Elektronische Windkraftbremse

 
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Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 01.07.2016 - 13:47 Uhr  ·  #1
Hallo community,
hatte vor ein Wirdrad in Raum Hamburg aufzubauen und möchte meine Erfahrung mit Euch teilen. Über Eure Vorschläge/Feedback würde ich mich freuen!
Generator ist von Selbstbau max. 400W. Die Anlage ist noch in Planung. In diesem Beitrag geht es nur um die Bremse bei Sturm.

Windkraftbremse Kurzbeschreibung:

Bild 1: Schaltplan: WindKraftBremse
Die Windkraftbremse soll die an die Windkraftanlage angeschlossenen Geräte(Wechselrichter, Ladekontroller) vor Überspannung bzw. Überlast schützen.
Der Windgenerator erzeugt Spannungsspitzen(Siehe Bild2), welche geglättet(mit Kondensatoren) oder geblockt(mit Suppressionsdioden*) werden sollen.
*Elektronische Bauteile, welche sich wie Varistoren verhalten und gleiche Funktion erfüllen:
Schutz vor Überspannung. Link: http://www.littelfuse.com/~/me…et.pdf.pdf



Bild 2: Oszilloskop Bild: Spannungsverlauf am Generator(ohne Glättungskondensator): deutlich die Spannungsspitzen zu erkennen. Generator mit der Hand einmal gedreht.

Die Bremse ist 2-Stufig aufgebaut(siehe Schaltplan Bild1):
-Erste Stufe hat 20 Suppressionsdioden (10x 1.5KE82A und 1.5KE56A). Diese Dioden verhindern die Spannungsspitzen ab (56V+82V=138V) 138V und schließt diese Kurz.
Pro Suppressionsdiode werden 6W gedämpft, gesamt kann diese 1-Stufe (6Wx20=120W) 120W dämpfen.

Die Suppressionsdioden werden beim Dämpfen der Spannungsspitzen warm und sollen an eine größere Kühlfläche angeschlossen werden.
-Zur Spannungsglättung wurde ein 200V 10mF! großer Kondensator C1 zugeschaltet. Dieser bewirkt dass die Windanlage erst stabil funktioniert. Ohne diesen Kondensator bricht die Spannung ständig ein!
-Zweite Stufe(Siehe Schaltung) wurde später hinzugefügt. Grund dafür ist der „worst case“ welcher in schlimmsten Fall eintreten kann, wenn aus welchen Grund auch immer die Last (Wechselrichter, Ladebatterie) abgeklemmt wird. Als Folge wird die Stufe1 voll Überlastet. Suppressionsdioden werden warm und die Spannung an diesen steigt! (Werte über 150V sind möglich).
Bei Volllast(Bei starker Wind) soll eine andere Last zugeschaltet werden: wie z.B. Halogenlampe 500W welche über einem Relais bei Erreichen der Spannung von 140V! zuschaltet.
Die 2x1.5KE56A und 200 Ohm Widerstand sorgen dafür dass die Schaltung sicher bei ca. 140V zuschaltet. Diese Auswahl hat den Vorteil dass in Betrieb bei der Windkraftanlage keine Verluste abfallen.
-Kondensator C2: 400V 63µF verhindert Funken von Relaiskontakten beim Abschalten der Induktiven Last(Halogen Leuchte).
Gesamtleistung: 1 Stufe + 2-Stufe ist 620W(500W+120W=620W)
Somit kommt am Eingang des Wechselrichters(Windmaster500) auch bei Sturm max. 150V und die Überspannung wird verhindert.



Bild 3: Aufgebaute Schaltung
In der aufgebauten Schaltung hatte ich kein 200V 10mF Kondensator gefunden. Da nahm ich 6 Stück 80V 6mF, welche ich zu einer Gesamtkapazität verschaltet habe: 160V ca. 10mF

Wird diese Schaltung mit Suppressionsdioden auf Dauer funktionieren? Brauche einen Rat.

Gruß,
SerGre
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 01.07.2016 - 19:55 Uhr  ·  #2
Sieht ganz gut für mich aus.Trotzdem frag ich mich, wo die Spannungsspitzen herkommen. Halogenlampen können allerdings durchbrennen und dann hast du gar keine Ersatzlase mehr. Ich würd nen Hochlastwiderstand zumindest parallel schalten.
Was ist denn das für ein Generator? Sind bei dem Bild die Dioden schon zugeschaltet oder kommt die Spannung direkt nach der Gleichrichtung so seltsam raus?
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 01.07.2016 - 22:20 Uhr  ·  #3
Hallo XXLRay,
der Generator ist ein Selbstbau Generator aus einem 500W ebike Motor. Die Wicklung wurde für Generator neu aufgewickelt. Da der Generator für Hochspannung ausgeführt wurde, läuft es 2 Polig, je 20 Wicklungen(in Reihe geschaltet, je 2V pro Wickelspule in Normalbetrieb gemessen) pro Pol auskommen(40 Wickelspulen gesamt). Es sollte ja an Windmaster 500 angepasst sein ;)
Im Oszilloskop-Bild sieht man gut die gleichgerichteten Wellen der 2 Pole(Es ist nicht der Ausgang der Windkraftbremse). Spannungsspitzen kommen, da es kein Kondensator parallel zugeschaltet, es wurde unmittelbar direkt der Ausgang von den Gleichrichter oszilloskopiert.
Die Halogenlampe hat 230V, 500W. Energieklasse E, hat mich 1€ gekostet
2 Kabel kommen rein, 2 raus(nicht ausgeführt)
Ich wollte die Windanlage samt Generator mit Flügel an eine Testanlage für verschiedene Windstärken testen.. gibt es so was?
Gruß aus Hamburg,
SerGre
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 02.07.2016 - 10:56 Uhr  ·  #4
Hallo Ser Gre

Da " Pole " immer die Magnete sind, meinst Du wohl es ist eine 2 Phasen-Maschine ? !
40 Spulen, und 20 in Reie lassen daraus ja schließen.

Das Oszilloskop-Bild, läst auf einen nicht synkronen Magnetabstand schließen, zur Rast vermeidung, und einen weichen Anlauf !

Eine Sturmsicherung für das Windrad ist das aber nicht, nur eine Überlastsicherung für die angeschlossenen Geräte.
Eine Sturmsicherung wäre die Kurzschlussschaltung am Generator, " bevor " dieser vom Drehmoment her überlastet wird.
Also vorher runter Bremsen, denn die Drehzahl wird in jedem Fall höher als bei Vollast sein, und vor allem die Windradleistung.

Gruß Aloys.
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 02.07.2016 - 17:36 Uhr  ·  #5
Moin Aloys (FamZim),
richtig bemerkt, es sind 2 Phasen. Die Magnete sind nicht genau alle gleich groß(habe mit den Magneten experimentiert, habe 4 Stück von anderem Motor ersetzt, da 4 original Neodym zusammengeklappt sind und kaputtgegangen sind).
Zu der Sturmsicherung: ein Kurzschluß kann das Relais erzeugen, wenn er die Kontakte(+/-) zu macht. Dann wird der Gleichrichter(es sind 2, eins pro Phase,je 200V 10A) und Kabel warm. Und wenn der Sturm länger dauert, ist beide Gleichrichter über.
Aber dann ist Schluß, mehr ist Elektrisch nicht machbar..
Grüße,
SerGre
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 02.07.2016 - 18:37 Uhr  ·  #6
.. mir ist gerade eingefallen, dass ich die Bremse vor den Gleichrichter besser eingebaut hätte können(Gleichrichter sind jetzt schon fest im Generator verbaut, gut verschraubt mit Thermopads an eine Alu-fläche, trotzdem habe ich Bedenken).
Wenn die AC Seite kurzgeschlossen wäre, dann ist der Magnetstartdrehmoment auch da und die Bremse ist wirkungsvoller.
Bis jetzt Gleichrichter laufen erst bei 0.6V, ab da ist der Magnetstartdrehmoment überwunden. Es hilft bei Sturm nur beten..
Oder ist es nicht?
Gruß,
SerGre
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 02.07.2016 - 20:23 Uhr  ·  #7
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 02.07.2016 - 23:01 Uhr  ·  #8
Guten Abend,
klar, dann musste ich die Rotor-Flügel ausbauen. Mach ich in den nächsten Tagen..
Gruß,
SerGre
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Re: Elektronische Windkraftbremse

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Gepostet: 04.07.2016 - 12:09 Uhr  ·  #9
Moin, moin

Die Windkraftbremse wurde auf Zuverlässigkeit praktisch getestet und die Schaltung korriegiert:



Testen der Windkraftbremse:
Zubehör:
-Wechselstromsteller: Messner MES2000S 2000W


-Wattmessgerät
-Transformator 230V Pri/160V Sec
-Gleichrichterschaltung
-Oszi
-Voltmeter

Um Windkraftbremse praktisch zu testen wird der Transformator über Wechselstromsteller angeschlossen. Am Ausgang des Trafo wird eine Sinus- Wechselspannung erzeugt, welche dem Windgenerator ähnelt. Mit dem Wechselstromsteller lassen sich die Schwellen einstellen, ab welchen Spannungswert die Stufen schalten.


Bild1: Testschaltung mit Wechselstromsteller
Die Spannung am Ausgang des Transformators wird gleichgerichtet und am Oszilloskop ergibt folgende Bild:



Bild 2: Ausgang Wechselstromsteller gleichgerichtet

Zuerst wird die Stufe 1 getestet. Wir geben am Eingang über Wechselstromsteller ab 0V bis 140V und testen auf Dauerbetrieb. Der Wattmeter zeigt bei 140V, 50 Watt Verbrauch. Der Wert ist stabil.
Ab ca. 141V 60W werden die Suppressionsdioden sehr warm. Wollte diese nicht überlasten und deshalb die Grenze auf 50W gesetzt.



Bild 3: Testschaltung mit Windkraftbremse an Oszi angeschlossen



Bild 4: Testen der Windkraftbremse
Die Spannung ist Dank der Kondensator von 10mF gut geglättet und ist eine Gleichspannung(Peaks sind fast nicht mehr zu erkennen)!
Ab 142V beginnt schaltet Stufe 2. Der Wert für den Widerstand R1 ergibt 63kOhm. Das Relais schaltet bei 142V Spannung sicher an und bei 41V sicher aus.
Dauergesamtleistung im Testbetrieb für Stufe 1+2: 282W

Im Test wurden Werte von 431W gemessen, dabei ist die Spannung auf max. 145V gestiegen.
Das sind aber kurzzeitige Belastungen. Theoretisch bis 620W möglich



Bild 5: Wattmeter mit max. registriertem Wert gedämpfter Leistung von 431W

Link zu den Bilder finden Sie hier(Schaltungen sind besser lesbar):
https://www.dropbox.com/sh/0fl…oXeya?dl=0


Alle Arbeiten wurden mit berücksichtigen der Sicherheit bzgl. VDE Norm ausgeführt. 8-) Unter Hochspannung wurde mit Sicherheitshandschuhe gearbeitet.
Hauptsache es funktioniert!
Viele Grüße,
SerGre
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