Как сделать автоматический запуск генератора при отключении электричества
Автор: Gwinbleidd, gwinbleidd91@mail.ru
Опубликовано 01.04.2015
Создано при помощи КотоРед.
В данной статье предлагается к повторению устройство, которое осуществляет автоматический запуск двигателя бензогенератора при пропадании подачи электроэнергии потребителям. Устройство собрано на базе микроконтроллера ATtiny2313A.
В связи с большой стоимость комерческих решений было решено собрать самодельное устройство, которое давольно таки хорошо себя зарекомендовало.
Схема показана на рисунке:
Алгоритм работы устройства автозапуска генератора:
После подачи питания +12 вольт в устройство автозапуска (УА) , УА начинает контролировать городскую сеть 220 вольт. При отсутствии напряжения в городской сети примерно через 10 секунд, УА начинает процедуру:
1. УА отключает городскую сеть (т.е пускатель городской сети разъединяется ) и подаёт звуковой сигнал
2. УА вытягивает «подсос» с помощью привода сервомотора
3. УА включает зажигание
4. УА включает стартер двигателя
5. УА выключает стартер двигателя
Далее УА ждет 10 секунд пока двигатель наберет обороты, затем и подключает напряжение вырабатываемое генератором. После этого УА продолжает контролировать напряжение во внешней городской сети. При появлении напряжения 220 вольт во внешней городской сети , УА через 20 секунд глушит двигатель генератора и переключает внутреннюю сеть дома на напряжение городской сети.
Если двигатель не запустился с первого раза, УА производит запуск двигателя еще 4 раза. Если и в этом случае двигатель не запустился, УА прекращает контролировать городскую сеть и производит индикацию «Ошибка» и подаёт звуковой сигнал.
Устройство автозапуска имеет возможность установки режима работы «зима /лето» (в режиме «зима» производится прогрев двигателя – 3 минуты). Устройство автозапуска имеет возможность установки режима работы «двойное время работы стартера». В режиме «двойное время работы стартера» время работы стартера увеличивается в два раза). Также УА имеет функцию охлаждение двигателя перед остановкой.
Как я делал себе АВР для генератора
Несколько лет назад делал себе АВР (автоматический ввод резерва) для работы на даче от генератора. Сейчас многие ИТ-шники переходят на удалёнку, работают с дач, где качество электропитания может оставлять лучшего. Поэтому решил написать о своем опыте самодельного АВР на микроконтроллере ATmega8A. Если тема интересна, добро пожаловать под кат, будет много букв и кода.
О заземлении
Прежде чем что-либо делать с электричеством, нужно позаботиться о наличии хорошего заземления в вашем доме. Просто так взять и подключить обычный бытовой бензиновый/дизельный/газовый генератор к электросети дома не получится. Нужно соблюдать меры предосторожности. Первая из них – ваш генератор должен быть хорошо заземлен. Тогда у вас есть хорошие шансы не получить удар током, когда статика от вашего любимого свитера пробъёт изоляцию обмотки генератора. Вообще, к работающему генератору не стоит без нужды прикасаться.
Стоит помнить, что в сети не всегда 220В. Коммутация на линиях, грозовые разряды вдалеке, статические разряды дают такие наводки, что в сети нередки короткие импульсы в несколько киловольт. С этим борются установкой разрядников и УЗИП на вводе в дом, но это очень редкая практика в РФ. Так что пусть искра в землю уходит, и не через вас – сделайте по всему дому хорошее заземление. Без этого делать что-либо дальше просто нельзя!
О генераторах
К слову, у многих бытовых бензиновых генераторов обмотки никак не соединены с землёй. И это вполне нормально, когда вы питаете от генератора один электроинструмент. Но когда вам надо подключить генератор к дому, нужно сделать нулевой провод (N) и провод фазы (L). Для этого один из выводов генератора заземляется и из этой точки заземления уже независимо нужно вести в дом два провода – один будет нейтралью N, а второй – защитным заземлением (PE). При выборе генератора нужно обратить внимание, можно ли заземлять его выход, порой это запрещено в инструкции к генератору, тогда такой генератор вам не подойдёт.
Часто в Сети можно увидеть схемы подключения генератора без заземления и разделения линий N и PE. Не делайте так, дольше проживёте. Такие схемы хорошо работают до первого неудачного стечения обстоятельств. В типичных блоках питания современных электронных приборов стоят конденсаторы с линий L, N на землю. Если N не заземлить у генератора, то за счёт этих конденсаторов на линии N будет, если повезёт, 110 вольт относительно земли. Кстати, многие газовые котлы в таком режиме вообще перестают работать. Про влияние статики без присутствия заземления я уже писал выше.
О схемах АВР
Есть несколько разных схем реализации АВР. Дальше я буду писать о наиболее безопасной с моей точки зрения схеме однофазного АВР. Я не советую экономно делать АВР на одном контакторе или же с коммутацией только одного фазного провода. Только вместе с нейтралью.
На приведенной схеме питание от сети и от генератора подаётся через вводы 1 и 2. Они защищены спаренными автоматами. Через дополнительные автоматы питаются схемы коммутации и индикации. Видно, что катушки реле взаимно блокируются электрически. За включение того или иного ввода отвечает для упрощения не показанный на схеме микроконтроллер, который замыкает цепи в точке коммутации ТК1 или ТК2.
Принципиальным моментом является наличие в АВР 2х схем блокировок – взаимной механической блокировки коммутирующих вводы контакторов и взаимной электрической блокировки контакторов. Самодельщики ради экономии, бывает, в своих конструкциях пренебрегают этими блокировками, а зря. Схема без блокировок может проработать некоторое время, но в какой-то момент контакты пригорят, возвратные пружины ослабнут и случится КЗ между вводами. Во-первых, это грозит большим бабахом, если обе линии окажутся под напряжением, но это не самая большая проблема. Гораздо важнее, что ваш генератор неожиданно для ремонтирующих проводку электриков может выдать в общую сеть напряжение – при неблагоприятном стечении обстоятельств ремонтирующие линию электрики могут погибнуть. Для вас это уже уголовная статья.
О контакторах
Таким образом, использование обычных реле для нас отпадает, подойдут только специализированные контакторы. Для больших мощностей есть ещё вариант с моторизованными приводами, но это дорого и для типичного домашнего применения избыточно.
Чтобы сделать механическую блокировку, нужно выбрать контакторы, которые могут работать в паре. Обычно взаимная блокировка достигается установкой одинаковых контакторов рядом друг с другом и установкой дополнительной опции – механического блокиратора. Он продаётся отдельно от контакторов и стоит копейки.
Взаимная электрическая блокировка возможна, если на контакторе есть дополнительные сигнальные контакты, работающие на размыкание. Иногда они сразу встроены в контактор, иногда их можно докупить и установить как опцию.
Ведущие производители контакторов имеют в своих линейках такое оборудование. Так что найти и купить комплект не представляет особого труда. Правда цены на брендовые контакторы на порядок выше наших/китайских. Поскольку количество циклов коммутации не ожидается большим, то выбор китайских контакторов вполне оправдан. К недостаткам можно отнести только то, что катушки контактора во время работы довольно сильно гудят.
Еще по поводу коммутируемой мощности. Контакты контактора должны выдерживать максимальную мощность, которую вам разрешено потреблять в доме. У меня это 10 кВт, поэтому контакторы я выбирал на допустимый ток через один контакт примерно в 50 ампер. Стоит отметить, что по какой-то причине коммутируемая мощность для типичного трехфазного контактора указывается в паспорте суммарная для всех трёх фаз, поэтому надо внимательно смотреть, какой допустимый ток именно через один контакт.
О схеме управления
Когда я занимался созданием АВР у меня было несколько особых требований к его работе:
- У меня не так часто отключают электричество, поэтому я решил, что мне не нужен автозапуск генератора, а вот от автоматической остановки генератора я решил не отказываться: когда сеть восстанавливается, генератор сам затихает и сразу понятно, что теперь с питанием всё хорошо, да и бензин экономится
- После старта генератора ему надо дать время прогреться и только после прогрева давать ему нагрузку. Т.е. мне нужен был таймер включения АВР после подачи напряжения от генератора
- После восстановления напряжения в сети часто происходили повторные отключения через короткий промежуток времени, поэтому мне нужен был таймер, который бы выждал перед переходом с генератора на сеть некоторое время и не глушил сразу генератор
- Генератору, говорят, полезно перед выключением немного поработать без нагрузки. И для этого мне тоже нужен был таймер
Хорошо бы, чтоб контроллер работал долго и надёжно. Кроме того, чтобы сделать полную гальваническую развязку и снабдить контроллер сторожевым таймером я ничего более не придумал. Ну и сделать схему и программу максимально простыми. Поскольку делалось всё для себя, то все настройки и калибровки решил оставить в коде — весь UI свелся к одному светодиоду )
Основная задача контроллера – мониторить напряжение на вводах и, при необходимости, переключать вводы. При этом приоритетным является ввод от деревенской сети.
Тут стоит отметить, что качество сети таково, что колебания от 150 в до 250 в вполне обычное явление. Поэтому понятие что есть хорошее питание от сети очень размыто. Через какое-то время я решил эту проблему, когда поставил на весь дом один мощный тиристорный стаблизатор напряжения на 11 кВт. Но, важно, стабилизатор можно ставить только до АВР, а не после! Включать стабилизатор для генератора категорически не рекомендуется. Есть опасность, что при определенной комбинации нагрузок, особенно всяких мощных насосов, система из генератора и стабилизатора станет неустойчивой и войдет в автоколебания.
После некоторых раздумий нарисовал такую схему в Eagle.
В схеме есть два идентичных трансформаторных источника питания, при наличии напряжения на любом из вводов схема обеспечена питанием. Между вводами возможно напряжение в 600в, поэтому изоляция трансформаторов должна быть хорошей. Питание берется после пакетников QF3 и QF4 соответственно.
У каждого источника есть резистивный делитель напряжения, защищенный от перенапряжения стабилитроном – с него производится путём нехитрых расчётов измерение напряжение сети с помощью АЦП микроконтроллера.
Для коммутации катушек контакторов применяется стандартная схема из даташита для управления семисторами. 2 штуки ). Катушки — это индуктивная нагрузка, поэтому цепи снаббера на выходе из резистора и конденсатора обязательны.
У меня был релейный модуль с али, который используется для останова генератора. На схеме он просто прямоугольник с тремя выводами.
Из особенностей еще в качестве генератора опорного напряжения использован TL431. В остальном всё включено стандартно для Atmega 8. Есть светодиоды для индикации наличия напряжения питания на вводах и один светодиод статуса устройства. Тактируется схема с помощью внешнего кварца на 16 МГц.
Eagle мне породил вот такую печатную плату. Никаких SMD, симисторы и стабилизатор с легкими радиаторами.
Два тороидальных трансформатора установлены прямо на плате. Плату изготовил традиционным радиолюбительским способом с помощью фоторезиста. После монтажа покрыл тремя слоями акрилового лака. Надеюсь не пробьет его высокое напряжение.
О программе управления
Код программы довольно длинный, извините.
Программа разработана с помощью бесплатного AVR Studio и использует стандартные библиотеки AVR.
В основном цикле программа проверяет напряжение на входах вводов, оценивает состояние включения контакторов, учитывает работу программных таймеров, производит необходимые корректировки включая или выключая реле и контакторы, затем уходит в спячку. Для отладки сделан вывод отладочной печати в последовательный порт микроконтроллера.
Для контроля зависаний предусмотрен сторожевой таймер.
Все циклы измерений сделаны на прерываниях и с использованием аппаратных таймеров. Счетчик секунд сделан на таймере 1. По прерыванию таймера 1 обновляются программные таймеры, отвечающие за задержки включения и отключения контакторов и реле генератора.
Второй таймер используется для создания эффекта мигания светодиода статуса. Предусмотрено три паттерна мигания. Значения из паттерна мигания берутся в прерывании таймера 2. По миганию можно судить о состоянии контроллера.
Два АЦП также работают по таймерам и усредняют по 2500 сэмплов измерений напряжения. Для перевода измерений в реальные вольты предусмотрены калибровочные константы. Их значения надо исправить в ходе настройки АВР.
Кроме того, есть еще ряд констант, которые нужно определить в ходе наладки.
Реле останова генератора при работе от генератора держится включенным, блокируя поступление напряжения на цепь останова генератора. После завершения работы таймера работы генератора на холостом ходу, реле выключается и на цепь останова генератора через это реле начинает поступать ток. На самом генераторе стоит специальный блок, который после появления напряжения с некоторой задержкой замыкает цепь зажигания на массу, что приводит к останову генератора. Этот же блок содержит цепь подзаряда аккумулятора генератора. Если кому интересны детали, напишите в комментах, я сделаю отдельный пост об этом блоке. В нём нет кода, всё аппаратно.
Если кто-то надумает повторить АВР, то стоит подкорректировать значения настроек. Готовую прошивку не публикую, так как программу всё равно надо править в ходе настройки АВР.
Надо сказать, что мой АВР работает уже 4 года без проблем, так что схема можно считать проверенная как и код.
3 схемы автоматического ввода резерва для дома. Ввод 1 — Ввод 2 — Генератор.
При сборке схемы автоматического ввода резерва можно выбрать три варианта. Два более простых и один посложнее.
Рассмотрим каждый из вариантов схемы поподробнее.
Простейшая схема АВР для двух однофазных вводов собирается всего лишь на одном магнитном пускателе. Для этого понадобится контактор с двумя парами контактов:
- нормально разомкнутым
- нормально замкнутым
Если таковых в вашем контакторе не оказалось, можно использовать специальную приставку.
Только учтите, что контакты у большинства из них не рассчитаны на большие токи. А если вы решите подключать через АВР нагрузку всего дома, то уж точно не стоит этого делать, используя блок контакты расположенные по бокам стандартных пускателей.
Вот самая простая схема АВР:
Катушка магнитного пускателя подключается на один из вводов. В нормальном режиме напряжение поступает на катушку, она замыкает контакт КМ1-1, а контакт КМ1-2 размыкается.
SF1 и SF2 в схеме – это однополюсные автоматические выключатели.
Напряжение через контактор поступает к потребителю. Дополнительно в схеме могут быть подключены сигнальные лампы. Они визуально будут показывать какой из вводов в данный момент подключен. Немного измененная схемка с лампочками:
Если напряжение на первом вводе исчезло, контактор отпадает. Его контакты КМ1-1 размыкаются, а КМ2-1 замыкаются. Напряжение начинает поступать к потребителю с ввода №2.
Если вам в нормальном режиме просто нужно проверить работоспособность схемы, то выключите автомат SF1 и смотрите как реагирует сборка. Все ли работает исправно.
Самое главное здесь изначально проконтролировать на какой ток рассчитаны эти самые нормально замкнутые и разомкнутые контакты.
При этом обратите внимание, что эту простейшую схему можно собрать двумя способами:
- без разрыва ноля
- с разрывом нулевого провода
Без разрыва можно применять в том случае, если у вас есть две независимые линии эл.передач или кабельных ввода, от которых вы собственно и подключаете весь дом. А вот когда резервной линией является какой-то автономный источник энергии – ИБП или генератор, то здесь придется разрывать как фазу, так и ноль.
Естественно, что все контакторы подключаются после счетчика kWh. QF – это модульные автоматы в щитке дома.
Если у вас второй источник питания подает напряжение не автоматически, например бензиновый генератор без пусковой аппаратуры. Который нужно сначала вручную завести, прогреть и только потом переключиться, то схемку можно немного изменить, добавив туда одну единственную кнопку.
За счет нее не будет происходить автоматического переключения. Вы сами выберите для этого нужный момент, нажав ее когда потребуется. Монтируется эта кнопка SB1 параллельно катушке контактора.
Когда у вас напряжение на основном вводе не исчезает на долго, а периодически пропадает и появляется (причины могут быть разными), в этом случае не желательны постоянные переключения контакторов туда-обратно. Здесь целесообразно использовать специальную приставку к контактору типа ПВИ-12 с задержкой времени.
Трехфазная схема практически аналогична однофазной.
Только особо следите за правильной фазировкой АВС. Она должна совпадать на вводе-1 с вводом-2. Иначе 3-х фазные двигатели после переключения будут крутиться в обратную сторону.
Вторая схема немного посложнее. В ней используется уже два магнитных пускателя.
Допустим, у вас есть два трехфазных ввода и один потребитель. В схеме применены магнитные пускатели с 4-мя контактами:
- 3 нормально разомкнутые
- 1 нормально замкнутый КМ1
Катушка пускателя КМ1 подключается через фазу L3 от первого ввода и через нормально замкнутый контакт КМ2. Таким образом, когда вы подаете питание на ввод №1, катушка первого пускателя замыкается и вся нагрузка подключается к источнику напряжения №1.
Второй контактор при этом отключен, так как нормально замкнутый разъем КМ1, будет в этот момент размокнут, и питание на катушку второго пускателя поступать не будет. При исчезновении напряжения на первом вводе, отпадает контактор-1 и включается контактор-2. Потребитель остается со светом.
Самый главный плюс этих схем – их простота. А минусом является то, что подобные сборки называть схемами автоматизации можно с очень большой натяжкой.
Стоит лишь исчезнуть напряжению на той фазе, которая питает катушку включения и вы легко можете получить встречное КЗ.
Можно конечно усовершенствовать всю систему, выбрав катушку контактора не на 220В, а на 380В. В этом случае будет осуществлен контроль уже по двум фазам.
Но на 100% вы все равно себя не обезопасите. А если учесть момент возможного залипания контактов, то тем более.
Кроме того, вы никак не будете защищены от слишком низкого напряжения. Пускатель №1 может отключиться, только если U на входе будет ниже 110В. Во всех остальных случаях, ваше оборудование будет продолжать получать не качественную электроэнергию, хотя казалось бы, рядом и есть второй исправный ввод.
Чтобы повысить надежность, придется усложнять схему и включать в нее дополнительные элементы:
- реле напряжения
- реле контроля фаз и т.п.
Поэтому в последнее время, для сборки схем АВР, все чаще стали применяться специальные реле или контроллеры — ”мозги” всего устройства. Они могут быть разных производителей и выполнять функцию не только включения резервного питания от одного источника.
Вдруг перед вами стоит более сложная задача. Например, нужно чтобы схема управляла сразу двумя вводами и вдобавок еще генератором. Причем генератор должен запускаться автоматически.
Алгоритм работы здесь следующий:
1.При неисправном вводе №1 происходит автоматическое переключение на ввод №2.
2.При отсутствии напряжения на обоих вводах осуществляется запуск генератора и переключение всей нагрузки на него.
Как и на чем реализовать подобный ввод резерва? Здесь можно применить схему АВР на базе AVR-02 от компании ФиФ Евроавтоматика.
В принципе есть смысл один раз потратиться и защитить себя и свое оборудование раз и навсегда.
Данное устройство является многофункциональным и с помощью него можно построить 8 разных схем АВР. Чаще всего применяются три из них:
Автоматический запуск генератора при отключении электричества
В процессе эксплуатации резервных источников питания большое значение имеет такая функция, как автоматический запуск генератора при отключении электричества. Необходимость использования данных устройств обусловлена рядом причин. В первую очередь, они связаны с шумной работой генераторов и необходимостью, их размещения на расстоянии от дома или даже в отдельных строениях и подземных бункерах. Однако при таком изолированном состоянии возникает серьезная проблема в подаче электроэнергии на объект, в случаях ее неожиданного отключения.
Система автозапуска генератора
Ручное переключение подачи электричества потребует много времени. Вначале рубильником отключается основная сеть, затем нужно подойти к генератору, завести его, дать прогреться и только после этого можно подавать электричество на объект. После того как городское электричество вновь появилось, процедура отключения генератора повторяется в обратном порядке. Для того чтобы избежать подобных движений, был придуман автозапуск генератора, самостоятельно выполняющий все операции. Принцип действия данных устройств один и тот же, они различаются лишь по количеству функций, качеству сборки, комплектности и стоимости.
Автоматический запуск генератора осуществляется в той же последовательности, что и при ручном режиме, только значительно быстрее. Самые простые устройства выполняют обычное включение и выключение домашней электростанции. В современных моделях представлен более широкий набор функций. В основе конструкции таких устройств лежат новейшие программируемые процессоры.
Система позволяет контролировать не только наличие сетевого напряжения, но и его номинальное значение по верхнему и нижнему пределам, а также разница напряжения между фазами. При выходе параметров за допустимые пределы, выполняется автоматическое переключение на генераторную установку. На некоторых моделях автоматического ввода резерва (АВР) возможно самостоятельное программирование всех необходимых параметров, обеспечивающих нормальную и корректную работу электростанции. Дополнительные настройки предусмотрены в бензиновых и дизельных генераторах с учетом их специфики.
Одна заправка топливом обеспечивает работу устройства в течение 7-9 часов. Для увеличения этого показателя работа генератора может вестись автоматически в экономичном режиме. Например, при отключении электричества, нецелесообразно включать электростанцию, чтобы обеспечить непрерывную работу только одного холодильника или газового котла. В таких случаях может задаваться режим работы «один час через три», что означает один час работы и три часа отдыха. За это время ни с холодильником, ни с системой отопления ничего не случится. За счет такой экономии увеличивается не только временной период действия станции, но и ее моторесурс.
Качественная автоматика делает эксплуатацию генератора значительно проще и доступнее практически для каждого человека. Выбор системы автозапуска рекомендуется делать в специализированных организациях, которые не только продают, но и устанавливают необходимое оборудование.
Блок для автозапуска генератора
В качестве автоматического ввода резерва расмотрим более подробно устройство БАЗГ-1, представляющее собой блок автозапуска генератора. С его помощью обеспечивается дистанционное управление, не требующее присутствия людей. Основной функцией блока является запуск и остановка двигателя электростанции. Для запуска предусмотрено пять попыток, в том числе на сам запуск отводится 5 секунд, и на перерыв между запусками – 15 секунд с автоматическим управлением воздушной заслонкой.
Блок БАЗГ-1 входит в состав системы резервного автоматического электроснабжения. Внешний источник отдает команду, по которой выполняется запуск и последующий контроль над работой двигателя. Для того чтобы система работала полноценно, понадобится щит, переключающий на резерв.
Устройство БАЗГ-1 может работать совместно с инвертором, обеспечивающим запуск генератора и дальнейшую подзарядку аккумуляторной батареи. Пуск и отключение генератора происходит при замыкании и размыкании двух контактов. При неудачной попытке запуска блок переходит в состояние аварийного режима. Для выхода из него нужно снять питание с блока или отменить команду запуска. Перед полным отключением двигателя генератор охлаждается в течение 30 секунд.
Схема автозапуска генератора
Все электроприборы и оборудование, для которых требуется резервное питание, отдельно выделяются на схеме автозапуска. Остальные потребители остаются подключенными к городской сети по стандартной схеме. Подключение фазы осуществляется через автоматический предохранитель. Сами потребители резервного питания подключаются через розетку на 32 ампера, позволяющую снимать полную мощность генератора.
В схеме в обязательном порядке должен быть предусмотрен заземляющий контур, обеспечивающий защиту и безопасную работу с установкой. Следует учитывать, что розетка и блок автозапуска не рассчитаны на высокие нагрузки. Мощность потребителей, подключенных к резервному питанию, не может быть выше номинальной мощности генератора. В случае перегрузки высока вероятность сжигания обмотки и выхода из строя всей установки.
В некоторых случаях схема автозапуска предусматривает подключение стабилизаторов напряжения. Они используются для тех потребителей, которые чрезвычайно требовательны к качеству электроэнергии в бытовых условиях и на производстве. Подключение стабилизаторов в сеть осуществляется в тестовом режиме. В случае стабильной работы всех потребителей, отсутствии посторонних шумов, прибор устанавливается перед генератором и включается в городскую сеть. Если же ток, выдаваемый генератором, некачественный, то установка стабилизатора производится после него и все потребители будут получать уже стабилизированный ток.
Домашний генератор на 220в с системой автозапуска
Стабилизаторы напряжения переменного тока: принцип работы + схемы
Какой стабилизатор напряжения лучше купить — ТОП лучших для дома, дачи, котла, холодильника в 2023 году
Система запуска асинхронного двигателя: устройство и принцип работы, схема,
Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром
Стабилизатор напряжения для телевизора — нужен ли и как его выбрать