт.

От замыкания цепи нагрузки устройство защищено благодаря наличию стабилитрона VD2. В этом случае напряжение на выходе «Я» генератора падает ниже порога открывания стабилитрона и подача тока в обмотку возбуждения прекращается.

Устройство обеспечивает весьма высокую стабильность выходного напряжения — при изменении нагрузки или частоты вращения изменения напряжения по вольтметру PV1 класса 4 не заметно (если, конечно, обеспечен необходимый запас на частоте вращения).

К сожалению, остаточной намагниченности ротора генератора недостаточно для его самостоятельного возбуждения, поэтому для пуска приходится использовать батарею GB1 (рис.1). Хорошие результаты получены с автомобильной батареей аккумуляторов на 12 В. Удовлетворительно возбуждался генератор с одним-двумя конденсаторами К50-18 емкостью 100 ООО мкФ вместо батареи GB1, заряженными до напряжения 12…24 В, например, от батареи гальванических элементов.

Для зарядки конденсаторов при кратковременных перерывах в работе электростанции можно включить резистор сопротивлением 10…20 Ом параллельно диоду VD1. Перед остановкой двигателя следует зарядить конденсатор, нажав на несколько секунд на кнопку SB1, а после запуска двигателя нажать на нее еще раз,

Пусковой ток мощных коллекторных двигателей (например, электропилы ИЭ-5107А) весьма велик и вызывает срыв работы генератора, поэтому при работе с такими потребителями батарея аккумуляторов GB1 должна быть подключена постоянно. Ток от нее генератор потребляет только в моменты пуска электроинструмента, после чего диод VD1 закрывается. Вместо кнопки SB1 удобно использовать тумблер П2Т-10, имеющий три положения, одно из которых не фиксируется.

Следует иметь в виду, что при постоянно подключенной батарее аккумуляторов устройство защиты от замыкания выхода не действует, поэтому в выходную цепь последовательно с амперметром PA1 целесообразно ввести предохранитель на 10 А.

Шкив на выходном валу редуктора бензодвигателя мотокультиватора «Крот» заменен на двухручьевой того же диаметра (130 мм), а на вал генератора установлен двухручьевой диаметром 55 мм. Два ремня можно использовать от того же мотокультиватора. Если ограничить выходную мощность станции на уровне 700 Вт, можно ограничиться одним ремнем.

Электронный блок собран на двух одинаковых поддонах размерами каждый 385x180x20 мм, которые скреплены между собой трансформаторами Т1—ТЗ, использованными в качестве своеобразных стоек. Применение диодов VD2—VD4 и VD5—VD7 разных типов (различная «цоколевка») позволило установить весь выпрямитель всего на двух теплоотводах (не менее 4 при однотипных, если не использовать изолирующие прокладки, что в данном случае нежелательно). Игольчатые теплоотводы с габаритами 170x35x20 мм прикреплены на кронштейнах к нижнему поддону. Там же установлен стабилизатор напряжения, собранный в коробке от автомобильного реле-регулятора РР-24. На верхнем поддоне установлен вольтметр PV1 на 300 В, амперметр РА1 на 10 А, кнопка SВ1, диод VD1 на стеклотекстолитовой пластине, гнезда Х2 (Г4) для подключения нагрузки и разъем Х1 — для генератора.

В устройстве использованы серийные трансформаторы ТПП319-220-50, соединение их обмоток иллюстрирует рис.3. При таком соединении каждый из них на частоте 50 Гц эквивалентен трансформатору с первичной обмоткой на 13 В, вторичной — на 110 В и мощностью 200 Вт. Примерно на такие же параметры следует рассчитывать трансформаторы при самостоятельном изготовлении (можно снизить их мощность до 150 Вт). При использовании трансформаторов ТПП319-127/220-50 следует соединить выводы сетевых обмоток так, как указано на рис. 3 в скобках. Вполне применимы трансформаторы ТН60-127/220-50 и ТН61-127/ 220-50. но не ТН60-220-50 и ТН61-220-50.

Соединение выводов сетевых обмоток

Рис 3. Соединение выводов сетевых обмоток

В дачной электростанции может быть использован генератор практически от любых современных автомобилей. Если у него неисправен выпрямитель, то его можно собрать аналогично мосту VD2—VD7 на двух теплоотводах вдвое меньших размеров.

Если генератор оказался с неисправной обмоткой статора или приобретение (изготовление) трех трансформаторов вызывает трудности, целесообразно перемотать обмотки статора на напряжение 220 В. Для этого, удалив старые обмотки, на каждый полюсный наконечник следует намотать по 95 витков провода ПЭВ-2 или ПЭЛИЮ диаметром 0,5 мм. Соединение обмоток — такое же, что до перемотки. Обмотки необходимо пропитать каким-либо лаком, предварительно убедившись, что он не разрушает изоляцию провода.

Для перемотанного генератора трансформаторы Т1—ТЗ становятся ненужными, а питать обмотку возбуждения и стабилизатор следует через понижающий трансформатор. Его первичную обмотку подключают к любой паре из трех выводов генератора, а к вторичной обмотке присоединяют диодный мост, например, из четырех диодов КД206А, и оксидный конденсатор емкостью 10 000 мкФ. Трансформатор должен иметь соотношение витков примерно 220:26 (соответственно 110 и 13 В на частоте 50 Гц при мощности 50…70 Вт); подойдет любой из указанных серийных трансформаторов: ТПП266, ТПП276, ТН42, ТН44, ТН45, ТН46. ТН51, но обязательно с дальнейшим обозначением 127/220-50для того, чтобы сетевые обмотки можно было соединить параллельно на напряжение 110 В. Вторичные обмотки следует соед инить последовательно-параллельно для получения на них напряжения около 13 В (на частоте 50 Гц) при максимально возможном токе.

При перемотке статора можно вообще исключить трансформатор, если для питания обмотки возбуждения и стабилизатора поверх высоковольтных обмоток генератора намотать проводом ПЭВ-2 0,2 или ПЭЛИЮ 0,2 на каждый полюсный наконечник по 12 витков и соединить их подобно собственным обмоткам генератора, а к выводам этой обмотки подключить трехфазный диодный мост (можно использовать встроенный мост генератора) и оксидный конденсатор емкостью 2000…4000 мкФ.

Чертеж элементов стабилизатора напряжения размещеных на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм

Рис 4. Чертеж элементов стабилизатора напряжения размещенных на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм

Почти все элементы стабилизатора напряжения размещены на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертеж которой изображен на рис.4. Транзистор VT4 смонтирован над платой на двух латунных втулках высотой 9 мм, выводы базы и эмиттера впаяны непосредственно в отверстия платы. В специальном теплоотводе транзистор не нуждается. Плата установлена в корпус электромеханического реле-регулятора РР-24 на трех металлических стойках. Выводами «Б». «Я». «Ш» служат соответствующие зажимы корпуса.

Резистор R10—самодельный, проволочный, изготовлен из восьми отрезков ни хромовой проволоки диаметром 0,8 мм, соединенных параллельно. Длину отрезков (несколько сантиметров) подбирают так, чтобы сопротивление каждого из них было в пределах 0,8 Ом ±10%. Эти отрезки скручивают в жгут и припаивают к лепесткам, закрепленным в подвале стабилизатора на выводе «Б» и корпусе регулятора винтами.

Транзисторы VT1—VTЗ стабилизатора могут быть практически любыми маломощными кремниевыми соответствующей структуры  с  допустимым напряжением коллектор—эмиттер не менее 40 В. Транзистор VT4—любой из серии КТ825. Стабилитроны КС162А можно заменить любыми на напряжение 5,6…8 В. В случае применения одноанодных стабилитронов их надо включить: VD1 — анодом (по изображению на корпусе) к общему проводу, VD2 — анодом к резистору R11

Диоды серии КД206 (УОЗ в стабилизаторе напряжения и VD2—VD4 — на общей схеме блока) удобны тем, что у них с корпусом соединен анод — это существенно упрощает их монтаж на плату и теплоотвод, т.к. не требуется изоляционных теплопроводящих прокладок. Если таких диодов приобрести не удалось, то годятся любые на соответствующие ток и напряжение. Конденсаторы С1, СЗ — КМ5 или КМ6. С2 — К53-1 или К53-4. Применение конденсаторов серий К50 или К52 нежелательно. Дроссель L1 — ДМ-0,1, в крайнем случае его можно заменить резистором МЛТ-0,25 сопротивлением 150 Ом. Постоянные резисторы — МТ или МЛТ, подстроенный R2 — СПЗ-19а.

Проверку и регулировку стабилизатора начинают с того, что между выводами «Ш» и «Общ.» подключают резистор сопротивлением 470 Ом мощностью 2 Вт с параллельно включенным вольтметром или маломощную лампу накаливания на напряжение 27 В. Вывод «Я» соединяют с источником питания напряжением 27 В, а вывод и-220 В»—с источником постоянного напряжения 220 В. Движком резистора R2 устанавливают такой порог переключения компаратора DA1, при котором его выходное напряжение близко к нулю при увеличении напряжения второго источника сверх 220 В и близко к напряжению питания при уменьшении напряжения ниже указанного значения.

Электронный блок в целом специальной регулировки не требует; возможно, придется уточнить положение движка подстроенного резистора R2 для получения необходимого выходного напряжения. В процессе эксплуатации электростанции опытным путем подбирают такую минимальную частоту вращения вала агрегата, которая при максимальной нагрузке обеспечивает выходное напряжение 220 В.

Отметим, что при работе с нагрузкой мощностью, близкой к максимальной, следует придерживаться определенного порядка не только включения агрегата (об этом уже было сказано выше), но и его выключения. Сначала нагрузку (электропилу, например) переводят в холостой режим, затем уменьшают частоту вращения вала агрегата, и только после этого отключают нагрузку. Если отключить электропилу при рабочей частоте вращения, бензодвигатель начнет аварийно набирать обороты вплоть до поломки. От такой неприятности агрегат можно защитить, если оборудовать бензодвигатель центробежным регулятором частоты вращения коленчатого вала.

Автор: С.БИРЮКОВ.

Источник Журнал Радио 1994_08


ПОДЕЛИТЬСЯ:

Комментариев пока нет

Перейти к разговору

Комментариев пока нет!

Вы должны быть избранным, чтобы начать разговор.

Ваши данные будут в безопасности!Ваш адрес электронной почты не будет опубликован. Также другие данные не будут переданы третьим лицам.