effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

brauche Hilfe bei den elektrischen Schaltplaenen!
 
WindPhil
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effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 21.07.2010 - 16:10 Uhr  ·  #1
Hallo,
ich bin neu hier und habe einige Probleme/Fragen zum Bau meiner KWKA... Ich habe mich hier im Forum schon umgesehen habe aber meine elektrischen Probleme damit nicht beheben koennen.

Schon als Projekt in der 10. Klasse habe ich ein Windrad gebaut, dass Strom prodozierte in zwischen habe ich es zusammen mit meinem Nachbar vergroessert und statt einen Schwanz einen Lego Roboter als elektronische Steuerung eingebaut, dass hat auch einigermassen funktioniert ist aber nicht das Optimale. Ausserdem konnten wir den Strom den wir bisher prodozierten nicht richtig nutzen was wir nun aendern moechte.
Wir habe einen 1,5KW dreiphasigen Wechselstrommotor mit Kondensatoren zu einem Generator umgebaut der bei 740U/min volle Leistung abgibt. Von einer anfaenglichen Uebersaetzung von 1 zu 5 sind wir nun bei einem 1 zu 13 Getriebe um die Rotorumdrehungszahl herunterzubekommen. Demnach drehen die Fluegel nun etwa nurnoch 57 U/min bei voller Leistung. Mir ist allerdings klar das sie nicht immer so schnell drehen werden und der Generator daher ungleichmaessigen Strom abgeben wird. Da ist auch mein Problem, da ich den strom gerne in Baterien zwischenspeichern will um eine Gleichmaessige Leistung herauszubekommen. Dafuer muesste ich ja aber quasi ein Ladegeraet haben was von quasi null bis 230 Volt (230 da der 380v motor drei Spulen mit jewals 230v hat) immer so zwischen 12 und 14 volt in die Baterien abgibt was es leider so nicht zu kaufen gibt so viel ich weiss. Dabei muss man ja aber nicht nur die Voltzahlen im Auge behalten sondern auch, dass man den ungleichmaessigen Wechselstrom (ungleichmaessig da umdrehungen sich veraendern und damit auch die Frequenz) zu Gleichstrom gleichrichten muss...
Kann mir da jemand sagen wie ich das machen kann? Am Besten wer natuerlich eine Erklaerung mit Schaltplan... :)

Des weiteren will ich den Lego Roboter mit einem anderen kleinen Computer ersaetzen und den Sturmschutz von aus dem wind drehen auf fluegelverstellung umbauen, daher brauche oben im Kopf auch nochmal 12V. Allerdings ist der Mast 9,3m hoch und durch die laenge hat man bei Gleichstrom einen hohen Stromverlust daher musste ich bislang unten zwei batterien auf 24v zusammenschalten damit ich oben noch genuegend Power hatte den Kopf aus dem Wind zu drehen. Ist es daher ratsam eine kleine Batterie mit oben rein zu bauen und dort auch zu laden oder gibt es da bessere Moeglichkeiten, vielleicht den Strom vorher etwas hoch zu transformieren oder so etwas?
Und was den Rahmen noch weiter einengt ist das ich als Schueler nich alzugrosse finanzielle Mittel habe... Ich hoffe, dass da trotzdem etwas moeglich ist...!

Vielen Dank schon mal und ich hoffe, dass mir jemand weiter helfen kann!

MfG Philipp
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 21.07.2010 - 16:40 Uhr  ·  #2
Hallo,

also 1: Um den Strom von 230V auf 12v zu bringen würde ich einen Transformator verwenden.
2: Um den Rotor aus dem Wind zu drehen würde ich mir ein Furling an meine Anlage bauen, das den Rotor bei zu starkem Wind aus dem Wind dreht.
XXLRay
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 21.07.2010 - 19:21 Uhr  ·  #3
Zitat geschrieben von WindPhil
Wir habe einen 1,5KW dreiphasigen Wechselstrommotor mit Kondensatoren zu einem Generator umgebaut der bei 740U/min volle Leistung abgibt. Von einer anfaenglichen Uebersaetzung von 1 zu 5 sind wir nun bei einem 1 zu 13 Getriebe um die Rotorumdrehungszahl herunterzubekommen. Demnach drehen die Fluegel nun etwa nurnoch 57 U/min bei voller Leistung.

Was für einen Durchmesser hat euer Windrad denn? Normalerweise sollten in der Leistungsklasse auch höhere Drehzahlen durch den Rotor möglich sein.

Zitat geschrieben von WindPhil
Dafuer muesste ich ja aber quasi ein Ladegeraet haben was von quasi null bis 230 Volt (230 da der 380v motor drei Spulen mit jewals 230v hat) immer so zwischen 12 und 14 volt in die Baterien abgibt was es leider so nicht zu kaufen gibt so viel ich weiss.

Normalerweise ist der Innenwiderstand eines Bleiakkus sehr niedrig. Dadurch fließt so ein hoher Strom, dass der Generator nicht in der Lage sein wird, die Spannung deutlich über Akkuspannung zu bringen. Du dürftest also auch ohne Transformation auskommen. Grundsätzlich kannst du aber einen Step-Down-Wandler verwenden.

Zitat geschrieben von WindPhil
Des weiteren will ich den Lego Roboter mit einem anderen kleinen Computer ersaetzen und den Sturmschutz von aus dem wind drehen auf fluegelverstellung umbauen, daher brauche oben im Kopf auch nochmal 12V. Allerdings ist der Mast 9,3m hoch und durch die laenge hat man bei Gleichstrom einen hohen Stromverlust daher musste ich bislang unten zwei batterien auf 24v zusammenschalten damit ich oben noch genuegend Power hatte den Kopf aus dem Wind zu drehen. Ist es daher ratsam eine kleine Batterie mit oben rein zu bauen und dort auch zu laden oder gibt es da bessere Moeglichkeiten, vielleicht den Strom vorher etwas hoch zu transformieren oder so etwas?

Was meinst du mit einem kleinen Computer? Ich hoffe doch, einen Mikrocontroller und keinen PC.

Die Verluste kannst du verringern, indem du Kabel mit größerem Querschnitt verwendest.

Gibt es Bilder von dem Windrad?
WindPhil
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 22.07.2010 - 11:49 Uhr  ·  #4
Also ein Fluegel ist 2.8m also hab ich einen Durchmesser von etwa 5.6m die Fluegel die da dran waren hatten aber auch eine breite von etwa 35cm ueber die ganze Laenge (keine volldynamischen Fluegel) und waren aus Eisen und Aluminium und damit verhaeltnismaessig schwer. Daher werden wir bevor wir es wieder aufstellen wohl auch noch neue leichtere bauen!

Ist ein Step Down Wandler quasi ein Computer power supply, dass automatisch zwischen verschiedenen Stromstaerken wechseln kann mit Hilfe von Transistorschaltkreisen oder so etwas?
Am ende muss es doch aber wie ein Ladegeraet funktionieren oder nicht ich kann ja nich in die Batterien reinballern was auch immer grad aus dem Generator kommt!?

Ne, kein PC Mikrocontroller ist das richtige Wort! Ich will da einen Arduino reinbauen obwohl mir einer mit WiFi lieber waere, sodass ich ihn ueber den Computer auch fersteuern koennte wenn noetig statt ueber das USB kabel zu gehen. Aber mal sehn wie ich das machen werde.

Ich hatte schon Erdkabel genommen mit einem guten Querschnitt aber trotzdem...

Es gibt auch Bilder allerdings weiss ich nich ob und wenn wie ich die hier hochladen kann?!
ERaOG
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 22.07.2010 - 13:05 Uhr  ·  #5
Der Step-Down-Wandler arbeitet wie eine Abwärtspannungsregler der auf die Ladeendspannung eingestellt ist und zusätzlich eine maximale Ladestrom-Begrenzung haben sollte. Ist dann sowas wie eine U/I-Laderegelung.

Wobei ein Abwärtsregler (PWM-Schaltregler) mit so großem Spannungshub wahrscheinlich nicht recht einfach in der Dimensionierung sein wird. Aber einen Versuch ist's wahrscheinlich doch wert.

Guckst du: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html
WindPhil
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 22.07.2010 - 15:05 Uhr  ·  #6
Hier mal ein Link fuer Bilder hoffe es funktioniert!

http://picasaweb.google.com/11…directlink

Das Problem ist ja aber auch die hohe Leistung das man auch die maximalen 1.500 W auch irgendwie dann in die Batterien bekommen kann diese Abwaertspannungsregler scheinen eher fuer geringere Leistungen ausgelegt zu sein?! Ist es ueberhaupt realistisch die bis zu 1500 Watt in Batterien einzuspeichern und dann wieder umzuwandeln in 230v AC?
XXLRay
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 22.07.2010 - 17:17 Uhr  ·  #7
Zitat geschrieben von WindPhil

Also ein Fluegel ist 2.8m also hab ich einen Durchmesser von etwa 5.6m

Das ist ja schon ein ordentliches Gerät. Nach den Formeln aus dem Grundlagenbereich kannst du dir die mögliche Drehzahl herleiten.
Dafür brauchst du den Umfang = 2 x 3.14 x 2.8 = 17,6m, die Windgeschwindigkeit und die Schnelllaufzahl der Flügel. 4 ist ein sehr realistischer Wert.
Bei 3m/s wäre die Drehzahl mit diesen Werten also = 60 x SLZ x Windgeschwindigkeit[m/s] / Umfang[m] = 60 x 4 x 3 17,6 = 40 Upm.

Zitat geschrieben von WindPhil
Ist ein Step Down Wandler quasi ein Computer power supply, dass automatisch zwischen verschiedenen Stromstaerken wechseln kann mit Hilfe von Transistorschaltkreisen oder so etwas?
Am ende muss es doch aber wie ein Ladegeraet funktionieren oder nicht ich kann ja nich in die Batterien reinballern was auch immer grad aus dem Generator kommt!?
Ja, das Grundprinzip ist wie beim Schaltnetzteil eines Computers. Genaue Funktionserklärungen findest du im Internet genug.

Zitat geschrieben von WindPhil
Ne, kein PC Mikrocontroller ist das richtige Wort! Ich will da einen Arduino reinbauen obwohl mir einer mit WiFi lieber waere, sodass ich ihn ueber den Computer auch fersteuern koennte wenn noetig statt ueber das USB kabel zu gehen. Aber mal sehn wie ich das machen werde.
Da das Board mit einem Atmel Mikroprozessor bestückt ist, scheint es ganz gut geeignet zu sein. Alternativ kann man auch Boards mit PIC-Mikroprozessor verwenden.

Zitat geschrieben von WindPhil
Ich hatte schon Erdkabel genommen mit einem guten Querschnitt aber trotzdem...

Was auch immer du unter "gutem Querschnitt" verstehst...

Zitat geschrieben von WindPhil
Es gibt auch Bilder allerdings weiss ich nich ob und wenn wie ich die hier hochladen kann?!
Das ist überhaupt kein Problem. Immer wenn du einen Beitrag verfasst, hast du ein Stück unter dem Textfenster den Link zum Direktuploader. Der zeigt dir dann aucht gleich den Text an, den du in deinem Beitrag einfügen musst.



Einfach "Auswählen" anklicken, Bild auf dem eigenen PC aussuchen, "Upload starten" anklicken und den erzeugten BBCode in deinem Beitrag einfügen.



Wird auch unter Forum/cf3/topic.php?t=2465 beschrieben
WindPhil
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 22.07.2010 - 19:31 Uhr  ·  #8
Danke fuer die Informationen!

ich versuchs gleichmal mit nem Bild!

Das ist das einzige Bild vom letzten Stand des Windrades, bevor ich es vor meinem Auslandsjahr wieder abgebaut habe. Leider war kaum Wind an den Tagen als es aufgebaut war, sodass es eine normale 220v 60w gluehbirne nur zum glimmen gebracht hatte. Da hatte es aber auch noch die Uebersaetzung von nur 1 zu 5.
Gleichstrom
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Ladegerät aus Rechner-Schaltnetzteil

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Gepostet: 24.07.2010 - 17:39 Uhr  ·  #9
Hallo WindPhil,

erstmal meinen Respekt vor deiner Anlage! Eine einfache und gute Lösung ist eine geeignete Bleibatterie-Kette von 200-300V Nennspannung. Geladen werden sie einfach über einen Drehstrom-Gleichrichter, vorzugsweise mit Ladedrossel. Als gebrauchte Akkus könntest du 12V/16Ah Bleigel Akkus aus Rechner USV´s nehmen. Erhältlich bei Betrieben, die solche Teile aus Versicherungstechnischen Gründen regelmäßig erneuern müssen. Z.B Fa. Minimax Feuerlösch und Brandmeldeanlagen. Die 200-300V DC sind evt. auch direkt zu verwenden. Energiesparlampen, Schaltnetzteile (SNT), Heizstäbe und Universalmotoren sind betreibbar. Umwandeln auf 230V AC erfordert einen geeigneten WR. Evt ist ein Einspeise-WR für Solaranlagen geeignet. Der Laderegler muß ein Shuntregler sein, wie üblich.Nachteil sind die vielen Akkus, die regelmäßig kontrolliert werden müssen.
Ich habe Zweifel an den anvisierten 1,5kW elektrisch. Vermutlich kommt eher die Hälfte zu Stande, wegen der Verluste durch die Erregerkondensatoren.
Wenn du an 12V festhalten willst ( ab 400Ah), kann man Rechner-SNT als Ladegeräte umbauen: Drehstrom-Gleichrichter, festes Tastverhältnis des PWM-Controlers, Ladestromsensor der auf den Controler wirkt. Pro SNT kann man mit 10-15A Ladestrom rechnen. Es lassen sich beliebig viele SNT parallel betreiben. Auch in Stufen einschaltbar zu machen. Auch hier ist ein Shuntregler auf der Hochspannungsseite zum Schutz von Elektronik und Windrad nötig.
fiedje
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 25.07.2010 - 19:11 Uhr  ·  #10
Ich habe Schaltnetzteile älterer Bauart gegen Versandkosten abzugeben...
Bei Bedarf bitte PN.

Gruss Friedhelm
Menelaos
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 27.07.2010 - 12:24 Uhr  ·  #11
Moin moin,

Eine ziemlich große Anlage hast du da, sieht toll aus!

Etwas mulmig wird mir wenn ich mir die Bilder anschaue und keine Sturmsicherung entdecke. Ich hoffe da habe ich noch was übersehen, falls nicht, ist das ein absolutes MUSS bei ANlagen dieser Größe.

12 V geht auch GAR NICHT. Da hat man bei der Größe der ANlage ggf. STröme von mehreren hundert Ampere. Die Verluste wären gigantisch, vor allem die im Generator und würden ihn töten, ganz sicher!!!
Hier ist mindestens 48 V, besser noch Netzeinspeisung angesagt.

Gruß
Max
WindPhil
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 02.08.2010 - 16:16 Uhr  ·  #12
Sturmsicherung hat sie! Und zwar ist ein kleiner Legomotor passed zum Legoroboter ;) zwischen die kleine Windfahne und die Stromabnehmer darunter gebaut, der bei zu hoher Drehzahl des Generators die Sromabnehmer ein wenig verdreht bis die drehzahl wieder im "gruenen Bereich" ist, sodass sich der gesamte kopf immer ein wenig vom Wind weg dreht, bis zu 90 grad wenns sein muss und bei sinkender Drehzahl eben auch wieder zurueck! Relativ simpel eigentlich.

Ich habe mir den Microcontroller schon bestellt und werde dann mit der Steuerung experimentieren und sobald ich zeit finde auch den bau neuer mehr aerodynamischer Fluegel in Angriff nehmen. Mal sehen wie ich die bauen werde, da sie in jedem Fall einiges leichter werden muessen, die Alten, wie auch auf dem Bild, wiegen fast 25kg das Stueck! Ich denke da an eine GFK Huelle die mit diesem gelben Bauschaum ausgesaemt werden koennte und da dann noch ein Metallgestell drin versaenken oder vielleicht auch nur ein Profielgerippe mit diesem Schaum und da dann Folie rumwickeln wie bei Rundballen vom Bauern... mal sehen!
Gleichstrom
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Sturmsicherung mit Lego?

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Gepostet: 02.08.2010 - 23:54 Uhr  ·  #13
ich habe noch nicht verstanden, wie die Sturmsicherung funktioniert.

Gruß, Heinz
WindPhil
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Re: effiziente Stromnutzung und elektrische Steuerung

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Gepostet: 04.08.2010 - 01:34 Uhr  ·  #14

Das ist ein Bild vom Kopf oder sonst auch Gondel genannt glaub ich. ;)

Mit dem Legomotor werden die Umdrehungen pro Minute gezaehlt, die der Legoroboter in Grad pro Zeit erkennen kann, wodurch er alle 5 Secunden weiss, ob der rotor zu schnell, zu langsam, oder in einem "gruenen Fenster" ist, in dem der Generator in einem Umdrehungsfenster ist in dem er zwischen 210 und 250v prodoziert.
Dieser Motor ist stark untersetzt um nich all zu hoher Belastung ausgesetzt zu sein, um so seine Lebensdauer zu verlaengern.

Das ist die Windfahne, allerdings war sie da nocht nicht ganz fertig, ich habe aber leider kein besseres Bild da. Man muss sich vorstellen, dass da zwischen der Fahne und den Stromabnehmern, die unten bei den 3 Kupferplatten ihren Strom kriegen noch so ein Legomotor ist, der diesen Arm mit den Stromabnehmern quasi verdreht, sodass er nicht mehr parallel zur Fahne ist, sondern in einem Winkel dazu steht der soweit vergroessert wird bis die Drehzahl des Generators wieder stimmt. Durch den Winkel zur Fahne aendert sich automatisch der Winkel des Rotors zum Wind, da der Rotor immer dem Wind nachgefahren wird, indem die Stromabnehmer bei wechselder Windrichtung Strom von den beiden Aesseren Kupferplatten bekommen, den sie dann an einen Motor weitergeben ,der den Kopf Drehen kann. Da die eine Platte plus ist und die andere minus, aendert sich plus und minus fuer die Stromabnehmer jenachdem ob der Wind von links oder rechts kommt und somit die Fahne in die eine oder andere Richtung drueckt, wodurch sich der Motor in die eine oder andere Richtung dreht und so immer Richtung Wind dreht.
Die mittlere Platte ist tot und dient dazu, dass der Motor nicht bei jeder noch so kleinen Windrichtungsschwankung versucht zu korrigieren.
Zur Sturmsicherung kann ausserdem per Knopfdruck ein Programm gestartet werden, dass die Stromabnehmer immer 90 Grad zur Windfahne stehen, sodass es immer seitlich zum Wind steht und somit sich nicht drehen sollte.

Ich hoffe es ist jetzt ein wenig verstaendlicher! :)
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