16.10.2011   Častým problémom pri domácom využívaní veternej energie je zvýšené výstupné napätie alternátora pri extrémnych veterných podmienkach, ktoré môže zapríčiniť poškodenie koncového zariadenia (regulátora nabíjania, GTI - Grid Tie Invertera). Keďže výkon vetra prudko rastie s treťou mocninou jeho rýchlosti, môže napríklad rozdiel medzi 8 a 12 m/s predstavovať nebezpečný nárast výstupného napätia, v závislosti na otáčkach turbíny. Stačí krátka intenzívna búrka so silnými veternými poryvmi a koncové zariadenie, ktoré nie je dostatočne chránené pred prepätím (väčšina lacných GTI určených pre fotovoltaiku), môže doslovne vyhorieť.

     Navyše, v týchto extrémnych prípadoch môže dôjsť aj k mechanickému poškodeniu vplyvom nadmerných odstredivých síl pri príliš rýchlych otáčkach turbíny.

     Za normálnych okolností vykonáva "samoregulačné brzdenie" samotný alternátor, ktorý sa so stúpajúcou záťažou otáča ťažšie. Ale sila vetra môže byť väčšia a ak vydrží konštrukcia samotnej turbíny, nie je vylúčené prekročenie maximálneho vstupného napätia pripojeného zariadenia.

     Ak teda regulátor, alebo GTI nemá ochranu proti prepätiu (najčastejšie prepnutie na umelú záťaž z výkonových rezistorov), alebo dostatočný rozsah vstupného napätia, bude veľmi vhodné nainštalovať na výstup alternátora obmedzovač napätia.

     Jednoduchý obmedzovač, ktorého autorom je Steve (nick na fórach sjh7132), je jedným z možných riešení problému. Tento obmedzovač združuje dve funkcie - obmedzenie výstupného napätia a jeho usmernenie. Výkonová zenerova dióda po prekročení zeneroveho napätia na niektorej fáze (aj jednej) otvorí triak, ktorý fázu skratuje. Zabráni tým prechodu vyššieho napätia do usmerňovača a zároveň pribrzdí turbínu. Zenerove diódy by mali mať asi o 1V nižšie zenerove napätie, ako je požadovaná hranica obmedzenia.

     Okrem schémy zapojenia (klikni na obrázok časti schémy hore) pripájam aj Stevov návrh plošného spoja a tiež pôvodný US zoznam použitých súčiastok: D1-D6  STPS8H100 (Schottky dióda 10A, 60V - ale stačí aj obyčajná), D7-D12 zenerova dióda podľa potreby (použité  SOD-323), Q1-Q3 BTA312B-600C, 118 - triak 600V, 12A. 

     Steve uvádza, že tieto obmedzovače boli mnohonásobne replikované a pracovali veľmi dobre. Nebezpečenstvo pre zenerove diódy hrozí v prípade, že sa obmedzovač pripojí k už rozbehnutej turbíne generujúcej v tej chvíli vyššie ako zenerovo napätie použitých z-diód. Ak je však pripojený trvale, problém nenastane.

     Možné úpravy.

    V súvislosti s posledne uvedeným, nie je na škodu do série so zenerovými diódami zapojiť ochranný rezistor. Jeho hodnota by sa mala riadiť hradlovým prúdom triaku a zenerovým napätím použitej z-diódy. Ak napr. chceme obmedziť napätie nad 60V, hradlový prúd triaku je 10 mA, hodnota odporu vychádza na 6 kOhm.

     Ďalšou vhodnou úpravou by mohli byť sériové rezistory k triakom. Muselo by ale ísť o rezistory malej ohmickej hodnoty a pre veľké výkony (príklad na obrázku). Hodnota závisí od vnútorného odporu statora alternátora a možných hodnôt prúdov. Rezistory by boli ochranou pred prepätím a navyše ich ohmická hodnota bude určovať aj intenzitu pribrzdenia alternátora.

     Na záver ešte jedna maličkosť. Limiter ochráni koncové zariadenie pred prepätím, ale neochráni váš alternátor pred prúdovým preťažením v prípade, že limiter zopne jednu alebo viacero fáz do skratu (alebo skoro skratu ak sa použijú rezistory). Ak bude vietor napriek takémuto brzdeniu dostatočne nástojčivý, môže dôjsť k prehriatiu a spáleniu statora. Preto pred limiterom by mala byť na každej fáze ešte aj vhodná poistka, ktorá nedovolí prekročenie maximálneho prúdu aký znesie drôt cievok statora. Ak nastane takáto situácia, alternátor zostane bohužiaľ bez brzdenia a či to turbína prežije, bude záležať už len na kvalite jej konštrukcie. Elektronika a alternátor sa ale nepoškodia.

     Návrhy na vylepšenie obmedzovača všetci uvítame v komentároch.