مقدمه
برای تامین برق در مناطق دور افتاده، سیستمهای برق آبی، گزینه ای مناسب است، بشرط آنکه ساده و ارزان باشند. توربین، بخش اصلی چنین سیستمهایی را تشکیل میدهد که عمدتا، گران قیمت بوده و در هر جایی نمیتوان آنها را تهیه کرد. اگر بتوانیم جایگزینی دم دست برای توربین پیدا کنیم چطور!
موضوعی که در این نوشته بر آن تمرکز داریم، بکارگیری پمپ آب، در نقش توربین است که با عنوان سیستم PAT شناخته میشود. سیستم PAT برای کشورهای در حال توسعه که در آن، توربین های معمولی در دسترس نیست، مناسب ترین گزینه میباشد و ممکن است برای شما هم بهترین گزینه باشد.
هرچند در ایران، دانش و تخصص نیروگاههای آبی در حد بسیار بالایی هست، اما برای کاربردهای محلی و شخصی، کار زیادی انجام نشده و متقاضیان بدنبال خرید و یا ساخت چنین سیستمهایی هستند.
در هر جا که کوه و نهر وجود دارد، بدون اینکه هوا یا آب آلوده شود، میتوان برق کم هزینه تولید کرد. هزاران سال است که مردم از ریزش آب، انرژی میگیرند. مولد برق هم میتواند انرژی جریان و ریزش آب را برای مقاصد دیگر، مهار نماید.
در این نوشته، تلاش شده، محل، چیدمان، اندازه و روش نصب سیستم تولید برق زیر 5 کیلووات، بصورت گام به گام بررسی گردد. برای استفاده از این مطلب، پیش زمینه محاسبات ریاضی نیاز نمیباشد. پیشنهاد میگردد که تا انتهای این مطلب بطور کامل مطالعه گردد.
- پمپ بعنوان توربین
در سیستمهای برق آبی میتوان توربین را با پمپ آب گریز از مرکز جایگزین کرد و آن را به صورت معکوس بکار برد. استفاده از پمپ، بعنوان توربین، مزایای زیادی دارد. معمولاً پمپ های آب گریز از مرکز را در هر بازار محلی میتوان یافت. همچنین، پمپ یک فناوری آشنا برای سرویسکارهای محلی است که در صورت بروز مشکل می توانند آنرا سرویس کنند. این، به مراتب آسانتر از پیدا کردن افراد متخصص در توربین های آبی است. علاوه بر این، نصب آنها آسان است و قطعات یدکی شان را براحتی میتوان یافت. در ادامه این نوشته، هر جا از عبارت ” پمپ” استفاده شود، منظور، پمپ در نقش توربین میباشد.
برای سیستم برق آبی کوچک، علاوه بر پمپ، تجهیزات دیگری هم مطابق ذیل مورد نیاز میباشد که نحوه ساخت هر یک توضیح داده میشود.
- کانال آب (رودخانه، چشمه و …)
- فیلتر ورودی و لوله انتقال آب به پمپ
- اتاقک پمپ و ژنراتور و تجهیزات برقی
- پمپ و موتور الکتریکی در نقش ژنراتور
2. مطالعات توجیح پذیری
اگر قصد ساخت سیستم برقآبی بر مبنای پمپ را دارید، اولین قدم، بررسی امکانات و شرایط موجود در محل احداث است. برای یافتن انرژی بالقوه آب در یک جریان، لازم است سرعت جریان آب و هد موجود را بدانید.
محاسبه هد
هد، فاصله عمودی است که آب از آن به جایی که پمپ نصب شده سقوط میکند، و بر حسب متر اندازه گیری میشود.
سرعت حجمی آب، حجم آبی هست که در یک مدت زمان معین از یک نقطه عبور میکند. و بر حسب لیتر در ثانیه اندازه گیری می شود. بعنوان مثال، یک سایت ممکن است دارای هد 50 متر و سرعت حجمی آب 15 لیتر در ثانیه باشد.
بعنوان یک قاعده، برای یک سیستم برقآبی کوچک:
- حداکثر فاصله محل نصب تجهیزات از کانال آب، یک کیلومتر میباشد.
- حداقل هد مورد نیاز، 10 متر میباشد.
- حداقل سرعت حجمی آب، 10 لیتر در ثانیه میباشد.
سایت شما باید حداقل شرایط مذکور را تحقق بخشد. به بیان دیگر، میبایست در شعاع کمتر از یک کیلومتر از کانال آب، محلی را که حداقل ده متر پائینتر باشد، جهت قرار گیری پمپ و متعلقات داشته باشید. برای اینکار ، اگر به اینترنت و برنامه های مکان یابی دسترسی ندارید، میتوان به روش زیر عمل نمود.
- در محلی که از پیش برای قرارگیری پمپ انتخاب کرده اید، یک تیر چوبی را، با طول مشخص، بصورت عمودی قرار دهید
- در انتهای بالایی تیر چوبی، ترازی را قرار دهید و امتداد افق را روی آن تنظیم نمایید. و با چشم، نقطه تلاقی امتداد افقی آنرا با نقطه ای (نقطه دوم) روی تپه مقابل مشخص نمائید.
- اکنون تیر چوبی را بصورت عمودی در نقطه دوم قرار دهید و مراحل قبلی را برای تعیین نقطه سوم و به همین ترتیب نقاط بعدی انجام دهید.
- این روش را تا زمانی که به سطح آب کانال نرسیده اید، ادامه دهید.
- اندازه گیری نهایی ممکن است کمتر از طول کامل تیر چوبی باشد. لذا، بخشی از تیر چوبی را که نشان دهنده این ارتفاع نهایی است، اندازه بگیرید.
هد = ((طول تیر چوبی + ضخامت تراز) * تعداد نقاط )+ طول اندازه نهایی روی تیر چوبی
محاسبه سرعت حجمی آب کانال
روش سطلی، یک روش دقیق و آسان برای اندازه گیری سرعت حجمی آب است. برای انجام این کار، به یک لوله، یک سطل 50 لیتری، یک ماشین حساب و یک کرنومتر نیاز دارید. برای انتقال آب از رودخانه به درون سطل از لوله استفاده میشود. سطل که در انتهای لوله قرار گرفته، از آب پر میشود. با استفاده از کرنومتر، زمانی را که طول می کشد ظرف پر شود، اندازه گیری میشود.
حجم سطل را بر مدت زمان پر شدنش تقسیم کنید. سرعت حجمی آب حاصل میشود.
زمان پر کردن سطل(ثانیه) / حجم سطل(لیتر) = سرعت حجمی آب
در صورتیکه منحرف کردن جریان آب به داخل لوله دشوار باشد، میتوان سرعت حجمی آب را با روش شناور بدست آورد. برای اینکار:
- عرض رودخانه را با یک طناب اندازه گیری کنید.
- عمق کانال را بکمک یک تیر چوبی مدرج، در امتداد محلی که عرض کانال اندازه گیری شده، در چند نقطه پیدا کنید و میانگین عمق را در آن سطح مقطع محاسبه نمایید.
- با داشتن عرض کانال و عمق متوسط آن میتوان مساحت تقریبی سطح مقطع کانال را محاسبه کنید.
- با فاصله یک متر از هم، تعداد دو عدد تیر چوبی را در وسط کانال قرار دهید.
- توپ شناور را در کنار تیر چوبی اول رها کنید و مدت زمانی را که طول میکشد تا به تیر چوبی دوم برسد، با کرنومتر اندازه بگیرید.
- حال سرعت حجمی آب را بر حسب لیتر بر ثانیه از رابطه زیر بدست آورید.
محاسبه توان قابل تولید
بکمک مقادیر بدست آمده، مقدار توان قابل تولید را از رابطه ذیل محاسبه نمائید:
توان = 5 * هد * سرعت حجمی آب
که در آن، توان بر حسب وات، هد بر حسب متر و سرعت جریان آب بر حسب لیتر در ثانیه میباشد. عدد بدست آمده برای توان، تقریبی است. عوامل دیگری همچون نوع پمپ، جنس، شکل و اندازه لوله ها و نحوه کابل کشی نیز در محاسبه توان واقعی موثر میباشند. در هر حال، توان محاسبه شده تا حدود زیادی مشخص میکند که در آن محل، سیستم پمپ جوابگوی نیاز شما خواهد بود یا نه.
در مرحله بعد، باید به توپوگرافی، زمین شناسی و پوشش گیاهی توجه شود. با این مطالعه مشخص میشود که آیا سیستم شما در مسیر ریزش صخره ها قرار میگیرد، یا اینکه مجبور میشوید، برای جبران آن، لوله کشی را طولانی بسازید. حال باید به این سؤالها پاسخ داد که توان تولیدی سیستم ما به چه میزان خواهد بود، کدام پمپ را باید خریداری کرد و قطر لوله ورودی به پمپ چقدر باید باشد.
لوله کشی
قطر لوله، طول لوله، تعداد اتصالات، سرعت آب در لوله، هد و ضریب جریان، در مرحله لوله کشی مد نظر میباشند. بعنوان قاعده، سرعت آب در لوله، نصف سرعت حجمی آب کانال در فصل گرم سال میباشد. ضریب جریان،عددی مربوط به جنس لوله است.
در مورد جنس لوله، عمدتا سه انتخاب اصلی شامل: uPVC ، پلی اتیلن (PE) و فلزی وجود دارد. لوله فلزی سنگین است و حمل و نصب آن دشوار و پرهزینه. در مقابل، لوله پلی اتیلن، سبک و انعطاف پذیر است، اما انجام اتصالات آن دشوار میباشد. توصیه میشود که از لوله uPVC استفاده کنید، زیرا بسیار مستحکم بوده و در بازار براحتی میتوان یافت و کار با آن آسان و ارزان است. لذا، این بخش را روی لوله uPVC متمرکز خواهیم کرد.
انواع مختلف اتصالات نیز وجود دارد که هر کدام شکل خاص خود را دارند و بر سرعت جریان آب تأثیر گذار هستند.
وقتی آب در داخل لوله جریان می یابد، بدلیل اصطکاک آب با سطح داخلی لوله، بخشی از انرژی بشکل گرما از دست میرود. مقدار افت را میتوان از رابطه ذیل بدست آورد:
که در آن،D عبارت است از قطر لوله، L طول لوله، C ضریب جریان، Q سرعت آب در لوله و HL افت هد میباشد.
این اتلاف انرژی بعنوان “افت هد” شناخته میشود زیرا معادل این است که سیستم بخشی از هد را از دست بدهد. به بیان دیگر به این مفهوم است که پمپ و کانال آب، در امتداد عمود، به هم نزدیکتر شوند. اما، مجموع افت هد، عبارت است از افت هد در طول لوله بدلیل اصطکاک، بعلاوه افت هد در اتصالات به دلیل تغییر در اندازه قطر.
نسبت مجموع افت هد به هد کل نباید بیش از 33٪ باشد. در غیر این صورت افزایش جریان آب منجر به کاهش توان خواهد شد. افت هد بین 10 تا 20 درصد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است. اگر نسبت مجموع افت هد به هد کل، بیشتر از 20٪ باشد، اصطکاک باعث از بین رفتن بیشتر انرژی میشود و برای جبران آن باید قطر بزرگتر انتخاب گردد. و اگر نسبت مجموع افت هد به هد کل، کمتر از 10٪ باشد، ممکن است انتخاب لوله با قطر کمتر عاقلانه تر باشد زیرا هزینه کمتری خواهد داشت. نتیجه اینکه، قطر بزرگتر، نسبت مجموع افت هد به هد کل را کاهش میدهد و قطر کوچکتر آنرا افزایش میدهد.
انتخاب پمپ
پمپهای موجود در بازار، مقادیر مشخصی برای حداکثر راندمان، ولتاژ، فرکانس دارند. این موارد معمولاً بر روی پمپ و یا روی برگه مشخصات، از طرف سازنده درج میگردد.
علاوه بر این، هر پمپ دارای مقادیر مشخصی از هد و سرعت حجمی آب است که در آن به بهترین وجه کار میکند. حداکثر راندمان، تحت این شرایط رخ میدهد.
همانطور که قبلاً توضیح داده شد، سایت شما دارای سرعت حجمی آب مشخصی است. وقتی از پمپ بعنوان توربین استفاده شود، مقادیر بدست آمده با مقادیر مربوط به پمپ متفاوت خواهد بود. در این حالت، هد و سرعت حجمی بهینه، افزایش می یابد تا تلفات انرژی را جبران کند.
اکنون، بهترین نقطه راندمان و سرعت جریان و هد برای پمپ، متناسب با سایت، محاسبه میشود. از توضیحاتی که در ادامه می آید، بسادگی میتوان بهترین نقطه کار را پیدا کرد، و یک پمپ گریز از مرکز مناسب خریداری نمود که کم و بیش با ارقام ما مطابقت داشته باشد. تنها اطلاعات مورد نیاز عبارتند از راندمان پمپ و راندمان ژنراتور (موتور). اگر این دو مقدار توسط سازنده ارائه نشده نباشد، بطور تقریبی، مقدار 78٪ راندمان را برای پمپ و مقدار 77٪ راندمان را برای ژنراتور میتوان مفروض داشت.
با در دست داشتن این مقادیر و مقادیر بخش انتخاب لوله، میتوان هد بهینه، سرعت حجمی بهینه در لوله و توان تولیدی را محاسبه نمود. هد بهینه، اصطلاحی برای هد قابل استفاده یا همان توان مفیدی است که بعد از کم کردن افت هدها بدست می آید. هد بهینه، جریان حجمی پمپ و توان تولیدی به شما کمک می کنند تا پمپ مناسبی برای سایت خود انتخاب کنید.
پمپ های گریز از مرکز براحتی در شهرهای بزرگ یافت میشود و بدلیل استفاده از آنها در کشاورزی، در شهرهای کوچک هم فراوان هستند.
بهتر است که پمپ و الکتروموتور سه فاز آن، هر دو، بر روی یک شاسی قرار داشته باشد. چرا که، باعث کاهش تلفات انرژی میشود، نصب آن آسان تر است، هزینه کمتر و طول عمر بیشتری دارد. اکثر پمپها، حتی برای توانهای کمتر از یک کیلو وات، با موتور القایی سه فاز ارائه میشوند. خوشبختانه میتوان از موتور القایی سه فاز به عنوان مولد تک فاز استفاده کرد و این رویکرد بهتری برای داشتن یک مولد برق تک فاز است.
پمپ های گریز از مرکز استاندارد، معمولاً با الکتروموتور2 قطبی یا 4 قطبی همراه هستند. موتورهای 6 قطبی نیز عرضه میشود اما گرانتر هستند. دور موتور 2 قطبی، 3000 دور در دقیقه است، در حالی که مقدار آن در موتور 4 قطبی، 1500 دور در دقیقه است. طراحی پمپ سانتریفوژ برای 1500 دور در دقیقه ترجیح داده میشود زیرا چرخش کندتر باعث ساییدگی کمتری میشود. اما اگر پمپ 1500 دور در دقیقه پیدا نشود ، 3000 دور در دقیقه نیز میتوان بکار برد.
عدد IP، که معرف میزان ضد آب بودن موتور است، باید 4 یا 5 باشد.
انتخاب خازن
ژنراتور القایی، برای استارت، به شار مغناطیسی نیاز دارد. این شار میتواند توسط یک خازن متصل به آن ایجاد شود. برای راه اندازی یک ژنراتور القایی سه فاز با یک خروجی تک فاز، میتوان از سه خازن در اتصال C-2C استفاده کرد. این پیکربندی، خروجی نرمال تک فاز از ژنراتور القایی سه فاز را ممکن میسازد.
آرایش C-2C از سه خازن تشکیل شده است که ظرفیت یکسانی دارند. یکی از خازنها به خروجی متصل میشود، و دو خازن دیگر به طور موازی با یکدیگر، مطابق شکل، قرار میگیرند.
باید توجه داشت که نباید از خازن استارت موتور استفاده شود. بجای آن، لازم است که از خازن های کار موتور استفاده شود زیرا این خازنها برای کار مداوم موتور طراحی شده اند. اگر انتخاب خازن بدرستی انجام نشود، بر وضعیت و عملکرد موتور تاثیر منفی میگذارد و به سیم پیچ موتور آسیب میرساند.
اندازه ظرفیت خازن، تعیین کننده ولتاژ و دور نقطه کار ژنراتور است. برای تعیین ظرفیت خازن مورد نیاز، اطلاعاتی شامل توان موتور، فرکانس، جریان موتور، ولتاژ خروجی موتور و دور موتور بر حسب دور بر دقیقه و ضریب توان ( بطور تقریبی 0.82) مورد نیاز است که معمولا بر روی موتور پمپ درج میشوند.
سیستم کنترل
روش های زیادی برای کنترل کیفیت برق خروجی وجود دارد. یک روش مناسب، استفاده از کنترل کننده بار الکترونیکی (ELC) است که نحوه ساخت آن، در انتهای این نوشته، آورده شده است.
خط انتقال
خط انتقال برق تک فاز این مزیت را دارد که نیازی به تقسیم بارها به سه قسمت مساوی نیست.
بطور کلی، استفاده از سیم آلومینیومی برای خطوط انتقال توصیه میشود زیرا ارزانتر، سبکتر و دارای تحمل ولتاژ بالاتر از مس هستند. سیم مسی برای استفاده در منازل مناسبتر است زیرا دارای رسانایی و استحکام بیشتری است. از هر نوع که استفاده میکنید، مطمئن باشید که عایق مناسب در مقابل اشعه ماوراء بنفش داشته باشد.
به منظور قطع و وصل ارتباط بین مصرف کننده و بخش تولید برق، از یک کلید چاقویی استفاده میشود که بین سیستم کنترل و خط انتقال نصب میگردد .
3- پیاده سازی سیستم
بعد از طراحی و انتخاب و خرید تجهیزات، نوبت به اجرای طرح میرسد. در این مرحله، نکاتی باید مورد توجه قرار گیرد که در ادامه به آن میپردازیم.
سد، کانال آب و فیلتر
برای ایجاد مانع در مسیر آب و هدایت آن به سمت سیستم تولید برق، تا حد امکان باید از مواد و مصالح دم دست منطقه، از قبیل سنگ و چوب و غیره، استفاده گردد تا در صورت آسیب دیدن در دراز مدت، براحتی ترمیم گردد. همچنین حفره ای را در پائینترین قسمت ایجاد کرد تا بتوان بصورت دوره ای رسوبات را از آن خارج نمود. برای مسدود کردن این حفره میتوان از کیسه ای پر از ماسه استفاده نمود و آنرا جلوی حفره قرار داد.
یک صافی بزرگ در ابتدای لوله نصب کنید تا مانع ورود اجسام بداخل لوله و آسب زدن به پمپ شود.
در بخش خروجی لوله از کانال، از زانویی 90 درجه ای به همراه بخش کوتاه از لوله و سپس یک سوپاپ تنفس استفاده گردد. این سوپاپ باید در بالاترین سطح لوله و بسمت بالا نصب شود تا در زمان قطع جریان آب، بتواند هوا را بداخل لوله بکشد و از ایجاد خلاء و دفورمه شدن لوله جلوگیری نماید.
لوله ورودی به پمپ
تا حد ممکن، باید از خم کردن شدید لوله اجتناب کرد. خمیدگی ملایم لوله در طول بیشتر از 50 متر مجاز میباشد. بطور کلی، لوله پی وی سی در اندازه های 4 متری خریداری میشود و باید به هم بچسبند.
لوله باید بتواند در برابر فشار آب عبوری از آن مقاومت کند. برای تعیین میزان تحمل فشار، لوله PVC در کلاس های مختلف ارائه میشود. بعنوان قاعده، بهتر است کلاس 5 یا 8 مورد استفاده قرار گیرد. حال عدد کلاس را در عدد 10 ضرب نمائید تا فشار استاتیک قابل تحمل لوله بدست آید. بعنوان مثال، لوله کلاس 5 ، تحمل فشار استاتیک هد 50 متر آب را دارد و کلاس 8 تا هشتاد متر. لوله های طبقات بالاتر، ضخامت پوسته بیشتر دارند و در نتیجه گرانتر هستند.
بدلیل احتمال وجود نوسانات شدید فشار داخل لوله در هنگام عبور آب، کلاس لوله انتخابی باید بیشتر از آنچه گفته شد در نظر گرفته شود. بعنوان مثال، اگر هد طرحمان، 35 متر باشد، باید لوله ای از کلاس 4 یا 5 خریداری گردد. همچنین برای صرفه جویی در هزینه ها، میتوان بخش های مختلف را از کلاس های مختلف خریداری نمود و از کلاسهای بالاتر تنها در نزدیکی پمپ، که فشار بیشتر دارد، استفاده نمود.
لوله PVC در معرض نور خورشید تخریب میشود، بنابراین لازم است که دفن گردد. قبل از دفن لوله، مسیر لوله را به اندازه 15 سانتیمتر عمیق تر از قطر لوله حفر نمائید. کف زمین در تمامی مسیر حفر شده، باید شیب رو به پائین داشته باشد تا آب در لوله بتواند پر شود. اگر زمین بشکلی باشد که نتوان آنرا دفن کرد، اجبارا، میتوان لوله را روی سطح زمین خواباند و روی آنرا با خاک پوشاند. اگر می خواهید خمهای تندتری داشته باشید، سعی کنید از “لوله های خمدار آماده” بجای زانویی استفاده کنید تا اصطکاک کاهش یابد.
در ورودی به پمپ، باید از یک نازل (کاهنده) استفاده شود زیرا قطر لوله کشی معمولاً بیشتر از قطر لوله خروجی پمپ است.
درست قبل از ورودی پمپ، یک شیر که با چندین چرخش بسته میشود (screw-type) نصب نمائید. این شیر، در حین اجرای طرح، باید باز باشد تا در صورت بروز خطای فردی و ورود آب به داخل لوله، از انتهای دیگر خارج شود و باعث ترکیدگی در لوله نشود.
بخاطر داشته باشید که چسب PVC سرطان زا است. لذا برای چسباندن لوله ها، حتما از قلم مو به جای انگشت استفاده شود.
پمپ – ژنراتور
اتاقک قرارگیری پمپ ژنراتور باید در مقابل نفوز آب محافظت شود. علاوه بر پمپ و ژنراتور، سایر تجهیزات برقی، از جمله سیستم کنترل الکترونیکی، خازن ها ،سوئیچها و کنتور هم در این اتاقک قرار میگیرند. اتاقک باید پایه بتنی داشته باشد. برای صرفه جویی در بتن ریزی، میتوان یک پد بتونی کوچکتر در ابعاد 1m * 1m * 0.15m ، برای قرار دادن پمپ ایجاد کرد. پمپ باید به این پد، پیچ شود تا حرکت نکند.
تجهیزات الکتریکی
در اینجا سه خازن مشابه داریم که ابتدا دو عدد از آنها را بصورت موازی و دیگری، بطور جداگانه، مطابق آنچه در بالا نشان داده شد، به موتور متصل میشوند. این خازنها ممکن است در یک جعبه قرار گیرند، اما نباید کاملاً محصور شوند ، زیرا منجر به گرم شدن بیش از حد میشود. برای تهویه بهتر، خازنها را در معرض هوای آزاد قرار دهید. طول عمر خازنها در حدود یک سال است.
جهت نظارت بر ولتاژ و جریان سیستم، خازن ها به طور سری به یک آمپرمتر و بصورت موازی به یک ولت متر مجهز می شوند. همچنین، خروجی ولتمتر و آمپرمتر به سیستم کنترل الکترونیکی (ELC)، که بار را روی ژنراتور ثابت نگه میدار، متصل میشود.
خط انتقال
خط انتقال برق باید از سطح زمین، به اندازه کافی بالاتر باشد. کابل روی پایه های چوبی بلند که به زمین محکم شده اند، قرار میگیرند. محل پایه های چوبی با سنگ و خاک پر شود.
راه اندازی سیستم
سیم کشی ضعیف به سیستم آسیب میرساند و افراد را در معرض خطر قرار میدهد. بعد از بررسی و اطمینان از سالم بودن سیم کشی، دریچه آب را در قسمت ورود به پمپ ببندید و با فرو بردن تدریجی انتهای دیگر لوله در آب داخل کانال، اجازه دهید آب وارد لوله شود. این کار باید خیلی آهسته انجام شود تا لوله آسیب نبیند. وقتی لوله بطور کامل پر شد، ورودی لوله را، کاملا”، داخل سد (یا همان بخش ورودی) فرو ببرید، بطوریکه تمامی ورودی لوله زیر سطح آب کانال قرار گیرد. سپس شیر ورودی پمپ را بتدریج باز کنید تا محور پمپ شروع به چرخش نماید.
اگر بعد از چرخش روتور پمپ، برق تولید نشود، لازم است که شیر ورودی آب را ببندید و روتور را مغناطیسی کنید. معمولا، روتور موتورهای نو مغناطیسی نیستند، لذا، فقط یک بار، نیاز به مغناطیسی شدن دارند. برای اینکار، دو پایه از سه پایه خروجیهای موتور را به باتری 12 ولتی متصل نمائید. حال، دوباره شیر آب را باز کنید تا بعد از 20 تا 30 ثانیه ولتاژ به صورت تصاعدی افزایش یابد. در صورت بروز خطای اتصال کوتاه، باید مجدداً روتور مغناطیسی شود. هنگامی که ولتاژ به 230 ولت رسید، سیستم کنترل فعال میشود و با افزایش جریان، ولتاژ را ثابت نگه میدارد. جهت تست، شیر را به طور کامل باز کنید. حاصل ضرب ولتاژ در جریان میشود توان تولیدی (البته بدون در نظر گرفتن ضریب توان).
اکنون وقت آن رسیده که مصرف کننده های بیشتری را روشن کنید تا اطمینان حاصل شود که همه چیز به خوبی کار میکند. اگر تمامی وسایل برقی روشن شد، کار نصب و راه اندازی با موفقیت انجام شده است.
بهره برداری از سیستم
نگهداری و بهره برداری طولانی مدت از سیستم، شامل به حداقل رساندن ساییدگی روی قطعات متحرک، ممانعت از ورود اجسام خارجی به درون لوله و مدیریت هزینه میباشد. بعد از بکار افتادن تمامی مصارف برقی، ممکن است میزان تولید برق بیش از نیاز باشد. برای همین باید مقدار جریان آب را، بکمک شیر ورودی پمپ، کم کرد. اما، جریان آب نباید بیش از حد کاهش یابد. توجه داشته باشید که ولتاژ نباید به کمتر از 230 ولت برسد. تنها جریان برق هست که با تغییر تعداد مصرف کننده ها تغییر میکند، که این تغییرات روی آمپر متر میتوان دید.
اگر مقدار جریان آب را بیش از حد کاهش دهید، برق تولید شده توان کافی برای همه مصارف را نخواهد داشت. اگر مصرف کننده جدیدی را به برق میزنید باید بطور متناسب مقدار جریان آب عبوری از پمپ را نیز بکمک باز کردن بیشتر شیر ورودی، افزایش دهید. تنظیم جریان آب، با باز و بسته کردن شیر آب در ورودی پمپ، باید به آرامی انجام شود تا از نوسانات شدید فشار در لوله و پمپ جلوگیری بعمل آید.
پس از مشاهده حداکثر توان الکتریکی که سیستم شما تولید میکند، مشخص میشود که چه مقدار مصارف برقی را میتوان روشن نمود. از بکارگیری تجهیزات برقی پر مصرف اجتناب کنید. اگر در آینده مصارف برق بیش از حداکثر توان سیستم شما باشد، میتوانید پمپ دوم را 30 متر پائینتر از پمپ اول اضافه کنید تا ظرفیت تولید برق افزوده شود.
کنترل کننده الکترونیکی ELC
در اینجا کنترل کننده الکترونیکی (ELC) مولد برق آبی تک فاز 220 ولت و 50 هرتز تشریح میشود. سرعت چرخش ژنراتور، عامل اصلی در چنین سیستم هایی است که به طور مستقیم بر مشخصات ولتاژ و فرکانس تأثیر می گذارد که به دو عامل مقدار جریان حجمی آب عبوری از پمپ و میزان مصارف برقی متصل به ژنراتور بستگی دارد. با تغییر هر یک از این موارد، سرعت ژنراتور نیز تغییر میکند و به تناسب، باعث کاهش یا افزایش ولتاژ و فرکانس میشود.
در بسیاری از لوازم برقی مانند یخچال، کولر، موتور برقی، مته و غیره، ولتاژ و فرکانس به طور مستقیم در کارآیی آنها تاثیرگذار میباشند، و نباید دچار تغییرات شدید شوند. برای حل مشکل فوق، به گونه ای که ولتاژ و فرکانس، هر دو در حد مجاز حفظ شوند، کنترلر ELC در تمامی سیستم های برقآبی به کار میرود.
از آنجا که کنترل جریان آب نمیتواند یک گزینه عملی باشد، کنترل بار (مصارف برقی) به صورت حساب شده تنها راه حل منطقی برای موضوع مورد بحث است. به بیان ساده، همه چیز مربوط به استفاده از یک مدار الکترونیکی است که ولتاژ ژنراتور را تحت نظر داشته باشد و متناسب با روشن یا خاموش شدن مصارف برقی، تولید توان الکتریکی ژنراتور را افزایش یا کاهش دهد بنحوی که سرعت چرخش ژنراتور ثابت بماند.
در اینجا، دو نمونه مدار کنترل کننده بار الکترونیکی ساده (ELC) مورد بحث قرار میگیرد که براحتی میتوان ساخت و برای هر نیروگاه برقآبی کوچک استفاده نمود.
- مدار ELC با استفاده از آی سی LM3915
اولین مدار که با استفاده از جفت آی سی های IC LM3914 یا LM3915 IC استفاده میشود، در اصل بعنوان مدار آشکارساز ولتاژ 20 مرحله ای طراحی شده است.
ولتاژ متغییر ورودی صفر تا 2.5 ولت در پایه شماره 5، بطور متوالی، روشن شدن 20 خروجی هر دو آی سی را بدنبال دارد. وقتی ولتاژ ورودی در پایه شماره 5 آی سی، مقدار 0.125 ولت باشد، LED شماره یک روشن میشود. با افزایش ولتاژ ورودی، LED های بعدی روشن میگردند و در نهایت، وقتی ولتاژ ورودی به 2.5 ولت برسد، LED بیستم روشن میشود.
بکمک یک تقسیم ولتاژ مقاومتی، ولتاژ 230 ولت ژنراتور را در پایه شماره 5 آی سی به نحوی تقسیم میکنیم که تمامی ده LED اول روشن شوند. بار واقعی بکمک مدار زیر و از طریق رله به خروجی LED شماره یک متصل می شود.
حال، باید پایه دیگر LED های شماره 2 تا 20، به بار مجازی، بکمک مدار زیر، متصل شوند.
در شرط بالا فرض بر این است که در ولتاژ 230 ولت، زمانیکه حداکثر بار واقعی به ژنراتور اعمال میشود، تعداد 9 بار مجازی فعال میباشند تا ولتاژ 230ولت و 50 هرتز تامین گردد.
حال فرض کنید که سرعت ژنراتور افزایش یابد و در نتیجه، ولتاژ خروجی به بالاتر از 230ولت متمایل شود. این شرایط بر پایه شماره پنج آی سی تأثیر میگذارد و LED های شماره 11 و به بعد را روشن مینماید. با روشن شدن این LEDها، بارهای مجازی مربوطه اضافه شده و سرعت ژنراتور را به شرایط عادی برمیگرداند. سپس، این بارهای مجازی دوباره خاموش میشوند. خود تنظیمی به نحوی انجام میشود که سرعت ژنراتور از محدوده نرمال خود تجاوز نکند.
در مرحله بعد، فرض کنید سرعت ژنراتور، با پایین آمدن جریان حجمی آب، تمایل به کاهش پیدا کند. در اینحالت LED های شماره 10 و پائینتر بترتیب، خاموش میشوند. و به نوبه خود، بارهای مجازی کاهش یافته و ژنراتور را از بار اضافی رهایی می بخشد و در نتیجه سرعت ژنراتور به نقطه اصلی برگردد. در این فرایند، بارها به منظور حفظ سرعت نرمال ژنراتور، به طور پیوسته روشن و خاموش میشوند. بارهای مجازی میتواند طبق دلخواه کاربر انتخاب شوند. افزایش 200 وات در هر خروجی LED مطلوب ترین خواهد بود.
2. مدار کنترل کننده ELC با استفاده از PWM
گزینه دوم بسیار جالب و حتی ساده تر است. همانطور که در شکل مشاهده میشود یک جفت آی سی 555 بعنوان یک ژنراتور PWM استفاده می شود که به تغییرات ولتاژ در پایه شماره 5 آی سی، پاسخ نشان میدهد. یک بار مجازی نیز با تک کنترلر ماسفت به پایه شماره 3 آی سی دوم متصل میشود.
در اینجا نیز تغذیه DC ولتاژ پایین، متناظر با 230 ولت، در پایه شماره پنج آی سی شماره2 اعمال میشود به گونه ای که چراغ بارهای مجازی با بار واقعی تنظیم میشوند تا خروجی ژنراتور را در محدوده 230 ولت نگه دارند. اگر سرعت چرخش ژنراتور افزایش یابد، بطور متناسب، ولتاژ در پایه شماره 5 آی سی نیز افزایش می یابد. که می تواند افزایش ولتاژ را در پین شماره پنج آی سی شماره 2 ایجاد کند و با ایجاد سیگنال نسبت بالاتر به مافست، اجازه جریان بیشتر را به بار میدهد. با افزایش جریان بار، چرخش ژنراتور سخت تر میشود و به وضعیت نرمال خود برمیگردد.
برعکس، وقتی سرعت چرخش ژنراتور تمایل به کاهش دارد، بار مجازی کم میشود تا بتواند سرعت ژنراتور را به مقدار نرمال خود بکشاند.
این مدار ELC، علاوه بر سیستم های برقآبی کوچک، در توربینهای بادی نیز قابل استفاده میباشد.
بازدیدها: 1301