Simplicissimusschaltung von Alexander B.J. Kayser

[Bernd]

Hallo Alexander
solltest du doch noch das Ei des Kolumbus gefunden haben ?
So wie ich das sehe ist es ein Verdreifacher was im Nachhinein auch irgendwie logischer erscheint
bei 3 Phasen. Vielleicht war ja das immer unser Gedankenfehler, "nur" verdoppeln zu wollen.
Ich sehe allerdings auch 3x soviel Dioden wie in einem B6 Gleichrichter.

Wenn du den Generator im Leerlauf drehst mit einer Drehzahl unterhalb 15 Volt, dann dürfte
es jetzt zu keiner Leistungsaufnahme der Schaltung mehr kommen ?

Verdreifachen wäre für viele Anwendungen fast noch besser als Verdoppeln, allerdings steigen
natürlich auch die Verluste um diesen Faktor an, denn die Ströme verdreifachen sich im Generator
ja auch. Ich glaube ich werde das Ding mal ausprobieren, wenn ich mir genügend Dioden gekauft habe.

Grüsse

Bernd

[simplicissimus]

Hallo Bernd... Also es würde mich freuen dieses gewisse Ei gefunden zu haben - und irgendwie sieht derzeit alles danach aus... ... und das macht mich sehr glücklich...
noch mal kurz zu den hohen Strömen bzw Verlusten: Im Gegensatz zur B6 muß der Strom einer Phase durch 4 anstatt bisher zwei Dioden. Dies ist sicher ein Kompromiß eines erhöhten Verlustes - mit dem ich allerdings echt leben kann. Daß es nun eine Verdreifacherschaltung geworden ist, hatte ich vorher gar nicht geahnt und ist mir sogar noch immer ein bißchen unklar(denn selbst drei parallel geschaltete Spannungsquellen machen eigentlich keine dreifache Spannung)- macht mich aber um so erfreuter.
Gehen wir mal von einer dreifach höheren Spannung aus als bei der B6 erhöht sich der Strom über einen einfachen ohmschen Widerstand auch um den Faktor drei. Somit wird über den gleichen Widerstand die neunfache! Leistung umgesetzt...
(1 Ohm 1V 1A macht 1Watt.... 1Ohm 3V 3A macht 9Watt) - dies geschieht alles nach der B6 bzw. Simplicissimus2010...
Da sich allerdings im betrachteten Gedankenexperiment die Eingangsspannung des Generators nicht ändert muß ein sogar neunfacher Generatorstrom fließen um die Leistung von nun 9W umzusetzen... Ein derart neunfacher Strom im Vergleich zur B6 ist also total normal und kein Ausschlußkriterium...Wie es sich mit den tatsächlichen Verlustleistungen verhält werde ich demnächst mal ausmessen.
Noch kurz zu dem Beitrag die verbraten Leistung in Lithium-akkus zwischenzuspeichern: Diese Akkuvariante ist zwar eine einerseits sehr schöne, da eine hohe Energiepackungsdichte möglich ist, jedoch muß ich zugeben, daß mich die Gefährlichkeit dieser Akkus davon abschreckt sie selber in Gebrauch zu nehmen... Verbraten wird die Restleistung ja auch nur dann, wenn der Hauptakku schon voll ist, was als solches ja nicht sooooo häufig der Fall ist...

Ansonsten erstmal noch ein schönes Wochenende allen Windradbastlern...

[Bernd]

Was die Verluste angeht, das sehe ich so.
Es wird ja "nur" die Spannung verdreifacht, die Leistung bleibt gleich.
Das heisst der Strom verdreifacht sich, die Spannung sinkt entsprechend oder anders
ausgedrückt im Generator fliesst für die gleiche Leistung der dreifache Strom.

Der dreifache Strom führt zum dreifachen Spannungsabfall am Innenwiderstand.
Dreifacher Spannungsabfall mal dreifacher Strom ergibt, wie du schon geschrieben hast,
die neunfache Verlustleistung.... schluck.

Man sieht also das man den Generator eigentlich vergewaltigt und das sich die Schaltung bei
höherer Drehzahl unbedingt wieder deaktivieren sollte.

Ganz nebenbei ist durch den dreifachen Strom auch nur 1/3 der maximalen Leistung
aus dem Generator zu holen, denn dessen max. Leistung ist massgeblich durch den Strom begrenzt.
Aber diese Pillen muss man schlucken und das würde ich auch in Kauf nehmen, denn so eine
Schaltung soll ja nur den Ladebeginn nach unten drücken und nicht Spitzenleistungen erzeugen.

Grüsse

Bernd

[simplicissimus]

Na hallo Bernd... habe nochmals meinen Simulator gequält und folgendes herausbekommen: Es ist sogar möglich die Schaltung mit insgesamt "nur" 12 Dioden zu betreiben, indem man D2, D3, D6, D8, D9 und D12 wegläßt. Daraus ergibt sich dann allerdings der Nachteil, daß über die restlichen Dioden D1-D11 ein vielfach höherer Strom fließt. Die Werte am Lastwiderstand sowie die Eingangswerte der Schaltung bleiben gleich.
Des weiteren habe ich mal die Spannungswerte der Spannungsquellen verändert, damit wir etwas realistischere Werte erhalten:
U,max einer jeden einzelnen Quelle: 8,16 Volt ... Mittelwert einer jeden Quelle: 5,77V
somit ergeben sich folgende Werte für einen gedachten Generator in Dreieckschaltung:
U,max L1-L2: 14,66V ... U Mittelwert L1-L2: 9,9V Ungenauigkeiten bezüglich des Faktors Wurzel2 ergeben sich durch die Widerstände R1-R6.
Die Kondensatoren und Lastwiderstandswerte ließ ich gleich.
Eine B6 liefert am Lastwiderstand 10Ohm folgendes: U= 11,42 Volt ... I= 1,15A ... P= 13,1W ...
P Generator= U*I*Wurzel3= 9,9V*1,34A*1,73=ca 23W (Leistung müßte eigentlich richtig bestimmt sein...)
Somit ergibt sich ein Wirkungsgrad der B6 ohne Berücksichtigung von Generatorverlusten von kläglichen 56% ... Solch schlechte Werte ergeben sich aus den sehr niedrigen Eingangsspannungswerten und den damit verbunden relativ hohen Spannungsverlusten an den Dioden...
Die Simplicissimus2010 ergab an 10Ohm folgendes: U= 28,61V ... I= 2,89A ... P= 81,86W
P Generator= U*I*Wurzel3= 9,9V*7,58A*1,73=ca 131W
Somit ergibt sich en Wirkungsgrad der Simplicissimus2010von 62%

P Si2010 / P B6 = 5,64 ... I Si2010 / I B6 = 5,64 ... U Si2010 / U B6 = 2,5
(Alle aufgeführten Werte beziehen sich auf eine Festspannungsquelle(kein realer Generator) und einen Lastwiderstand von 10Ohm)
Jetzt brauch ich ne Pause ...


!!!!!!!ACHTUNG...Im Thread über den Spannungsverlust bei Drehstromgleichrichtung stellte ich etwas später eine Unregelmäßigkeit bei der RMS-Routine von Pspice fest, worauf sich die eben aufgeführten Wirkungsgradberechnungen stützen...ACHTUNG!!!!!!

[jb79]

Eine höhere Spannung läßt sich mit einem Step-Down Converter (DC/DC Wandler) recht einfach auf eine niedrigere Spannung bringen, außerdem steigt dort auch der Ausgangsstrom.

Hab mal versucht, das Ganze so zu simulieren, daß der Ausgangsstrom einer B6 Brücke und der neuen Schaltung gleich sind. Dafür hab ich den Lastwiderstand der neuen Schaltung so lange durch Probieren angepaßt bis die Ströme durch beide Lastwiderstände in etwa gleich waren.
Dabei ist dann rausgekommen, daß man bei 10 Ohm an der B6 Brücke ca. 22,78 Ohm an der neuen Schaltung braucht. Die Ausgangsleistung ist auch um diesen Faktor höher - allerdings muß man auch auf die Eingangsströme achten, hier kommt man bei der neuen Schaltung auf ca. 4A Durchschnitt auf einer Phase während beim B6 Gleichrichter nur etwa 1,5A durchschnittlich anliegen. Diese beiden Werte geben ein Verhältnis von 2,67:1, somit verbrät die neue Schaltung wenn sie um 2,278:1 mal mehr Spannung/Leistung liefert mehr Strom. Wenn man es rausrechnet kommen 15% weniger Leistung raus als bei einer vergleichbaren B6 Gleichrichterbrücke.
Allerdings ist die höhere Spannung ein enormer Vorteil, bei geringeren Lasten (hab den Leerlauf mal mit 10k simuliert) kommt man mit der B6 Brücke in meiner Simulation 15,97V, mit der neuen Schaltung aber sogar 48,84V, das ist 3-fache der B6 Gleichrichterbrücke!!!
Bei 50Ohm Last liegt die neue Schaltung immer noch hauchdünn über 40V, die B6 Brücke bei ca. 15V. Außerdem ist bei der B6 Brücke die Welligkeit der Ausgangsspannung viel höher.
Halte die Spannung sehr geeignet für die Erhöhung der Spannung bei kleineren Drehzahlen, man sollte sich allerdings Gedanken machen, wie man bei größeren Drehzahlen eine Umschaltung auf eine B6 Brücke mit entsprechend dicken Dioden vornehmen kann, damit die Verluste im Bereich größerer Windstärken verkleinert werden können.

Eingangsströme im Vergleich (die Ausgangsströme sind hier die praktisch geraden Linien in gelb und grün

B6 und neue Schaltung wieder im Vergleich

[andreas]

Hallo Jürgen,

ist die von Dir dargestellte Schaltung direkt aus dem Simulator geholt? Funktionieren dürfte sie so nicht, da sie zwei Kurzschlüsse der Phasen 1 und 2 zwischen den Dioden D2, 3, 8 und 9 enthält.

MfG. Andreas

[jb79]

Sorry. Der Kurzschluß ist erst passiert, als ich die Schaltung zusammengeschoben habe damit man auf dem Bild noch bei 800 Pixel Breite was erkennen kann.
Hab die aktuelle Version hochgeladen.

[simplicissimus]

Eigenstromverbrauch der Schaltung im absoluten Generatorstillstand real gemessen: 1,68mA
Ladebeginn in eine 12V-Batterie ab einer Rotordrehzahl von etwa 0,3 1/s bei einer Getriebeübersetzung von 52:18 Zähnen 2,888:1... Guten Start in die neue Woche Euch...

[jb79]

Also das wäre ein Ladebeginn ohne Übersetzung bei ca. 52U/min (mit sinds genau 20U/min). Wieviele Umdrehungen brauchst du beim selben Aufbau nur mit einer B6 Schaltung bis zum Ladebeginn?

[simplicissimus]

Umschaltmöglichkeit B6-Si2010 ist fertig - nur leider regt sich nicht ein kleines Lüftchen... Habe auf Grund der Batterieladung den Meßplatz nach drinnen verlegt und das Windrad steht etwa 30m entfernt - kann also keine Handumdrehung und gleichzeitige Ablesung realisieren... Werte für Ladebeginn bei B6-Verwendung kommen mit dem Wind...