Widerstandsanpassung, gut oder schlecht Teil2

Hallo zusammen

Diese Diskussion ist ja erfreulich angeregt!
Ich habe ein höchst interessantes Papier gefunden genau zu diesem Thema:
www.otherpower.com/images/scimages/7427/MAXIMUM_POWER_POINT_TRACKER_FOR_SMALL_WIND_TURBINES.pdf

Darin ist genau so ein Wandler beschrieben und das Tolle daran ist, dass der Wandler mit nur einem einzigen Leistungshalbleiter auskommt. Es stellt sich allerdings noch die Frage nach der genauen Dimensionierung vor allem der Induktivitäten.
Der Wandler stellt die Spannung am Generator so ein, dass der Generator immer mit möglichst hoher Spannung betrieben werden kann. Dadurch wird der Strom durch den Generator kleiner und der Wirkungsgrad besser.

Gruss

Guten Morgen

@Günter



Dieser Wandler sorgt nur für die möglichst optimale ausnutzung des Generators (wie das mit einem einzigen Leistungsschalter für drei Phasen möglich ist, ist mir auch noch nicht ganz klar). Das heisst es wird immer möglichst viel von der angebotenen mechanischen Leistung in elektrische Energie gewandelt und die elektrische Energie dann so umgeformt, dass der Generator immer im optimalen bereich arbeiten kann.
Der Wandler verfügt über keinerlei Batterimanagement! Das ganze "Was ist zu tun wenn die Batterie voll ist" muss noch separat behandelt werden. Dieser Wandler wird die Leistung nie abschalten, er wird immer versuchen so viel wie möglich zu liefern.

Gruss

Hallo

Also, es ist so: Der in dem oben genannten Papier votgestellte Regler ist als MPPT ausgelegt. MPPT (Maximum Power Point Tracker) bedeutet, es wird immer der Arbeitspunkt mit der maximalen Leistung gesucht. Im vorliegenden Fall passiert dies mit einer Tabelle in welcher die Generatorkennlinie gespeichert ist (Figure 8 ). Der Controller misst einerseits die Drehzahl des Generators (Frequenzmessung vor dem Gleichrichter) und den Strom und die Spannung von einer Phase. Mit der Frequenz wird durch die Tabelle die theoretische Leistung bestimmt, welche der Generator in der lage wäre abzugeben. Mit der Strom- und Spannungsmessung wird die effektiv vom Generator abgegebene Leistung ermittelt. Die beiden Leistungen werden miteinander verglichen und der PI (Proportional - Integral) Regler steuert den PWM-Ausgang so, dass schlussendlich immer die der Drehzahl entsprechende Leistung dem Generator entnommen wird.

Also ich bin begeistert....

In Figrure 12 ist zu sehen, dass der Regler kein Batteriemanagement hat. Dieses wird von einem separaten Laderegler erledigt. Bei der beschriebenen Batteriekapazität von 240 Ah wird die Batterie kaum so schnell voll sein.




Genau so ist es. Der grosse Vorteil daran ist, besonders bei höheren Leistungen, dass der Generator mit konstantem Wirkungsgrad betrieben werden kann, und sich damit viel weniger erwärmt als bei der üblichen Anordnung mit Gleichrichter und Batterie. Weiter wird in dem Papier beschrieben, dass der Phasenstrom der Phsenspannung folgt (cosphi nahe bei 1, ähnlich wie eine rein ohmsche Last). Dies wiederum verringert die Blindströme, was wiederum zu weniger Erwärmung führt.

Also ich bin begeistert..

Hallo zusammen,
@ Alfred
Tja mir gehts ja auch so, ich bin schon so lange raus aus der Materie,
aber ich versuche immer mich da wieder einzuarbeiten.

(Übrigends Danke für die Schaltung, ist bereits abgeheftet, meine Anfrage
bezog sich aber hauptsächlich auf Deinen angesprochenen
Hochspannungstransformator in Deinem vorletzten Beitrag, da habe ich
nämlich meine Wissenslücke. Aber Danke trotzdem.)


@ NdFeB
Ich habe auch inzwischen versucht mich so genau wie möglich einzulesen,
mir fehlt da aber anscheinend einiges Wissen.
Da Dir anscheinend der Teil PFC (Power factor correction) ein Begriff ist,


Capacitors C1 are placed between input inductors and PMSG
terminals creating a low-impedance path for high frequency currents, and
only the fundamental component (ia), in same frequency and phase of
voltage, flows on PMSG stator.

Ist das so zu verstehen, daß die C1 "bulky" Kondensatoren, die ja im
Gegensatz zu den Generatorspulen niedrigen Wechselstrom-Widerstand
bei hohen Frequenzen haben, die Verluste die durch Gegeninduktion?bei
hoher Frequenz in den Spulen entstehen auszugleichen?

Für mich läßt sich an Hand der harmonic waveforms in figure 3a und
der disharmonic waveforms in Bild 3b nicht erkennen, weshalb die
verzerrten Kurven nun bessere Ergebnisse bringen sollen.
Etwas anderes ist es, daß die Stromkurve hier nur peakweise mit gleicher
Frequenz und Phase durchgelassen wird (figure 6 ia - ia`) aber dies sind
für mich zwei paar Schuhe.
Ein Wort muß ich noch verlieren zu dem Maximum Point. Generell ist es
ja so, daß der controller nur dass umsetzt, was ihm vom Programm
vorgeschrieben wird. Man kann also für unterschiedliche Generatoren
unterschiedliche Leistungskurven mit unterschiedlichen Grenzwerten
bestimmen.
Wenn unter Max. Point immer der Höchstwert angestrebt wird, bedeutet
dies doch auch noch für einen 400Watt Generator (mit dessen Werten die
Artikelverfasser gearbeitet haben) daß bei entsprechendem Wind und
max. Leistung von 400Watt die 12VBatterie mit ca. 30A geladen würden.
Solange dieser MPPT für kleinere Generatoren eingesetzt wird, ist dieser
Wert nicht oft zu erwarten, aber bei einem leistungstärkeren größeren
Modell wird dies vor allem in Küstennähe ziemlich regelmäßig der Fall sein.

Hier würde 30A oder mehr Dauerladung zu einer Beschädigung der
Batterien führen. Hier müßte meines Erachtens der Max. Point für den
oberen Leistungsbereich so gewählt werden, wie die Batteriekapazität es
vernünftig erfordert. (10% der Batteriekapazität als Dauerladung)
Dies wäre doch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Leistung, aber vernünftig?

Hier meine ich nicht den Überladeschutz gegen zu hohe Spannung!

Ich schätze den Sinn dieses Wandlers eigentlich nur so ein, daß er, wenn
die Anforderung der Batterie höher sein sollte als die Leistung der Flügel,
die Anforderung der Batterie reduziert auf das Maß der eingebrachten
Flügelleistung. Ist die Flügelleistung hoch, wird die max. mögliche
Leistung durchgelassen in Form von Impulsen, und zwar die gesamte
Leistung über den in Reihe liegenden Kondensator C2.


Deshalb nach wie vor meine Meinung, daß hier der Wirkungsgrad
zwischen Eingangsleistung und Ausgangsleistung im unteren Drehzahl
bereich verbessert wird, aber im oberen Bereich wird die mögliche
Ausgangsleistung beschnitten, hier wird für mich kein Wirkungsgrad
verbessert oder optimiert. Dies ist zumindest meine Meinung und die muß
ja nicht richtig sein.
Ich denke daß dieser Regler speziell für kleinere Mühlen gedacht ist.
Es wäre nett, wenn sich unsere ja vorhandenen electronic- Spezis sich
hierzu mal äußern könnten!


Gruß
Günter
Westerwald

Hallo

Nur ganz kurz
Für die Grundlagen wie die verschiedenen Stromwandler funktionieren sei hier folgender Link empfohlen:
http://www.ipes.ethz.ch/ipes/d_index.html

Von besonderem Interesse dabei die Schaltung der einphasigen Leistungsfaktorkorrektur (PFC)

Gruss

Hallo zusammen,
@ Alfred,
Nein, überhaupt nicht. Ich hatte bereits eine mail fertig, mußte mich aber
wieder neu einloggen danach war mein Nachrichtentext verschwunden.

Habe mich inzwischen schlau gemacht und eine Fülle an Information
im Netz über PFC gefunden!
Deiner Beschreibung der Funktion stimme ich voll und ganz bei,
bei mir hakte es bei der Beschreibung der PFC Funktion.
Wenn mir jemand gesagt hätte, daß dies ja im Prinzip so etwas ist wie
Ausgleich der Phasenverschiebung zwischen Spg. und Strom früher auch
mir untergekommen unter der Bezeichnung Blindleistungskompensation...
Meine Englischkenntnisse sind auch nicht mehr die besten, bei
wikipedia war ich wie von Dir vorgeschlagen schon gelandet.

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo zusammen,

vielleicht bringt die Diskussion über diesen MPPT controller ja doch noch
etwas für uns. Im Allgemeinen bin ich der Meinung, daß diese Art von
controllern eher für kleinere Anlagen gedacht ist, wenn ich versuchen
möchte bei Schwachwind das Maximum herauszuholen.

Folgendes hat mich aber nachdenklich gemacht:

Da wir unseren Strom ja nicht aus Batterie oder Netz beziehen, sondern
drehzahlabhängig und somit mit ständig wechselnder Frequenz durch
unsere Spulen, haben wir im Prinzip hier ja auch unsere Induktionsspulen
die für eine Phasenverschiebung von Strom zu Spannung sorgen.

Das heißt, auch ohne irgendeinen schnellen nachgeschalteten Schalter
oder Wandler(der dieses Problem auf Grund der wesentlich höheren
Schaltfrequenz verstärkt) haben wir einen Leistungsverlust durch die
Spulen die ja für den Stromkreis eine Induktivität darstellen.

Vor allem bei höheren Drehzahlen und Spulen mit vielen Windungen
(Also meist kleineren Generatoren, die schon bei niedriger Drehzahl hohe
Spannung erzeugen!) wird diese Induktion und somit die Verlustleistung
des Generators verstärkt. Ausschlaggebend ist die Höhe der Frequenz.


Da in einer Spule der Strom der Spannung nachläuft, und in einem
Kondensator (Kapazität)genau umgekehrt der Strom der Spannung
vorauseilt, wenn also beide in einem Stromkreis nacheinander installiert
sind und Spule und Kondensator genau aufeinander abgepasst sind,
wird die Phasenverschiebung weitgehend aufgehoben (Kompensiert).

Genau dies wird in einfachster Form mit einer passiven (PFC) Leistungs-
Faktor- Korrektur gemacht. (Passiv weil keine aktive Steuerung mit
Vergleichsmessung (microcontroller) für die Anpasssung sorgt. Dies wird
in der zuvor besprochenen Schaltung gemacht)

Meine momentane Einschätzung ist so, daß ich davon ausgehe, daß das
auch für unsere kleineren Anlagen eine Verbesserung des Wirkungsgrades
bringen kann.
Vor allem in hohem Drehzahlbereich durch diese Kompensation mit
Kondensatoren zwischen Phasenleitung und Masse, vor dem Gleichrichter
installiert.
Die Berechnungen der Spulenwerte und dazugehörigren
Kondensatorwerte ist hier dann von Nöten.

Was meint Ihr zu diesem Gedankengang?

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo zusammen

Der im pdf beschriebene Maximum Power Point Tracker for small Wind Turbines ist ja eigentlich nichts anderes als ein SEPIC Converter.
http://de.wikipedia.org/wiki/SEPIC

Das heisst die Haupraufgabe dieses Konverters ist die Spannungsanpassung zwischen Generator und Batterie. Dass dabei im diskontinuierlichen Betrieb des SEPIC der Strom phasengleich mit der Spannung verläuft (Leistungsfaktor =1) ist an sich nur ein netter Nebeneffekt. Er hilft aber auch den Generator kühl zu halten.

Wie so ein SEPIC ausgelegt wird (als reiner DC - DC Wandler) ist hier Beschrieben: http://www.national.com/an/AN/AN-1484.pdf
Eine interessante Seite über Schaltregler inkl. Bauteilkunde findet sich hier:
http://www.sprut.de/electronic/switch/index.htm
Wer traut sich an die Planung?

@Alfred:
Was hast Du denn für Regler und was hast Du daran umgebaut?

Gruss

Hallo zusammen,
@ NdFeB,
Informative Seiten, vor allem die letzte (Für mich verständlich
geschrieben), ich habs nicht so mit Integral... und Differenz(t)ial...

Da muß ich mich auf meine alten Tage noch mal so wieder einarbeiten,
wenn ich mir so überlege, welchen Stoff wir auf dem ersten Elektronik-
Techniker Lehrgang der in NRW stattfand damals beackerten,
Lochsstreifen, Magnetkernspeicher usw. die normalen Dioden waren bald
so dick wie die heutigen Leistungsdioden

@ Alfred
Tscha, mir scheint da ist wohl nicht so viel ohne aufwendige
Elektroniksteuerung zu machen. (Kompensation).
Ich hatte gehofft, daß man zu mindest einen Bereich der höheren
Drehzahl (Frequenz) damit abdecken könnte, so 10Hertz bis 30Hertz.
entspricht 100 -300 U/min. (20 bis 30Hertz würden ja auch genügen.)
Aber ich versuch mich da gerade noch schlau zu machen.

Da es ja heutzutage Pflicht wird, auch einfache Netzteile usw. mit dieser
PFC Geschichte auszustatten, wie wird den das gemacht mit der
Umschaltung von 50Hertz auf 60Hertz, da wird doch auch nur die
Spannung umgeschaltet, oder wird hier auch die Frequenz abgefragt und
gegebenenfalls Kapazität und Induktivität angepasst?

Gruß
Günter
Westerwald

Hallo
Möchte mit meinem Senf etwas würzen.
@Günter
Bei den Netzteilen ist die Schaltung je nach Verwendungszweck unterschiedlich, aber meist folgend:
Die Versorgungsspannung kann zwischen 80 und 260 Volt wechsel differieren, sie wird gleichgerichtet und auf einen fetten Elko gelegt. Von diesem Block liegt die Primär-Spule eines HF Trafos in Serie mit einem Leistungstransistor gegen Masse. Ein IC schaltet jetzt entsprechend der entnommenen Last den Transistor länger oder kürzer durch und lädt somit den Trafo individuell magnetisch auf. Die Last wird sekundär ausgekoppelt und gleichgerichtet. Zusätzlich wird eine Sekundärwicklung angebracht, die über einen Optokoppler die Höhe der sekundär-Ausgangsspannung (und somit die jeweilige Leistungsentnahme) an den Steuer IC zurückleitet. Der Steuer IC ändert also analog der Leistungsentnahme die Pulsbreite. Im Stand bye Betrieb liegen nur noch sog. Nadelimpulse am Transistor an. Somit funktioniert der Netzteil hinsichtlich der Versorgungsspannung und der Frequnz in einem grossen Bereich.
Die neueren PFC wie in dem oberen Link angegeben dürften nicht uninteressant werden, da schlummert noch Potential. Mein PC Netzteil hat noch einen saftigen Lüfter ops:
LG Alfred