Leistungsentnahmeregler für kleine Windkraftanlagen

[herbk]

Guten Morgen Jürgen,

Von welchen Spannungen/Strömen/Leistungen sprechen wir hier, gibt es einen Gleichrichter bzw. eine Glättung nach dem Generator des Windrades und was ist die Last?

Für mich gerade erst mal nur um gaaanz wenig Leistung für meine Teststände mit 0,25m^2 Rotor.
Das "Lieferprogramm" aus Fernost kenne ich recht gut, ich hab mir die Attiny's auch nicht blank sondern auf Platine mit Basisbeschaltung geholt.

Was ich inzwischen (durch Versuche) weiß, ist, dass einfaches aus und Anschalten der Last noch zu hart ist. Man schiebt den Punkt an dem der Rotor zu Stark gebremst wird nur nach oben. Aber an Stelle von ein/aus, den PWM Ausgang verwenden sollte das verbessern... Auch sollte dann die Spannung als Referenzgröße verwendbar sein...

[jb79]

Hallo!

Also im Bereich bis ca. 20V, vielleicht 1A.

Für die die Gleichrichtung gibts da z.B. die universelle starke 1N5822 Schottkydiode. Wenn du mit SMD umgehen kannst, dann empfehle ich die SA33L. -> kompakte Bauform, sehr niedrige Flußspannung und trotzdem 3A Dauerstrom.
Als Schalttransistor z.B. den IRF3205 mit nur 8mOhm Rdson. Da brauchst du auch bei niederohmigen Lastwiderständen keinen Kühlkörper.

PWM ist für eine feine Laststeuerung ohnehin notwendig.

[herbk]

Hi Jürgen,
für meine Gleichrichter verwende ich zur Zeit die 1N5821, da habe ich noch ein paar...

Mit meinem Rotor und Teststandgeni (eigentlich nur eine Magnetscheibe mit ein paar Spulen darunter) komme ich sicher nicht so schnell an die die 20W Leistung.
Es geht mir im Moment (kann man ja später mehr draus machen) hauptsächlich darum den Messvorgang zur Feststellung der Rotorleistung zu vereinfachen, im Moment regle ich die Lastentnahme noch manuell mit einem Poti. Nach dem Poti hängt da nur noch das Amperemeter in der Leitung, also 0 Ohm...

Wenn die Lastentnahmeregelung einigermaßen funktioniert wie ich mir das Vorstelle, dann könnte ich die Rotorleistung auch im Freien feststellen und so das Ansprechverhalten auf Böen mit einbeziehen. 2 Gleiche Teststände mit unterschiedlichen Rotoren nebeneinander und am Ende des Tages einfach die Aufzeichnung (ich zeichne die Werte des DMM am PC auf) auswerten....

[herbk]

Hallo,
heute gibt es mal ein paar Neuigkeiten von dieser Baustelle:
Damit ich mit der Geschicht weiterkomme, hab' ich die letzten Wochen viel über die Programmierung von MC's gelesen und die ersten "Kämpfe" mit der Materie hinter mir...
Die Anfangs gekauften digispark Boards konnte ich leider nicht verwenden, weil mein Rechner sich standhaft weigert sie einzubinden...
Deshalb bin ich auf ein wenig größere Arduino Nano's umgestigen, die erkennt der Rechner und das Aufspielen der Sketche (Programme) ist ein Klacks. Dank freundlicher Unterstützung des zum Arduino "gehörenden" Forums konnte ich den auch ersten "Dreizeiler" für die Lastentnahmeregelung verwirklichen. Die dazugehörige Schaltung habe ich erst mal auf einem Steckbrett aufgebaut und am Oszi geguckt ob das auch klappt wie gedacht. - was dann nach einigen "Abstimmungsarbeiten" der Fall war.

Auf eine klein Platine gelötet, mit Messeinheit und Akku, sieht das jetzt so aus:

lr1_kombi.jpg (284.54 KiB) 15900-mal betrachtet

Jetzt bekommt der Kleine noch ein passendes Gehäuse und dann geht's erst mal ans Windrad damit.

Bei der ganzen Leserei zum Thema MC habe ich auch bemerkt, dass ich die ganze Messerei auch noch deutlich komfortabler machen könnte. Die kleinen können (mit ein paar kleinen Erweiterungen) eigentlich (fast) alles was ein PC auch kann; - z.B. Messwerte so speichern, dass man sie am PC weiterverarbeiten kann.

[herbk]

Guten Morgenn,
nächstes Update: Am Dienstag war bei uns Feiertag und relativ schöner "Testwind", da habe ich einen ersten Vergleich mit/ohne Regler am Testrotor gefahren und der Regler mach (sehr zu meinem Erstaunen) tatsächlich auf Anhieb was er soll... Na ja, fast... an der Software die das Regelverhalten steuert muss ich noch nachbessern, im Moment ist das System noch zu träge.
Für die Software gehe ich von folgender Situation aus: Ich möchte einen Lion Akku laden, eine Zelle, Ladeschlußspannung also 4,2V. Ich benötige also eine Spannng >4,2V, damit ein Strom fliießen kann.
In einem einfachen Vorversuch hatte ich schon mal folgende Schaltung probiert: Einfach eine 4,3V Z-Diode in die Leitung zum Akku geklemmt. Die Z-Diode verhindert, dass ein Strom fließt so lange die Spannung >4,3V ist. Steigt die Spannung auf 4,3V oder mehr, schaltet die Diode durch und ein Strom kann fließen. Weil wenn ein Strom fließt die Spannung ja erst mal einbricht sperrt die Diode wieder und nimmt die Last vom Rotor. Da so eine Diode recht schnell arbeitet passiert das einige (tausend?) mal in der Sekunde und der Rotor regelt sich recht gut auf das Drehzahlniveau ein bei dem die 4,3V anliegen.
Das hat recht gut funktioniert - allerdings nur so lange der Wind nicht in einer Geschwindikkeit blies die mehr war als zum erreichen der 4,3V nötig. Dann hatte ich oberhalb 4,3V den selben Effekt als ohne Regler bei 0V: der Rotor wurde vom Generator zu stark gebremst.

"Recht gut funktioniert" heißt: Bei Windgeschwindigkeiten die (wie bei mir üblich) so pendeln dass die Rotordrehzahl unter (ungeregelter) Last nicht das für 4,3V nötige Niveau erreichen würde, bringt bereits die einfache Regelung einen deutlichen Gewinn (bei meinem Versuch mehr als das Doppelte, was aber seeehr mit Vorsicht zu betrachten ist, weil ich immer noch nur einen Teststand habe und deshalb nacheinander gemessen habe).

Mit der MC gesteuerten Regelung möchte ich nun erreichen, dass ich Windgeschwindigkeiten die höher sind as zum erreichen der "MPP Drehzahl" für 4,3V nötig, auch besser nutzen zu können.
Im Moment ist es noch so, dass die MC Steuerung zwar funktioniert, aber, in dem Bereich wo die simple Steuerung gut regelt, viel träger ist - also die Leistungsentnahme zu langsam hoch (und runter) fährt. Da muss ich an der Software noch arbeiten...

Ach ja, das im letzten Post gezeigte Messgerät kann ich leider nicht verwenden, der Leistungsbereich ist für meine kleinen Rotoren noch viel zu hoch...

[herbk]

Gestern gab es den ganzen Tag mal einigermaßen gleichmäßigen Wind UND ich hatte etwas Zeit, so konnte ich den ersten Vergleich zwischen ungeregelter und geregelter Stromentnahme fahren. - Wobei "Vergleich" nach wie vor "ein wenig" übertrieben ist, denn ich habe immer noch nur einen Prüfstand und muss deshalb nacheinander aufzeichnen.
Die Windverhältnisse sind deshalb natürlich nicht identisch gewesen, aber doch so ähnlich dass es ein wenig Sinn macht das trotzdem zu betrachten.

Testaufbau war:
Mein letzter C-Rotor (ohne Deckscheiben), der im Teststand verbaute Drehstromgenerator (d=300mm, 34 Magnete 40x10x5 N45, 4 Spulen je Strang in Sternschaltung) mit Drehstrohmgleichrichter (schotky Dioden + 1000µF Glättkondensator). Als Last eine 12V 100W Glühbirne und das Amperemeter, das zweite Messgerät für die Spannung am Gleichrichterausgang angeschlossen. Leider habe ich mein drittes DMM hergelihen, so dass ich die Drehzahl nicht mit ermitteln konnte.
Aufgezeichnet wurde jeweils eine Stunde am Stück um Windschwankungen etwas zu egalisieren.

hier das Messdiagramm ohne Regler:

spannung_strom_ohne_regler_f.jpg (126 KiB) 15765-mal betrachtet

und zum Vergleich das mit:

spannung_strom_mit_regler2_f.jpg (126.64 KiB) 15765-mal betrachtet

[Bernd]

Die angezeigten Zahlenwerte sind Momentanwerte?
Wenn es Durchschnittswerte sind dann ist es ja mit Regelung merklich schlechter als vorher?

Grüße

Bernd

[herbk]

Hi Bernd,
die Zahlen sind Momentwerte (und die ohne Regler angezeigten V sind mV).

Wenn man das Spannungs Diagramm ansieht, dann erkennt man, dass der Regler erst aufmacht wenn die Drehzahl hoch genug für rund 4V Leerlaufspannung ist.
Vom Beobachten her kann ich sagen dass diese Drehzahl ohne Regler wohl nicht mal erreicht wurde. Nächstes mal muss ich die Drehzahl mit aufzeichnen....