Generator step-up-Wandler mit LT-1073-12

[andreas]

Hallo,

zunächst wäre zu ermitteln, welchen Strom der Generator bei Windantrieb liefern kann. Er darf dabei noch nicht deutlich abgebremst werden. Wobei der ausgesuchte Wandler ein ganz kleines Teil ist, mehr als ein paar hundert mA sind aus dem nicht rauszuholen.

MfG. Andreas

[jb79]

Hallo!

Das Teil ist nur für sehr kleine Leistungen geeignet, würde sagen bei 14V Ausgangsspannung (max. Ladespannung) und 2V Eingangsspannung kannst du mit maximalen Ladeströmen von etwa 100mA (sofern nicht ein externer Transistor verwendet wird) rechnen. Wirkliche Alternativen gibts eigentlich nicht, so kleine Spannungen sind leider recht ungünstig zu handhaben, der Wirkungsgrad ist da sehr niedrig.
Du solltest eher schauen mal eine höhere Spannung zu bekommen, z.B. durch ein Getriebe, dann brauchst du evtl. keinen Wandler mehr oder könntest eine Schaltung wie diese benutzen, die noch dazu das Maximum rausholt und versucht Windrad und Generator im optimalen Bereich zu betreiben.

[jb79]

Für aussagekräftige Messungen brauchst du einen Antrieb mit reproduzierbaren, konstanten Drehzahlen (z.B. einen Akkuschrauber), die Drehzahl solltest du trotzdem messen (dafür eignen sich Fahrradtachos ganz gut). So einen Fahrradtacho gibts um ca. 2€ bei Ebay, dieser hier kann sogar die Drehzahl in U/min messen.

Mit welchen Leistungen rechnest du eigentlich für dein Windrad?
Wenn du nur ein paar Watt hast kannst du die mit ein paar dieser Wandler in Parallelschaltung erreichen, würde sagen einer alleine erreicht ca. 1,5-2W Ausgangsleistung.

[andreas]

Hallo,

zum Testen auf Strom tun es erst mal ein paar kleine Lampen, so vom Fahrrad etwa. Den tun die 4 V nichts, aber es fließt ein bißchen Strom. Das kann man mit einer Lampe probieren, mit zwei parallel, oder auch drei und mehr als Last, aber damit das Windrad noch nicht ausbremsen. Dabei Strom und Spannung messen, so weiß man mehr.

Welche Drehzahlen erreicht denn der Rotor und welche der Generator? Du hast einen Keilriemen dazwischen, mit zwei unterschiedlich großen Riemenscheiben ist das bereits ein Getriebe! Dessen Übersetzung ist einfach das mechanische Verhältnis der beiden Scheiben. Bei einer Autoachse mit Felge kommen Riemenauflagen an der Bremstrommel oder der Felge in Frage - welche hast Du benutzt?

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Johannes,

rein zufällig fiel mir gerade ein LT1072 in die Finger, also mal ein Datenblatt geholt. Der Chip muß um 20 Jahre alt sein, wird aber immer noch verkauft (als DIP-8 für 3,30 bei Reichelt). Der geht bei knapp 3 V schon mit vollem Schaltstrom (1,5A) los, könnte also dort ein gutes halbes A aus dem Generator holen.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Johannes,

ohne Messen wird das nichts. Eine Glühlampe halt kalt einen deutlich geringeren Widerstand als bei Betriebstemperatur, so bringen es meine beiden 200-Watt-Reservelampen kalt auf 14 und 17 Ohm. An 15 V fließen hier knapp 0,3 A, die Lampe wird dabei spürbar warm. Bei einer Lampe mit zum Generator halbwegs passender Spannung kannst Du in etwa ihre Nennwerte ansetzen, aber bei so groben Abweichungen vom Betriebsfall können da nur Fahrkarten herauskommen.

Miß bitte Spannung und Strom separat oder benutze einen passenden Widerstand als Last, mit dessen Werten kann man auch rechnen, egal ob heiß oder kalt. Fange vielleicht mal mit Werten zwischen 20 und 100 Ohm an, falls Du so etwas mit einigen Watt Belastbarkeit zur Hand hast.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Johannes,

hoffentlich war das ein dicker Widerstand, denn er mußte über zwei Watt verheizen - sonst ist er nun abgebrannt. Ansonsten empfiehlt sich eine kleine Meßreihe mit unterschiedlichen Widerständen (die benannten 330 Ohm sind etwas zu gering als Last) bei gleicher Drehzahl. Die Bohrmaschine allein ist dazu ungeeignet, denn sie kann keine stabile Drehzahl bereitstellen, ist lastabhängig. Es braucht irgend eine Referenz, nach der man die Antriebsleistung so einstellt, daß die gleiche Drehzahl beim Messen anliegt. Ein Drehzahlmesser wäre möglich, anderes Gerät taugt aber auch dazu. Meine Wechselstromgeneratoren habe ich an den Frequenzzähler gehängt und dann bei gleicher Frequenz vermessen. Der Oscar kann das auch, hat ebenfalls eine stabile Zeitbasis.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo Johannes,

jetzt also mit Drehzahlbezug, prima. Sinnvoll wäre nun eine Meßreihe, die kann aber bei geringeren Drehzahlen ablaufen, 300 Umdrehungen sind nicht unbedingt nötig. Auf jeden Fall muß die Drehzahl bei allen Messungen gleich sein. Du brauchst eine Reihe an belastbaren Widerständen dazu, so vielleicht ein paar gängige E6- oder E12-Werte bis vielleicht 100 Ohm.

Ermittle zunächst die Leerlaufspannung (also ganz ohne Widerstand) bei der Meßdrehzahl. Notiere die Spannung. Belaste dann den Generator mit den unterschiedlichen Widerständen bei gleicher Drehzahl und notiere jeweils Spannungs- und Widerstandswerte. Interessant ist der Punkt, wo die Spannung die halbe Leerlaufspannung erreicht - dort liegt der Punkt der Leistungsanpassung, d.h. Innenwiderstand des Generators und Lastwiderstand sind gleich groß. Das ist der Punkt, an dem die maximale Leistung dem Generator zu entnehmen ist, er selber aber auch ein Maximum davon intern verheizt.

Gewöhnlich ist dieser Punkt nicht eben praxisgerecht, normalerweise bleibt man in der Elektrik darunter. Bei zwei Dritteln Leerlaufspannung ist ein guter Kompromiß erreicht, der Generator wird nicht zu warm und außen hat man dennoch Leistung zu entnehmen. Am Wind darf man das nicht zu ernst nehmen, die Verhältnisse ändern sich dort ständig. Dennoch ist es nicht verkehrt, diese Bereiche zu kennen, um in etwa den Wirkungsgrad der ganzen Anordnung in einem günstigen Bereich zu halten.

MfG. Andreas

[bernhard8]

Ich werde im nächsten Monat an einer Step-up Schaltung arbeiten. So kleine, fertige Schaltwandler schaffen normal nur ganz geringe Leistungen. Ich werde versuchen dahinter einen Transistor oder MOSFET zu schalten damit man die Leistung kräftig erhöhen kann. Effizienz ist bei Step-up Wandlern aber alles und logischerweise nicht einfach zu realisieren. Das Ziel sollte aber 80-90% Wirkungsgrad sein, sonst kann man die ganze Idee vergessen.

Wie gesagt bin ich noch nicht soweit, werde aber meine Ergebnisse im Forum posten falls ich was brauchbares schaffe.

Allerdings hinterfrage ich mal wie sinnvoll die ganze Idee überhaupt ist. Ich habe bei < 10V auch nur etwa 60 Umdrehungen pro Minute. Bei so kleinen Umdrehungszahlen wird nur winzig Leistung am Repeller anstehen. Ich fürchte dass der Repeller sofort abgewürgt wird sobald man versucht auch nur kleine Leistungen zu entnehmen. Vom Gefühl her könnte es bei mir aber ab zumindest 10V klappen. Diese Spannung liegt auch schon viel häufiger an als die bisher benötigten 15V.

[andreas]

Hallo Bernhard,

für einen solchen Schaltwandler kann ich Dir unbedingt zur Nutzung von Fets als Endstufe raten. Selbst kleine Wandler lassen sich damit "veredeln" und zu guten Leistungen bringen. Die internen Endstufen haben an den ausgewiesenen Leistungsgrenzen schon große Verluste, von daher nur für ganz kleine Leistungen sinnvoll nutzbar.

Der Sinn solcher Wandler steht natürlich in Frage. Ich habe so etwas schon gebaut und benutzt (Mc64063 am kleinen Horizontalrotor), aber ohne Leistungsregelung wird der Wandler primär immer den maximalen Strom holen wollen und damit das Windrad bei schwachem Wind gut ausbremsen. Bei drehmomentstarken Rotoren mag dies besser aussehen, aber hier hat es sich nicht bewährt.

Inzwischen gehe ich lieber den umgekehrten Weg und lasse das Windrad unten herum frei laufen, bei geringen Drehzahlen bringt es eben nichts. Da ich diverse Akkus dran habe, ergibt sich der früheste Ladebeginn bei etwa 130 Umdrehungen, aber da kommt dann auch ein wenig Strom zustande. Vor allem dreht es dann auch willig auf 150, 180, 230 und mehr Umdrehungen (das sind so weitere Akku-Kombinationen, die je nach Spannung eingeschaltet werden) hoch, wenn der Wind es will. Die Überlast bei geringen Drehzahlen (speziell durch Aufwärtswandler, meiner ging bei gut 2 Volt los) ist sonst so hoch, daß die Blätter aus dem an sich guten Wind nichts mehr heraus holen können. Ein Windrad mit einem guten Tsr muß mit dem Wind mitlaufen können, sonst bringt es nicht viel.

Bei einem kleinen Horizontalwindrad würde ich mir bei 60 Umdrehungen keine Gedanken machen, da kann einfach noch keine Leistung kommen.

MfG. Andreas