Circuito del controlador de carga electrónico (ELC)

Circuito del controlador de carga electrónico (ELC)

La publicación explica un simple controlador de carga electrónico o circuito gobernador que automáticamente regula y controla la velocidad de rotación de un sistema de generador hidroeléctrico agregando o deduciendo una serie de cargas ficticias. El procedimiento asegura una salida de voltaje y frecuencia estabilizada para el usuario. La idea fue solicitada por el Sr. Aponso

Especificaciones técnicas:

Gracias por la respuesta y estuve fuera del país durante dos semanas. Gracias por la información y el circuito del temporizador funciona muy bien ahora.
Caso II, necesito un controlador de carga electrónico (ELC) Mi planta de energía hidroeléctrica es monofásica de 5 kw 220V y 50Hz y necesito controlar el exceso de energía usando ELC. Por favor, proporcione un circuito confiable para mi requerimiento.
Otra vez

El diseño

Si usted es una de esas personas afortunadas que tiene un arroyo que fluye libremente, un arroyo de río o incluso una pequeña cascada activa cerca de su patio trasero, puede pensar en convertirlo en electricidad gratis simplemente instalando un mini generador hidroeléctrico en el camino del flujo de agua y acceso a electricidad gratis de por vida.



Sin embargo, el principal problema con tales sistemas es la velocidad del generador que afecta directamente sus especificaciones de voltaje y frecuencia.

Aquí, la velocidad de rotación del generador depende de dos factores, la potencia del flujo de agua y la carga conectada con el generador. Si alguno de estos se altera, la velocidad del generador también se altera provocando una disminución o aumento equivalente en su voltaje y frecuencia de salida.

Como todos sabemos, para muchos electrodomésticos como refrigeradores, AC, motores, taladros, etc., el voltaje y la frecuencia pueden ser cruciales y pueden estar directamente relacionados con su eficiencia, por lo que cualquier cambio en estos parámetros no puede tomarse a la ligera.

Para abordar la situación anterior de modo que el voltaje y la frecuencia se mantengan dentro de límites tolerables, normalmente se emplea un controlador de carga electrónico o ELC con todos los sistemas de energía hidroeléctrica.

Dado que controlar el flujo de agua no puede ser una opción factible, controlar la carga de una manera calculada se convierte en la única salida para el problema discutido anteriormente.

De hecho, esto es bastante sencillo, se trata de emplear un circuito que monitorea el voltaje del generador y enciende o apaga algunas cargas ficticias que a su vez controlan y compensan el aumento o la disminución de la velocidad del generador.

A continuación se analizan dos circuitos simples de controlador de carga electrónico (ELC) (diseñados por mí) que pueden construirse fácilmente en casa y usarse para la regulación propuesta de cualquier mini central hidroeléctrica. Aprendamos sus operaciones con los siguientes puntos:

Circuito ELC con IC LM3915

El primer circuito que utiliza un par de circuitos integrados LM3914 o LM3915 en cascada se configura básicamente como un circuito controlador de detector de voltaje de 20 pasos.

Una entrada variable de 0 a 2,5 V CC en su pin n. ° 5 produce una respuesta secuencial equivalente en las 20 salidas de los dos circuitos integrados, comenzando desde el LED n. ° 1 hasta el LED n. ° 20, es decir, a 0,125 V, el primer LED se enciende. mientras que cuando la entrada llega a 2.5V, el vigésimo LED se enciende (todos los LED se encienden).

Cualquier cosa intermedia da como resultado la conmutación de las correspondientes salidas LED intermedias.

Supongamos que el generador tiene especificaciones de 220V / 50Hz, lo que significa que la reducción de su velocidad daría como resultado una reducción del voltaje especificado, así como de la frecuencia, y viceversa.

En el primer circuito ELC propuesto, reducimos los 220 V a la CC de bajo potencial requerida a través de una red de divisor de resistencia y alimentamos el pin # 5 del IC de manera que los primeros 10 LED (LED # 1 y el resto de los puntos azules) simplemente se iluminen.

Ahora, estos pines de LED (del LED n. ° 2 al LED n. ° 20) también se conectan con cargas ficticias individuales a través de controladores mosfet individuales, además de la carga doméstica.

Las cargas útiles domésticas se conectan a través de un relé en la salida del LED # 1.

En la condición anterior, asegura que a 220V mientras todas las cargas domésticas están en uso, 9 cargas simuladas adicionales también se iluminan y compensan para producir los 220V a 50Hz requeridos.

Ahora suponga que la velocidad del generador tiende a elevarse por encima de la marca de 220 V, esto influiría en el pin # 5 del IC que, en consecuencia, cambiaría los LED marcados con puntos rojos (desde el LED # 11 en adelante).

A medida que estos LED se encienden, las cargas ficticias correspondientes se agregan a la refriega, lo que reduce la velocidad del generador de modo que se restablezca a sus especificaciones normales, cuando esto sucede, las cargas ficticias se apagan nuevamente en secuencia inversa, esto continúa. autoajustable de manera que la velocidad del motor nunca exceda las clasificaciones normales.

A continuación, suponga que la velocidad del motor tiende a disminuir debido a la menor potencia del flujo de agua, los LED marcados con azul comienzan a apagarse secuencialmente (comenzando desde el LED # 10 y hacia abajo), esto reduce las cargas ficticias y, a su vez, alivia el motor del exceso de carga, restaurando así su velocidad hacia el punto original, en el proceso las cargas tienden a ENCENDER / APAGAR secuencialmente para mantener la velocidad exacta recomendada del motor del generador.

Las cargas ficticias se pueden seleccionar según las preferencias del usuario y las especificaciones condicionales. Un incremento de 200 vatios en cada salida de LED probablemente sería más favorable.

Las cargas ficticias deben ser de naturaleza resistiva, como lámparas incandescentes de 200 vatios o bobinas calefactoras.

Diagrama de circuito

Circuito ELC usando PWM

La segunda opción es bastante interesante e incluso más sencilla. Como se puede ver en el diagrama dado, un par de 555 IC se utilizan como un generador de PWM que altera su relación de marca / espacio en respuesta al nivel de voltaje correspondientemente variable alimentado en el pin # 5 de IC2.

Se adjunta una carga ficticia de alto vataje bien calculada con una única etapa de controlador mosfet en el pin # 3 del IC # 2.

Como se discutió en la sección anterior, aquí también se aplica un voltaje de CC de muestra más bajo correspondiente a 220 V en el pin # 5 de IC2 de manera que las iluminaciones de las cargas ficticias se ajustan con las cargas domésticas para mantener la salida del generador dentro del rango de 220 V.

Ahora suponga que la velocidad de rotación del generador se desplaza hacia el lado más alto, crearía un aumento equivalente en el potencial en el pin # 5 de IC2 que a su vez daría lugar a una relación de marca más alta para el mosfet, lo que le permitiría conducir más corriente a la carga. .

Con el aumento de la corriente de carga, al motor le resultaría más difícil girar y volvería a su velocidad original.

Ocurre exactamente lo contrario cuando la velocidad tiende a desplazarse hacia niveles más bajos, cuando la carga ficticia se debilita para elevar la velocidad del motor a sus especificaciones normales.

Continúa un 'tira y afloja' constante para que la velocidad del motor nunca se desvíe demasiado de sus especificaciones requeridas.

Los circuitos ELC anteriores se pueden utilizar con todo tipo de sistemas microhidro, sistemas de molinos de agua y también sistemas de molinos de viento.

Ahora veamos cómo podemos emplear un circuito ELC similar para regular la velocidad y frecuencia de una unidad generadora de molino de viento. La idea fue solicitada por el Sr. Nilesh Patil.

Especificaciones técnicas

Soy un gran admirador de tus circuitos electrónicos y hobby para crearlo. Básicamente soy de una zona rural donde 15 horas de corte de energía problema que enfrentamos cada año

Incluso si voy a comprar un inversor que tampoco se carga debido a un corte de energía.

He creado un generador de molino de viento (a un costo muy barato) que permitirá cargar la batería de 12 v.

Por lo mismo, estoy buscando comprar un controlador de turbina de carga de molino de viento que es demasiado costoso.

Así que planeamos crear el nuestro si tenemos un diseño adecuado de usted.

Capacidad del generador: 0-230 CA voltios

entrada 0 - 230 v CA (varía según la velocidad del viento)

salida: 12 V DC (suficiente aumento de corriente).

Manejo de sobrecarga / descarga / carga ficticia

¿Puede sugerirme o ayudarme a desarrollarlo y el componente y PCB necesarios de su parte?

Puede que necesite muchos circuitos iguales una vez que tenga éxito.

El diseño

El diseño solicitado anteriormente se puede implementar simplemente usando un transformador reductor y un regulador LM338 como ya se discutió en muchas de mis publicaciones anteriormente.

El diseño del circuito que se explica a continuación no es relevante para la solicitud anterior, sino que aborda un problema mucho más complejo en situaciones en las que se utiliza un generador de molino de viento para operar cargas de CA asignadas con especificaciones de frecuencia de red de 50 Hz o 60 Hz.

Cómo funciona un ELC

Un controlador de carga electrónico es un dispositivo que libera o reduce la velocidad de un motor generador de electricidad asociado ajustando la conmutación de un grupo de cargas ficticias o de descarga conectadas en paralelo con las cargas utilizables reales.

Las operaciones anteriores se vuelven necesarias porque el generador en cuestión puede ser impulsado por una fuente irregular y variable, como el agua que fluye de un arroyo, río, cascada o a través del viento.

Dado que las fuerzas anteriores podrían variar significativamente dependiendo de los parámetros asociados que gobiernan sus magnitudes, el generador también podría verse obligado a aumentar o disminuir su velocidad en consecuencia.

Un aumento de velocidad significaría un aumento de voltaje y frecuencia que a su vez podría estar sometido a las cargas conectadas, provocando efectos indeseables y daños a las cargas.

Agregar cargas de volcado

Al agregar o deducir cargas externas (cargas de descarga) a través del generador, su velocidad podría contrarrestarse eficazmente contra la fuente de energía forzada, de modo que la velocidad del generador se mantenga aproximadamente en los niveles especificados de frecuencia y voltaje.

Ya he discutido un circuito controlador de carga electrónico simple y efectivo en una de mis publicaciones anteriores, la idea actual está inspirada en él y es bastante similar a ese diseño.

La siguiente figura muestra cómo se puede configurar el ELC propuesto.

El corazón del circuito es el IC LM3915, que es básicamente un controlador LED de puntos / barras que se utiliza para mostrar variaciones en la entrada de voltaje analógico alimentado a través de iluminaciones LED secuenciales.

La función anterior del IC se ha aprovechado aquí para implementar las funciones de ELC.

El generador de 220 V se reduce primero a 12 V CC a través de un transformador reductor y se utiliza para alimentar el circuito electrónico que consta del IC LM3915 y la red asociada.

Este voltaje rectificado también se alimenta al pin # 5 del IC, que es la entrada de detección del IC.

Generación de voltajes de detección proporcionados

Si asumimos que los 12V del transformador son proporcionales a los 240V del generador, implica que si el voltaje del generador aumenta a 250V, los 12V del transformador aumentarían proporcionalmente a:

12/x = 240/250

x = 12,5 V

De manera similar, si el voltaje del generador cae a 220 V, el voltaje del transformador caerá proporcionalmente a:

12/x = 240/220
x = 11 V

etcétera.

Los cálculos anteriores muestran claramente que las RPM, la frecuencia y el voltaje del generador son extremadamente lineales y proporcionales entre sí.

En el diseño del circuito del controlador de carga electrónico propuesto a continuación, el voltaje rectificado alimentado al pin # 5 del IC se ajusta de manera que con todas las cargas utilizables encendidas, solo tres cargas ficticias: lámpara # 1, lámpara # 2 y lámpara # 3 son permitido permanecer encendido.

Esto se convierte en una configuración razonablemente controlada para el controlador de carga; por supuesto, el rango de variaciones de ajuste podría configurarse y ajustarse a diferentes magnitudes dependiendo de las preferencias y especificaciones de los usuarios.

Esto se puede hacer ajustando aleatoriamente el preajuste dado en el pin # 5 del IC o usando diferentes conjuntos de cargas en las 10 salidas del IC.

Configuración del ELC

Ahora, con la configuración mencionada anteriormente, supongamos que el generador está funcionando a 240V / 50Hz con las primeras tres lámparas en la secuencia de IC encendidas, y también todas las cargas utilizables externas (electrodomésticos) encendidas.

En esta situación, si algunos de los aparatos se apagan, aliviaría el generador de algo de carga, lo que provocaría un aumento en su velocidad, sin embargo, el aumento en la velocidad también crearía un aumento proporcional en el voltaje en el pin # 5 del IC.

Esto hará que el IC encienda sus pines subsiguientes en el orden en que se encienda la lámpara # 4, 5, 6 y así sucesivamente hasta que la velocidad del generador se ahogue para mantener la velocidad y frecuencia asignadas deseadas.

Por el contrario, suponga que si la velocidad del generador tiende a sembrar debido a condiciones de degradación de la fuente de energía, el IC apague la lámpara # 1, 2, 3 una por una o algunas de ellas para evitar que el voltaje caiga por debajo del establecido. , especificaciones correctas.

Todas las cargas ficticias se terminan secuencialmente a través de las etapas del transistor de búfer PNP y las etapas posteriores del transistor de potencia NPN.

Todos los transistores PNP son 2N2907, mientras que los NPN son TIP152, que podrían reemplazarse con N-mosfets como el IRF840.

Dado que los dispositivos mencionados anteriormente funcionan solo con CC, la salida del generador se convierte adecuadamente a CC a través de un puente de diodos de 10 amperios para la conmutación requerida.

Las lámparas pueden tener una potencia nominal de 200 vatios, una potencia de 500 vatios o según lo prefiera el usuario y las especificaciones del generador.

Diagrama de circuito

Hasta ahora aprendimos un circuito controlador de carga electrónico efectivo usando un concepto de conmutador de carga ficticia múltiple secuencial, aquí discutimos un diseño mucho más simple del mismo usando un concepto de atenuador triac y con una sola carga.

¿Qué es un atenuador?

Un dispositivo de interruptor de atenuación es algo con lo que todos estamos familiarizados y podemos verlos instalados en nuestros hogares, oficinas, tiendas, centros comerciales, etc.

Un interruptor de atenuación es un dispositivo electrónico operado por la red eléctrica que se puede utilizar para controlar una carga adjunta, como luces y ventiladores, simplemente variando una resistencia variable asociada llamada olla.

Básicamente, el control se realiza mediante un triac que se ve obligado a conmutar con una frecuencia de retardo de tiempo inducida de modo que permanece ENCENDIDO solo durante una fracción de los medios ciclos de CA.

Este retardo de conmutación es proporcional a la resistencia del potenciómetro ajustada y cambia a medida que varía la resistencia del potenciómetro.

Por lo tanto, si la resistencia del potenciómetro se reduce, se permite que el triac conduzca durante un intervalo de tiempo más largo a través de los ciclos de fase, lo que permite que pase más corriente a través de la carga, y esto a su vez permite que la carga se active con más potencia.

Por el contrario, si se reduce la resistencia de la olla, el triac está restringido para conducir proporcionalmente durante una sección mucho más pequeña del ciclo de fase, lo que debilita la carga con su activación.

En el circuito controlador de carga electrónico propuesto se aplica el mismo concepto, sin embargo, aquí la olla se reemplaza con un optoacoplador fabricado ocultando un conjunto de LED / LDR dentro de una caja sellada a prueba de luz.

Uso del interruptor de atenuación como ELC

El concepto es bastante simple:

El LED dentro del opto es impulsado por un voltaje caído proporcionalmente derivado de la salida del generador, lo que significa que el brillo del LED ahora depende de las variaciones de voltaje del generador.

La resistencia que es responsable de influir en la conducción del triac es sustituida por el LDR dentro del ensamblaje óptico, lo que significa que los niveles de brillo del LED ahora se encargan de ajustar los niveles de conducción del triac.

Inicialmente, el circuito ELC se aplica con un voltaje del generador funcionando a un 20% más de velocidad que su tasa correcta especificada.

Una carga ficticia calculada razonablemente se conecta en serie con el ELC, y P1 se ajusta de modo que la carga ficticia se ilumine ligeramente y ajuste la velocidad y frecuencia del generador al nivel correcto según las especificaciones requeridas.

Esto se ejecuta con todos los aparatos externos en posición de ENCENDIDO, que pueden estar asociados a la potencia del generador.

La implementación anterior configura el controlador de manera óptima para abordar cualquier discrepancia creada en la velocidad del generador.

Ahora suponga que si algunos de los aparatos están APAGADOS, esto crearía una baja presión en el generador que lo obligaría a girar más rápido y generar más electricidad.

Sin embargo, esto también obligaría al LED dentro del opto a crecer proporcionalmente más brillante, lo que a su vez disminuiría la resistencia LDR, forzando así al triac a conducir más y drenar el exceso de voltaje a través de la carga ficticia proporcionalmente.

La carga ficticia, que obviamente es una lámpara incandescente, podría verse brillando relativamente más en esta situación, drenando la energía adicional generada por el generador y restaurando la velocidad del generador a sus RPM originales.

Diagrama de circuito

Lista de piezas para el circuito controlador de carga electrónica de carga ficticia única

  • R1 = 15 K,
  • R2 = 330.000
  • R3 = 33 K
  • R4 = 47K 2 VATIOS
  • R5 = 47 OHMIOS
  • P1 = 100K 1 WATT PREAJUSTADO
  • C1 = 0,1 uF / 1KV
  • C2, c3 = 0,047 uF / 250 V
  • OPTO = MONTAJE DE LED BLANCO DE ALTA BRILLO 5MM Y LDR ADECUADO
  • L1 = 100 mH, inductor de núcleo de ferrita de 20 amperios
  • CARGA FICHA = LÁMPARA DE 2000 VATIOS
  • DC = DIAC DB-3 GRANDE
  • TR1 = TRIAC BTA41 / 600



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