Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

[Mo75]

Hallo,

hier die KORREKTUR-Berechnung Version D=210mm:
Udeff ist weiterhin 15V effektiv nach Gleichrichtung (praktisch ca. 14V mit GR-Verlusten)

Geschwindigkeit
v = 0,170m * Pi * 50U / 60sek = 0,445 m/s

Spannung
Ustr = Udeff / 2,35 = 15V / 2,35 = 6,38V

U(Spule) = Ustr / N(Strang) = 6,38V / 3 = 2,13V

Wicklungszahl
N = 2,13V / ( 0,513T * 0,04m * 0,445 m/s * 1,414 ) = 165 Windungen (hier war vorher der Fehler!)

Drahtdurchmesser
165 Wdg / 0,8cm² = 206Wdg pro cm² --> Tabelle sagt 0,6mm Draht.
A = (0,6mm / 2)² * Pi = 0,283mm²

Widerstand
R(Spule) = N * rho * l / A
R(Spule) = 165 * 0,017Ωmm2/m * 0,17m / 0,283mm² = 1,68Ohm

Rstr = 3 * R(Spule) = 3 * 1,68Ohm = 5,05Ohm

Verluste
Annahme: Bei doppelter Drehzahl, also 6m/s Wind, werden 10Watt mechanisch bei doppelter Drehzahl und doppelter

Spannung (im Gegensatz zu 3m/s) erreicht. D.h. Ustr6 = 2 * Ustr = 2 * 6,38V = 12,76V
cos (phi) lassen wir mal weg.

I = P / (3 * Ustr) = 10W / (3 * 12,76 ) = 0,26A
Mit dem Widerstand errechnet sich die gesamte Verlustleistung im Geni:
P(Verlust.Strang) = I² * Rstr = (0,26A)² * 5,05Ohm = 0,34W
P(Verlsut.gesamt) = 3 * P(Verlust.Strang) = 3 * 0,34W = 1,03W

Wirkungsgrad

eta = P(ab) / P(zu) = (Pmech - P(Verlust.gesamt)) / Pmech = (10W - 1,03W) / 10W = 89,7%

Also gleiches Ergebnis wie Bernd und etwas schlechter als Eko, weil er mit 14V und ich mit 15V gerechnet hat.
Jetzt stehen also gegeüber:
94% mit 12 Spulen bei 24cm Rotor gegen
90% mit 9 Spulen auf 21cm Rotor.
Das klingt schon besser
Blöder Fehler, aber naja, so ist das Leben... Danke für die Hinweise!

Wenn es mehr als 10W an der Welle werden sollten, verschlechtern sich die Wirkungsgrade wahrscheinlich wieder und man hat bei der größeren Version mehr Reserve.
Euer C-Rotor-Berechnungstool gibt für 6m/s folgendes aus:
- bei 20% Wirkungsgrad: 12,74W
- bei 30% Wirkungsgrad: 19,12W

Was haltet ihr für realistisch, wenn man sich an der Formgebung des Berechnungstools hält?

Kann man im Berechnungstool die TSR nicht ändern oder übersehe ich etwas?

Grüße,
Mario

Gruß,
Mario

[Mo75]

Hallo Mario

Habt ihr zu dem Windrad schon irgendwelche genauen Vorstellungen außer 0,7x0,7 Meter C-Rotor ?

mfg.Volker

Hallo Volker,

es gibt bisher nur eine Skizze vom groben Aufbau mit einem Alu-Profilrahmen (1m breit), der das obere Lager aufnimmt. Das ganze soll auf eine stabile Holzkiste mit der Grundfläche 0,8m * 1m. Auf dieser wird der Rahmen verschraubt. Am untern Schenkel des Rahmens kommt das untere Lager und möglichst dicht darüber der Generator. Die Statorscheibe wird mit Gewindestangen auf vielleicht ca. 10-15cm oberhalb der Kiste gebracht. Die Rotorscheiben werden mit Feingewindebolzen auf massiven, selbstgedrehten Naben montiert. Diese werden auf eine Präzisionswelle geklemmt. So der grobe Plan.

Die Kollegen probieren grade (ich hoffe sie sind bereits zu Gange ) verschiedene Flügelmaterialien aus. Fest steht bisher nur, dass wir Blech nicht selbst in die Parabolform biegen können und es extern zu teuer wird. Die Duplex-Rinnen gibt es ja leider nur in schmal...

Gruß,
Mario

[Ekofun]

Hallo Mario,

TSR im lehrlauf fir Wiederstandsleufer ist um 1,5 bei belastung ist sie unter 1 aber rechne mit 1

Dann ist 1 * o,6 = 0,6,das seze ich für TSR ein

Dann ist U/min = V-Wind * (60 / (D * 3,14)) * 0,6 = U/min

P = V-Wind^3 * 0,61 * 0,2 * A
0,61 Luftgewicht von 1m^3 /2
0,2 ist Wirkungsgrad vom Windrad
A = Fläche vom Windrad(D*H)

Grüße

Ekofun

[Mo75]

Hallo Eko,

TSR im lehrlauf fir Wiederstandsleufer ist um 1,5 bei belastung ist sie unter 1 aber rechne mit 1

Dann ist 1 * o,6 = 0,6,das seze ich für TSR ein

Das verstehe ich nicht.
Oben sagst du TSR bei Last ist 1, rechnest dann aber mit 0,6?
Soviel ich bisher gelesen habe geht man bei Nennlast von TSR 0,6 bis 0,7 aus, richtig?

Die restlichen Sachen hab ich kapiert.

[vm]

Hallo Mario

Schulprojekt3.jpg (123.65 KiB) 7620-mal betrachtet

Das passt soweit

Aber!!

Ich komme auf 495 Windungen a 0.17m bei 0,0621 Ohm pro m ( pro Phase )

also 84 m Draht 0,6mm pro Phase

= 5,22 Ohm pro Phase * 1,73 = 9 Ohm Geniwiderstand

mfg.Volker

[Ekofun]

Hallo Mario,

in Buch von Dr.Schulz "Savonius Rotor" sagt er das TSR im Lehrlauf um 1,8 ist.Das mag sein glaube aber nicht.Weiter sagte er das bei Belastung TSR fällt auf 0,4.

Hier in Forum nemen wir TSR von 0,7 und ich nehme für mich 0,6.

Sie können o,7 nehmen das macht nicht große unterschied.

Wichtig ist das Sie richtig Drehzahlen und Leistung ausrechnen können,dann können Sie schön Sopanungen rechnen und optimieren das ganze um beste Wirkungsgrad zu bekommen.

Zum B. können Sie diese Geni mit 12 Mags und 9 Spulen auf 6,4 Ohm gesamt bringen wie ich es vorgerechnet habe.
Pro Spule 154 Wdg und Draht 0,7 mm dick.

Also es gibt immer Möglichkeiten das beste herauszu kizeln.

Grüße

Ekofun

[Mo75]

Hallo Mario

Das passt soweit
Aber!!
Ich komme auf 495 Windungen a 0.17m bei 0,0621 Ohm pro m ( pro Phase )
also 84 m Draht 0,6mm pro Phase
= 5,22 Ohm pro Phase * 1,73 = 9 Ohm Geniwiderstand
mfg.Volker

Hi Volker,

danke für's Gegenrechnen!

495 Wdg hab ich ja auch (495 / 3 = 165)
84m passen auch (495 * 0,17m = 84m)

Widerstand:
R = N * rho * l / A
meine Rechnung:
R(Phase) = (3 * 165) * 0,017Ωmm2/m * 0,17m / 0,283mm² = 5,05Ohm
mit genauerem Wert für rho:
R(Phase) = (3 * 165) * 0,017212Ωmm2/m * 0,17m / 0,283mm² = 5,118Ohm

Mit welchem Wert fur rho rechnest du?
Wir kommen ja sozusagen auf das gleiche Ergebnis, die 0,1Ohm Differenz ändern jedenfalls nicht mehr viel...

@Eko

Zum B. können Sie diese Geni mit 12 Mags und 9 Spulen auf 6,4 Ohm gesamt bringen wie ich es vorgerechnet habe.
Pro Spule 154 Wdg und Draht 0,7 mm dick.

Ja, die Rechnung geht auf, aber du hast ja mit 14V gerechnet. Abzüglich der Gleichrichterverluste bleiben mir nur ca. 13V, ich brauche aber 14V. Wenn du auch mit 15V rechnest, kommen wir auf das gleiche Ergebnis.

Ich denke wir haben jetzt zwei Versionen mehrmals hinreichend genau gerechnet, die beide brauchbar sind. Beide sind für 50U/min (TSR = 0,6) auf 15V effektiv nach Gleichrichter (ohne seine Verluste) berechnet.
Was jetzt noch eine Rolle spielt ist die Wellenleistung. Sollte sie tatsächlich auf das doppelte (20W) steigen (Wirkungsgrad C-Rotor 30%), vervierfachen sich die Verluste. Da kommt dann nur noch die größere Variante mit 24cm in Frage (oder sogar noch größer ). Die Tendenz geht klar in Richtung 24cm, 12Spulen mit 0,75mm Draht und 16Magnete.

Gruß,
Mario

[vm]

Hallo Mario

Ich rechne nur Mit den Excel-Progrämmchen und der Drahttabelle von Ekofun mehr braucht es nicht ( bin ja nicht in der Schule und kann jeder Zeit schlafen ohne das mein Hirn versucht wirre Zahlenkombinationen von innen auf meine Augenlider zu malen )

Ich halte das aber alles für ein bissel knapp ( du musst davon ausgehen das du auch noch Verluste hast die nirgendwo eingerechnet sind zb.Wirbelströme PI mal Daumen 0,4 Watt bei 100 U/min 2-3 Kugellager ? Watt.....und auch der 0,6mm Draht ist nicht 0,6mm da die Isolation mit abnehmendem Durchmesser ein immer größerer Faktor wird !)

Ich sehe die Gefahr das ihr den Rotor vergrößern müsst ( am einfachsten im Durchmesser ) bei 1 Meter Durchmesser hättet ihr 50 % mehr von was auch immer.( das ist viel Luft zugegeben aber der Geni dreht dann viel langsamer da er 3m Umfang hat !!!!)
Einen Gleichrichter gibt es auch noch ( Spannungsabfall * Strom = Watt wech)

Ich würde mir bei sowas heiß gestricktem immer ein paar möglichst einfache Optionen freihalten!

mfg.Volker

[Bernd]

Euer C-Rotor-Berechnungstool gibt für 6m/s folgendes aus:
- bei 20% Wirkungsgrad: 12,74W
- bei 30% Wirkungsgrad: 19,12W

Was haltet ihr für realistisch, wenn man sich an der Formgebung des Berechnungstools hält?

Unser User Felix hat in seiner Bachelorarbeit ja den C-Rotor eingehend untersucht und dabei festgestellt das dessen Wirkungsgrad
sinkt je kleiner das Modell ausfällt. 70cm mal 70cm ist noch nicht sehr groß.
Als maximale Obergrenze ist Felix durch logische Schlüsse auf etwa 25% gekommen, unter verifizierbaren wissenschaftlichen Bedingungen hat man
das an einem großen Modell aber noch nicht ermittelt. Es gibt aber ältere Untersuchungen die auf diesen Wert hindeuten.

Ich denke wenn du 20% annimmst wirst du ganz gut liegen. Es könnte auch sein das der Wirkungsgrad bei dieser Baugrösse noch ein klein wenig tiefer liegt.
Wie gesagt kann die das keiner so 100% genau sagen.


Nochmal etwas zu den Umfangsgeschwindigkeiten, dem TSR.
Das TSR eines Widerstandsläufers im Nutzbetrieb, das ergibt sich schon rein aus seinem Funktionsprinzip, liegt immer mehr oder minder deutlich unter 1.
Bis auf den Savoniusrotor liegt es auch im Leerlauf bei allen anderen Varianten wie z.B. C-Rotor, Lenz-Rotor, Halbschalenläufer etc. unter 1.

Beim Savonius kann es deswegen im Leerlauf über 1 liegen weil beim Savonius der Wind konstruktionsbedingt auch in Achsnähe auf die Schaufeln drücken kann
was eine Übersetzungswirkung zum äusseren Rand hin erzeugt weswegen der Rand so beschleunigt werden kann das er auf ein (nutzloses) TSR von über 1 kommen kann.
Das bringt einem für den Betrieb aber rein gar nichts.

Im Betrieb muss sich die Fangfläche/Widerstandsfläche eines Widerstandsläufers immer langsamer bewegen als die auftreffende Windgeschwindigkeit sonst kann der
Wind keine drückende/schiebende Kraft auf diese Fläche ausüben.
Auf ein TSR von ca. 0,6 bis ca. 0,7 herunter gebremst hat sich in diversen Versuchen bei C-Rotor und Lenz-Rotor bisher die beste Ernteleistung ergeben.
Bei noch stärkerer Abbremsung steigt das Rotordrehmoment zwar noch etwas an, die Drehzahl sinkt aber vergleichsweise stärker ab und Drehmoment und Drehzahl ergeben zusammen nunmal die Leistung.
Bei einem zu hoch gewählten Nutz TSR steigt zwar die Drehzahl an, das Rotordrehmoment fällt aber kräftig ab.

Bei sehr simplen Widerstandsläufern kann das optimale TSR auch unter 0,6 liegen.
So liegt das optimale Nutz TSR bei dem Halbschalenkreuz eines Anemometers bei unter 0,2, das Leerlauf TSR bei ca. 0,3.

Das Nutz-TSR für den eingesetzten Bautyp einigermassen genau zu bestimmen ist also schon entscheidend, denn danach richten sich ja sämtliche
drehzahlabhänige Berechnungen, insbesondere die für den Generator und der Unterschied im TSR zwischen 0,6 und 0,7 beträgt immerhin ca. 15%.
Für den C-Rotor nach unseren Bauempfehlungen würde ich 0,6 bis 0,65 für das Nutz-TSR einsetzen.


Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo Mario,

Ja,habe Spanung von Geni auf 14 V vor dem Gr.gerechnet,hinter Gr. haben Sie dann ca 13,3V Gleichspanung.Da das ganze mit Ventilatorenwind betrieben wird denke das diese 13,3 V genügen.So können Sie auch Akku laden,so eine kleine von 12 V und 4Ah er nimmt Ladestrom von 0,4 bis 0,5 A.

Motorradakku 12V 4Ah.jpg (439.68 KiB) 7584-mal betrachtet

Diese Akku habe mir gekauft für meine Versuche,habe mir eine Trafo gemacht mit Sek. von 10,5V und hinter Gr. habe ein Elko dran gemacht (18000 mF) so habe dann eine Ladespanung vom 13,8 V.Stromaufname ist 0,45 A.

So habe gedacht das für Ihre Demo so eine Geni gut wäre.Aber er hat dann auch gute Wirkungsgrad.Nun viele Wege führen zu Rom,sagt man.

@ Volker,

Habe nicht gegen diese Rechentool den Du gebraucht hast,aber ich rechne liber selbst weill ich dann weiss welche Daten ich genommen habe und nach diesen wandele ich Formel um.Bei fertigen Programm weiss nie was drin stekt.Es ist mir irgendwie leichter,und vor allen weiss ich und verstehe wass ich da rechne.Habe aber nicht gesagt das diese Tool Fehler hat,ich rechne eben lieber selbst.

@ Bernd,

Danke Dir Bernd,für ausführliche Erklährung vom TSR und Leistungsfaktor.Es deckt sich mit menen Werten die ich genommen habe.Hier werden nach meinne Meinung fast immer zu hohe Werte genommen.

Grüße

Ekofun