60cm Rotor mit Nabengenerator, Canstein vs. Darrieus Antrieb

[jb79]

Oh, da hab ich mich aber gründlich verrechnet, verdammte Einheitenumrechnungen.
23Hz ist recht wenig, da wird eine hohe Kapazität der Pufferelkos wichtig, wenn man keine Akkus mit Mittelanzapfung hat so wie du.
In Stufe 3 müßte der Ladestrom bei der Verdopplerschaltung aber trotzdem nen Tick höher sein, weil 1 Diodenflußspannung weniger im Pfad ist.

Mich würde noch folgender Vergleich interessieren:
10 Akkus in Serie, allerdings ohne Mittelanzapfung und dafür 2 Kondensatoren beim Spannungsverdoppler.
Dann in den 3 Ventilatorstufen nochmals den Strom messen und mit den Werten der Mittelanzapfung vergleichen.

Ich meine, es müßte bei dieser Schaltung der Ladestrom etwas geringer sein, weil ja die Spannung am Elko während der jeweils anderen Halbwelle sinken kann, das wird umso schlechter sein, je geringer die Drehzahl und je größer dadurch die Periodendauer.

Werd mich jetzt mal wegen aktiver Gleichrichtung (in Verbindung mit der Spannungsverdopplerschaltung) schlau machen. Wenn ich da Erkenntnisse habe (Schaltung, Bauteile,...) dann mach ich dafür mal ein extra Thema auf. Denke so läßt sich besonders bei größeren Strömen noch ein bißchen mehr rauskitzeln weil die Flußspannungen der Dioden durch die Mosfet's praktisch wegfällt.

[Bernd]

In Stufe 3 müßte der Ladestrom bei der Verdopplerschaltung aber trotzdem nen Tick höher sein,
weil 1 Diodenflußspannung weniger im Pfad ist.

Jein, du hast zwar Recht das wir dann mehr Spannung hätten, aber der Rotor hat ja nur eine bestimmte
mechanische Abgabeleistung die von der Windgeschwindigkeit abhängt und mit der er den Generartor "füttert".
Wenn du also die Spannung höher drehst, dann wird der Generator stärker belastet. Nur wenn dann noch
mechanische, ungenutze Reserven vorhanden wären würde am Ende mehr raus kommen. Das ist aber nicht der Fall.
Genau das ist der Grund warum sich bei Ventilatorstufe 3 kein Unterschied zeigt. Der Generator kann in dem
Moment nur ca. 0,75W erzeugen, egal aus welchen Produkten von Strom und Spannung sich diese Leistung zusammen
setzt. Der Wind liefert in dem Moment nicht mehr Energie an. Ein Erhöhen der Spannung bringt also in dem Falle
nichts. Deswegen sprach ich weiter oben von "Konstantleistungsquelle". Mehr Spannung hilft eigentlich nur um
den Ladebeginn nach unten zu schrauben.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Ich war gerade ne Weile mit dem Mini C- Rotor mit Nabengenerator im Garten. Ich habe das Teil
auf dem Gartentisch auf die freie Rasenfläche gestellt und daran dann die Verdopplerschaltung
angeschlossen sowie zwei unterschiedliche Akkupakete, die ich abwechselnd ausprobierte.
Zusätzlich stellte ich auf den Tisch noch meinen "Windmaster 2", ein Windgeschwindigkeitsmessgerät.



Leider weht heute nur ein spärliches Lüftchen aber durch eine Weile Beobachtung konnte ich dann
die Windgeschwindigkeit heraus finden bei der der Ladebeginn liegt. Für den 12V Akkupack liegt
der Ladebeginn bei etwa 2,8m/s und für den 7,2V Akkupack liegt der Ladebeginn bei etwa 2,2m/s.

Auf dem im Hintergrund sichtbaren silbernen Fahnenmasten befindet sich ein Anemometer in
ca. 6,5m Höhe. Dort weht ein fast doppelt so schneller Wind wie auf der freien Rasenfläche auf der
der Gartentisch steht. Das bedeutet das ich dort oben in Höhe des Anemometers ca. 5x (!!) mehr
Energie ernten könnte als unten auf dem Tisch. Schon der Hammer wenn man sich das so vor Augen führt.

Grüsse

Bernd

[Andre]

Hallo Bernd,

... 12V Akkupack liegt der Ladebeginn bei etwa 2,8m/s und für den 7,2V Akkupack liegt der Ladebeginn bei etwa 2,2m/s...

Das muß man mal in aller Ruhe setzten lassen. Ist echt der Hammer; bei einem lauen Lüftchen, das kleine Windrädchen am Boden aus
einer Dachrinne, Blech und Holz plus einen handelsüblichen Fahrraddynamo lädt einen 12V Akku. Ich find das irre. Die Leistung ist zwar
erwartungsgemäß gering aber immerhin. Das müssen andere, unter gleichen Bedingungen, mit Ihren Konstruktionen erst einmal nachmachen.

Bernd, ich hefte dir jetzt mal ein fettes Bienchen aus der Pluskiste ans Revert. Fein gemacht

Gruss
Andre

[Knuffi]

[jb79] Interessant wäre auch der Bau eines aktiven Gleichrichters (mit Mosfet Transistoren), so könnte man die Flußspannung und damit Spannungs- und Leistungsverluste noch weiter minimieren. Werd mich mal in der Richtung schlau machen.

Mosfet-Gleichrichtung ist nicht trivial, weil die Mosfets nur dann leiten dürfen, wenn ein (positiver) Strom in den Akku fließt.
Es kommt also auf den richtigen Einschalt- und Ausschalt-Zeitpunkt des Mosefet an.
Falls der nicht getroffen wird, kann Strom vom Akku zurück in die Generator-Wicklung fließen, der Akku entlädt sich.

Bei den "Bikern" wird zwar eine Mosfet-Brücke benutzt, aber nur mit LED als Last, ohne Puffer-Elkos oder Akkus. Daher gibt es dort das Problem der rückfließenden Ströme nicht.
Eine Lösung ist, der Aktiv Mosfet-Brücke eine Schottky Diode nachzuschalten. Damit hat man einen Brückengleichrichter, mit 0,5V Spannungsverlust, statt 1V.


http://www.mtb-news.de/forum/showthread ... ichrichter
http://www.mtb-news.de/forum/archive/in ... 67236.html

In Elektor Heft 7 /2006 S.74 ist laut Inhaltsverzeichnis eine Mosfet-Gleichrichterschaltung mit passender Ansteuerelektronik zu finden.

[jb79]

Auch diese einzelne Diode könnte man eventuell durch einen weiteren Mosfet ersetzen:
mehr dazu hier: http://www.atx-netzteil.de/verpolschutz_m_mosfet.htm

Hab jetzt jedenfalls mal ne Studentenversion von Pspice (Schaltungssimulationssoftware) ausgegraben und etwas mit Mosfets rumgespielt. Das tolle an so einer Simulation ist, daß man sich beliebige Ströme und Spannungen in der Schaltung anschauen kann und auch bei groben Fehlern nix passiert (außer daß man sich über die Werte wundert. Durch die praktisch ideale Spannungsquelle (Innenwiderstand so 1mOhm) hätte ich in dem Fall nämlich 1 oder 2 Transistoren gehimmelt (da gabs Werte um 150A durch den Transistor ).
Bei der Simulation tritt das eben angesprochene Problem auf, daß die Mosfets bei der im Radforum angegebenen Gleichrichterbrücke seltsam schalten und den Kondensator teilweise wieder entladen.
Außerdem hab ich glaub ich einen schlechten Mosfet zur Simulation erwischt, mir fehlen nämlich knapp 2V, der Rdson dürfte also deutlich zu hoch sein. Hab mir auch schon bessere Modelle besorgt, allerdings weiß ich noch nicht wie ich die in die Simulation importieren kann.

Interessanter wäre sowieso, die Dioden der Verdopplerschaltung durch je einen Mosfet zu ersetzen, nur da muß ich mir noch ne Ansteuerung überlegen.

Eine weitere Überlegung ist die Gleichrichterbrücke und hinten dran ein Boost Converter, der die Spannung auf Batteriespannung anhebt. Prinzipbedingt kann sich da der Kondensator am Ausgang nicht entladen weil davor eine Diode sitzt, die das verhindern kann (wäre auch durch einen Mosfet ersetzbar). Die Frage ist nur, wie das Ganze auf einen Stromfluß reagiert der dem normalen Stromfluß entgegenwirkt. Aber: dafür hab ich das Simulationsprogramm und werde das mal simulieren.

Was für Simulationen wichtig wäre ist eine Art Ersatzschaltung für den Generator. Also Leerlaufspannung, Kurzschlußstrom und Frequenzen bei den beiden Punkten. Daß das nur eine ungefähre Näherung ist, ist mir klar.

Meine Frage an Bernd: Könntest du die Leerlaufspannung, den Kurzschlußstrom und die ungefähre Drehzahlen bei den beiden Versuchen an einem bestimmen Betriebspunkt messen (würde mal sagen bei einer Windstärke die oft auftritt), damit ich ein besseres Rechenmodell habe?

[Bernd]

Das messen des Kurzschlusstroms dürfte schwierig werden, denn dabei dreht der Rotor extrem
langsam und erzeugt extrem niederfrequenten Wechselstrom. Ich glaube da würde mein Multimeter
nicht mit klar kommen und verfälschte Meßwerte anzeigen.

Ich kann Dir aber schonmal Leerlaufspannungen anbieten.

Leerlaufspannung bei Ventilatorstufe 1 = 12,2 V bei 51 U/min
Leerlaufspannung bei Ventilatorstufe 2 = 16,9 V bei 69 U/min
Leerlaufspannung bei Ventilatorstufe 3 = 20,2 V bei 81 U/min

grüsse

Bernd

[jb79]

Sehr gut, die ersten Werte helfen schon mal.
Bitte jetzt noch einen zweiten Arbeitspunkt für die drei Geschwindigkeiten, wenn der Dynamo z.B. 6V/10W Nennleistung hat, dann mit einem entsprechenden Widerstand (so 12-15Ohm) messen (Strom und Spannung am Widerstand). Das kann ich dann näherungsweise hinrechnen.
Die Belastung des Windrades durch den Laststrom ist sicher leider nicht linear, das müßte man mit etlichen Meßpunkten realisieren, ich nehm einfach eine lineare Kurve an, in einem bestimmten Lastpunkt stimmt das dann ja auch.

Danke nochmal!

[Bernd]

Bei 12 Ohm bleibt der fast stehen, also auch wieder extrem niedrige Messfrequenz.
Ab einer bestimmten Leistung/Drehzahl knickt die Kurve (gesetzlich vorgeschrieben) bei
12 Ohm Belastung ab, damit die Birnen nicht durch brennen. Bei hochohmigerer Belastung
tritt das nicht so krass auf und man kann dann sogar weit mehr als 3W heraus holen.

Grüsse

Bernd

[trilobyte]

Das messen des Kurzschlusstroms dürfte schwierig werden, denn dabei dreht der Rotor extrem
langsam und erzeugt extrem niederfrequenten Wechselstrom. Ich glaube da würde mein Multimeter
nicht mit klar kommen und verfälschte Meßwerte anzeigen.

für welchselströme die nicht 50Hz und sinusforum haben brauchst du ein true rms messgerät. das steht meist drauf (die kosten dann einiges)
die analogen können auch t rms, aber nur bei 50Hz.

gruss

peter