Geeigneter Generator ?

[Famzim]

Hallo zusammen

Durch viele Beiträge hier im Forum ist mir etwas aufgefallen.
Es handelt sich um die Drehzahlen der Generatoren.
Im besonderen die Anfangsdrehzahl, wo das Windrad gestartet ist und der Generator mit der erzeugung von elektrischer Energie beginnt.
Das ist zb eine Drehzahl von 100 U/min !
Die grosse Leistung bringt der Generator aber dann bei zb 600 U/min, und bei noch höherer Drehzahl auch noch mehr.

Das dumme ist nur an der Sache, das Windrad dreht bei 3 m Wind erst los, und der Generator braucht dann 18 m Wind für die Nennleistung.
Da kommt das Windrad aber gar nicht hin ?
Ausserdem hat das Windrad bei 18 m Wind die 216 fache Leistung wie beim Start.
Erlich, die werden nicht wirklich zusammenfinden, obwohl alles natürlich trotzdem funktioniert.

Generatoren mit Neodym Magneten steigern die Spannung synkron mit der Drehzahl, und der Strom ist mit 50 % steigerung dabei.
Macht aber nur das 3 fache bei doppelter Drehzahl.
Da wird der Generator, der möglichen 8 fachen Windleistung nicht gerecht.

Da wir uns grade auch mit Gleichstrom-Generatoren beschäftigen, bin ich wieder auf den "Doppelschlußgenerator" gestoßen.
Dieser hat eine Nebenschlußwicklung, die das Magnetfeld bei höherer Betriebsspannung (höhere Drehzahl), verstärkt.
Das ist aber nur eine Seite der Medaille, da ist dann noch eine Haubtschluß- oder Reienschluß-Wicklung drauf.
Zwei Feldwicklungen, ("zwei Systeme", nicht nur 2 Spulen, die können auch mehr sein), gleich Doppelschluß !
Durch diese fliest dann der "Haubtstrom" des Generators, und verstärkt auch noch zusätzlich das Feld.
Ausser der Eigenart, ohne Rastung und bremsendes Feld zu starten, hat er ein sich ständig verstärkendes Magnetfeld bei Drehzahlerhöhung.
Wenn die Startspannung nun mit einem geringeren Nebenschlußfeld erreicht wird, steigt die Spannung bei doppelter Drehzahl überproportional auf das 3 bis 4 fache, ( doppelte Drezahl mal doppelte Feldstärke), der Strom nimmt zu, und die 8 fache Windleistung kann dann auch besser genutzt werden.
Das geht sicher auch mit Wechselstrom- oder Drehstromgeneratoren die mit Spulen erregt werden, und keinen Kolektor haben.
Lichmaschinen sind auch nur Nebenschlußmaschinen, deren Feld aber schon bei 12 V Spannung das Maximum erreicht hat.
Das wird zur Strombegrenzung, das will hier ja keiner , abgeregelt , wenn die Drehzahl und der Strom steigt.

Alle Generatoren haben besondere Betriebsmerkmale, bei kleinen, bekommt man nur mit Neodys ein starkes Feld.
Bei großen kann man sehr viele Sachen mit gesteuerter Erregung anpassen.

Gruß Aloys.

[Bernd]

Macht aber nur das 3 fache bei doppelter Drehzahl.
Da wird der Generator, der möglichen 8 fachen Windleistung nicht gerecht.

Nö das kann ich nicht bestätigen. Bei mir steigt die Leistung mind. im Quadrat der Drehzahlsteigerung, abhängig von der Last.
Bei Nutzung eines Windrades steigt die Leistung bei Vervierfachung, also von Nutzbeginn bis Nutzende, meist um ein mehrhundertfaches.

Wie meinst du das mit nur 50% Antieg des Stromes bei doppelter Drehzahl ?
Der Strom steigt mit der Spannung linear mit und nicht nur um 50%, eine gleichbleibende lineare Last vorausgesetzt.
Beispiel :
12 Volt und 12 Ohm Last ergeben 1A und damit 12 * 1 = 12 Watt Leistung.
24 Volt und 12 Ohm Last ergeben 2A und damit 24 * 2 = 48 Watt Leistung.

Eine Vervierfachung der Spannung ergibt somit eine 16 fache Leistung. Das ist schon ne ganze Menge.
(Ein Herunterquälen des Generators bis auf nur 50% Wirkungsgrad und andere Dinge die man lieber lassen sollte habe ich mal ausgeklammert)

Man kann aber zusätzlich auch noch den Strom stärker ansteigen lassen, z.B. durch einen geregelten Inverter, einen Einspeiser, das ist der Normalfall.
Der Einspeiser sorgt dafür das die Leistung bei Nutzbeginn nur wenige einstellige Watt beträgt und bei ca. der 4 fache Drehzahl dann z.B. mehrere hundert Watt.
Auf diese Weise ist es kein Problem die elektrische Leistung bei Verdoppelung der Windgeschwindigkeit (verachtfachenden Windleistung) nachzuführen.

Direkt an einem Akku betrieben zeigen sich noch weit drastischere Steigerungen der elektrischen Leistung im Verhältnis zur Windleistung.
So kann die Leistung, die dem Generator abverlangt wird, auch deutlich schneller steigen als die sich verachtfachende Windleistung.
In meinem Testbericht zum Bausatzgenerator aus dem Kleinwindforum, betrieben mit direkter Akkudladung an einer 12V Autobatterie, konnte man
schön sehen das bei einem Ladebeginn von ca. 100 U/min nach Steigerung der Drehzahl auf nur 185 U/min(!) schon Schluss war und die
maximale Leistung bzw. der Strom den der Generator (ohne bleibende Schäden) abgeben kann, erreicht war. Das ist natürlich viel zu früh.

Es gibt also kein Problem bei Verdoppelung der Windgeschwindigkeit dem Generator die achtfache Leistung zu entnehmen.

Grüsse

Bernd

[Famzim]

Hallo Bernd

Du schreibst oben folgendes :
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In meinem Testbericht zum Bausatzgenerator aus dem Kleinwindforum, betrieben mit direkter Akkudladung an einer 12V Autobatterie, konnte man
schön sehen das bei einem Ladebeginn von ca. 100 U/min nach Steigerung der Drehzahl auf nur 185 U/min(!) schon Schluss war und die
maximale Leistung die der Generator abgeben kann erreicht war.

Es gibt also kein Problem bei Verdoppelung der Windgeschwindigkeit dem Generator die achtfache Leistung zu entnehmen.
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Da sehe ich aber einen krassen Widerspruch, denn der Strom müsste immer weiter steigen und die Leistung damit auch.
Da ist aber eine Grenze die das Magnetsystem vor Probleme stellt.
Meine Eisengenis hab ich ja bis zum Kurzschluß getestet, und die zeigen dieses Verhalten ganz klaar an.
Von den Dualgeneratoren hab ich noch keine Kurzschluß-Test gesehen, die haben ganz sicher auch eine solche Grenze.
Auch mit einem geregelten Inverter bekommt man nicht mehr Leistung als der Generator bringt, der kann nur eine bessere Anpassung machen, als eine direkte Ladung, er muß natürlich die Generatorverhältnisse richtig einlernen.
Dazu gehört auch die Stromkennlinie, des Generators, ein Dualgenerator ist ja auch kein Perpetuummobile, denke ich.

Gruß Aloys.

[Bernd]

Hallo Aloys,

Da sehe ich aber einen krassen Widerspruch, denn der Strom müsste immer weiter steigen und die Leistung damit auch.

Nein warum sollte der Strom oder die Leistung "immer weiter" steigen müssen ?
Die Werte können nur bis zu den Maximalwerten für die der Generator ausgelegt ist, ansteigen und ausserdem
kann ich natürlich nicht mehr Leistung entnehmen als ich mechanisch reinstecke.

Ich habe nie behauptet das irgendein Generator ein Perpetuum mobile sei, wie kommst du darauf ?
Ich wollte nur darauf hinweisen das die Anpassung der Leistung des Generators zur Leistung die der
Wind liefert normalerweise durch die Elektronik des Einspeisers oder einer intelligenten Ladesteuerung mehr oder minder automatisch erfolgt.
Dein erstes Posting klang nämlich nach:
" Ihr habt alle ein riesen Problem mit euren Generatoren und dem Zusammenspiel Drehzahl/ Erhöhung der Windleistung."
Diesen Eindruck kann ich nicht teilen. Deshalb schreibe ich das alles hier.

Den Generator zusätzlich zum oben genannten noch eine Feldregelung zu verpassen wäre meistens unnötig, ausser man verwendet eine
ansonsten ungesteuerte Akkuladung. Das mit der Feldregelung würde dann genau dem entsprechen was imAuto in der Lichtmaschine geschieht.
Hierfür wäre solch eine Regelung sinnvoll.

Zumindest ich persönlich bin aber kein Fan von Windradgeneratoren (mit ihrem stark differierenden Drehzahlniveau) bei denen das Erregerfeld mit Strom erzeugt wird,
denn zumindest im Teillastbereich sinkt dann der Wirkungsgrad aufgrund der nötigen Leistung für die Erregerwicklung ganz erheblich,
zum Teil bis ins unbrauchbare und darunter...Das haben wir alles schon mal im Detail im Forum durchgekaut.
Ein grosser Vorteil ist aber der ohne Erregerfeld vorhandene Leichtanlauf.

Grüsse

Bernd

[Famzim]

Hallo Bernd

Ich weis mitlerweile das Du eine Vorliebe für Eisenlose Generatoren hast aber die Logik die hinter allem steht ist oft nicht direkt ersichtlich.
Zum Beispiel durch verdoppelung der Drehzahl auf 8 fache Leistung, wie sollen die Generatoren das machen?
Wenn ich aus 8 die Wurzel ziehe kommt da 2,82 raus ! die Logik sagt nun, es MUß die 2,82 fache Spannung UND der 2,82 fache Strom aus dem Generator kommen, sonst ist es nichts mit 8 facher Leistung.
Allein die Spannung ist max 2 fach .
Mit 2 facher Drehzahl UND Magnetfeldverstärkung ist 2,82 fach aber möglich.
Das geht natürlich auch nicht ohne Grenzen, aber bis zu einem bestimmten Sättigungsgrad.
Die grösse des Generators ist da auch eine Grenze, aber so ab 5 bis 10 kg ist da eine Menge machbar.
Wenn ich lese was so an dierekt angetriebenen gebaut wird, und die Gewichte die sie haben ? man o man.
Ich sag mal ab 1 kw sind Elektrisch erregte anpassungsfähiger .
Die sollten auch nicht wie Limas schon bei 12 V ein max Magnetfeld haben sondern erst 30 % bis 40 % um bei Drehzahl erhöhung erst richtig zu zulegen.
Was bringen den die Dualscheiben-Generatoren an "max Leistung", zum Beispiel bei 100 U/min und dann bei 200 U/min ?
Bis jetzt hab ich nur Leistungsangaben bei sehr unterschiedlichen Drehzahlen gesehen, aber nie irgend eine Grenzbelastung, wie ich es bei den Eisengenis gemacht habe.
Das wäre sehr aufschlußreich für alle Mitleser .
Das der Erregerstrom die Generatorleistung bei geringer Ausbeute auffrist, ist auf den ersten Blick nachvollziebar.
Es ist aber so, das bei nur halber Drehzahl die Spannung UND der Strom nur noch halb so groß ist, bei einer Nebenschlußerregung, das Feld aber noch 50 % hat,und nur 1/4 der Leistung benötigt wie vorher, das past auch besser zu 8 fach denke ich.
Also bei sinkender Drehzahl sinkt auch die nötige Leistung für die Erregung Quadratisch, bis nicht mehr messbar!
Da spielen viele Faktoren zusammen, die nicht auf den ersten Blick zu übersehen sind.

Gruß Aloys.

[Bernd]

Nein ich bezog mich nicht nur auf eisenlose Generatoren.
Bei Nutzbeginn also bei ca. 3m/s sollte ein gut angepasster Generator viel mehr Leistung abgeben können als das Windrad mechanisch
an seiner Welle bereitstellt. Das heisst der Generator hat zur diesem Zeitpunkt noch deutliche Reserven. Das liegt ganz einfach daran
das bei Nutzbeginn nur wenige Watt vom Rotor her an der Welle zur Verfügung stehen und der Genrator in diesem Moment quasi "überdimensioniert" ist.
Bei Nutzdrehzahlende wird er dann aber voll ausgelastet.
Durch diesem Umstand ist es für den Generator kein Problem bei einer Drehzahlerhöhung seine Leistungsabgabe stark zu erhöhen.
Wie stark regelt die Steuerung der Nutzlast.

Die sollten auch nicht wie Limas schon bei 12 V ein max Magnetfeld haben sondern erst 30 % bis 40 % um bei Drehzahl erhöhung erst richtig zu zulegen.

Wenn du bei der Nutzbeginndrehzahl nur 30% des maximalen Erregerfeldes einsetzt dann erreichst du auch nur 30% der möglichen Ausgansspannung des Generatos.
Das heisst dann gibt es bei dieser Drehzahl noch gar keinen Nutzbeginn sondern erst bei einer 3,3 x höheren Drehzahl.
So funktioniert das leider nicht sondern genau umgekehrt.

Bei Nutzbeginn benötigt man das stärkste Erregerfeld um die Nutzbeginndrehzahl möglichst tief halten zu können bzw. um eine möglichst hohe Startspannung
bei möglichst geringer Drehzahl erreichen zu können.
Bei höheren Drehzahlen könnte man dann das Feld evtl. zurück nehmen damit die Spannung nicht zu hoch ansteigt.

Was bringen den die Dualscheiben-Generatoren an "max Leistung", zum Beispiel bei 100 U/min und dann bei 200 U/min ?

Da dürfte es sich nicht anders verhalten wie mit einem eisernen Generator auch.
Die Leistung steigt im Quadrat der Erhöhung der Drehzahl, eine gleichbleibende, ungeregelte Last voraus gesetzt, z.B. einer ohmschen Last.
Ohmsche Lasten verwendet man aber nur sehr selten hinter Windrad-Generatoren denn meist arbeitet die Last nicht linear.
Wieviel Leistung entnommen wird regelt die Last, oft ein Einspeiser, ganz von alleine je nachdem welche mechanische Leistung gerade zugeführt wird.
Das ist doch bei jedem Windrad so und ist keine Hexerei.

Es geht sogar auch noch viel extremer mit der Leistungssteigerung bei Drehzahlerhöhung.
Wenn du auf meinen Test mit dem Bleiakku guckst dann liegen bei 100 U/min nur wenige einstellige Watt an und bei nur 185 U/min schon 300 Watt.
Das entspricht nur einer Drehzahlsteigerung von 1 : 1,85.
Das ist ein Extrembeispiel bei direkter Akkuladung und zeigt wie krass sich die Leistungssteigerung bei einem sehr guten Generator (ohne jegliche Regelung) gestalten kann.

Du siehst eine überproportionale Leistungssteigerung ist ohne weiteres in dem benötigten Maße möglich.
Einzig die Last (und natürlich die zugeführte mechanische Energie) bestimmen wie die Leistungsabgabekurve aussieht.


Grüsse

Bernd