Leistungsentnahmeregler für kleine Windkraftanlagen

[herbk]

Hi Bernd,

Ziel muss es daher sein eine Lösung zu finden bei der man die Leistungskurven der Windleistung und die des Generators unter einen Hut bringt ...snip
Ideal wäre eine Regelung der Last die sich ständig der Abgabeleistung des Rotrs anpasst.

Auch ein Problem über das ich schon geraume Zeit nachdenke...
Einen Lösungsansatz habe ich zwar schon im Kopf, aber wie er sich realisieren lässt, darüber bin ich wieder mal am rätseln, weil es einen Fachbereich betrifft von dem ich wieder mal gar nicht viel Ahnung habe...

Ich würde das Ganze gerne mit einem kleinen Microcontroller und folgender Vorgehensweise lösen:
1. Der Mc misst die Drehzahl und merkt sich diese.
2. Der Mc misst wieder die Drehzahl, merkt sich diese und vergleicht den Wert mit der vorhergehenden Messung.
3. Abhängig vom Ergebnis werden folgende Aktionen ausgeführt.
..... a Die Drehzahl ist höher als die Vorhergehende, - die Last wird eingeschaltet
..... b Die Drehzahl ist gleich die Vorhergenden, - keine Veränderung an der Lastentnahme (heißt: bleibt ein wenn ein, bleibt aus wenn aus)
..... c Die Drehzahl ist kleiner als die Vorhergehende, - Die Last wird ausgeschaltet.
4. Programm wird mit Punkt fortgesetzt

Als Schalter für die Last müsste natürlich ein entsprechender Transistor (Triac, was weis ich wie die Teile heißen... ) als Endstufe an den MC angeschlossen werden...

Vielleicht ließt ja jemand mit, der sich mit der Thematik MC und deren Programmierung etwas auskennt, ich würde mich über jede Unterstützung freuen.

[andreas]

Genau so etwas habe ich vor Jahren gebaut, rein analog. Läuft bis heute einwandfrei. Wird einmalig am Windrad eingestellt und holt nahezu das Maximum raus, was gerade im Angebot ist an Windleistung. Es ergibt sich dann auch ein augenfälliges Drehzahlverhalten des Windrades, es läuft wie in Honig. Tourt schnell hoch bei einer Böe, dreht aber genauso schnell wieder runter.

MfG. Andreas

[Köpke]

Moin Herbert,

dein Thema lese ich natürlich mit - mit Microcontrollern beschäftige ich mich schon sehr lange. Im Moment mit dem Raspberry, siehe hier: http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=19&t=2244*. Meiner Meinung ist der kaum noch als Microcontroller zu bezeichnen, eher als Kleinrechner. Wenn schon Microcontroller, dann könnte man zur Zeit den Arduino so bezeichnen. Beide böten sich an als Lösung für deine Idee. Hatten wir dazu nicht schon mal miteinander getextet?

Die Drehzahlerfassung selber würde ich kontaktlos z.B.: über Lichtschranken realisieren. Die Steuerung des Leistungsflusses im einfachsten Fall über ein Relais, oder je nach dem was dur konkret vor hast elektronisch, z.B. Thyristoren, MOSFETs, usw.


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* = Das Projekt ist umfangreicher als das was du vor hast, aber im Prinzip als Ideenlieferant geeignet...
Windige Grüße
Siegfried

[herbk]

Guten Morgen Siegfried,

Hatten wir dazu nicht schon mal miteinander getextet?

ja, hatten wir, - aber dann hatte ich auch wieder einiges was mir wichtiger war.... zu viele offenen Baustellen...

Den Beitrag über Dein Messtechnikprojekt verfolge ich auch, und klar hab ich da schon auch die eine oder andere Anregung daraus.... Einen BB oder Rasp halte ich für das was ich vorhabe allerdings für "leicht" übertrieben, - ich denke ein Attiny sollte das erledigen können.
Ich möchte das eigentlich wirklich (zumindest erst mal...) rein als "Leistungsentnahmeregler" konzipieren, weil ich denke, dass man da dann ja hinten dran hängen könnte was man will.

Ich verfeinere jetzt erst mal die Eingangs aufgezählten Schritte, denn das es ganz so einfach nichts wird ist mir schon klar.

Fang ich mal mit der Drehzahl an:
Im MC brauch ich die ja nicht wirklich, die Frequenz tut's auch. Für den Impuls zum Messen der Frequenz hatte ich mir einfach einen Reedkontakt an der Magnetscheibe vorgestellt. Den zeitlichen Abstand zwischen 2 Impulsen messen und mit dieser Größe den MC arbeiten lassen.

Jetzt geht die Vergleicherei an...

Schlaufe 1:
Um die Minimaldrehzahl festzulegen bei der die Last überhaupt zugeschaltet werden darf, brauch ich einen Vergleichswert (Variable "A") den ich abhängig vom Rotordurchmesser festlegen muss. So lange die Pause zwischen 2 Impulsen zu lang ist, passiert erst mal gar nichts. Wird die Pause kleiner als in A definiert, gehts in Schlaufe 2.

Schlaufe 2
Mehr oder weniger das eingangs beschriebene... je nachdem wie sich die Pause zwischen den Impulsen ändert, die Last zu oder abschalten. Ein MOSFET (das war der, der mir oben nicht eingefallen ist) wäre da wohl der geeignete Schalter.
Dass einfaches ein und ausschalten der Last keinen sehr schönen Strom ergibt ist auch klar, könnte aber wenn man nur messen möchte "was rauskommt" genügen.
Eleganter wäre es sicher die Last über einen PWM Regler zu regeln und Tastgrad entsprechend anzupassen. Einige Attinys haben PWM Regler "eingebaut", sollte also auch nicht so viel aufwendiger sein.

Eigentlich müsste es das sein...

Die erste Frage dazu ist jetzt: WIe viel Speicher Brauch ich für den Code? (damit ich den passenden MC finde...)

[Köpke]

Moin Herbert,

um meine Antwort richtig einschätzen zu können: Ich habe bisher noch nie mit dem Attiny gearbeitet - aber ich gleube in meiner Werkstatt liegt ein Einsteigerpaket dazu (habe ich mal gekauft und nie benutzt). Wenn es aufhört zu regnen gehe ich mal rüber nachschauen...

"Der Attiny wird in über einen Compiler in Hochsprache z. B. C, Pascal, Basic oder direkt in Assembler programmiert. In jedem Fall erledigst du ja die Programmierarbeit auf deinem PC und flasht dann den Attiny mit deinem Programm. Wenn du unter Windows arbeitest kannst du eine Entwicklungsumgebung ie das AVR-Studio benutzen und dein Programm fertig kompilieren, testen. Schau mal unter http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_Equipment welche Möglichkeit dir am besten zusagt.
So könntest du dein Projekt starten und den richtigen Attiny auswählen.

Das habe ich allerdings nch nicht verstanden:

Im MC brauch ich die ja nicht wirklich, die Frequenz tut's auch. Für den Impuls zum Messen der Frequenz hatte ich mir einfach einen Reedkontakt an der Magnetscheibe vorgestellt. Den zeitlichen Abstand zwischen 2 Impulsen messen und mit dieser Größe den MC arbeiten lassen.

Mittels eines Reedkontaktes der durch einen umlaufenden Magneten einal pro Umdrehung geschlossen wird ist für mich eine Drehzahlermittlung. Bei Frequenz denke ich eher an die Frequenz der elektrischen Größen z. B. der Spannung. Was für einen Generatortyp willst du einsetzten? Gleichspannung oder Wechselspannungsgenerator?

Ich verwende einen Wechselspannungsgenerator (NAbendynamo) und habe die Drehzahlerfassung ebenfalls mit Reedkontakt umgesetzt.

Windige Grüße
Siegfried

[Ölfinger]

Genau so etwas habe ich vor Jahren gebaut, rein analog. Läuft bis heute einwandfrei. Wird einmalig am Windrad eingestellt und holt nahezu das Maximum raus, was gerade im Angebot ist an Windleistung. Es ergibt sich dann auch ein augenfälliges Drehzahlverhalten des Windrades, es läuft wie in Honig. Tourt schnell hoch bei einer Böe, dreht aber genauso schnell wieder runter.

MfG. Andreas

Hallo Andreas, könntest Du so nett sein und das bitte mal etwas genauer beschreiben?
Ich habe jetzt nach vielen fruchtlosen Versuchen aufgegeben mehr als Gleichrichter selber zu bauen, auch meine USB-Lader mach ich nur noch mit fertigen DC/DC Wandlern.
Mein Windrad lädt nur direkt in eine recht grosse Batteriegruppe ( zZt 3 x 108Ah), allerdings war die bisher abgelesene Spitzenleistung auch nur unter 10 A,
für das zweite was ich demnächst mal zusammensetzen werde habe ich aber leider nicht mehr soviele Batterien übrig,
dort werde ich wohl um eine Regelung kaum herumkommen.

[herbk]

Guten Morgen Siegfried,

ich verwende doch eine Art Scheibengenerator mit 34 Magneten in der Scheibe, da muss ich nur einen passenden Platz für den Reedkontakt finden.

Drehzahl wird üblicherweise in U/min genannt, Frequenz ist "Aufsteigende Flanken/Sekunde". Drehzahl wäre es für mich deshalb erst nach dem Umrechnen nach Minuten. Auch in dem Forum wo ich wegen der Attiny Programmierung mitlese wird immer von Frequenz gesprochen wenn es um periodisch wiederkehrende Ereignisse geht...

Wie das mit dem Attiny Programmieren und flashen geht, da hab ich mich schon eingelesen. AVR Studio ist allerdings nix für mich weil bei mir nirgends was Windowsartiges läuft. Ist allerdings kein Problem, denn IDEs und Commpler gibt es genug, - und auch Software zum "rüberschubsen" auf den MC.

Ich will jetzt erst mal versuchen das Programm zu erstellen und zu kompilieren, damit ich sehe wie viel flash ich im MC benötige. Wenn ich unter 1k bleibe, reicht sogar ein Attiny13.

[Köpke]

Hallo Herbert,

um auf deine ursprüngliche erste Frage:

WIe viel Speicher Brauch ich für den Code? (damit ich den passenden MC finde...)

zurück zu kommen: Ich habe mal eben ein kleines Rumpfprogramm in C# geschrieben und mit gcc compiliert - es läuft bei mir mangels eines Attiny auf dem Laptop. Als ausführbares C-Programm belegt es 8KByte. Die spezifischen Programmteile für den Attiny fehlen natürlich noch. Wie groß das Intelhex-File wird, welches dann in den MC geschrieben wird kann ich nicht sagen - würde aber erwarten das es kleiner als das C-Programm ist:

Das C-Programm entspricht prinzipiell deiner Vorgabe + einer eingebauten Hysterese um ein schnelles Ein- und Ausschalten der Last zu verhinden. Das Schalten der Last würde ich überwachen. Falls ein Schaltvorgang nicht erfolgreich war, wird das Programm sicherheitshalber beendet. Das war schon alles.

Windige Grüße
Siegfried

EDIT: Nachtrag: Jetzt haben wir fast gleichzeitig geantwortet - witzig. Deine Definition von Drehzahl und Frequenz verstehe ich jetzt. Bin gespannt wie klein das Programm wird...

Code: Alles auswählen

#include<stdio.h>

   // Zwei Funktionen zur Drezhalermittlung und Schalten der Last
   int drehzahl_ermitteln(void){
      int DREHZAHL;
      DREHZAHL = 0;
      // Hier Code für: Drehzahl ermitteln
      return DREHZAHL;
   }

   int last_schalten(int STATUS){
      //int STATUS;
      // Hier Code für: Aktuelle Drehzahl DREHZAHL_akt erstmals ermitteln
      // STATUS fragt den erfolgreichen Schaltvorgang ab.
      // STATUS = 0 entspricht: Schaltvorgang erfolgreich, io
      // STATUS = 0 entspricht: Schaltvorgang nicht io.
      STATUS = 0;
      return STATUS;
   }


int main() {
   // Eigene Variablen
   int DREHZAHL_aus;
   int DREHZAHL_ein;
   int DREHZAHL_akt;
   int FEHLER;
   
   DREHZAHL_aus = 100;      // entspricht Variable A
   DREHZAHL_ein = 200;
   DREHZAHL_akt = 0;      // Aktuelle Drehzah des Windrades
   FEHLER = 0;   

   printf ("Start Regler Leistugsentnahme...\n");
   printf ("Parameter: \n");
    printf ("Aus. Drehzahl: %d \n", DREHZAHL_aus);
    printf ("Ein. Drehzahl: %d \n", DREHZAHL_ein);

   // Schlaufe 1 und 2 plus Hysterese
   while (FEHLER == 0) {
      DREHZAHL_aus = drehzahl_ermitteln();   // Aktuelle Drezahl DREHZAHL_akt ermitteln
      if (DREHZAHL_akt <= DREHZAHL_aus){
         FEHLER = last_schalten(0); // Last aussschalten
         }
      if (DREHZAHL_akt >= DREHZAHL_ein){
         FEHLER = last_schalten(1); // Last einschalten
         }
   }

   printf ("Stopp Regler Leistugsentnahme...\n");
   return 0;
}

[herbk]

Hi Siegfried,
das geht ja schnell bei Dir...

Ich hab' eben "beim Chinamann" ein paar Attiny85 bestellt, die sind mittlerweile billiger als die 13er und haben 8k flashspeicher.

Ausschalten bei nem Fehler möchte ich eigentlich nicht, rebooten wäre besser...

[jb79]

Hallo!

Wozu die Attiny's einzeln kaufen, wenns um wirklich kleines Geld schon fertige, sehr kompakte Boards wie einen Arduino Pro Mini gibt?

In der Bucht schon um 1,65€ zu haben => http://www.ebay.at/itm/Arduino-Pro-Mini-328-5V-16MHz-kompatibles-Board-/272278141688.
Dort sind gleich 32k Flash drauf, Resettaster, Quarz und was man sonst noch so braucht. Für Meßzwecke gibts mehrere analoge Pins.

Hab neben ein paar Arduino Uno Clonen auch sowas daheim liegen. Platzbedarf: ca. 2 nebeneinanderliegende Euromünzen.

Mit den ganzen Anschlußmöglichkeiten, die das Ding bietet könnte man z.B. direkt ein LCD Display (z.B. 20x2 oder 20x4) ansteuern, ein 20x4 gibts auch in der Bucht vom Chinesen ab ca. 3,5€. Für die Stromversorgung des Arduino am besten noch einen DC/DC Wandler (Buck Converter mit LM2596) um 1€ bestellen, den man nach dem Gleichricher anschließt. Der kann Spannungen bis 30V auf die 5V für den Arduino runterregeln ohne heiß zu werden.
Für die Strommessung empfehle ich ein Modul mit ACS712. Je nach erwartetem Strom 5A oder 20A Bereich. Das kann direkt in Plus oder Minus-Leitung der Last geklemmt werden (galvanisch von dieser Leitung getrennt), das Signal wertet der Arduino mit einem seiner Analaoganschlüsse aus.

Mit ein paar Widerständen, einem Transistor oder Triac und ein paar weiteren Bauteilen kann man so schnell einen kleinen Regler mit Anzeige um ca. 15€ bauen.



Um zur ursprünglichen Idee zurückzukommen. Das was du bauen willst ist so eine Art MPPT Regler (so heißt es bei Solaranlagen).
Diese Art von Regler versuchen, die Last auf die Solarzelle so anzupassen, daß die maximal mögliche Leistung entnommen wird.

Den Punkt B braucht man im Prinzip nicht, denn die Last wird nie genau gleich mit der vom Windrad abgegebenen sein, man wird also immer eine etwas zu niedrige oder zu hohe Last haben, womit der Regler entweder ein oder ausschalten muß.

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?
Von diesen Informationen hängt es ab, was man am besten als Schalter benutzt.