Druckerheizpatronen 12 V 40 W Stufenschaltung mit Zenerdioden?

Hallo Carl

Ich denke Du hast die funktionsweise von Dioden noch nicht wirklich verstanden, darum mal eine Aufklärung von Mir.

Eine Diode arbeitet wie ein Ventiel, eben nur elektrisch, und für den Strom.
Es wirkt wie ein "Flatterventiel" , läst Ihn nur in eine Richtung durch und sperrt in die andere Richtung komplett!
Um das Diodenvertiel zu öffnen benötigt man etwas Druck, also Spannung oder die Durchschaltspannung.
Diese ist sehr unterschiedlich, und von der Diode abhängig.
Eine normale Gleichrichterdiode benötigt zb 0,7 V und aufwärts.
Bei steigendem Stromdurchfluss, nimmt dieser Spannungsbedarf auch noch etwas zu.
Bei Schottkidioden ist diese Spannung niedriger , so um 0,3 V .
Die Zehnerdioden nun, haben auch eine Durchschaltspannung die sehr genau und entsprechent festgelegt ist.
Zum Beispiel eine für 12 V , schaltet , leider ein vollkommen falscher Begriff, also "leitet " erst ab 12 V einen Strom.
Schalten tuen nur Schalter, die machen dann einen Kurzschluss zwischen den angeschlossenen Leitern
Dioden benötigen ständig die Durchschaltspannung, und da liegt oft der Denkfehler !!!!

Man erklärt sehr fiel Elektrick im Vergleich mit Wassersäulen (Spannung in V ) und dem Strom der dann fliest.
Fliest das Wasser dann, von unten durch einenSchlauch, verhält es sich wie ein Wiederstand, und jehöher der Behälter ist um mehr Wasser flies hindurch.

Bei Dioden ist das anders!
Diese sind wie Wasserbehälter die unten keinen Abfluß haben, sondern nur das Wasser welches überläuft ist der Stromfluss.
Da kann also bei der 12 Z Diode 11,9 V anliegen ohne das Strom fliesst.
Es fängt dann bei 12 V an, über zu laufen, und zwar alles !!!
Es kann dann schnell brenzlich werden, wenn der Strom nicht begrenzt wirt durch Widerstände.

Der Windgenerator würde also bis 12 V nicht belastet, aber dann schlägt die Z Diode unbarmherzig zu.
Die Durchschaltspannung wird zwar auch etwas steigen, vieleicht 10 % bei 10 oder 20 Amper, aber die Z Dioden würde die Leistung alle selber in Wärme umsetzen.
Das wären dann schon ~ 13,2 V mal 20 A , und damit eine Leistung von 264 W !

Da hieße es dann die Diode zu kühlen !!!
Bei voller Generatorleistung ist aber auch die Spannung am Generator höher, und nur ein, in reie geschalteter Wiederstand kann dann Nutznießer sein.
Geht man mal von 15 A Strom aus, und dann 24 V, durch die gestiegene Drehzahl, wären es auch 360 W , und die Spannungsferteilung wäre je 50 % auf die Diode und den Wiederstand..
Nur eine Diodenlösung ist also sehr schlecht zu machen.
Es kann natürlich mit einer Diode, für geringere Spannung, eine "Freilaufdrehzahl" eingestellt werden, damit das Windrad überhaubt erst einmal in Gang kommt.
Die Verlustspannung der Diode wird aber immer bleiben, und sie muß dann auch gekühlt werden.
Die Watt-Zahl ist dann immer die Verlustspannung mal dem Diodenstrom !!
Schaltet man zum Beispiel ein 5 V Z Dioden mit Wiederständen in reie, läuft das Windrad bis zu dieser Spannung flei.
Danach beginnt dann der Stromfluß, der von einem Wiederstand reguliert wirt.
Die 12 V 40 W Wiederstände haben 40 W durch 12 V dann einen Strom von 3,33 A, und eine Wiederstand von 12V durch 3,33A = 3,6 Ohm.
Der Generator müsste bei dieser reienschaltung also 5 V und 12 V liefern, das sind dann 17V x 3,33 A = 56,6 W.
Die Leistung teilen sich dann wieder die Diode und der Wiederstand, zu 5 Teilen an der Diode, und 12 Teile am Wiederstand.

Eine Lösung, mit Elkos, die Oben schon angesprochen wurde, verhält sich wieder anders !

Gruß Aloys.

Mach doch mal ne Skizze.

Hallo Carl

Die Gleichrichtung mit je einer Diode für jeden Akku ist doch finsteres elektrisches Mittelalter.
Wenn der Generator auch noch Drehstrom hat brauch man 6 Akkus und 6 Dioden --- also so fiele wie eine 3 Phasige Brückengleichrichtung auch.
Es gibt aber andere Bauteile die anstatt der normalen Dioden eher brauchbar wären.
Die heissen Feld-Efekt-Transistor. (FETs).
Die werden für hohe Ströme in Motorsteuerungen eingesetzt.
Fast Verlustfrei und ohne Erwärmung.
Die benötigen nur eine Steuerspannung wie ein Transistor und schalten dann durch, wie ein normaler Schalter, ohne Spannungsferlust.
Die könnten von unterschietlichen Dioden nach einander einschalten, und zwar parallel, also alle Systeme parallel, nichts in reie ! ihre Heizwiederstände einschalten.
Zum Beispiel der erste FET bei 3 V , der nächste bei 4 V und so weiter, aber parallel.

Gruß Aloys.

Hallo

Er schaltet ja keine 40 W als Last auf den Generator, er schaltet einen 3,6 Ohm Widerstand an eine Spannung von zb 3 V an den Generator !!!!
Das sind dann 3 V mal 0,82 A = 2,5 Watt.
Als 2 te Stufe dann einen 3,6 Ohm Widerstand dazu parallel an zb 4 V , der dann 1,1 A und 4,4 W als Leistung verlangt, das sind dann an 4 V insgesammt erst erst zwei mal 4,4 W und zusammen 8,8W .
So weiter bis an 12 V, zusammen dann mit 10 Wiederständen in Parallelbetrieb, die 400 W Grenze erreicht ist.
Jeder Wiederstand braucht erst an 12 V die 40 W.
So wird das errechnet ! nicht 40 W und nochmal 40 W usw nene

Gruß Aloys.

@ Aloys: Mit den Fet`s, da muss ich mich mnoch ein bißchen reinlernen, ich arbeite daran! Das die Diodenschaltung so ein alter Hut ist, wußte ich nicht, gerade bei Miniwindraedern z.B. mit Fahrraddynamo hoert man doch eher, dass da Brückengleichrichter genommen werden zum Laden. Ist jedenfalls ne gute Methode, wenn`s darum geht das bißchen Saft nicht an die Dioden vom B-Gleichrichter zu verschwenden.


@XXLRay: Der Plan war, etwa zehn 12 V 40 W Heizpatronen parallel hintereinander zu kabeln und zwischen jede der Patronen linear auf einen der 2 Leiter noch eine Zenerdiode zu haengen in der Hoffnung, dass diese nicht komplett alle Heizpatronen auf einen Schlag "anzuenden".

Gruß und danke erstmal!

Carl

Deine Frage ist berechtigt wenn man davon ausgeht, dass man sich mit Windkraft eigentlich nur beschaeftigt um damit einen maximalen Nutzen zu erzeugen, z.b. Akkus laden und damit sinnvoll etwa ein Inselsystem zu betreiben. Das koennte ein Gartenhaus sein wie bei mir. Das steht im Winter leer und im Sommer habe ich dort schon anderweitig genug Strom.

Ich will also nur moeglichst unkompliziert das bisschen Saft vom Black 300 Generator nicht ganz ungenutzt verbraten, klar, dass man auch was anderes damit machen koennte .


Original mit Black-Repeller kann ich den sowieso bei mir nicht zwischen die Baeume stellen, es geht (Spassfaktor) um einen Versuch mit angepassten Blättern für turbulente Windverhältnisse, möglicherweise sogar mit einem Kettenrotor. Nicht der Nutzwert steht im Vordergrund sondern der Versuch.

Naja, und falls tatsaechlich manchmal ein bisschen Energie anfaellt, dann waere es zu schoen, wenn eine Heizpatrone, Gluehbirne oder sonstwie Verbraucher nicht gleich den Geni bei Last abwuergt. Das hinzukriegen scheint ein ziemliches Problem zu sein.

Wegen dem bisschen zu erwartenden Nutzertrag und dem eigentlichen Ziel minimal zu heizen auch noch teure Akkus zum steuern aufstellen? Ich wuerde die ja dann auch zu nichts anderem als heizen nutzen.

Mein privater Energieverbrauch im Wohnhaus uebersteigt keine 1000 kwh im Jahr, das deckt schon meine 1200 W Solaranlage mit einigen (verschwiegenen) Tricks - auch ohne Einspeisungsvergütung und sonstigen buerokratischen Aufwand.

Ein Inselsystem mit Akkus im Gartenhaus waere mir zu teuer und wartungsintensiv. Auch ein beheizter Kasten (Trockenschrank) im Gartenhaus gibt an die Raeumlichkeit noch latent Waerme ab, der ist im kleinen Keller aufgestellt - erwaermte Luft steigt nach oben.

Weil im Winter keiner da wohnt - es ist dann winterfest gemacht - entweicht Warme auch nie sehr schnell durch geoeffnete Fenster oder Tueren, Wolldecken decken diese in dieser Zeit zusaetzlich ab.

Es stuende eigentlich zu erwarten, dass - auch wenn nicht staendig Wind bläst - ab und zu ein wenig Waerme dort erzeugt werden kann. Ich habe das schon mit 3 kleinen insgesamt 150 W Solarpanelen die unabhaengig von meiner 1200 W Solaranlage auf dem Gartenhausdach montiert sind so gemacht, im Keller dann einfach nur eine 150 W Gluehbirne brennen lassen. Der Unterschied zwischen vorher und nachher war, dass die vorher gefühlt leicht feucht - muffige Luft die in länger geschlossenen Raeumen mit Steinwaenden ohne Daemmung entstehen kann danach nicht mehr so schlimm - fast gut war.

Ein bißchen mehr direkte Heizkraft durch Wind, der gerade in der kaelteren (oft feuchten) Jahreszeit mithilft, waere nicht schlecht.

Eine klare Ansage, dass die 10 parrallel laufenden 12 V 40 W Heizpatronen mit immer einer Zenerdiode zwischen jeder Patrone zur Nächsten alle Patronen auf einen Schlag in Last setzen waere hilfreich, Dann weiß ich, dass ich damit keine Experimente machen muß. Die Patronen habe ich schon gekauft. Ich muesste dann also Aloys Vorschlag ausprobieren.

Hallo Carl

Ich denke Du hast die Funktion von Dioden noch nicht verstanden, darum noch mal ein Erklärungsversuch
Denke Dir einen Wasserbehälter in den Wasser eingefüllt wirt.
Je höher der Wasserspiegel steigt, um so grösser ist der Druck auf die Bodenfläche.
Diesen Druck nennen wir die Spannung die an der Diode anliegt.
Verschiedene Dioden sind unterschiedlich hohe Behälter !
Die Schottkis sind nur 3 cm hoch !
Die normalen Dioden etwa 7 cm hoch-
Und eine 12 V Z Diode ist 120 cm hoch.
Um um mal die Spannungen zu vergleichen.
Nun füllen wird in alle mal Wasser ein.
Die Schottki läuft bei 3 cm Höhe schon über, aber wenn die Höhe noch nicht erreicht ist, ist der Wasserfluß gleich null !!!!!!
Die Normale läuft dann ab 7 cm höhe über, und es ist egal wie hoch das Wasser vorher stand, erst ab 7 cm Fließt da ein Strom.
Die 12 V Z Diode kann man bis kurz vor 120 cm füllen, es fliest kein Wasser oder Strom über, bei einer Spannung unter 12 V .
Diese Wasserhöhe, oder auch Durchschaltspannung, benötigen die Dioden unbeding um Leitfähig zu werden.
Diese Spannung ist auch bei Stromfluß immer vorhanden, und mit dem dann vom System, durch fließenden Strom, errechnet sich die Verlustleistung in der Diode.
Zum Beispiel 3,3 A wenn der 40 W Widerstand seine Leistung erbringen soll, sind auch 12 V
Die Diode ist aber mit Ihm so in einer Reienschaltung, und die beiden Spannungen adieren sich zu 24 V , die dann die an zu legende Spannung ist.
Also muß der Generator 24 V Spannung abgeben !!! = doppelte Drehzahl.

Ein Brückengleichrichter mit 4 Dioden für eine Phase hat 2 Normale, je eine nach + und - und somit etwa 1,4 V Verlustspannung.
Diese hat er immer!! sobalt er etwas gleichrichtet.
Wenn nun bei Deinem Beispiel mit der Z Diode und 40 W Wiederstand in reie diese 12 V überschritten werden, beginnt erst der Strom zu fließen.
Er wird begrenzt durch den 3,6 Ohm Wiederstand.
Wenn die Spannung dann auf 12 + 3,6 V gestiegen ist, sind nur die 3,6 V für den Strom zuständig, die anderen 12 V bleiben an der Diode, und es fließt lediglich ein Strom von 1 A durch beide Bauteile hintereinander.
So bleibt auch die Leistung zu 12 Teilen an der Diode und nur 3,6 Anteile kommen im Wiederstand zur Wirkung.

Um die 12 V auch in den Wiederstand zu bekommen braucht es einen Schalter der möglichst keine Spannung selber verbraucht.
Deswegen die Ide mit dem FET , der aber gesteuert werden muß.
Auch damit würde dann die zu anfangs noch niedrige Spannung nur auf den Wiederstand wirken, der dann ja auch noch nicht die volle Leistung verlangt da die Spannung nicht reicht.
Bei weiterer steigender Generatorspannung erhöht sich dann auch der Strom im Wiederstand.
Ich sag mal auf 6 V, der Strom wäre dann im Ersten Wiederstand bis auf 6 : 3,6 = 1,66 A gestiegen und die Leistung lediglich erst 6 V mal 1,66 A = 10 Watt.
Also bei 6 Vsind erst 10 W erreicht.
Schaltet nun die nächste Z Diode den zweiten FET dazu, begint auch im zweiten Widerstand ein Stromfluß.
Aber nicht auch gleich 10 W sondern schön an die Steigende Generatorspannung angepasst.

Das sieht so aus das die Spannung bei 6 V erst einmal stabiel bleibt, bis der Strom auch die 1,66 A im Zweiten parallelen System erreicht hat, wie im ersten Wiederstand.
Das ist wieder der Wasserbehälter der NUR überläuft wenn die Spannung "höher" ist.
So läuft immer nur so viel über, wie der Generator "mehr liefert" als für den ersten Wiederstand der bei niedrigeren Spannung schon eingeschaltet worden ist.
Ist der zweite Wiederstand nun vom Generator auch mit 6 V versorgt, steigt die Spanung weiter an, und die Leistung nimmt an beiden Wiederständen zu.
Gehen wir von 7 V aus, fließt in jedem Wiederstand dann 7 V : 3,6 Ohm gleich 1,95 A, das sind dann zusammen 3,9 A mal 7 V und zusammen 27,3 W.
So ist die ab zu gebende Leistung im Bereich 6 bis 7 V dann von 10 W auf 27,3 W gestiegen.
Dann steigt die Sannung weiter bis der 3te FET geschaltet wirt, zb bei 8 V.
Wieder mit langsam steigenden Strom, das bestimmt nur das Windrad mit dem Generator zusammen, bis auch dieser den Überlauf Stromfluß bei 8 V erreicht hat, und 3 Wiederstände an 8 V ihren Strom bekommen.
Danach steigt die Spannung wieder weiter.
Das ist wie auf einer Treppe wo man von jeder Stufe mit einem zusätzlichen Gewicht belastet wirt.
Je höher man kommt, um so mehr Gewichte sind dann zu schleppen, zumal sie auch noch schwerer werden durch immer höheren Strom.
Sinkt die Spannung, werden sie dann nacheinander wieder vom Generator getrennt durch die FET Transistoren.
So bildet sich eine erst flache Lastkurve, die dann immer steiler ansteigt, so wie in den Netzwechselrichter auch einstellbar ist.
Ist die Spannung dann 12 V und die 10 Wiederstaände alle eingeschaltet ist die Leistung dann 10 mal 40 W zu erbringen.
Ich hoffe das es so verständlicher geworden ist.

Gruß Aloys.

Hallo Carl

Ich muß , selbst Mich, in der Euforie etwas bremsen was die FET Steuerung angeht.
Ich habe vor längerem mal 10 Stück beim grossen C gekauft aber noch nichts mit angefangen.
Die waren für eine Solargesteuerte Nachteinschaltung gedacht , da bin Ich aber noch nicht zu gekommen.
Gestern also die ersten Versuche etwas damit an zu fangen.
Mit einem einstellbaren 15 V Netzteil , ein paar Schutzwiderständen, und einer 6 V Fahradlampe die ersten Versuche.
Die Funktion ist "schon" da, aber ER schaltet nicht komplett durch, sonder verbraucht auch etwa 3 V von der Gesammtspannung selber.
Puuu so ein Mist, also Versuch abgebrochen und erst mal weiter überlegt wieso weshalb und warum ?????????????
Dann ein nächster Versuch mit einer zusätzlichen Spannungsquelle, und über Schutzwiederstant an das gate, und siehe da nun schaltet er auch richtig durch.
Das ist natürlich doof
So braucht man nicht nur die Spannung vom Generator um zu heizen, sondern eine zusätzlich Spannung die aber höher ist als Pluss vom Generator.
Diese muß dann aber von einer anderen Elektronik zu geschaltet werden.
Macht man es über die Z Dioden, die die Spannung nur langsam, eben mit steigender Generatorspannung liefern, teilt sich die benötigten 3 V auf die von der höheren Steuerspannung kommt auf, und holt sich den Rest aus der Haubtleitung zu dem angeschlossenen Heizwiederstand.
Den Strom verbraucht SIE leider auch dabe, und wird dann auch warm, was ja vermieden werden sollte.
Ist die "Steuerspannung" zb nur 1 V höher als das + vom Generator, holt sie sich die anderen 2 V aus der Leistungsleitung, und verbrauch sie wie die normalen Dioden.
Bei 2 V Steuerspannung dann immer noch 1 V mal Wiederstandsstrom, und erst ab 3 V Steuerspannung ist sie fast Spannungsfrei durchgeschaltet.
Es muß also eine Steuerung jeweils den FET komplett mit 3 V beschalten sobalt die Z Diode das erreichen IHRER Spannung signalisiert.
Und das jeweils für jeden FET .
Manoman.
Eine potenzialfreie Wechselspannung dafür, kann warscheinlich über 2 Kondensatoren aus der Generatorwechselspannung ab gekoppelt werden.
Dann gleichgerichtet und zum steuern oben auf + !
Wie das mit einfachen Mitteln dann eingeschaltet wirt weis Ich aber noch nicht , grübelgrübel

Gruß Aloys.

Hallo Carl

Am einfachsten ist eine Parallelschaltung zu machen, mit je einem Brückengleichrichter nach dem Nabendynamo, die kosten ja nicht viel.
Dann alle + zusammen und alle - zusammen.
So geben dann alle Generatoren an die gleiche erzeugte Gesammtspannung ihre mögliche Leistung ab, zum Beispiel 6 oder 12 V , das bringen die ja auch.
Reienschaltung ist schon schwieriger, da zum Beispiel die Drehzahlen unterschiedlich schwanken.
Mit je einem Gleichrichter und dann wie Akkus in reie geht das auch, (wurde im Forum auch schon mal erwähnt) .
Auch eine Reienschaltung mit vorheriger mechanischer Synkronisation, aber dann 2 auf einer Welle, und mit gleicher Magnetpolzahl ist möglich mit nur einem Gleichrichter.

Gruß Aloys.

Hallo zusammen,

das 'theoretisch Einfachste' die Druckerheizpatronen anzuschließen wäre:
diese direkt auf der AC Seite in Reihe mit bipolaren Kondensatoren zu betreiben.

Die Kondensatoren sind dann so zu wählen, dass die Druckerheizpatronen hintereinander 'zünden'.
Im Extremfall für jede Druckerheizpatrone einen anderen Kondensator Wert.

Auf diese Art kann man, mit genauer Kenntnis der MPP Leistungskurve,
eine Belastung, auch recht nah an der optimalen Leistungskurve erreichen.

Was schwierig daran ist:
- Die Frequenz und Spannung des Windrades über die Leistung des Windrades zu ermitteln
- Die Werte der Kondensatoren Kapazität (µF) zu berechnen
- Das ganze abzustimmen und zu testen

Hier im Forum wurde so etwas schon mindestens einmal praktisch umgesetzt, jedoch mit einer 3 Phasen Heizpatrone.
Da kamen Kapazitäten > 1000 µF bei raus, was dann recht teuer werden kann,
weil die Spannungsfestigkeit ja auch noch gegeben sein muss und Bipolare Kondensatoren zu verwenden sind.

Der Vorteil hier, beim Einsatz von Druckerheizpatronen (12 V 40 W) mit jeweils anderen Kondensatoren
wäre, eventuell, das kleinere, günstiger zu bekommende Kondensatoren ausreichen.

Wie auch immer,
diese Technik mit den Kondensatoren wird wohl viele Tests und Zeit benötigen um das Windrad weder
zu überlasten noch zu wenig zu belasten.

Grüße