Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Bernd » Sa 18. Sep 2010, 22:04

Hallo Leute

Unser User Max, alias Menelaos, ist Moderator im Nachbarforum "Kleinwindanlagen.de".
Er ist dort aber nicht nur Moderator sondern beschäftigt sich auch viel mit dem Generatorbau.
Max hat für den Shop des Kleinwindforums einen Scheibengeneratorbausatz entwickelt den es seit
kurzen dort käuflich zu erwerben gibt.

Vor ein paar Tagen hatte mir Max freundlicherweise den ersten fertig zusammen gesetzten Generator
der "Null-Serie" zu Testzwecken überlassen. Hier nur erste Fotos und ein kleiner Bericht von mir:

Der Generatorbausatz, bzw. der Fertiggenerator ist ein Dual Scheibengenerator mit zwei Magnetscheiben
und einer fest montierten Statorscheibe in der die Spulen in Harz eingegossen sind.
Der Generator erzeugt 3 Phasen Drehstrom und kommt naturgemäß ohne Schleifkohlen aus.
Ein ca. 1m langes UV-stabiles Kabel ist fest am Stator montiert und kann bei Bedarf gekürzt werden.

Bild


Die technischen Daten lauten:
Ladebeginn für 12 Volt bei ca. 100 U/min (muss ich noch mal genauer messen)
maximale Leistung ca. 300 Watt (der genaue Wert steht noch nicht endgültig fest und könnte auch noch höher liegen)
Innenwiderstand pro Phase = 0,5 Ohm
Das Gewicht des fertigen Generators beträgt etwa 16,8 Kg.

Die folgenden Bilder zeigen den Aufbau mit den beiden Magnetscheiben die über und unter dem Stator rotieren.

Bild

Bild


Das folgende Bild zeigt den Generator von seiner rückwärtigen Ansicht.
Im Bild ist die Platte mit den "Armen" zu sehen an der der Generator mit der Mastkonstruktion verbunden wird.
Unterhalb dieser Platte sieht man die Lagerung des Generators durch einen so genannten "Achsstummel" wie er
unter anderen auch zur Lagerung der Räder z.B. bei Anhängern eingesetzt wird.
Diese Lagerung scheint sehr robust, langlebig und präzise zu sein.

Bild


Hier eine Nahaufnahme der Lagerung die sich in einem massiven Stahlgussgehäuse befindet, ganz wie bei einem Auto.

Bild


Erste Eindrücke:
Die verwendeten Materialien wirken hochwertig und robust.
Alle Metallteile sind galvanisch Zink phosphatiert und so gut gegen Korrosion geschützt.
Gewindestangen, Muttern etc. sind aus Edelstahl. Das Kabel ist UV-stabil.
Eine zusätzliche Lackierung der Metallteile scheint nicht nötig zu sein.

Beeindruckend ist die Leichtgängigkeit des Generators. Er lässt sich spielend leicht von Hand andrehen.
Man spürt praktisch überhaupt kein Anlaufmoment.
Von Hand auf Touren gebracht dreht der Generator noch etliche Umdrehungen nach dem Loslassen weiter.
Die auftretenden Verluste durch die Lagerung, Wirbelströme etc. dürften bis zur Ladebeginndrehzahl
nach meiner Einschätzung unter 1 Watt betragen. Ein wirklich sehr guter Wert.

Bild


Der Innenwiderstand von 0,5 Ohm pro Phase stellt beim anvisierten 12 Volt Betrieb einen guten Wert für
einen eisenlosen Generator dieses Leistungsbereiches dar.
Die Verluste halten sich so über einen weiten Bereich in Grenzen. 24 Volt Betrieb ist bei Erreicherung der
dafür nötigen Drehzahlen ebenfalls denkbar. Im übrigen kann beim Kauf des Bausatzes die Spulenauslegung
den eigenen Bedürfnissen angepasst werden.

Bei kurz geschlossenen Phasen muss man eine erhebliche Kraft aufwenden um den Generator zu drehen.
Diese Eigenschaft ist sehr nützlich wenn man das Windrad mit Hilfe des Generators elektrisch herunter
bremsen will oder muss, z.B. bei Sturm.
Beeindruckend ist, das während des Kurzschlusses der Generator völlig gleichmässig schwer zu drehen ist,
ohne das irgendein Ruckeln oder ähnliches auftritt. Hier sieht man den Vorteil eines Drehstromsystems
gegenüber einer 1 Phasen Konstruktion, die hierbei ganz erheblich Rasten und Ruckeln würde.
Dieses positive Verhalten sollte auch im Normalbetrieb für einen leisen Betrieb des Generators mit nur sehr
wenig (vielleicht auch gar keinen wahrnehmbaren) typischen Generatorgeräuschen sorgen.


Im nächsten Foto sieht man die massiven Spulen durch das Giessharz hervor schauen.

Bild


Alles in allen handelt es sich um einen Generator der für den Einsatz und die speziellen Erfordernisse
im Bereich der Windenergienutzung, wie geschaffen ist. Sehr leichtes Andrehen, hohe Ausbeute und robuster Aufbau
haben mich überzeugt. Der Preis geht angesichts der Qualität der verwendeten Materialien voll in Ordnung.
Beim Bausatz ist alles dabei was man benötigt. Einzig die Statorscheibe ist samt den Spulen selber anzufertigen,
aber auch dafür sind alle Materialen im Set enthalten.
Ein Bausatz aber auch ein Fertiggenerator der seinesgleichen sucht.

Grüsse

Bernd
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon jb79 » So 19. Sep 2010, 19:16

Schaut gut aus der Generator, eventuell sollte man noch ein Abdeckblech mitanbieten.
Das Windrad muß aber glaub ich extra gelagert werden, die Konstruktion dürfte nur stark genug sein, um den Generator selbst zu tragen.
lg Jürgen
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon andreas » So 19. Sep 2010, 22:13

Hallo Bernd,

was ich nicht so gut finde, ist die mechanisch etwas langbeinige Anbindung des Stators. Ich weiß, daß dort im Betrieb einige radiale Kräfte auftreten, die durchaus mal ein Blech oder einen Bolzen verbiegen können. Bei Wechselstromgeneratoren rüttelt es an dieser Stelle ganz ordentlich; bei Drehstromgeneratoren ist die Kraft gleichmäßiger, aber dennoch vorhanden. Ich halte ein dickwandiges Rohr über den Gewindestangen der Statorhalterung als Abstandshalter und zur Stabilisierung für sinnvoll. Wenn das nicht reicht, sollte man die Aufhängung auf mehr als drei Punkte verteilen oder eine steifere Aufhängung ersinnen.

MfG. Andreas
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Menelaos » Mo 20. Sep 2010, 16:14

Moin moin,

Die Anbindung des Statorhalters lässt sich leider nichtw esentlich kürzer gestalten.
Es ist aber definitiv stark gebug dimensioniert. Wenn man es nachrechnet entstehen nur verhältnismäßig kleine Drehmomente die auf den Stator und dessen Halterung wirken. Theoretisch würden hier auch M4 Bolzen statt der M8 reichen...und das noch mit 3- facher Sicherheit. Das kann man aus Tabellenbüchern herauslesen. Aus dem Gefühl heraus bauen viele Leute viel zu stabil.

Das Windrad MUSS auch NICHT extra gelagert werden. Der Generator bzw. Statorhalter ist dafür mehr als überdimensioniert und würde auch eine ANlage mit 2,5 oder 3 m Durchmesser sicher tragen. Aber klar gibt es ein generatorgehäuse . Das sieht m an auch auf den BIldern bei uns im Forum. Es verlieht zusätzliche Stabilität und beinhaltet beriets Schleifkontakte und Furlingsicherung.

EIne Abdeckung kann sich denke ich jeder selbst bauen wenn er es für Nötig hält. Ich mache mir da aber keine Gedanken da alle Stahlteile entweder edel sind oder aber galvanisch chromatiert wurden. Es ist auch ein Aspekt der Kühlung des Stators. Mit Gehäuse fällt nhier einiges weg obwohl es auch dann selbst bei nennleistung noch nicht kritisch werden sollte.

Gruß
Max
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Flo Celle » Di 21. Sep 2010, 06:53

Hallo ,

Bernd
danke für diesen tollen bericht es schaut so auß als ob es wirklich nicht schlecht ist das teil und der preiß stimmt auch nach meinem gefühl !

Gruß Flo
Ich habe ein PROBLEM RECHTSCHREIBUNG ! also Keine Kommentare ich Seh meine Fehler zwar meistens nicht aber ich weiß das ich welche habe also wer welche findet darf sie behalten und DAS WERDEN LEIDER EINE MENGE SEIN !! :-(
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Bernd » Mo 11. Okt 2010, 21:43

Am Sonntag habe Finn und ich den Generator einer ersten Messung unterzogen.
Wir haben den schönen Generator drehbar gelagert angeschraubt und eine Holzlatte so daran
montiert das diese Latte das Mitdrehen des Gehäuses verhinderte.

Diese Latte stützte sich dann auf eine Digitalwaage ab. Wäägebereich bis 5000 Gramm (in Gramm Schritten).

Bild

Mit Hilfe des ermittelten Abstützgewichtes und der Länge des Hebelarms konnten wir das Drehmoment
das auf die Generatorachse wirkte, errechnen. Mit Hilfe der Werte für das Drehmoment und der zugehörigen
Drehzahl konnten wir die mechanische Aufnahmeleistung bestimmen.

Hier ein Foto das den Aufbau zeigt. Mit der Bohrmaschine wurde der Generator angetrieben.
Dazu braucht es allerdings eine sehr kräftige Bohrmaschine mit möglichst geringer Höchstdrehzahl
und sehr kräftige Arme um die Maschine zu halten. :)

Bild


Den erzeugten 3 Phasen Drehstrom haben wir dann auf meinen Universalgleichrichter gegeben.
Danach ging es durch ein "Turningy" Wattmeter das sämtliche relevante Daten wie Spannung, Strom,
Ampere und Leistung in Watt anzeigte.
Die Drehzahl wurde per Fahrradtacho ermittelt.

Bild


Wir haben dann eine Last angeschlossen die aus einer kombinierten Parallel- und Reihenschaltung von
10 Stück 12 Volt 50 Watt Halogenlampen bestand, so das sich ein 60 Volt Scheinwerfer mit 500 Watt ergab.
(Messungen mit anderen Lasten werden folgen)

Wir haben dann die Werte bei verschiedenen Drehzahlen erfasst und alles mit Hilfe von Excel zu einer Grafik
werden lassen.
Die grüne Linie zeigt die mechanisch zugeführte Leistung, die blaue
Linie die vom Generator abgegebene elektrische Leistung.

Bild


Wie man sieht hat der Generator bei dieser relativ hochohmigen (aber variablen) Last einen sehr guten Wirkungsgrad
der bei Höchstleistung sogar bis über erstaunliche 92 % ansteigt. Diese Last ähnelt in etwa der Belastung durch einen Inverter.
Wie man sieht wären (bei entsprechender Drehzahl) auch Leistungen weit oberhalb der ehemals angepeilten
etwa 300 Watt (bei 12 Volt) möglich. Mit einem Inverter der die Spannung im Gegensatz zu einem Akku nicht begrenzt,
wären (bei entsprechender Drehzahl und abhängig vom Inverter Regelbereich) sicher 1000 Watt oder auch noch mehr
denkbar ohne den Generator thermisch zu überlasten. ! Klingt nach Spinnerei ? Dann lies weiter.

Wie gesagt wären dafür entsprechend hohe Drehzahlen nötig, aber gerade bei eisenlosen Generatoren wie diesem
spricht nichts gegen den Einsatz eines verlustarmen Getriebes da es praktisch kein Anlaufmoemnt gibt das sich entsprechend
des Übersetzungsverhältnisses vergrössern könnte.

Ein Servorgetriebe, wie ich es in einem anderen Thread vorstellte, mit einem Übersetzungsverhältnis von z.B. 1 : 3 scheint
mir geradezu passend für den Einsatz an solch einem Generator. Durch die dann entsprechend erhöhte Drehzahl und bei Einsatz
eines passenden Inverters wären diesem Generator dann ca. 2000 Watt (kein Schreibfeherl) zu entlocken ohne ihn thermisch
oder mechanisch (Drehzahl) zu überlasten.

Ohne es getestet zu haben würde ich dem Generator vom Gefühl her bei guter Auswuchtung bis 1000 U/min zumuten.
Bei 1000 U/min liefert er ca. 140 Volt Leerlaufspannung.
Daraus liesse sich bei 15 A Stromabnahme ca. 2100 Watt (!!) generieren. !
Bei diesen 15 A würden im Stator Verluste von nur ca. 110 Watt auftreten.
Auch wenn es wie ein Rechenfehler klingt, aber der Wirkungsgrad wäre dabei sogar noch hervorragend und läge bei ca. 94 %.
Ich will gar nicht erwähnen das das bedeutet das man bei gleicher Drehzahl den Generator vielleicht sogar noch etwas stärker
belasten könnte und damit noch mehr Leistung entnehmen könnte, bis die maximale thermische Belastbarkeit erreicht wäre.

Sorry für das Abschweifen, aber es zeigt das der Einsatz ein Getriebes mehr bringen kann als das Getriebe an zusätzlichen
Verlusten erzeugt. Auch zeigt es wie wichtig hohe Drehzahlen und vor allen die daraus resultierende hohe Spannungen für
einen guten Wirkungsgrad sind.

Das Haupteinsatzgebiet dürfte aber sicher der Einsatz als direkt angetriebener Generator sein, wobei sich vermutlich
ein Drehzahlbereich von knapp unter 100 U/min bis ca. 500 U/min ergibt.
Hierbei liegen die Leerlaufsspannungen dann bei ca. 12 Volt bis 60 Volt.

Eine Messung mit einer 12 V Bleibatterie als Last wird folgen.

Grüsse

Bernd
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon jb79 » Mo 11. Okt 2010, 22:59

Na dann: stärkere Bohrmaschine und mehr Halogenlampen besorgen. :mrgreen:
Kann mir trotzdem kaum vorstellen, daß der Generator ein Vielfaches seiner Nennleistung bringen soll, lasse mich aber gerne vom Gegenteil überzeugen.
lg Jürgen
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Bernd » Mo 11. Okt 2010, 23:06

Der Generator hat ja keine festgelegte Nennleistung denn eine Nennleistungsangabe bezieht sich ja
immer auf eine bestimmte Spannung und einen bestimmten Strom.
Wenn man die Spannung erhöht die er abgibt, erhöht sich die Nennleistungsangabe bei gleicher Stromstärke.
Denk mal daran das ich aus meinen kleinen Testgenerator mit seinen winzigen Spulen bei
hoher Drehzahl an die 500 Watt holte. Wer hätte das vermutet ?

Im Grunde wird die maximale Leistung eines Generators durch dessen maximale Strombelastbarkeit
begrenzt. Bei zu hohem Strom fangen die Spulen an zu kochen. Eine hohe Abgabeleistung lässt sich aber
auch durch geringen Strom und hohe Spannung erzielen. :) Das ist das ganze Geheimnis.
Leider muss dafür aber die Drehzahl nach oben was natürlich auch mechanische Grenzen setzt.

Grüsse

Bernd
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Bernd » Fr 15. Okt 2010, 23:31

Hallo Leute,
gestern haben wir den Generator von Max über einen Drehstromgleichrichter mit einer 12 Volt 72 AH
Auto-Bleibatterie verbunden. Die erzeugte, gleichgerichtete Spannung wurde also direkt auf die Batterie geleitet.
Die Spannung der Batterie vor Testbeginn betrug ca. 12,2 Volt.
Im Prinzip entspricht dieses Szenario dem was die meisten machen wenn sie mit ihren Windrädern Akkus
über simple Laderegler laden.

Wir brauchten drei Leute um alle Messwerte genau zeitgleich zu erfassen.
Einer hatte die Aufgabe alles zu Papier zu bringen und die anderen beiden riefen, während die Bohrmaschine
die den Generator antrieb aufheulte, laut ihre Messwerte dem zu der alles aufschrieb.
Wir musste nach der ersten Messung lachen weil dieses laute Brüllen der Messwerte etwas von der Szenerie auf
einem U-Boot oder einem Kampfschiff während eines Gefechtes oder eines Torpedoangriffs hatte. :)

Wir ermittelten Werte für Strom, Spannung, Drehmoment und Drehzahl für unterschiedliche Geschwindigkeiten.
Auch meine extra noch ausgeliehene Bohrmaschine für den Stahlbau brachte den Generator auf nicht mehr als
185 U/min. Das reichte allerdings auch, weil bei dieser Drehzahl schon 20 A Richtung Akku gingen und das Drehmoment
von ca. 30 Nm an der Borhmaschine nur noch mit einem aufgesetzten Rohr zu bändigen war.
Nach ca. 20 Sekunden Test unter Volllast qualmte es auch etwas aus der abgeschalteten Bohrmaschine. :)

In der folgenden Grafik sieht man sehr schön wie ungünstig eine direkte Ladung eines Akkus ist.
Auch wenn der Generator an sich sehr gut ist ergeben sich dennoch sehr hohe Verluste.

Was mir besonders auffällt ist das die mechanische Aufnahmeleistung sehr stark im Verhältnis zur Erhöhung
der Drehzahl ansteigt. Die mechanische Aufnahmeleistung steigt deutlich stärker an als die Energie des Windes bei
entsprechender Vergrösserung der Windgeschwindigkeit.
Schon bei ca. doppelter Ladebeginndrehzahl erreicht diese Konstellation 300 Watt Leistungsabgabe hinter dem Generator
und benötigt dafür fast das doppelte an zugeführter mechanischer Leistung, ca. 580 Watt.
Das würde vermutlich dazu führen das der Repeller eines Windrades überfordert wird, das ist sogar sehr wahrscheinlich.
Direkte Ladung ist halt einfach alles andere als ideal, das haben mir diese Messungen ein weiteres mal bewiesen.
Besser man nutzt einen Stepdown Wandler oder einen Grid Tie Inverter als die einfache direkte Akkuladung zu verwenden.
Dennoch hat sich der Generator unter diesen ungünstigen Bedingungen sehr gut geschlagen.

Hier aber jetzt unsere Testergebnisse.

Bild


Grüsse

Bernd
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Re: Scheibengenerator aus dem Kleinwindanlagen Shop

Beitragvon Querdenker » Fr 31. Mai 2013, 12:38

Hallo Bernt
Ich bin noch nicht lange hier im Forum!
Sehr interessant der Bericht mit den Testdaten vom Scheibengeni.
In den Diagamm werden die Leistungskurven von mechanischer Leistungsaufnahme, elektrischer Leistung und Wirkungsgrad dargestellt.
Nur meine Frage: Warum hat der Scheibengenerator so ein unterschiedlichen Leistungsgrad, bei unterschiedlicher Belastungart (
Die Verbraucherbelastung ist ja gleich hoch zum Beispiel bei gleicher Drehzahl und mechanichem Drehmoment !??
Liegt das an dem Innenwiderstad des Genis und äußeren Widerstand ?
oder an dem sich vermehrt bildenden Wirbelströmen in der zweiten Meßreihe....?

(186 Umdrehungen in der 2.Meßreihe fällt der Wirkungsgrad auf 52%??!?)
da geht die Schere weiter auseinander...
während der Wirkungsgrad in der ersten steigt!!?

Ich habe mal gelesen, dass ein "guter" Motor "Stromoptimiert " und ein guter Generator "Spannungsoptmiert" sein sollte!
Auch , dass ein möglichst gleich großer Innerer-, wie Äußererwiederstand ( Generator - Verbraucher!) sein sollte.

Vielleicht kann mir dass einer mal verständlich erklären.

Das würde warscheinlich sehr viel mehr "Grundsätzliche Klarheit " in das Thema Generator - Verbraucher bringen. ( nicht nur für mich :-)
)
Vielen Dank!
Querdenker
 
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