Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

Hallo Andreas,

genau diese nicht passenden Parameter will ich durch die Microprozessorsteuerung und die stufenweise Umschaltung der Einzelspulen von seriell auf parallel vermeiden.
Die Microprozessorsteuerung soll die Belastung zusätzlich über Pulssteuerung anpassen.
Auf die Weise verspreche ich mir, die unterschiedlichen Zustände aufeinander optimal anpassen zu können.
Bei mir kommt nur erschwerend dazu, dass ich den Rotor in der nutzbaren Fläche skalierbar bauen will.(abnehmbare Stufen des Vertikalrotors)
Wenn die Skalierbarkeit nicht wäre, dann müsste die stufenweise Umschaltung reichen, um die nahezu optimale Anpassung an die unterschiedlichen Rotorerträge zu ermöglichen. (wenn nur der enorme Aufwand nicht wäre)

Gruss Friedhelm

Nach meinem Wissen ist die Leistungskurve eines Generators unter Last linear. Die Spannung steigt nur ohne Last proportional an. Eure Leistungskurve sieht aber exponentiell aus.

Wie die Leistungs(abgabe)kurve eines Generators aussieht ist von der Last abhängig die
wir für die Erstellung der Kurve an den Generator hängen. Es gibt nicht "DIE" einzig richtige
Kurvenform bzw. nicht den einzig richtigen Kurvenverlauf.

Wenn mir einem ohmschen Widerstand als Last einsetzen der seinen Wert bei Spannungserhöhung
nicht verändert, dann vervierfacht sich die Leistung bei doppelter Drehzahl.
Diese Art der Erstellung der Kurve wird häufig verwandt. Gängig sind hierbei Lastwiderstands-
werte von etwa dem zwei- bis dreifachen des Generatorwiderstandes bzw. Generatorimpedanz.
Da gibt es nach meinem Wissensstand aber keine Norm.

Hängen wir eine Batterie als Last direkt an den Generator dann beginnt die Kurve erst ab der
Ladedrehzahl und zeigt dann den Verlauf wie wir ihn in den Abbildungen von Andreas sehen konnten.
Hier ist der Kurvenverlauf relativ unbrauchbar für gute Ergebnisse.

Man sieht also, es gibt nicht "DIE EINE" Leistungskurve oder Kurvenform eines Generators sondern
verschiedene je nachdem was ich für eine Last an den Generator anschalte.
Wenn wir die Kurvenform mit z.B. einer Last, die dem dreifachen des Generatorinnenwiderstandes entspricht,
als Berechnungsgrundlage nehmen und dann versuchen diese Kurve mit der Kurve der Windleistung in
Deckung zu bringen, aber später direkte Batterieladung einsetzen, dann können wir uns die ganze Mühe gleich sparen.
Man muss die Berechnungs- und Darstellungsform der Kurve wählen die genau der zukünftigen
Anwendung entspricht. Alles andere wäre unsinnig.
Andreas hat also alles genau richtig gemacht ! Lob !

Hier noch ein Beispiel für eine typische Leistungskurve eines Generators bei direkter Batterieladung.
Sie zeigt den Scheibengeneratorsbausatz aus diesem Forum, bzw. dem Shop dieses Forums.
Auch hier sieht man deutlich was ich weiter oben schon sagte. Zwischen Ladebeginn und
maximaler Leistung liegt nicht mal eine Verdoppelung der Drehzahl. Die Kurve steigt also weit
steiler als die Kurve der Windleistung die in der Abbildung fehlt.
Die Kurve der Windleistung würde sich deutlich unter allen anderen Kurven der Grafik befinden,
also viel flacher verlaufen.
Die Abbildung fand ich im VAWT Forum dasWindrad.de. Durch Anklicken der Grafik vergrössert
sich die Darstellung.

http://www.daswindrad.de/forum…781#p10928




Fast hätte ich es ganz vergessen, wenn wir versuchen die Kurvenformen von Generator und Windleistung
aufeinander abzustimmen, dann natürlich aber die Kurve der mechanischen Aufnahmeleistung des Generators
und nicht seiner elektrischen Abgabeleistung. Das wird umso wichtiger je geringer der Wirkungsgrad des
Generators im jeweiligen Moment ist. Die Windleistung muss natürlich der mechanischen Aufnahmeleistung
entsprechen und nicht der geringeren elektrischen Abgabeleistung, denn der Windradrotor muss ja die gesamte
Leistung erbringen, auch die Leistung für die elektrischen Verluste.
In der Abbildung muss man sich also an der grünen Kurve orientieren.


Eugen

Moin Moin,

Vielen Dank für Eure Beiträge, ich lerne von Tag zu Tag echt viel neues und nach einem kurzen Motivationstief und Abschweifen in eine Auto-Lüfter-Variante, bin ich doch wieder zurück beim Scheibengenerator.

@eisenloser
Die Formel von Dir ist doch die mechanische Aufnahmeleistung des Generators, oder?

Nach XXLRays Einwand, habe ich noch etwas nachgedacht und ich denke, dass meine Formel zur Berechnung der Spannung bei einer bestimmten Drehzahl falsch ist. Ich hatte einfach die Formel zur Berechnung der Wicklungszahl (u.a. abhängig von der Ladespannung und Umdrehungen) dse Berechnungs-Tools, nach der Spannung aufgelöst und nur die Umdrehungen geändert, um die entsprechende Spannung zu bekommen.
D.h., Wenn bei z.B. 200 U/min die Ladespannung von 14 Volt erreicht wird, hätte der Generator nach meiner Formel bei 400 U/min die Spannung von 24 Volt erzeugt, was nicht stimmt, da ab 200 U/min die Spannung nicht mehr gleich schnell steigt, wie unter 200 U/min. Sobald aber die Ladespannung erreicht wurde (der Generator also unter Last ist), steigt die Spannung zwar, aber nicht genauso schnell, wie ohne Last. D.h. Ich ging bei der Berechnung der Spannung für alle Windgeschwindigkeiten, davon aus, dass keine Last anliegt.
Oder sehe ich das falsch?

Wie wird die vom Generator erzeugte Spannung unter Last berechnet? Ist die erzeugte Spannung wirklich unabhängig vom Verbraucher?

Ich hätte jetzt gedacht, dass die Spannung abhängig von der Last ist. Wenn der Generator direkt an der Batterie angeschlossen ist, steigt ab der Ladespannung, die Spannung mit mehr Umdrehungen doch kaum an. Die Leistung verteilt sich dann dann doch fast komplett auf den Strom (natürlich Abhängig vom Widerstand: I = U / R).


@Menelaos
Die Geschichte mit den Kennzahlen muss ich noch durcharbeiten (CP usw).

Ja, ich werde wohl bei meinem "wirkungsvollen" Generator bleiben und erstmal ein Widerstand einbauen. Warum meinst du, dass es problematisch wäre?

Danke für den Tipp mit dem GOettinger 222 Profil.

Gruß

Andreas

Der Generator erzeugt eine Spannung genau proportional zur Drehzahl.
Die nach Aussen hin wirksame, messbare Spannung ist von der Höhe der Last abhängig.
Die Spannungen teilen sich im Verhältnis der Widerstandswerte von Innenwiderstand (Impedanz)
und Lastwiderstand auf.

Beispiel:
Wenn ein Generator 0,5 Ohm hat und die Last 1 Ohm und der Generator 12 Volt erzeugt,
dann kann man an der Last 8 Volt messen. Die restlichen 4 Volt verbleiben im Generator
und ergeben zusammen mit dem aktuell fliessenden Strom die elektrische Verlustleistung.

elektrische Abgabeleistung = Lastspannung mal Strom
elektrische Gesamtleistung = Gesamtspannung (Leerlaufspannung) mal Strom
elektrische Verlustleistung = Spannungsabfall im Generator mal Strom
mechanische Aufnahmeleistung = elektrische Gesamtleistung + mechanische Verluste + Eisenverluste + Wirbelstromverluste

Ein Generator erzeugt also auch an einer Batterie angeschlossen die gleiche Spannung wie
im Leerlauf. Der Unterschied ist das durch die heftige Belastung die ein Akku darstellt
ein grosser Spannungsabfall an den Spulen des Generators auftritt. An den Anschlüssen des
Generators messen wir dann nur die aktuelle Batteriespannung. Der Rest der Spannung ergibt
zusammen mit dem fliessenden Strom die Verlustleistung die als Wärme an den Spulen anfällt.
Das Windrad muss natürlich beides erbringen, die Abgabeleistung des Generators ebenso
wie die Verlustleistung im Generator plus geringere mechanische Verluste.

Mit der Formel:

P-Batterie = U-Batterie mal fliessender Strom

erechnest du die aktuelle Abgabeleistung des Generators

Mit der Formel :

P-Verlust = (U-Generator "Leerlaufspannung" minus U-Batterie) mal fliessender Strom

errechnest du die elektrischen Verluste des Generators.

Beides zusammen oder auch "Leerlaufspannung mal fliessender Strom" ergibt die elektrische
Gesamtleistung die der Generator aktuell erzeugt, incl. der elektrischen Verluste.

P.S.
lool... ich stelle gerade fest das ich einige Postings zurück, dort wo ich Leistungswerte errechnete, nur
die elektrischen Verluste ausrechnete und nicht die Abgabeleistung. Wollte das korrigieren, geht aber
nicht da ich mein Posting nicht mehr editieren kann.

Eugen

Moin,

Mein Ziel ist es, abschätzen zu können, ob mein Windrad durch den Generator bei Last abgewürgt wird oder nicht, daher interessiert mich die mechanische Aufnahmeleistung, die maßgeblich durch die elektrische Gesamtleistung beeinflußt wird.

Nach Deiner Formel Eugen ist die Gesamtleistung = Gesamtspannung (Leerlaufspannung) mal Strom oder auch:
Gesamtspannung hoch zwei durch (Widerstand des Generators plus Widerstand des Verbrauchers)

P = U^2 / (Rg + Rv)

Dies wiederum heißt aber, dass bei Ladebegin von 13,4 Volt, 3 Ohm Widerstand des Generators und 0,1 Ohm Widerstand der Batterie, die Formel ca 300 Watt ergeben würde. Dies erscheint mir wirklich zu hoch. Die Leistungskurve ist dementsprechend noch schlechter.
1,2m Windrad, 3 Ohm Generator, 0,1 Ohm Leitung (bzw. Batterie), Ladespannung 13,4 bei 3,5 m/s:

Ich würde sagen, der Generator bremst das Windrad beim Ladestart fast komplett ab.

Habe ich mich verrechnet?

Gruß

Andreas

Moin,

Super, danke. Hab deine Formel gleich in Excel eingebaut und es sieht auch gleich besser aus


Mit dem Hinweis von Max bezüglich des Wirkungsgrades des Profils werden sich die Kurven doch recht gut angleichen.

Ich habe mich entschieden, jetzt auch erstmal den "guten" Generator zu bauen (bin jetzt bei 0,12 Ohm Gesamtinnenwiderstand) und dann zu schauen, wie ich das "abwürgen" regeln werde. Ich spiele jetzt schon mit dem Gedanken tatsächlich den MPPT von meinem Namensvätter Andreas nachzubauen (auch wenn ich totaler Elektronik-Anfänger bin):

http://www.daswindrad.de/forum…ca3bfc84cf

Die Spulen und Magneten sind bestellt. Die Wickelmachine ist fast gebaut.
Epoxidhartz muss ich noch schauen. Laut meinen Berechnungen (Volumen des Stators von ca 30cm Durchmesser und 6 mm hoch) brauche ich nur ca 0,04l. Das scheint mir recht wenig, oder?
Ich denke, dasss mir ein ganz normaler Epoxidhartz mit Härter 200ml für 10 Euro ausreicht.

Es kann somit mit dem flexen und neuschweisen des Federbeins und einfetten des Lagers weitergehen. Hoffentlich kriege ich das Radlager leichgängiger.

Ein wirklich großes Lob an das Forum. Es macht echt viel Spaß hier!

@Max
Hast du vielleicht ein Link, wo ich den Zuschnitt für ein GOE222 Profil bekomme?

Gruß

Andreas

Moin,


Den Gesamtinnenwiderstand habe ich aus dem Berechnungstool und der berechnet, so weit ich weiß, den gesamten Widerstand für die jeweilige Schaltung. Bei mir ist es die Dreiecksschaltung. Und ja, mir kommt es auch wenig vor... hmm

Luftspalt soll 10mm sein. Vielleicht kriege ich auch weniger hin. Magnete gibt es nur auf einer Scheibe, auf der zweiten Rotorscheibe werden keine Magnete angebracht.
Ich werde erst eine Spule probewickeln, um zu schauen, wie sie "wirklich" werden.

Berechnung des Statorvolumens:
Statordurchmesser: 30cm
Statorfläche: 705 cm^2
Statorhöhe: 0,6 cm
Statorvolumen: 705 * 0,6 = 423 cm^3

Statorinnenkreisvolumen: 110 cm^3

Statorvolumen: 423 cm^3 - 110 cm^3 = 313 cm^3 = 0,313 l

Ok, während ich das hier schrieb, habe ich mein Fehler entdeckt: Ich hatte mit 0,06cm Höhe gerechnet.
Ich bin als bei über 300ml, dass kommt auch besser hin.

Und hier einfach mal ein Foto von mir eben gebaute Wickelmachine (inspiriert durch Max und nicht so schön wie sein ):


Gruß

Andreas

Moin Moin,

Ich habe fast alle Spulen gewickelt. Es sind alle unterschiedlich geworden. Von 1,5 bis 2 cm Schenkelbreite und alle über 6mm hoch...
Daher wird der Stator, auch auf Empfehlung von Max, doch 8mm hoch.

Denke aber, dass sie trotzdem funktionieren werden.

Fragen
Wenn ich alle Spulen in die gleiche Richtung gewickelt habe und alle mit der gleichen Seite nach oben liegen, dann löte ich den Innendraht (Innen der Spule) mit dem Außendraht jeder drei Phasespulen zusammen, richtig?

Ich möchte die Schaltung nicht fest in den Stator einbauen, daher werde ich 6 Ausgänge aus dem Stator haben. Wie bringt ihr die 6 Verbindungen nach außen?
Auf otherpower, lassen die Jungs die Kabel einfach raushängen, das finde ich nicht so gut. Wie macht ihr das?

Danke und Gruß

Andreas

Moin Moin,

Ich hatte in der letzten Zeit etwas weiter an meinem Windrad zu bauen. Hier der aktuelle Stand.

Halterung
Das Federbein ist zersägt und wieder verschweist. Der Abstand vom Lager und Mast ist ca 13cm, damit wird die Windfahne ca 4 kg schwer sein müssen.
Es fehlt noch die Windfahnenaufhängung und die Statorhalterung.


Statorform
Gestern abend habe ich die Statorform gezeichnen und heute gesägt. Der Stator wird 8mm hoch Das grüne Zeug ist ein Wundzeug für Bäume. Ich war gerade im Garten und dachte, dass dies zur Abdichtung der rauhen Flächen gut ist.
Es fehlt noch die Befestigung des Innenkreises und der Deckel.


Ich bin also ein Stück weiter. In der nächsten Zeit werde ich die Statorform fertig machen und dann wahrscheinlich auch den ganzen Tag gießen. Mit Max Tipp, werde ich wohl erst angießen, löten und dann zu ende gießen.

Dazu eine kurze Frage:
Ich will das Epoxyd-Harz in meiner Laube gießen. Die Laube bekomme ich aber nur auf ca 10 bis 12 Grad warm. Reicht diese Temperatur zum Gießen?
Muss ich diese Temperatur auch zum Aushärten halten, oder kann es zum Aushärten gut auf 2 oder aktuelle Wettertemperatur sinken?


Danke und Gruß

Andreas