Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

[Bernd]

Volker hat völlig Recht, der Generator für ein Windrad muss für die Nutzung der Maximalleistung (meist bei um die 12m/s) ausgelegt werden.

http://www.daswindrad.de/bilder/generatorvonmax_1.gif
Da fangen wir mal erst bei 200 U/min an und der G bringt dort an der Elektronik 140 W.
Weiter bei 400 U/min hat das Windrad dann 8 mal höhere Leistung !
Der Generator bringt aber nur 400 W bei 450 Wa an der Welle, da ist aber viel mehr zu holen, was die Elektronik nicht schaft.

Aloys wieviel Leistung dem Generator bei welcher Drehzahl entnommen werden kann, dafür ist neben dem Generator selbst vor allen die
Last verantwortlich!! Bei einer ohmschen Last wird die Leistung höchstens um das Vierfache steigen wenn die Drehzahl/Spannung verdoppelt wird.
In der Messung auf die du dich beziehst war es übrigens keine "Elektronik" sondern eine einfache Halogenlampe mit der ich den Generator belastete.
Das mit einer Halogenlampe als Last die Leistung bei doppelter Spannung nicht um das achtfache steigt ist logisch.

Eine elektronische Schaltung wie in einem Einspeisewechselrichter entzieht dem Generator hingegen soviel Energie wie das Windrad gerade liefern kann.
Durchaus das achtfache, immer proportional zur Wellendrehzahl.

Das direkte Akkuladung nicht das Ziel sein kann und man bei 24Volt (und gleichem Strom) mehr Leistung in den Akku bekommt als bei 12V das ist nur logisch.

Im Grunde ist es doch ganz einfach.
Der Generator für ein Windrad muss für die gewünschte Maximalleistung ausgelegt werden.
Alles andere ergibt sich dann von selbst denn unterhalb der Maximalleistung erzielt ein eisenloser bessere Wirkungsgrade als bei Volllast.


Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo zusammen,

denke auch das 12m/s Windgeschwindigkeit zu niedrig ist,viel mehr hengt sie vom Windradtyp.Zum beispiel Savonius den ich baue,0,6 m D und 3,2m Hoh macht 1,92m^2 Fläche.Laut Literatur Savonius wird in Betrieb auch bei 28 m/s gelassen,wenn Geni für diese Leistung ausgelegt wird.

Bei 3m/s Wind dreht er 67 U/min und hat auf Welle 6,3W und auf Geniklemmen ca 5,7 W(90 % Wirk.)
Bei 25m/s Wind dreht er 556 U/min und hat auf Welle 3,7 KW und auf Geniklemmen 3,3 Kw.

Also Geni sollte auf 3,5 KW ausgelegt werden,und erforderliche Eingangsspanungen für Einspeise WR.Damit kann man auch alle andere Zutaten errechnen.

Natürlich Eisenlose Dualgeni,wenn nötig mit Etagen.

Grüße

Ekofun

[Querdenker]

Hallo Leute ,
Schom oft habe ich erlebt, dass eine "sachliche Diskusion" "ausufert......in der Form , dass keiner richtig dem Anderen zuhört (oder zuhören will)......
jeder ist mitlerweile "ganz woanders" und reden aneinander vorbei.. )( persönlicher Eindruck von mir LAIE!)..
.sorry ich als Laie komme da nicht mehr mit!
Jeder scheint , so wie er es sagt ein bischen Recht zu haben. ABER ihr scheint aneinander vorbeizureden...

Vielleicht hilft hier ja mal eine einfache primitive Denkweise:
(Habe mir Gedanken gemacht);
Der Wind treibt mechanisch einen Generator an.....( Primärenergie,- leistung( Eingang!) dann kommt eine "Blackbox"! ( Laderegler ,Inverter, Spannungsbegrenzer Trafo.Baterie...was auch immer etc)......dannach kann ich auf 12 /24 V Spannung oder mit 230V Leistung "entziehen" (umwandeln) ( mein Ziel, nennen wir es Sekundärenergie , oder - leistung !

Der Wind ( Primärleistung!) ist gegeben (...... durch Windrotor wird Menge und Art (Drehmoment ,Drehzahl ...Leistung ) bestimmt)
Der Generator Wandelt Diese mechanische Leistung in elektische Leistung ( Volt und Amper) und Wärme ( sonstige Verluste..) um.
Im Generator sind folgende Variablen : Magnetismus ( Pol-Anzahl und Stärke)
Spulen ( Drehtdicke anzahl ... Windungen..etc)


Ausgehend , von einen "guten Generator" ( hohen Wirkunggrad! mech in elek Leistung..).....Kommt danach die "Black Box"

Hierzu meine konkrete Frage: Wie arbeitet eigentlich die "Black Box " ? ( damit ich zum Schluß eim Maximum an "Verbraucherleistung" rauskriege...??!)

zum Beispiel ein Inverter mit "MPPT" oder programmierter Leistungskuve? .....Wird der Innenwiderstand der "Blackbox" verändert, um die Leistungsanpassung durchzuführen? ( meine Vermutung)

P=Ux I .....und um U constant zu halten bei veränderlichem Wind ( Primärleistung !) kann ich da nur durch variablen R , weil U=I x R!

Also egal og Inverter 230v oder Laderegler 12 v auf Batteriespannung etc ,,,,,denke ich mal die"Blackbox" ist über den Innenwiderstand gesteuert...( sag mir bittte ob ich falsch liege... DANKE!)

WENN DAS SO IST!
Habe ich mir überlegt , kann ich auch jederzeit die elek Leistung errechnen mit P = UxI Von Generator .....und der Blackbox Ausgang !

Weiter Eingangsleistung durch Ausgangsleistung ergibt den Wirkungsgrad insgesamt!!

Da R = U/I ist und R Innenwiderstand im Generator constant ist .......wie groß muß dann R außen ( Innenwiderstand Blackbox) sein um einen hohen Wirkungsgrad (ETA) zu erhalten....
habe mal den Satz gelesen : Innenwiderstand (vom Geni) sollte in etwa gleich groß sein wie Außenwiderstand (Blackbox) ,da wäre dir beste Leistungsabgabe...??
werde darüber noch weitergrübeln...

Ich habe heute mein Spulenkäul vom Geni weitergewickelt.,,,

....und meinen Rotor und eine Rotorscheibe mit stärkeren Nyodymmagneten ( mit Rückschluß vom Scheibengeni!) an einen digitale Kofferwaage gehängt......
der Rotor hatte deutlich 3 mal so viel "Haltekraft" !!!
Der Geni scheint "nicht schlecht zu werden.....

[Bernd]

Ich glaube das Problem ist das viele gute Genertaorbauer Pobleme haben damit klar zu kommen das sich die
dem Generator zugeführte Leistung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit/Umdrehungszahl erhöht,
denn im elektrischen Bereich steigen Leistungen in der Regel nur im Quadrat zur Spannungserhöhung.
Unter einer normalen ohmschen Last würde die elektrische Leistung daher viel flacher ansteigen als die des Windrades und
der Windradleistung daher nicht folgen. Bei ohmscher Last wäre dann quasi "Leistung über", was Aloys ja auch so dargestellt hat.
Und etwas anderes als eine ohmsche Last können sich viele nicht vorstellen und so werden immer mal wieder
Probleme herbei geredet wo keine sind.

Die Lösung ist einfach eine gleitende, gesteuerte Last zu verwenden. Das wars, das ist die Lösung.
So arbeiten zig tausende von Windrädern die an einem Einspeiser hängen.
Der Einspeiser enthält eine Steuerungen und belastet das Windrad über den Generator gerade soviel das es nicht abgewürgt wird.

Ja ein MPPT gesteuerter Inverter erzeugt immer gerade soviel Last wie das Windrad gerade abgeben kann.
Dadurch steigt die Belastung dann automatisch um ca. das 8 fache wenn sich die Drehzahl verdoppelt.
Überhaupt erzeugt die MPPT Steuerung zu jedem Zeitpunkt genau die richtige Belastung für das Windrad/Generator.

Es gibt auch Inverter bei denen eine Belastungskurve hinterlegt ist, welche editiert werden kann.
Das hat gewisse Vorteile gegenüber einer MPPT gesteuerten Last.


Grüsse

Bernd

[Querdenker]

Moin Bernd

Na das ist doch mal eine Aussage, mit der ich was anfangen kann.....
Es ist also genauso, wie ich mir das dachte,:
"Black box" (Inverter Laderegler ..etc) ist vereinfacht nix anderes, , als ein " gesteuerter Poti" ...... gesteuert durch MPPT ,Leistungskurve oder etc

Na dann weiter:
.....belaste ich den Geni oberhalb oder unterhalb dieser Leistungskuve habe erhalte ich nicht die maximal mögliche Leistung?
unterhalb ist "Leistung über" laut Aloys......?.
Oberhalb entsteht vermehrt Verlustleistung in Form von Wärme (denke ich !) ....bis zum Spulentod durch zu hohe Ströme in den Spulen.....?
......---> Elektrische Wirkleistung schlecht ?

MPPT (Maximum Power Point Tracking) ( auf deutsch etwa „Maximalleistungssuche“) sagt logischer Weise Viel über die Arbeitsweise aus.
( Ok, gibt gegenüber der festeinprogramierten Leistungskurve unter anderem den Nachteil des "Rumsuchens" mit der "zeitnahen Nachregelung"....? wie ich mittlerweile mitbekommen habe.....)

Meine Frage: Nach welchen Algorithmus arbeite z. B ein Inverter ?
Geht er von der Höhe der Eingangsspannung aus und regelt danch entsprechend den Belastungswiderstand ?
und , oder der Stromstärke?

Hab grad was unter dem Stichwort Lastwiderstand gefunden:
"Der Lastwiderstand ist der elektrische Widerstand mit dem eine elektrische Energie- oder Signalquelle belastet wird. Der Lastwiderstand bestimmt den elektrischen Strom und die elektrische Leistung, die von der Quelle geliefert werden. Im allgemeinen Sinne kann der Lastwiderstand auch ein Wechselstromwiderstand bzw. eine Impedanz sein, die sich aus einem Wirkwiderstand und einem Blindwiderstand zusammensetzt.

Der Lastwiderstand der Quelle ist gleichzeitig der Innenwiderstand eines elektrischen Verbrauchers oder der Eingangswiderstand einer weiteren elektrischen Einrichtung.

Wenn der Lastwiderstand unendlich ist, wird dieser Fall als „Leerlauf“ bezeichnet, wenn der Lastwiderstand gleich Null ist, liegt ein „Kurzschluss“ vor.....
.
.
.

Bei der Energieübertragung wird meistens eine Spannungsanpassung mit möglichst geringem Energieverlust angestrebt, wobei der Lastwiderstand wesentlich größer als der Innenwiderstand der Energiequelle sein sollte.

Geile Sache mit Wikki....

Also Lastwiderstand wird "hochgeregelt"!
Wie viel größer?!?
Wonach richtet sich das? ( P= U XI .....wobei I= U / R .....usw)

Praktisches Beispiel:
Die erste Tabelle des Scheibengini!
Ich werde mir nach den obigen Formeln den entsprechenden (Last)Widerstand bei verschiedenen Leistung ausrechnen...

Leider kann ich das Scheibengeneratortool nicht auf meinem Geni anwenden.
Überlappende Spulen, Magnetpole und -Stärke kann ich da nicht eingeben.
Also kann ich nur Phi mal Auge die Spulen wickeln...
Ein Laie halt!!
Aber zum Vergleich werde ich mal so tun, als wenn ich mit den eingesetzten Mitteln,wie Magneten Kupferdraht , einen Scheibengeni baue und diese ins Tool einsetze..
Dann werde ich im Vergleich zu meinen Leistungsmessungen eine relative Aussage machen können.

( Ich muß den Geni, wie ich mir schon gedacht habe, also mit einer ansteigenden dynamischen Last messen!)
'

[Bernd]

Das mit der gleitenden Last hast du glaube ich gut verstanden.
Du hast Recht das die Last bei einem Windrad im Prinzip "ein sich selbst regelnder Poti" sein sollte.

Ist die Last zu hochohmig verschenkt man Leistung, Ausserdem wird das Windrad zu gering belastet und erreicht unter
Umständen zu hohe Drehzahlen.
Ist sie zu niederohmig verbrät man zuviel in den Generatorspulen in Wärme und verschenkt somit ebenfalls Leistung.
Die direkte Akkuladung ist ein gutes Beispiel für eine oft viel zu niederohmige Last.

Die Regelung bei MPPT erfolgt meines Wissens so das ständig die Spannung und der Strom des Generators überwacht wird.
Die Belastung wird durch die Steuerung schrittweise erhöht, so lange bis die entnehmbare Leistung zurück geht.
Dann erfolgt eine leichte Zurücknahme der Belastung so lange bis die Leistung wieder steigt und so weiter.
So versucht die Steuerung ständig das Windrad auf optimaler Drehzahl zu halten bzw. die maximal mögliche Leistung zu entnehmen.
Der grosse Nachteil ist die oft träge Reaktion auf plötzliche Drehzahl/Spannungserhöhung, z.B. in einer Böe.

Ich muß den Geni, wie ich mir schon gedacht habe, also mit einer ansteigenden dynamischen Last messen!

Nein musst du nicht, es reichen normale Messungen. Aus denen kann man alles interessante hochrechnen.


Grüsse

Bernd

[Famzim]

Klopf klopf
Durch die betrachtung des Generators alleine, hab ich wohl verdrängt das ER für 10 m Windgeschwindigkeit, bei bestem Wirkungsgrad gerechnet ist, und darunter dann überdimensioniert.
Er läuft also bei 10 m mit seinem ETA max, und bringt darüber hinaus, natürlich noch grössere Leistung, erst dann bei sinkendem ETA.
Das habt Ihr ja auch noch mal gut erklärt.

Zum Lastwiderstand dann noch eine kleine Vergleichtrechnung von mir.
Ausgehent von 10 Ohm Kupferwiderstand im Geni, und einem mindest Wirkungsgrad von 90 %, dürfen nur 10 % der Spannung in der Wicklung bleiben.
Bleiben also noch 90 % für den Lastwiderstand.
Das ist ja ein Stromkreis.
So muß der dann 9 mal höher gewählt werden.

Zum Spulenwickeln würde ich jede einzelne Phase berechnen als wäre sie alleine, mit allen Magneten.
Zum gemeinsamen Schalten, dann wieder mit Wurzel aus drei weiter rechnen.

Gruß Aloys.

[Bernd]

Aloys genau das was du über die prozentualen Verhältnisse von Generator- und Lastwiderstand geschrieben hast,
hatte ich mir schon zurecht gelegt falls die Frage aufkäme wie hoch denn der scheinbare Widerstand der Last sein
dürfte.

Es ist genau wie du es schreibst. Wenn der Generator bei 90% Wirkungsgrad arbeiten soll dann muss der Widerstand
der Last 9 x höher sein als der Innenwiderstand des Generators.
Das wären dann bei dem Beispielgenerator knapp 4 Ohm für den Widerstand der angeschlossenen Last, wenn der
Wirkungsgrad bei 90% liegen soll, denn der Generator hat einen Gesamtwiderstand von ca. 0,43 Ohm.

Auf diesem Prinzip basierend kann man sich dann auch ausrechnen welche Leistungen man bei welchen Drehzahlen
und welchem Wirkungsgrad erreichen kann.

Nebenbei gesagt wären ca. 1kW bei den gut 500 U/min im Test mit diesem Generator möglich und das bei
immer noch ca. 85% Wirkungsgrad ! Wenn man eine höhere Drehzahl für die 1kW benutzen würde käme der
Wirkungsgrad wieder über 90%.


P.S. Ich bin froh das wir wieder einer Meinung sind.


Grüsse

Bernd

[Querdenker]

Vielen Dank Leute
Ihr habt mir sehr geholfen
Man lernt nie aus.


....Und weiter gehts!!!:

@ Bernd ,
Thema Leistungskurve des Geni.
Du hast geschrieben, das man Messungen hochrechnen kann.....
Ich möchte gerne für mein Geni eine Leistungskurve ermitteln. Also würde ich hergehen und mir Überlegen wie mach ich das, statt wild rumzumessen Drehzahl rauf und runter ....verschiedene Last ..usw. Mir ein Schama Plan überlegen .
Der sieht wie folgt aus :

1.Innenwiderstand zwischen allen Phasen messen .....
2.Drehmoment ohne Belastung "Leerlauf" ( vielleicht bei 50 Umdrehungen und sagen wir mal 600 Umdrehungen....? ( eine dritte oder vierte noch
dazwischen.....eventuell zur Überprüfung der Meßtoleranz geht ja schnell ... )
3. Drei Drehzahlen, (unbelaste) Leerlauf Spannung messen
4. drei Drehzahlen mit konstanter Belastung (Widerstand constant) dabei jeweils das Drehmoment, Spannung und Amper ablesen.

Müßte doch eigentlich reichen, um die Werte "hochzurechnen" ?
.....oder ist es notwendig Schritt 3 u. 4 mit noch anderen Lastwiderständen zu wiederholen?..... fehlen noch Werte?

Ich weiß ich bin "faul"!... aber auch wiederrum nicht so "saufaul", das ich natürlich immer noch weitere Messungen dazwischen mache, um die Meßpunkte zu überprüfen (Werte zu mitteln ).
....Die meisten Erfindungen sind übrigens aus FAULHEIT gemacht worden...( Keine Lust das Wasser zu schleppen....baue ich Wasserhahn in Wand!)

Schönen Abend wünsch ich Euch:-)

[Ekofun]

Hallo zusammen,Hallo Aloys,

bei entwerfen eine Anlage werde so gehen,und ich hoffe das es keine Fehler gibt,die schleichen sich immer unerwünscht ein.

Erstens Windrad für gewwinschte Leistung berechnen.
Zweitens Geni berechnen für Einspeisung ins Netz mittels WR.
Als Beispiel ein WR vom 1 KW,vermute das Eingangsspanungen von 40 V biss 150V sind.
Werkzeuge: Ohmische Gesetz,FEEM,Windrad Grundformel.

Windrad: Savonius
Um Drehzahl nicht ganz niedrig zu haben setze D auf 1m. 1 KW soll er bei 10m/s haben(laut Volker)
P = V^3 * 0,61 * 0,22(Savonius) * A ; A = P / v^3 * 0,61 * 0,22
A = 1000W / 10m/s^3 * 0,61 * 0,22 = 1000 / 134,2 = 7,45m^2
Höhe ist 7,45m,D = 1m

Drehzahlen:
bei 3m/s: n = (60 / D * 3,14) * V-Wind * TSR ; TSR bei Belastung = ca 0,7
n = 19,1 * 3 * 0,7 = 40,1 U/min
Bei 10m/s : n = 19,1 * 10 * 0,7 = 133,7 U/min

Leistung auf der Welle:
bei 3m/s: P = V ^3 * 0,61 * 0,22 * 7,45m^2 = 27 W---> Geni = 27W * 0,9 = 24,3W
bei 10m/s: P = 10m/s^3 * 0,61 * 0,22 * 7,45m^2 = 999,8 W auf Welle--->Geni = 999,8 * 0,9 = 899,8 W
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Geni:
Scheinbengeni 3 Fasen,8 Spulen pro Fase = 24 Spulen gesamt, und 32 Magneten pro Scheibe, Dualausführung.
Magneten: 50 * 25 * 15 mm N40
Seitliche Magnetabstand 25 mm
Innen D = 32 * 50mm / 3,14 = 509,55 = 510 mm.
Ausen D = 610 mm = Scheiben Durchmesser
Luftspalt in Statorraum = 10mm

FEEM zeichnen um Flußdichte zu ermitteln....

Beispiel.jpg (362.64 KiB) 13626-mal betrachtet

Im Statorraum ist mittlere Flußdichte von 0,749 T
D vom Magnetmitte zu Magnetmitte ist (D-innen / 2 + 25 mm)* 2 = (510mm / 2 + 25mm) * 2 = 560mm
V(m/s) bei 40,1 U/min = 0,56m * 3,14 * 40,1 / 60 = 1,17 m/s
V(m/s) bei 133,7 U/min = 0,56m*3,14 * 133,7 /60 = 3,91 m/s

Windungen:
bei 3m/s Wind sollen 41 V an Klemmen sein.
Eine Spule soll.: 41V / 1,73 = 23,7 ; 23,7V / 8 Spulen = 2,96V haben

Windungen: = 2,96 V / 0,749T * 0,05m * 1,17m/s * 1,41 = 2,96 / 0,061 = 48,5 Wdg. = 49 Wdg pro Spule.
Kontrolle:
Ui = B * L * N * V * 1,41 = 0,749 * 0,05 * 49 * 1,17 * 1,41 = 3 V
Spanung ist 3 V * 8 Spulen * 1,73 = 41,5 V ; bei 10m/s = 140 V

Drahtlänge = 2 * 50mm + 2 * 25mm + (15mm * 3,14) = ca 0,2m pro Wdg.
Spule hat dann 49 Wdg * 0,2m = 9,8 m; 9,8m * 8 Spulen = 78,4m pro Fase.

Drahtquerscnitt:
Geni soll 90 % wirkungsgrad haben,so ist Verlustleisung 100W bei 1KW.
I = 1100 W / 150 V = 7,33 A
Am Wicklung sollen maxsimal bei Volllast ca 13 V entfallen.(13V * 7,33A = 95W)
R-Fase maxsimal 1 Ohm,dann ist 1 / 78,4 m = 0,012 Ohm pro Meter Draht.
Querschnit ist =,00178 / 0,012 = 1,48 mm^2 = 1,5mm ^2
Um Wirbelströme klein zu haben werde mit 4 Drähte in Hand von 0,7mm dicke Wickeln.
Queschnit = 1,53 mm^2 ; R/m = 0,0178 / 1,53 = 0,012 Ohm.
Eine Fase hat 78,4m * 0,012 Ohm = 0,94 Ohm
Geni gesamt hat 0,94 * 1,73 = 1,62 Ohm

P maxs = 150 V * 7,33 A = 1099,5 W
P-Verlust = 7,33A * 1,62 = 11,9 V ; P = 11,9V * 7,33A = 87 ,2 W

1% = 10,99 W P-Verlust = 87,2/10,99 = 7,93 % ; P-Wirk = 92,%

Wenn noch Platz für Draht da ist werde noch größere Drahtquerschnit wählen,dann ist Wirkungsgrad noch höher.

So könnte man das rechnen,ich versuche es so bei Geni für Savonius machen.

Grüße

Ekofun