Konzeption und Bau eines Windkanals

[Bernd]

Hallo Daniel, sehr gut das Ergebnis !
Durch den Saugkanal hast du jetzt viel bessere Anströmungsbedinungen als beim umgekehrten Prinzip.
Was hast du eigentlich genau als Netzteil genommen ?
Ich bin schon auf den Bau deines Messtandes gespannt.

Grüsse

Bernd

[Daniel]

Was hast du eigentlich genau als Netzteil genommen ?

"Netzteil" ist geschmeichelt, aber ich nannte es zuvor ebenfalls so ... Bilder sagen mehr als 1000 Worte:

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Die Transformatoren stammen aus modernster Fertigung :

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Spass beiseite - die habe ich mal vor langer Zeit günstig erworben, vermutlich bei P*llin ... und bevor die ungenutzt verstauben, haben sie nun endlich eine Aufgabe.

Letztendlich soll da natürlich noch eine Spannungs-Regelung rein. Zunächst hatte ich an eine PWM-Regelung mit einem (oder zwei) FET gedacht. Zum einen hat die geringe Verluste, zum anderen kann ich das Steuersignal über ein vorhandenes IO-Board mit dem Computer erzeugen. So könnte man ganze Windsimulationen programmieren und schaut dem Treiben des Windrades nur noch zu. Das IO-Board hat nämlich unter anderen zusätzlich noch zwei Eingänge mit AD-Wandler, die man prima zum Messen verwenden könnte, bei Aufzeichnung des Messdaten am Computer. Deshalb hätte ich auch gerne die Spannung des Glockenankermotors gemessen ... nunja, es klappt nicht alles auf Anhieb.

Einen Haken hat die PWM-Ansteuerung allerdings. Im Vorfeld habe ich damit schon einen kleinen PC-Lüfter geschlachtet. Vermutlich verträgt die elektronische Kommutierung das PWM-Signal nicht Deshalb habe ich die Windwand zunächst einmal direkt an die "Stromversorgung" angeschlossen. Ich habe aber noch 4 Ersatz-Lüfter für die Windwand und werde die mal auf ihre PWM-Verträglichkeit testen.

Grüsse - Daniel

[Daniel]

Moin,

hier mal wieder ein Update zum Thema "Windkanal". Die von mir eingesetzten Lüfter vertragen die PWM-Ansteuerung bislang ohne Mängel. Ein kleines PHP-Skript, dass die Lüfter über die IO-Karte ansteuert, läuft auch so, wie ich es mir vorgestellt habe. Von daher möchte ich diese Art der Ansteuerung auch später verwenden. Leider tritt nun folgender Umstand auf, den es vor Inbetriebnahme als Mess- oder Vergleichseinrichtung noch zu beseitigen gilt:

Die Ausgangs-Spannung der Trafos (Eingangs-Spannung der PWM-Steuerung) sinkt unter Belastung zu stark ab. Ein Beispiel: Bei einer Einschaltdauer von 40% beträgt die Ausgangs-Spitzen-Spannung der PWM-Steuerung 30 Volt, bei 70% nur noch 27 Volt und bei 100% nur noch 24 Volt (Werte grob gerundet - es geht ja nur ums Prinzip).

Erkenntnis: Die VEB-Trafos sind ungeeignet

Fazit: Es muss ein stärkeres Netzteil her, dass eine konstante (Last-unabhängige) Spannung für die PWM-Steuerung liefert. Was den/die Transformator(en) betrifft, bin ich bereits fündig geworden: 2 Ringkerntrafos mit jeweils 2 Sekundär-Wicklungen und nominal 18 Volt und 5 Ampere. Diese schalte ich so, dass ich auf 36 Volt bei 10 Ampere komme. Diese 36 Volt möchte ich mit einem Abwärtswandler nach dieser Schaltung auf circa 30 Volt schalten. Da dies mein erster Step-Down-Wandler wird, habe ich jedoch noch einige Fragen an die Elektronik-Experten hier im Forum.

Grüsse - Daniel

[andreas]

Hallo Daniel,

bei genug Last werden aus 24 V Wechselspannung auch 24 V Gleichspannung hinter dem Gleichrichter. Die Trafos tun also genau das, was drauf steht. Welchen Strom ziehst Du dort? Laut Trafoaufdruck sind gut 8 A zulässig, insgesamt wären das um 200 W. Bei 36 Lüftern müßte jeder einzelne Lüfter über 5 W aufnehmen, was ich bei dieser geringen Größe eher für unwahrscheinlich halte.

MfG. Andreas

[Daniel]

Hallo Andreas,

das sollte jetzt kein Vorwurf gegen die Trafos sein. Ich hatte zunächst gehofft, dass ein so einfachen Aufbau (Trafo, Gleichrichter, Elko) ausreichend Spannungs-stabil ist. Wenn ich mir jedoch überlege, dass eine "Spalte" der Windwand knapp 1 Ampere zieht und alle zusammen dementsprechend knapp 6 Ampere, war es ziemlich blauäugig von mir, dies anzunehmen. Zumal die Trafos in Reihe geschaltet sind und sich der Ri damit ja verdoppelt. Um eine Spannungsstabilisierung vor der PWM-Regelung komme ich also nicht herum. Und da die Lüfter eine Betriebsspannung bis circa 28 Volt haben, möchte ich nun auch die Trafos austauschen, um auch bei Voll-Last diese Spannung bei 100%-PWM zu erreichen.

Grüsse - Daniel

[Daniel]

Hier mal wieder ein Update zu meinem Windkanal, den ich nach langer Baupause (aus dem Projekt war gewissermaßen "die Luft raus" ) vor ein paar Tagen fertig gestellt habe. Die Ansteuerung der Lüfter erfolgt über eine PWM-Versorgung, die vom Computer aus angesteuert wird. Leider verhält sich die Windgeschwindigkeit nicht so linear zu dem Tastverhältnis wie ich es mir erwünscht hätte. Aber zumindest sind die Windgeschwindigkeiten sehr einfach und "per Knopfdruck" reproduzierbar.

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Aus dem Windkanal schaut oben die Achse raus, die im Inneren den Rotor trägt. An der Achse befindet sich ein Magnet zur Drehzahlmessung. Diese erfolgt mit einem alten Fahrradtacho, der in der Lage ist, direkt die Umdrehungsgeschwindigkeit anzuzeigen ("CAD"ence). Leider muss diese größer als 26-28 U/min sein, da der Tacho anderenfalls "0" anzeigt. Bei kleineren Drehzahlen behelfe ich mir mit weiteren Magneten, um die Impulse für den Tacho zu verdoppeln/verdreifachen.

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Derzeit bastele ich an einer Seilbremse zur Messung des Drehmoments. Die Idee habe ich von Bernd's Messstand übernommen. Die ersten diesbezüglichen Versuche sehen vielversprechend aus ...

Ein einfacher Rotor dreht bereits seine Runden. Ergebnisse hierzu stelle ich demnächst unter einem separaten Thema ein.

Grüsse - Daniel