Meine 2,16m Anlage

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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon Bernd » Mo 29. Okt 2012, 23:53

Richtig die Spannung geht unter Belastung zurück, und zwar um den Wert der Wirkungsgradverluste.
Wenn du also beispielsweise in einer bestimmten Betriebssituation 93 % Wirkungsgrad erreichst dann
sinkt die Generatorabgabespannung gegenüber der Leerlaufspannung um diese 7% ab da der Strom ja
innerhalb und ausserhalb des Generators der gleiche ist und somit der Wirkungsgrad auch das Verhältnis
von Verlust- zur Nutzspannung wieder gibt.

Bei höheren Drehzahlen wirst du zu unserer vorherigen Wirkungsgradberechnung aufgrund deines sehr dicken
verwendeten Drahtes einiges an Wirbelstromverlusten hinzurechnen können.
Bei eisenlosen Generatoren entstehen die Wirbelstromverluste im Leiter die bei eisernen Generatoren
im Eisenpaket entstehen. Deshalb wird bei den eisernen das Blech fein laminiert.
Beim eisenlosen bei höheren erzeugten Frequenzen sollte man daher den Draht in viele feine Einzeldrähte splitten.
Ich kann ja morgen mal versuchen die Höhe der Wirbelstromverluste deines Generators zu berechnen.
Ich denke die Wirbelstromverluste im Leiter werden evtl. höher ausfallen als die ohmschen Verluste,
zumindest bei den höheren Drehzahlen.

Hier mal ein Beispiel was ich meine: http://www.youtube.com/watch?v=eO4wMFyM ... e=youtu.be

Und hier geht es zur recht komplexen Formel mit deren Hilfe man die Wirbelstromverluste berechnen kann:

viewtopic.php?f=8&t=938&start=630#p21681

Ohne gerechnet zu haben würde ich Wirbelstromverluste bei deinem Generator bei 300 U/min auf ganz grob ca. 100 Watt einschätzen.


Grüsse

Bernd
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon danile » Di 30. Okt 2012, 00:20

Genau deshalb würde ich einfach sagen, ich vermesse den Generator mit dem MPPT und dann kann ich genau sagen, wie groß die Verluste sind,... So sind das alles nur Theorien :D
Aber würde es so machen- und das mache ich immer- dass man die Theorien berechnet und dann hinterher schaut, wie's hinkommt und dann kann man noch was an den Theorien berechnen und dies beim nächsten Mal berücksichtigen. Das ist jetzt auch mein erster Generator.

Vielen Dank für die Formel und deine Bemühungen.

Gruß
Dani
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon danile » Di 30. Okt 2012, 01:03

Jetzt mal zur Rechnung:

Vorab: 1,43mm Drahtdurchmesser, 20 Magnete, 15 Spulen, 46mm Länge der Magnete, 68 Wicklungen, 400U/min, 3 Phasen

P = Wirbelstromleistung des eisenlosen Generators in W
d = Drahtdurchmesser in mm
Z = Anzahl der Magnete
B = magnetische Flussdichte in T/m^2
n = Umdrehungen in U/min
l = Schenkellänge des Magneten, wirksame Länge eines Drahtstückes in m
N = Anzahl der Wicklungen einer Spule bzw. Drähte einer Phase
S = Anzahl der Spulen(schenkel) je Phase
PZ = Anzahl der Phasen
rho = spezifischer Widerstand in Ohm*qmm/m (Kupfer = 0,0178)

P = (d^4 * Z^2 * B^2 * n^2 * l * S * N * PZ * 3,1415) / (144*10^8 * rho)

=> P = (1,43mm^4 * 20^2 * 0,3631Tesla^2 * 400U/min^2 * 0,046m * 68 Wicklungen * 10 Spulenschenkel pro Phase * 3 Phasen * pi) / (144 * 10^8 * 0,0178) = 40,58W

Gruß
Dani
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon Bernd » Di 30. Okt 2012, 07:48

Genau deshalb würde ich einfach sagen, ich vermesse den Generator mit dem MPPT und dann kann ich genau sagen, wie groß die Verluste sind

Mechanische Verluste als auch Wirbelstromverluste kannst du im Betrieb naturgemäß nicht messen, ausser du hättest
ganz spezielles Meßequipment wie z.B. spezielle Drehmomentaufnehmer.

Wirbelstromverluste sind Drehzahl- aber nicht Belastungsabhängig und vernichten einen Teil der mechanischen Energie die
den Rotor antreibt in Wärme.
Du kannst sie nur schwer im Betrieb des Windrades ermitteln sondern einfacher durch eine statische Drehmomentmessung oder
ganz einfach über die Stromaufnahme z.B. der Bohrmaschine mit der du den Generator antreibst.
Die Drehmomentmessung ermittelt das Drehmoment das nötig ist um die Generatorachse auf einer bestimmten Drehzahl zu halten.
Man kann sich dafür eine Vorrichtung bauen die den Generator drehbar lagert, also z.B. eine Art Drehteller auf
dem der Generator zum Test steht und somit mitdrehen kann wenn man seine Achse mit der Bohrmaschine andreht.

Wenn also der drehbar gelagerte Generator beim Drehen durch die Bohrmaschine mitdrehen will dann misst du über
einen kleinen Hebel die Abstützkraft die auf den Hebel wirkt und kannst über dessen Länge zum Drehzentrum das wirkende
Drehmoment ermitteln.
Aus diesem Drehmoment und der Drehzahl kannst du dann die mechanische Aufnahmeleistung des Generators errechnen.
So habe ich es auch z.B. bei meinem Multiplexgenerator gemacht und war erstaunt über die Höhe der nötigen
mechanischen Leistung um ihn auf Touren zu halten.
Natürlich kannst du ihn dann auch belasten und schauen wieviel mechanische Energie du rein stecken musst um
die jeweilige elektrische Energie, die die Last aufnimmt, zu erzeugen. So habe ich es beispielsweise bei der Vermessung
des kleinen Bausatzgenerators aus dem Kleinwindforum gemacht.
Diese Art der Messung ist sehr genau und der Messfehler sehr gering, auch wenn sie vielleicht simpel wirkt !

Eine andere Methode wäre die Generatorachse mit der Magnet- und Rückschlussscheibe, aber OHNE Stator, auf
Drehzahl zu halten und dabei die Leistungsaufnahme der Bohrmaschine zu messen.
Dann montierst du den Stator wieder und misst erneut die Leistungsaufnahme der Bohrmaschine bei gleicher Drehzahl.
Der Unterschied der beiden Messungen durch den vermeintlichen Wirkungsgrad der Bohrmaschine geteilt entspricht
den Wirbelstromverlusten die im Stator des Generators auftreten.
Zuletzt dann noch die Leistungsaufnahme der Bohrmaschine bei gleicher Drehzahl ermitteln, aber völlig ohne Last.
Aus den drei Werten kannst du einigermassen genau die Leerlaufverluste, die hauptsächlich aus Wirbelstromverlusten,
Lagerverlusten und Luftreibung bestehen, ermitteln.

Die Wirbelstromverluste hatte ich gestern aus dem Bauch heraus höher eingeschätzt, aber dein Generator hat ja auch
nur eine verhältnismässig geringe Flussdichte von 0,36T. Wäre die Flussdichte doppelt so hoch, wie sie bei doppelt bestückten
Dual Scheibengenratoren meist üblich ist, dann wären die Verluste im Draht vier mal so hoch aber dann bräuchtest du ja auch viel
weniger Kupferdraht.

40 Watt gehen ja echt noch, auch wenn es in etwa bei 400 U/min der Höhe der (sehr niedrigen) ohmschen Verluste in deinem
Szenario entspricht.

Grüsse

Bernd
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon danile » Di 30. Okt 2012, 16:34

Danke für deine Bemühungen, Bernd, aber das ist mir jetzt zu zeitaufwändig. Letztlich messe ich nur einen Verlust, den ich gut berechnen kann und bestätige so meine Rechnung. Für eventuell neue Generatoren werde ich dies aber mit einbeziehen ;-)
Ich muss jetzt schauen, dass ich das Ding so schnell wie möglich aufs Dach bekomme :-) Ich werde innerhalb zwei Wochen wahrscheinlich das Gehäuse gebogen bekommen und dann werde ich die Anlage und die Sturmsicherung auf dem Autoanhänger erstmal testen. Bis dahin habe ich den Generator mittels des MPPT's vermessen ;-)
Aber jetzt mal so: Wenn ich den Generator bei einer bestimmten Drehzahl messe, mir den Strom und die Spannung notiere, sowie die aufgenommene Leistung der Bohrmaschine. Dann kann ich doch sagen: Bohrmaschine hat z.B. 90% Wirkungsgrad, d.h. mit sonstigen Verlusten werden dem Generator etwa 85% der aufgenommenen Leistung abgegeben. Dann kann ich sagen, der Generator erzeugt diese bestimmte Verlustleistung und eine bestimmte Leistung kommt an. Dann müsste es doch da eine bestimmte Leistung geben, die irgendwo verloren wird, was dann dem Lager-, Luft und Wirbelstromverlust entsprechen würde, oder?

Mal ein Beispiel:
Die Bohrmaschine nimmt 720W Leistung (gemessen) auf. Sie hat einen Wirkungsgrad von 90% (steht ja meist irgendwo :) ). Das heißt, sie gibt 648W an den Generator ab.
Der Generator liefert bei dieser Drehzahl 96V und 6A (gemessen). Das heißt, er erzeugt 576W Leistung.
6A^2 * 1,34Ohm ergibt 48,24W ohmsche Verlustleistung
720W - (576W + 48,24W) = 95,76W Verlustleistung durch Luftreibung, Wirbelströme und Lagerverluste und auch Gleichrichterverlust.

Das müsste doch dann passen, oder?

Gruß
Dani
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon Ekofun » Di 30. Okt 2012, 18:34

Hallo Dani,

um Nuzleistung und Verlustleistung brauche ich keine Leistung vom Bohrmaschiene zu berücksichten,meiner Meinung nach.

96 V * 6 A = 576 W ; 6^2 * 1,34 Ohm = 48,24W.

Gesamte Leistung ist 576W+48,24W = 624,24 W ; 1% = 6,242 W

Geni: 576W / 6,242 = 92,28% ; Verlust ist 7,72 %

Sehr gute Ergebniss,so werde ich rechnen,warum brauche ich noch Leistung won Bohrmaschiene?

Grüße

Ekofun
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon Bernd » Di 30. Okt 2012, 18:45

Weil du nur so die mechanischen als auch die Wirbelstromverluste mit erfassen kannst.
Der Wirkungsgrad eines Generators ist das Verhältnis aus zugeführter mechanischer Energie zu abgegebener
elektrischer Energie.
Rechnerisch kannst du nur die ohmschen Verluste in den Spulen bestimmen. Wir wir gesehen haben sind in Danis Generator
aber die Wirbelstromverluste bei seiner angepeilten Maximalleistung etwa genauso hoch wie die ohmschen Verluste.

Das was Dani rechnete war wenn ich ihn richtig verstanden habe nur ein Beispiel und keine real ermittelten Werte.
Ganz so gering werden die Gesamtverluste vermutlich nicht ausfallen.

Grüsse

Bernd
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon Bernd » Di 30. Okt 2012, 19:10

Hallo Dani,
der Knackpunkt bei einer Messung bei der man mit der Leistungsaufnahme eines antreibenden Motors rechnen will ist
dessen Gesamtwirkungsgrad, inkl. dessen Getriebe. Ich glaube da wirst du nirgends verlässliche Daten finden sondern
musst die Abgabeleistung anhand der Aufnahmeleistung grob schätzen. Wenn die Schätzung aber nicht
auf wenigstens 5% genau liegt, sind die ermittelten Werte ziemlich unbrauchbar. Erschwerend wird hinzu kommen das sich das
Verhältnis von Aufnahme- zu Abgabeleistung der Bohrmaschine je nach Drehzahl und Belastungszustand mehr oder minder
stark verändern wird.

Diese ganzen Unwägbarkeiten kann man komplett ausschliessen in dem man über das dem Generator zugeführte Drehmoment rechnet.
Das erscheint vielleicht im ersten Moment noch komplizierter und aufwändiger, ist aber eigentlich ganz einfach.

Wenn man einen Generator hat den man stabil auf eine Fläche stellen kann so das dessen Achse gen Himmel zeigt
ist es echt kein grosses Problem. Das einzige was man braucht ist eine Waage oder Federwaage und ein drehbarer "Teller".
Den Drehteller kann man sich schnell selber bauen in dem man einfach eine Holzplatte passender Grösse (der Generator muss
drauf passen) mit "Rädern" versieht. Die Platte braucht nicht mal rund sein oder eine bestimmte Form haben.
Man baut einfach drei leicht laufende Räder, evtl. auch Kugellager, so drunter das sich die Platte um ihren Mittelpunkt
sehr leicht drehen kann, ein Drehteller. Der Leichtlauf ist sehr wichtig. Das ganze stellt man auf eine ebene gerade glatte Fläche.
Da drauf stellt man den Generator mittig drauf den man später mit der Bohrmaschine antreibt.

Wenn die Bohrmaschine den Generator antreibt will der (nun drehbar gelagerte) Generator in Bohrmaschinendrehrichtung mitdrehen.
Daran hindert man ihn in dem man das Mitdrehen so verhindert das man die dafür nötige "Haltekraft" mit einer Waage bestimmen kann.
Die Kraft mal dem Hebelarm bis zur Rotationsmitte ergibt das dem Generator zugeführte Drehmoment.
Drehmoment mal aktuelle Drehzahl ergeben die dem Generator zugeführte mechanische Leistung. Fertig ist die Kiste.
Das Verhältnis von zugeführter mechanischer Leistung zu abgegebener elektrischer Leistung ergibt dann den Wirkungsgrad.

Bei dieser einfachen Methode werden ALLE Einflussgrössen die den Wirkungsgrad mindern berücksichtigt, egal ob Bohrmaschinenverluste,
Lager oder Wirbelstromverluste und was sonst noch.
Zusätzlich ist das ganze, trotz einfacher Realisierung, auch noch sehr genau.

Falls es Dir trotzdem zu aufwändig erscheint dann geht auch folgendes:
Mit der Bohrmaschine würde ich zunächst mal deren Leistungsaufnahme im Leerlauf bei z.B. 400 U/min bestimmen.
Jetzt drehst du mit der Bohrmaschine den Generator unbelastet mit 400 U/min und misst wieder die Leistungsaufnahme der Bohrmaschine.
Die Differenz ergibt die Leistungsaufnahme die die Borhmaschine zusätzlich aufnahm um den Generator mit 400 U/min zu drehen.
Das mal dem angenommenen Wirkungsgrad der Bohrmaschine ergibt die Leerlaufverluste bei 400 U/min zu denen eigentlich
nur noch die ohmschen unter Last hinzu kommen und die kann man wieder gut berechnen und muss sich dafür nicht auf eine
Wirkungsgradschätzung für die Bohrmaschine verlassen.
Das kannst du natürlich auch für diverse andere Drehzahlen durchspielen und kannst ein Diagramm der Leerlaufverluste erstellen.

Grüsse

Bernd
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon danile » Mi 31. Okt 2012, 09:08

Hallo Bernd,

ich weiß deine Bemühungen wirklich zu schätzen, aber dies ist mir zu aufwendig.
Ich werde stattdessen dies mit der Bohrmaschine machen, sofern ich den Wirkungsgrad herausfinde. Aber trotzdem schätze ich, dass die Verluste keine 80W betragen werden und hoffe es auch ;) .

Heute werde ich erstmal zu einem Bekannten gehen und besprechen, wie dieser mir das Gehäuse biegen wird. Ich denke, wir werden es wie einen "Viereckigen Kasten" machen und die oberen Ecken stark abrunden. Mein Gehäuse wird wegen des Generators sehr groß :-)

Gruß
Dani
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Re: Meine 2,16m Anlage

Beitragvon Bernd » Mi 31. Okt 2012, 11:16

Aber trotzdem schätze ich, dass die Verluste keine 80W betragen werden

Du schätzt bzw. hoffst auf weniger, was verständlich ist, aber die 80 Watt waren ja keine Schätzung sondern das Ergebnis einer Rechnung
mit nur relativ wenig Unwägbarkeiten. Lass es am Ende 80 oder 100 Watt werden bei Nennabgabeleistung, aber viel weniger wird es wohl nicht sein.
Weniger als errechnet kann ich mir ohnehin nicht vorstellen, vorausgesetzt du misst bei 5 oder mehr Ampere Abgabestrom und bei um die 400 U/min.

Ich persönlich tippe eher auf einen grösseren Verlust als berechnet denn ich vermute noch einige Watt die alleine für das Drehen des Generators,
also OHNE Wirbelstrom- und ohmsche Verluste, drauf gehen.
Da täuscht man sich oft wieviel Leistung nötig ist, selbst wenn es leichtlaufende Kugellager sind.
Wenn ich mich recht entsinne waren es über 20 Watt um meinen Multiplexgernerator ohne Stator auf 1000 U/min zu halten.

Ich bin gespannt auf deine späteren Ergebnisse.

Grüsse

Bernd
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