Planung für Universal-Regler?

Hallo liebe Windradfreunde,

wie vielleicht einige schon gelesen haben, beschäftige ich mich schon seit längerem damit, mir einen einfachen Regler zu bauen mit dem ich
meinen Generator zur Wassererwärmung einsetzen kann. Ich hab ja schon einen gebaut, mit Ansteuerung über microprozessor (c-control von
Conrad). Das hat auch einigermassen geklappt, war aber zu teuer und eigentlich überdimensioniert für den Einsatzzweck.

Jetzt bin ich einen anderen Weg gegangen, ich habe in meinen Unterlagen
eine ältere Version von Hugh Pigott gefunden, die ich für meine Zwecke abgeändert habe. Da ich aber schon seit fast 30 Jahren nicht mehr so direkt mit electronic zu tun hatte, bin einfach nicht fit genug um so einen Entwurf mit Sicherheit zu beurteilen. Deshalb meine Bitte an alle die aktiv noch mit der Materie befaßt sind, meine Zusammenstellung mal zu überprüfen und falls etwas falsch angelegt ist, oder die von mir ausgewählten Bauteile nicht passen, hier einen Kommentar (Verbesserung?) abzugeben.
Ich habe mal aufgezeichnet wie ich mir das so vorstelle:



Diesmal benutze ich zur Feststellung der Drehzahl einen tacho-chip. Ich greife dieWechselspg. entweder direkt von einem Generatorstrang ab, oder ich setze wieder einen sep. Drehzahlmesser (System Fahrradcomputer, lege die Sensorspannung über einen Schmitt-trigger verstärkt auf den input 1 des tacho-chips, brauche hierfür aber kleine Batteriespannung).
Im Schaltbild ist der Phasenabgriff gewählt. Dieser tacho chip verwandelt die eingehende Frequenz (nicht die Spannungshöhe) in eine DC Spannung
(Gleichspannung) am Ausgang. Je höher also die Frequenz (Drehzahl) um so höher ist der DC-Spannungslevel an Pin 4 des tacho chips.(frequency to Voltage converter)

Diesen DC-Level lege ich auf den Eingang des OP-AMPs (Operational Amplifier). Mit Hilfe und je nach Einstellung des Potentiometers R7 kann ich nun den OP-Amp bei einer bestimmten DC-Spannungshöhe durchsteuern lassen. Der nachfolgende T1 wird mir ein Signal auf die speziellen Optokoppler zur Ansteuerung der TRIACs legen.
Die TRIACs steuern jetzt die vom Generator erzeugte Wechselspannung durch auf die Lastwiderstände.

Was mir echt gut gefällt, ist die Möglichkeit hier die verschiedensten Ansteuermöglichkeiten auszuwählen. Die oben gezeichnete Möglichkeit schaltet mir drei Phasen gleichzeitig auf RL4-RL6, schaltet also bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl Lastwiderstand zu. Ich kann das ganze aber auch fein abstimmen, denn der Ausgang 6 des tacho chips kann mehrere (4-5?) nachfolgende OP-AMPs bedienen, die alle bei unterschiedlichen Drehzahlen auf unterschiedliche Lastwiderstände durchschalten lassen kann!
Ein verbrauchergeregelter Leistungsabgriff!
Denkbar wäre auch ein el. Bremsmagnet, der nur bei zu hoher Drehzahl aktiviert wird.

Möglichkeiten ohne Ende, wenn ich z.B. meinen neuen Stator mit 4Phase-strängen anlege, dann kann ich bei Schwachwind nur zwei Phasenstränge
Phase1 und Phase3 zum Beispiel durchschalten, hierdurch leichteres Anlaufen weniger erzeugte Leistung. Bei mittlerer Drehzahl könnte ich die
Phase 2 und Phase 4 zuschalten um jetzt richtig Leistung abzugreifen.
Bei hoher Drehzahl könnte ich einen zusätzlichen Lastwiderstand mit dazuschalten. Wirklich variable Möglichkeiten.

Die obige Schaltung für meine Zwecke schaltet mit den TRIACs ja direkt den Wechselstrom der Phasen ohne Gleichrichter auf meine Heizelemente.

Aber genau so könnte mit den Steuerstufen ein oder mehrere Mosfets zur Gleichspannungssteuerung für Shunts oder eventuell eine 2. Batterie zuschalten lassen. Wir müßten hier nach meiner Meinung eine drehzahlgesteuerte stufenweise Ausgabe mit mehreren parallelen Mosfets ermöglichen können.

Wie gesagt, die obige Schaltung ist noch nicht ausgereift, ich habe mir aber bereits die Bauteile bestellt und werde sie auf jeden Fall mal zusammen stellen.
Da ich mit diesen kleinen Übertragern keine Erfahrung habe, die sollen ja nur minimale Leistung verbrauchen, wie ist die Übersetzung zu wählen
und wie hoch sollte zweckmäßigerweise der Eingangswiderstand sein.
Die zu erwartende Generatorspannung wird bei max. 60V-80V liegen, der Generator wird für den Bereich um die 24V-48V ausgelegt werden. Ich habe mir einen 10:1 Übertrager bestellt, die Spannung am input des Tacho-chips wird ja begrenzt durch die beiden Dioden, die restliche Spannung fällt ja immer an R3 ab und die braucht ja nicht so hoch zu sein. Wie hoch sollte der Wert für R3 sein bei welcher Übersetzung des Übertragers um einen möglichst niedrigen Verbrauch zu ermöglichen?

Wenn ich mir diese Phasenspannung von 1 oder 2 Phasen greife und gleichrichte, dann über einen 12V Spannungsregler führe um die +12V für die Electronic zu liefern, würde die Drehzahlregelung ja erst ansprechen, wenn die Drehzahl auch eine dementsprechende Höhe erreicht hat und das wäre ja nicht schlecht. Oder vielleicht doch besser eine kleine 12V Batterie nur für die Steuerelektronik? Ich hoffe auf einige hilfreiche Kommentare von unseren "Spezis"und hoffentlich habe ich mich nicht zu sehr verrannt

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo XXLRay,

wenn Du keine Batterieladung vornimmst sondern mit Heizelementen
arbeiten willst, hast Du das Problem, daß entweder der Spannungsbereich
für einen kleinen Heizwendel im unteren Drehzahlbereich paßt, aber mit
zunehmender Drehzahl steigt die Spannung und somit der Strom an
(anders als bei der Batterie). Dann brennt Dir der Heizwendel durch.
Legst Du von vornherein einen größeren Heizwendel an, gibt es das
Problem, daß Dein Rad im unteren Drehzahlbereich in den "Stall" Bereich
geht.
Hier benötigst Du eine "Lastanpassung" Zuschaltung je nach Drehzahl und
eingebrachter Leistung.
Dies kannst Du über eine drehzahlgesteuerte Zuschaltung der
Heizelemente erreichen.
Bei meiner letzten Regelung hatte ich das Problem, daß bei einer
Zuschaltung, wenn der Wind nicht gerade sprunghaft angestiegen ist, die
Relais ständig geflattert haben.

In der obigen Schaltung wird dies verhindert durch den
"Feedback resistor" den Widerstand R88 der vom Ausgang des OP_AMPs
zurück auf den positiven Eingang gelegt wird. Dies hat zur Folge, daß
bei einer bestimmten Drehzahl zugeschaltet wird, aber erst bei einer
niedrigeren Drehzahl abgeschaltet wird.

Wenn ich den Wechselstrom direkt abgreife (Wechselspannung z.B. 24V
bringt weniger Verluste auf den Leitungen), so kann ich theoretisch so
weich anfahren mit kleiner Last wie ich das möchte, und zwar kann ich
Phase nach Phase zuschalten und belasten. Ob ich davon Gebrauch
mache ist eine andere Frage, aber allein die Möglichkeit zu haben soetwas
zu regeln fände ich super. Ich kann theoretisch 2 tacho-chips für den
Eingang benutzen und dann 8-10 Abstufungen wählen, irgendwie stark.
Ich werde davon aber wahrscheinlich keinen Gebrauch machen um die
Verluste so klein wie möglich zu halten, aber möglich wäre es.

Aber auch für Gleichspannung gilt das Gleiche, ich müßte nur MOSFets als
Leistungsschalter einsetzen und ich könnte meine Heizelemente auf die
gleiche Art drehzahlgesteurt zuschalten oder abschalten, auch eine
wünschenswerte Sache. Nur hier habe ich nicht die Möglichkeit meinen
Generator wenn gewünscht nur auf 1, 2, 3, oder 4Phasen zu belasten.

Du schriebst:
Die Drehzahl würde ich mit einem separaten Drehzahlmesser (Marke
Fahrradtacho) messen. Damit bist du von Spannungsschwankungen
unabhängig.

Das bin ich weitestgehend auch mit dem Phasenabgriff. Der
Spannungsabfall über die Dioden D1,D2, sorgt dafür daß immer eine
konstante Eingangsspannung von ca. 0,7V am Eingang des tacho-chips
liegt, so verstehe ich es zumindest.


Gruß
Günter
Westerwald

Hallo Günter,

hier meine Vorstellung zur Schaltung, sorry wenn ich mich in irgendeinem Wortlaut Deines Textes wiederhole!

Auf den ersten Blick scheint die Schaltung sehr übersichtlich zu sein.
Der Spannungspegel wird mit dem NF- Übertrager an den Eingang des Tacho IC1 (Frequenz / Spannung Umsetzer) angepasst und auf ca. 0,7 V begrenzt.
R 3 könnte mit einem Poti zum Austesten des benötigten Ohm Wert ersetzt werden.
Zusätzlich ließe sich der Übertrager durch einen Spannungsteiler ersetzen. Das IC kann ja Wechselspannung an seinem Eingang verarbeiten.
Je nach Drehzahl des Generators misst dieses IC die Eingangsfrequenz und setzt diese linear in eine Spannung um.
(hatte mir vor ca. 30 Jahren mit diesem IC einen 50 Hz Frequenzmesser gebaut)
Diese Spannung wird dem LM 348, einem 4 fach 741 OP, an den In + Eingang des OP gelegt und mit der Stabilisierten einstellbaren Spannung an dem In – Eingang verglichen. Der OP arbeitet als linearer Differenzverstärker.
Die Rückkopplung mit dem Widerstand R 88 dient als Begrenzung der Leerlaufverstärkung.
Der Ausgang des OP steuert den Transistor T1. Hier bin ich mir nicht ganz sicher ob zwischen Ausgang und der Basis des T1 nicht noch ein Widerstand hingehört.
Im Normalfall wird die Last bzw. der Verbraucher beim NPN Transistor in den Kollektor Zweig eingeschleift.

Der Optokoppler trennt (entkoppelt) die 12 Volt Steuerung gegenüber der vom Generator gelieferten Wechselspannung für die Lastwiderstände.
Der Triac schaltet zuletzt die Wechselspannung die vom Generator geliefert wird auf die Last Widerstände in Form einer Heizung.

Bemerkung: Ein Solid State Relais würde den Optokoppler und den Triac ersetzen. Die Eingangsspannung dieser elektronischen Relais gehen von Ca. 3 V bis über 30 V. Je nach Typ sind bei 240 V Wechselspannung und 15 A Strom schaltbar. Nur so am Rande bemerkt.

Sollte die Bauteilanordnung nach dem Ausgang des OP schon einmal in der Praxis angewandt worden sein, ist meine Bemerkung: "Hier bin ich mir nicht ganz sicher…" Hinfällig.

Die Hilfsenergie währe von einem kleinen Akku zu beziehen, der von dem Generator seine Ladespannung bezieht. Eine Diode an je eine Phase der Generatorwicklung angeschlossen und diese mit einem Elko geglättet würde, als Ladespannung für den Akku genügen. Eine ZL xx mit einem Widerstand könnte als Spannungsbegrenzer dienen.
Mal sehen was noch so an Überlegungen zu dieser Schaltung hereinkommt.
Günter, teile uns bitte nach dem Praxis Testlauf das Ergebnis mit.

Gruß
Harald

Hallo Günter,

habe das Relais vor der Nase liegen.
Input 3-32 V + /- DC mit LED
Schaltleistung bei 240V AC 15 A
TYP: AP021/15 von Feller Engineering
Breite 42 mm x 56 mm x 21 mm
Das Teil hat eine Metallplatte als Bodenbefestigung.
Ist im Web. nicht zu finden!

Gruß
Harald

Schau einmal hier: http://www.mikrocontroller.net/topic/55883

Hallo Harald,
die Lichtmaschine hat aber anders als unser Generator ja die normale
Spannungsbegrenzung durch den eingebauten Regler für die
Erregerspannung.

Mein Generator wird aber eine z.B. Leerlaufspannung bis vielleicht 30V
pro Phase erreichen, wenn diese Spannung auf den Eingang des
Übertragers gelegt wird, fielen hier etwa 2,7Watt ab.

Wenn ich aber unter Last mit 24V Elementen arbeite, und sie
entsprechend zu und abschalte wird sich die Spannung so um die 20V
bewegen.

Dann fielen hier bis 1,2 Watt am Übertragereingang ab.
Deshalb ja meine Frage ob eventuell ein Übertrager mit einem höheren
Eingangswiderstand (vielleicht 1KOhm) besser geeignet wäre.
Bei einem Spannungsteiler 20K zu 10K hätte ich bei 20V
Eingangsspannung einen Strom von 0,0006A zu erwarten, das ergäbe ca.
13milliWatt Verlust. Würde dieses Signal, was ja dann mit 0,7V (die Dioden
bleiben jedenfalls drin) am Eingang läge ausreichen, um den Tacho chip
einwandfrei anzusteuern?
Mir sagt die Trennung der Generatorspannung von dem Chipeingang
durch den Übertrager irgendwie zu. Oder eventuell doch einen extra
Sensor mit kleiner nachgeschalteter Verstärkung und sep.
Spannugsversorgung (5V) für die Erzeugung der Eingangsimpulse
nehmen?

Für das von Dir angeführte Lastrelais findet man beim googlen ca. 133
Seiten über dieses GF50D30, aber keinen einzigen deutschen Eintrag.

Ich habe aber gerade gesehen, daß die von mir ausgesuchten 6D40Z
laut Datenblatt ebenfalls ein Ust, eine Steuerspannung VDC 3....32V
haben. Die Zeichnung des Innenlebens gehörte zum 6A40Z, mein Fehler,
dann komm ich doch nochmal auf diese Lastrelais zurück.

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo zusammen ,
Hallo Harald,
so ähnlich hatte ich das auch geplant
Ich habe mir einen PRÄCTRONIC RC Generator ersteigert (älteres Modell)
mit dem könnte ich das machen.
Aber wahrscheinlich genügt es, wenn ich den Sensor meiner alten Anlage
mittels Accuschrauber und kleinem Drehkreuz mit aufgeklebten kleinen
Neos benutze um zunächst die Eingangsfunktion sowie die Zuschaltung
der einzelnen Steuerstufen auszutesten. Ich kann mir ja gleichzeitig mit
diesem Signal Drehzahl anzeigen lassen und das gleiche Signal aber auch
als Eingangssignal nutzen.

Die zu erwartende Frequenz bei U/min kann ich anhand der Polzahl des
Generators errechnen.
12V sollen bei ca. 90 U/min einsetzen und die max. Drehzahl soll 300
oder 330 Umdrehungen nicht übersteigen.

Bei 16Magnete pro Scheibe habe ich 8 Polpaare auf dem Umfang. Ich
bekomme also pro Umdrehung 8 Wechsel(Hz). Das sind dann
90U/min * 8Hz = 720U/min entspricht 12Hz/sek.

Bei 330 U/min komme ich auf 330U/min * 8 = 2640U/min, dies entspricht
44 Hz/sek.

Dies ist in etwa der Grobbereich der zu erwartenden Frequenzen.
Diese Frequenz kann ich über die Drehzahlmessung des Eingangssignals
ziemlich genau kontrollieren und die dazugehörigen DC Spannung am
Ausgang zuordnen. So in etwa wollte ich vorgehen.
Ich werde mal beide, besser noch alle drei möglichen
Eingangsspannungen ausprobieren. (Sep. Sensor zur Drehzahlerfassung,
Phasenspannung über Übertrager und Phasenabgriff direkt über
Spannungsteiler) Sollte der Spannungsteiler einwandfrei arbeiten, werde
ch mich für ihn entscheiden, denn er stellt die geringste Belastung und
einfachste Bauart dar.
Erstmal besten Dank für Deine aktive Mitarbeit, ich werde weiter
berichten.


Gruß
Günter
Westerwald

Der macht auf mich nen guten Eindruck. Allerdings solltest du einen Steuerstrom von 0,8 mA sicherstellen.

T_1 soll ja, wenn ich das richtig verstanden habe nur die Optokoppler ansteuern. Das heißt, dass über den kein großer Strom fließt. Du kannst also im Grunde jeden Transiostor verwenden, wenn du verhinderst, dass dessen Spannungsparameter (an Basis und Collector) überschritten werden.

Hallo Harald,
Danke für den Tip, wenn es so einfach geht, um so besser.
Ich hatte sonst schon einen fertigen Mosfettreiber ins Auge gefaßt(3,50€).
Hab im Moment Trouble mit meiner Lieferung von Reichelt
Habe für ca. 50 € laut bestätigter Bestellung Waren geordert, soll aber
eine Nachnahme von 229€ bezahlen, habe natürlich die Annahme verweigert Verrückte Zeiten!
Gruß
Günter
Westerwald

Hallo Günter,

Teste doch einmal den BTS einzeln aus, indem Du mit einem Netgerät die 40 V Generatorspannung simulierst. Damit der Laststrom, wegen des Netzgerätes nicht so hoch ansteigt, wähle einen entsprechenden hochohmigen R Last Widerstand.

Mit einem Taster zwischen Pin 2 (In) und Minus kannst Du die Funktion des BTS testen.
Zusätzlich kann an Pin 2 auch die anstehende Schaltspannung in V gemessen werden. Eine Steuerstrommessung währe auch machbar. Nach diesen Messergebnissen könnte der Transistor T1 ausgelegt werden. Eine kleine Überdimensionierung von T1 kann ja nichts schaden! Mit Deinem ausgewählten Typ wird bist Du wohl auf der Sicheren Seite.

Dieser obige Vorschlag von mir wird Dir bestimmt nicht neu, könnte aber für andere Anwender je nach Praxis Erfahrung ein brauchbarer Tipp sein.

Für die ersten Tests währe noch ein 10 K Widerstand in Reihe zur T1 Basis einzusetzen. Zusätzlich eine schnelle Diode z.B. BAT 46 von der Basis nach Minus zu schalten.

Was sollte jetzt noch in die Hose gehen?

Währe von Interesse von den gemachten Erfahrungen in dieser Sache zu erfahren!


Gruß
Harald