Widerstandsanpassung, gut oder schlecht Teil2

Moin und Applaus...
Bin begeistert über Auffasssung des Themas,
werde jetzt mal fleißig nachrechnen.
Habe bei meinem 24 Volt generator ca.1.24 Ohm pro Phase.
Und wieder ans rechnen..
Danke.cerco

Hallo miteinander,

@Chris,cerco,

freue mich, daß da doch jemand aus dem Forum ein positives feedback
abgibt, leider scheint es so zu sein, daß dieser Beitrag irgendwie bei
unseren Mitlesern auf Unbehagen? stößt, dabei habe ich eigentlich
versucht die Sache so einfach wie möglich zu halten.

Natürlich weiß ich auch, daß wenn man alle tatsächlichen Gegebenheiten
berücksichtigen würde (Zunehmender induktiver Widerstand bei hoher
Drehzahl, Widerstandszunahme durch Erwärmung, Wirbelstromverluste im
Eisenanteil usw.), daß man hier auf geringfügig andere Werte käme, aber
für eine simple Einschätzung einer Anpassung genügen hier die einfachen
Ohmwerte durchaus.

Da ich selbst immer mit einer gewissen Unsicherheit mit diesen Themen
umgegangen bin, sehe ich das inzwischen so, daß es eigentlich ein Muß
sein sollt, seine Anlage auch unter diesem Gesichtspunkt zu planen,
bzw. bei Fertiganlagen, zu beurteilen (man fand eigentlich auch nichts
darüber in anderen Foren (auch nicht bei otherpower), hier wurde immer
nur gesagt, Optimum für den Innenwiderstand des Generators sollte ein
Wert möglichst unter 1Ohm sein, aber immer ohne irgendeine Erklärung.))


Ganz einfach ausgedrückt wollte ich nur rüberbringen,daß wenn der
Innenwiderstand z.B. bei einem PM Motor/Generator ca.3.5 Ohm
beträgt und der Widerstand einer fast leeren Batterie 1 Ohm, daß dann
die vom Generator erzeugte Gesamtleistung von z.B. 450Watt
anteilsmäßig mit 100Watt für die Batterie und 350Watt für die
Generatorspulen aufgeteilt wird und jeder der sich mit diesen Tatsachen
anfreundet, braucht sich auch nicht zu wundern, wenn seine Batterie bei
Starkwind eben nicht mit der laut Prospekt versprochenen Max. Leistung
von 450Watt geladen wird, sondern gerade mal mit 100 Watt.

Sollte ich den Leuten die sich die Mühe gemacht haben meinen Beitrag
zu lesen, dieses irgendwie rübergebracht haben, dann bin ich schon zufrieden.

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo Ndfeb,

genau so ist es!!
Ich freue mich, daß sich doch nochmal jemand die Mühe gemacht hat, auf
diesen trockenen Stoff zu antworten.

Andererseits bin ich der Meinung daß man nur mit diesem
Hintergrundwissen einen Generator richtig planen oder beurteilen kann,
diese Sache sollte eigentlich mehr Beachtung finden.

Der Grund für die Angabe der Pmax wenn Ri =Ra stammt nicht von mir,
ich hab diese einfachen Beispiele nur zum besseren Verständnis angeführt.
(Formel aus Fachbuch entnommen und um dies zu überprüfen diese
Beispiele errechnet.)
Wenn Du die Rechenbeispiele in Teil 1kontrollierst, findest Du, und das gilt
für jeden Generator, den maximal erreichbaren Wert für die
Ausgangsleistung immer wenn Ri = Ra.
Wird Ri kleiner als Ra, dann haben wir eine bessere Verteilung der
Gesamtleistung aber nicht die erreichbare Maximalleistung für den
Verbraucher!
Natürlich ist es gut, ja sehr gut für uns, wenn der Ri nach Möglichkeit
kleiner als unser Verbraucher, denn dann geht ja anteilsmäßig mehr an
den Verbraucher. Aber der erreichbare Maximalwert für den Verbraucher
ist es nicht, Du bekommst rein rechnerisch und auch praktisch den Wert
nur wenn Ri = Ra,
deshalb die Beispiele in Anpassung Teil 1, wenn Du natürlich einen
Batterie - Gesamtwiderstand von unter einem Ohm hast, ist es sehr
schwierig den Innenwiderstand ebenfalls gleich oder gar kleiner zu
bekommen, wünschenswert wäre das natürlich
Aber wenn jemand in der Praxis einen Ri von z.B. 14,8Ohm hat und sich
mit den Gegebenheiten auskennt, so weiß er, daß er beim Batterieladen
schlechte Karten hat. Wenn er also trotzdem das Maximale rausholen will,
so muß er versuchen durch Verschalten der Verbraucher den Widerstand
Ra zu erhöhen, um in die Nähe der 14,8Ohm zu kommen.
(Eine Möglichkeit wäre hier z.B. zwei Batterien hintereinander zu schalten).

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo miteinander,

@NdFeb

Begriffen! Die Leistung an einem bestimmten Verbraucher wird
maximal wenn Ri = Ra. Dabei wird aber die gleiche Leistung wie der
Verbraucher bekommt auch noch im Generator verheizt d.h. der
Wirkungsgrad liegt bei nur gerade 50%.

Da bei schwachen winden insgesamt nur wenig Leistug zur Verfügung
steht, bin ich der Meinung der Innenwiderstand eines Geneartors sollte
auf jeden Fall so klein wie möglich sein, damit der Wirkungsgrad besser
wird.


-Das sehe ich genau so


Was ich mich dabei Frage: Könnte man nicht mit einem effizienten
Spannungswandler die Generatorkennlinie optimal an das Windrad
anpasen und dabei noch in eiem Bereich operieren, in welchem der
Generator auch einen guten Wirkungsgrad besitzt?

-Da fällt mir eine eindeutige Antwort schwer, obwohl ich elektronisch
eigentlich etwas vorbelastet sein müßte.

Es gibt zum Beispiel bestimmte step up-controller, die je nach
Leistungsangebot des Generators die bestmögliche Ausnutzung für z.B.
eine Batterieladung einregeln können sollen.

In der Praxis sieht das dann wohl so aus, daß bei Schwachwind, wenn die
Flügel nicht genügend Leistung einbringen (Also statt 14V vielleicht nur
11V an den Controller bringen), durch Hochsetzen der Spannung ein
früherer Ladebeginn erreicht wird. Meinem Verständnis nach, kann man
natürlich was die Leistung betrifft, hierbei nur verlieren.

Wenn z.B. auf Grund fehlender Leistung nach dem "cut in" also dem
Ladebeginn mit einem kleinen hochohmigen Generator die Flügel es nicht
schaffen das entstehende Gegenmoment des Generators zu überwinden
(Dieses richtet sich ja nach Anzahl, Magnetisierung, und Widerstand der
Spulenwindungen) und weil nicht genug Windkraft da ist, würden die
Flügel abstoppen und in einen "Stall ähnlichen" Zustand gehen.

Um dies zu verhindern, nimmt der Controller u.a. eine
Widerstandsanpassung vor. Er regelt also auch zusätzlichen Widerstand
hinzu, sodaß der Spannungsabfall im Generator kleiner wird und somit
auch das Gegenmoment. Jetzt kann der Generator wieder durchdrehen,
wir bekommen aber automatisch von dieser minimalen Leistung einen
bestimmten Anteil in der Widerstandszuschaltung im Controller verbraten.

An die Batterie geht also eine noch minimalere Leistung, aber immerhin,
es wird geladen. Auch auf die Gefahr hin, mich bei unseren Elektronik -
Freaks unbeliebt zu machen neige ich zu der Ansicht, daß vor allen
Dingen bei kleineren Anlagen diese Art Controller zwar immer angeboten
wird, aber meine Meinung ist halt:

Da wo kaum etwas Leistung reinkommt, kann man auch mit einem MPPT
Controller nicht mehr rausholen, sondern die Leistung wird etwas
geschmälert.

Ich bin hier der Meinung, daß eine bessere Anpassung der Flügelart,
Flügelgröße und dazu passende Ausstattung des Generators (hier wieder
wichtig der niedrige Innenwiderstand) diese o.g. Problematik
weitgehend gar nicht erst auftreten läßt. Und wenn man sich betrachtet
um welche Leistung es da geht, hier wird eine 12V Batterie dann vielleicht
im mA Bereich geladen so gehöre ich zu den Leuten, die lieber etwas
passender dimensionieren und bei Ladebeginn mit vielleicht
20W-40W aufwarten können.

Habe ich meine Anlage für meine angedachte Batterieladung richtig
dimensioniert, so brauche ich kein so tolles Regelgerät, hier genügt ein
einfacher Überlade - Schutz.

Dies ist halt meine Meinung und die muß ja nicht richtig sein.
(Völlig anderes verhält es sich natürlich bei einer Netzeinspeisung)

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo NdFeb,

wenn ich Dich richtig verstehe, so möchtest Du entweder die drei Phasen
nicht über einen Gleichrichter führen sondern erst hochtransformieren,
oder Du möchtest die Gleichspannung erst wieder zerhacken und über
eine Art z.B. Spannungsverdoppler hochsetzen, anschließend dann in
beiden Fällen wieder gleichrichten?
So wie ich das einschätze, schaffst Du aber wahrscheinlich in beiden Fällen
zusätzlichen Widerstand, verbunden mit Leistungsverlusten.

Aber um hier etwas genaueres zu sagen, müßte man eine einfache Skizze
haben von Deinem Ansinnen.

Du siehst das wahrscheinlich so, als wenn nur die Stromhöhe für
Leistungsverluste im Generator verantwortlich sind. Bei zu hohem Strom
wird zusätzlicher Widerstand durch Erwärmung der Spulen geschaffen, ev.
ist der Wicklungsquerschnitt dann zu dünn?

Ich denke aber , daß man hier aber die Höhe der Spannung ebenfalls
berücksichtigen muß. Jede der Spulen im Generator bildet ja wieder ein
eigenes elektrisch erzeugtes Magnetfeld auf, verbunden mit den
dazugehörigen Gegeninduktionsspannungen. Diese wiederum stellen ja
eine Gegenspannung zur erzeugten Spannung dar.

Will sagen, die am Verbraucher abzugreifende Leistung (P) muß ja in
jedem Fall erst im Generator erzeugt werden.

Da P = U * I ist muß in jedem Fall
entweder niedriger Strom mit hoher Spannung, oder hoher Strom mit
niedriger Spannung erzeugt werden, abhängig davon mit welchem
Widerstand Du die Leistung abgreifst. (Machst Du den Widerstand des
Verbrauchers (hier Deiner Schaltstufe) kleiner wird mehr Spannung
(Leistung) verbraten, machst Du ihn größer wird weniger Spannung oder
Leistung in den Spulen verbraucht)

Bei einer Batterie als Verbraucher wird halt auf Grund des niedrigen
Widerstandes anscheinend hauptsächlich nur der Strom erhöht, die
Spannung nur um 0,1 - 0,2V, bei einem hochohmigen Verbraucher würde
sich das aber anders verhalten.

Die zu erzeugende Gesamtleistung erhöht sich meiner Meinung nach um
die Verlustleistung der Zwischenstufe die Du dazwischen schaltest.
Wie sich die Verteilung der Leistung im Stromkreis auswirkt, um dies
zu beurteilen müßte man sich erst mal näher mit den tatsächlichen
Gegebenheiten auseinandersetzen.


Gruß
Günter
Westerwald

Hallo NdFeB,

Obwohl die Tage meiner Ausbildung lange, lange zurückliegen, und ich in
den ganzen Jahren nicht mehr viel mit der Elektronik am Hut hatte,
glaube ich doch zu wissen was Du meinst.

Wenn Du einen Gleichspannungswandler , oder DC-DC- Wandler, oder
Tiefsetzsteller oder auch einen Step-down-converter einsetzen willst,
die ja im Prinzip alle das gleiche machen denke ich, wird doch die erzeugte
höhere Spannung wie ich schon gesagt habe, durch Unterbrechen
(Zerhacken) nur für eine bestimmte Zeit durchgeschaltet.
Mit Hilfe von L-C- Gliedern oder ähnlichem wird Spannung
zwischengespeichert und in den Auschaltphasen wieder an den
Verbraucher abgegeben. Du erhältst dann doch je nach Einschaltdauer
eine zackelige Spannung deren Mittelwert jeweils unter der Höhe der
Eingangsspannung liegt.

Vielleicht zu vergleichen mit einer Puls-Weiten-Modulation, oder einer
Phasenanschnittssteuerung bei Wechselspannung.

Haben diese Abwärts-Wandler nicht nur die Eigenschaft von der
angebotenen Leistung etwas abzuschneiden? Hast Du hier nicht eine
Verlustregelung bzw. bekommt Deine Batterie hier nicht nur einen Teil der
erzeugten Leistung angeboten? So stellt sich das im Moment für mich dar.

Ich kann da eigentlich nur eine Verschlechterung der Leistungsabgabe an
die Batterie vermuten. Da bin ich mir aber auch nicht soooh sicher,
deshalb warten wir mal auf einen Beitrag von einem Mitleser der in Sachen
Elektronik besser unterwegs ist.

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo Günter

Wie ich weiter oben geschrieben habe müsste es ein effizienter Spannungswandler sein. Ich bin der Meinung mit einem gut dimensionierten Spannungswandler sind je nach leistung Wirkungsgrade >90% möglich. Das ist ja gerade der Trick bei einem DC-DC Wandler, es ist eben kein Velustregler, sondern die Energie wird mit gutem Wirkungsgrad umgeformt (z.B. von hoher Spannung KleinerStrom zu kleiner Spannung grosser Strom).
So, und mein Ansatzpunk währe jetzt, den Generator mit einer höheren Spannung zu betreiben als Ubatt, damit wird der Strom im Generator kleiner (bei Gleicher Leistung) und somit der Wirkungsgrad besser. Das heisst es steht dann mehr Leistung für die Batterie bereit. Leisutung müssste ja genug vorhanden sein, da sie ja mit der dritten Potenz zur Windgeschwindigkeit steigt. Die Leistung des Generators (an einem ohmschen Verbraucher zumindest) nimmt aber nur mit dem Quadrat zur Drehzahl zu.

Eine andere Frage: Hast Du schon Messwerte von deinem Dualrotor aus der Praxis (für Batterieladug)? Ich denke das würde Helfen das ganze etwas Besser zu verstehen.

Hallo Günter

Erlaube mir ein kleines Zahlenspiel über Dein Windrad (ganz aus meiner Sicht der Dinge).
Windraddurchmesser 4m ergibt eine überstrichene Fläche der Flügel von 12m^2
Schnellaufzahl = 8
Wirkungsgrad der Flügel (geschätzt) 40%

Bei einer Windgeschwindigkeit von 8,5 m/s ergibt das eine Drehzahl von 325 min^-1 -> das passt

Bei derselben Windgeschwidigkeit hast Du demnach an der Windradwelle (rho/2 * v^3 * Fläche * Wirkungsgrad) eine Leistung von rund 1'900 Watt zur Verfügung!
Diese Leistung wird vom Generator offenbar auch aufgenommen, denn das Windrad läuft genau mit der zugrundegelegten Schnelllaufzahl. Auf der anderen Seite kommen aber "nur" 600 Watt aus dem Generator heraus. D.h. der Generator hat nur ~30% Wirkungsgrad. Hätter der Generator 80% Wirkungsgrad hättest Du bei gleichen Bedingungen rund 1,5 kW zur Verfügung. Damit lässt sich schon ordentlich heizen. Ich bin bis anhin davon ausgegangen, dass Permanentmagnet Generatoren einen guten Wirkungsgrad besitzen. Das scheint aber nicht unbedingt der Fall zu sein. Daher kommen auch meine Überlegungen, was denn zu tun wäre um den Generatorwirkungsgrad zu verbessern.

Bitte korrigiere mich wenn meine Annahmen nicht stimmen.

Hallo Günter

Ich will dich auf keinen Fall angreifen oder irgendwie deine Leistungen schmälern. Du hast immerhin im Gegensatz zu mir schon Windräder gebaut die auch Strom produzieren und Du weisst wovon du sprichst.
...Aber....
Ich bin noch nicht bereit zu glauben, dass mit einem Dualrotor - Generator nicht mehr als 50% der mechanischen Leistung in elektrische Leistung (am Verbraucher) umgewandelt werden kann.
Wenn du z.B. hier schaust

http://www.otherpower.com/dynotest.html

dann geben die Dan's von Otherpower Wirkungsgrade von bis zu 80% beim laden von Batterien an.
Das Zahlenmaterial ist nicht sehr ausführlich aber mit der vorhandenen Beschreibung zweifle ich eigentlich nicht an diesen Resultaten.

Ich glaube auch nicht, dass ein Windrad den maximalen Wirkunsgrad nach Betz von 59,25% erreicht. Daher schätze ich den Wirkungsgrad eines guten selbstgebauten Windrades auf 40 bis 45%. Koppelt man nun dieses Windrad mit einem Generator mit Wirkungsgrad 80% so erreicht die gesamte Maschine einen Wirkungsgrad von 0.4 * 0.8 = 0.32 bis 0.45 * 0.8 = 0.36, also 32 bis 36%, was genau einer "Good Turbine" nach Mike Klemen entspricht.

Ich glaube Dein Windrad ist gut, aber Dein Generator hat noch Potential... es ist mir nur im Moment noch nicht klar wo der Unterschied liegen könnte.

Hallo zusammen,
Hallo NdFeB,
neuer Versuch, also ich wollte zuerst einmal klarstellen, daß ich auch
nicht sooh viel Erfahrung im Mühlenbau habe. Ich habe 3 Versionen
Lima-Generatoren gebaut mit zwei Paar Flügeln. Dann meinen
Dual-Rotor-Generator mit 4m Flügeln. Die otherpower Berichte verfolge
ich ca. 2 1/2 Jahre.
Ich kannte den Bericht von Dan B schon. Er ist schon älteren Datums,
wie Dan selbst sagt, ist seine Art vor allen Dingen die Eingangsleistung zu
messen, nicht so ganz aussagekräftig.

Ich bin zwar ein großer Fan der Dan`s, aber ich sehe auch, daß Ihre
Berichte doch immer ziemlich positiv ausfallen, zumal sie ja auch die
Zubehörteile für die Mühlen verkaufen.
(Ein Schelm wer Böses dabei denkt)
Fairerweise muß man aber auch bemerken, daß sie über abgerauchte
Anlagen ganz objektiv berichtet haben.

Nun zu den ev. Unterschieden die es da gibt zwischen seiner und meiner
Anlage:

- Er verwendet runde Magnete 2 X 1/2 inch mit einem Volumen an
Magnetmasse von 27590mm³

-Ich verwende Quader 2 X 1 X 1/2 mit einem Volumen von 17576mm³

-Seine Spulen haben 35Windungen mit Gauge #12, entspricht einem
Querschnitt von 3,3mm²


-Meine Spulen sind gewickelt mit 88 Windungen Gauge #17 (1mm²), da
ich zwei Stränge prallel geschlossen habe komme ich auf 44Windungen,
dies entspricht einem Querschnitt von 2mm².
Hier hat sein Stator die besseren Werte und deshalb wahrscheinlich einen
besseren Wirkungsgrad. Hier wäre für mich noch etwas zu holen.

-Der Hauptgrund für mich die Statorart anders zu bauen als die Dan`s,
sind die vielen Berichte der durchgebrannten oder verzogenen
Statorscheiben infolge Überhitzung.

-Dan legt seine Spulen immer dicht aneinander um so viel Windungen
unterzubringen wie möglich. Er hat deshalb so gut wie keinen Steg mehr
zwischen den Spulen, d.h. der Stator hat hier eine Schwachstelle an der
sich der Stator bei Erhitzung leicht verziehen kann.

-Ich habe meine Spulen deshalb in eine ausgefräste angeblich hitzefeste
Platte eingeklebt, aber nicht kpl. eingegossen (Spulenloch bleibt frei). Hier
habe ich noch richtigen Stege stehen lassen um bessere Stabilität zu
bekommen.

-Meine Magne sind ebenfalls nicht kpl. vergossen, sonder stehen ca 4mm
über den Kunstharzrand. Dieser Magnetüberstand sorgt für verwirbelte
Luft die über die Spulen streicht ähnlich einem Lüfter. ( Die Dan`s
machen es jetzt genau so, hab ich gesehen, auch meine Blechstreifen-
fassung für den Rand haben sie jetzt auch, nur etwas edler)
Man kann also nicht so ohne weiteres diese beiden Generatoren
miteinander vergleichen, seiner Schilderung nach sind seine Generatoren
immer etwas überdimensioniert,deshalb laufen seine Flügel nicht durch
(Stallbereich).

Bei mir ist es, da stimme ich Dir zu umgekehrt, mein Generator ist
wahrscheinlich unterdimensioniert. Wenn ich hier noch stärker wickeln will
geht das nur über einen größeren Stator.

Ich kann mit meiner Flügelgröße wahrscheinlich auch auf 16 Magnete,
12 Spulen gehen, aber dickere Magnete werde ich nur einsetzen können,
wenn ich die Flügel nochmal vergrößere.

Gruß
Günter
Westerwald