Spannung von Generator aufbereiten -> Bleiakkus laden

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Autor
Spannung von Generator aufbereiten -> Bleiakkus laden
Suche nach: spannung (45525) generator (3191)

    







BID = 688621

Bubu83

Schreibmaschine



Beiträge: 2824
Wohnort: Allgäu
 

  


Hallo Forum,

ich will für eine Hilfsorganisation eine Schaltung entwerfen und stehe da wie ein Ochs vor dem Berg. Es geht um ein Windrad, das einen Generator antreibt.

Momentan hab ich noch keine genauen Daten von dem Generator, weiß aber einige Eckwerte:
Leistung: ca. 500 Watt, Spannung ca. 40-120 Volt, Drehstromgenerator mit Permanentmagneten

Jetzt hab ich eine recht knifflige Aufgabe, mit diesem Generator sollen mehrere Bleiakkus geladen werden. Natürlich sollte der Wirkungsgrad möglichst hoch sein, dabei die Schaltung möglichst preiswert aufzubauen sein. Ich weiß, das widerspricht sich zum Teil, aber ich möchte den bestmöglichsten Kompromiss finden.

Mein größtes Problem ist die große Spannungsschwankung. Wie gehe ich damit am besten um??

Meine bisherigen Überlegungen (damit stehe ich noch ganz am Anfang).

1. Version:
- Spannung mittels Transformator halbieren.
- Spannung gleichrichten (DC-Zwischenkreis) und die Akkus per PWM direkt mit einer recht hohen Spannung (also gleichgerichtet max. ca. 84 Volt)laden. Einen µC oder einen OP-Verstärker verwenden um die Ladespannung bei Erreichen von 14,4 Volt abzuschalten. Den Eingang des µC (bzw. OPAMS) will ich mit einem Spannungsteiler auf die Akkuspannung legen, dazu eine Z-Diode die mir die Spannung kurzschließt, wenn keine Akkulast angeschlossen ist.

2. Version:
- selbiges wie oben, jedoch gleich ohne Trafo mit DC-Zwischenkreis anfangen und per Schaltnetzteil die Spannung halbieren. Dann weitermachen wie bei Version 1.

Diese Arbeit mache ich ehrenamtlich und in einem kleinen Projektteam. Wir sind Schüler einer Technikerschule und möchten unser Wissen für sinnvolle Dinge verwenden und damit die Hilfsorganisation unterstützen. Eine andere Steuerung haben wir schon recht erfolgreich gebaut. Aber jetzt mit dieser Aufgabe bin ich doch schon sehr gefordert.

Vielleicht kann mir hier jemand Tipps geben, ich würde mich sehr darüber freuen.


Viele Grüße
Bubu

BID = 688641

Harald73

Schreibmaschine


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Beiträge: 1016

 

  

Hi Bubu83,

bin kein Windradexperte. Meine "elektronische" Meinung + Bauchgefühl:

a)
Wenn nicht wegen der Sicherheit eine galvanische Trennung erforderlich ist, würde ich den (Niederfrequenz-)Trafo weglassen. Ist schwer, kostet Geld, macht Verluste, du brauchst bestimmt einen Sondertyp, wegen der geringen Spannung und der variablen Frequenz.

b)
Drehstrom + Gleichrichter = B6-Schaltung = wahrscheinlich lückender Phasenstrom. Ist nicht schlimm, erhöht aber der Effektivwert des Stromes bei gleicher Leistung, also mehr Verluste im Generator.

c)
Wenn du einfach aus dem Zwischenkreis die Akkus "vollknallst" läuft der Generator vielleicht nicht mit der Drehzahl, die den höchsten Energieertrag beim derzeitigen Wind liefert. Die (dem Zwischenkreis entnommenen) Ladeleistung sollte an die aktuelle Drehzahl angepasst werden ->MPP-Tracker.

d)
Bei deiner Variante 2 hättest du zwei Schaltnetzteile nötig, eins für die Halbierung, eines für 28...84V-> 14.4V. Ein optimiertes zweistufiges Konzept kann sinnvoll sein (z.B. erste Stufe macht MPP, zweite Stufe macht die Anpassung an die Last), ist aber viel Aufwand.

e)
Wenn die Spannung etwas höher wäre und b) und c) nicht wären (oder dir egal ist) könnte man Drehstromgleichrichter und ein normales Akkuladegerät mit Weitbereichseingang (85-264V) nehmen. Vielleicht eignet sich das aber auch schon jetzt als Ausgangspunkt.

f)
Schaltung (Stern / Dreieck / festverschaltet oder am Klemmbrett auftrennbar) und Frequenzbereich des Generators klären!

Ende "mein Senf"

Gruß
Harald


_________________
*..da waren sie wieder, meine 3 Probleme: 1)keiner 2)versteht 3)mich
* Immer die gültigen Vorschriften beachten und sich keinesfalls auf meine Aussagen verlassen!

BID = 688642

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Spannung mittels Transformator halbieren.
Fragt sich ob das überhaupt machbar ist, oder ob in diesem "Drehstrom"generator, genau wie beim Auto, die Dioden schon eingebaut sind.

Ich könnte mir vorstellen, dass es möglich ist die Spannung zu verrdoppeln (mit oder ohne Trafo) um dann mit der hohen Spannung ein oder mehrere für 14V modifizierte PC-Netzteile zu betreiben.

BID = 688658

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Hier gab es schon mehrfach Fragen zu Windgeneratoren,
und dazu recht kompetent anmutende Antworten.
Unter anderem erinnere ich mich an spezielle
Schaltungen und Akkus, die das Problem lösen,
daß der Generator nie leer laufen darf.
Also mal abwarten, ob sich jemand von der Zunft meldet.
Georg

_________________
Dimmen ist für die Dummen

BID = 688660

Ltof

Inventar



Beiträge: 9334
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Bubu83 hat am  7 Mai 2010 14:04 geschrieben :

...ca. 500 Watt, Spannung ca. 40-120 Volt...

Leerlaufspannung oder Nennspannung? Woher kommen diese Werte? Wie gemessen? Welchen Innenwiderstand hat die Generatorwicklung? Schon mal getestet, den Generator mit Gleichrichtung direkt an den Akku zu klemmen?

Von irgendwelchen PWM- und Reglergeschichten würde ich absehen.

Im ungünstigsten Falle hättest Du nämlich bei Sturm einen vollen Akku und ein unbelastetes Windrad. Besser, Du vernichtest überschüssige Leistung mit einem Shunt-Regler. 500 Watt bzw. bei Sturm vielleicht auch mehr, sind ja noch einigermaßen beherrschbar.

Anders ist das, wenn das Windrad eine Drehzahlbegrenzung über den Stall-Effekt hat. Ich würde es trotzdem nicht leer laufen lassen. Das bringt nur unnötigen Verschleiß.

Gruß,
Ltof

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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

BID = 688693

Bubu83

Schreibmaschine



Beiträge: 2824
Wohnort: Allgäu

Danke für die vielen Beiträge. Ich hab einige Angaben wohl vergessen. Das Windrad hat 5,30 Meter Rotor-Durchmesser und treibt noch eine Pumpe an (bis ca. 4 kW). Der Generator wird nur zusätzlich betrieben. Auf dem Land haben die Menschen keinen Strom und wollen damit ihre Autobatterien laden können um abends Licht bzw. Radio zu haben.
Ein genaues Datenblatt vom Generator bekomme ich noch. Die Idee mit den Computernetzteilen klingt schon mal recht gut, weil es dann wenig Arbeit wäre und doch relativ günstig zu machen. Wie verhält sich ein PC-Netzteil bei Kurzschluss (ganz leerer Akku)??

Ich versuch auf jeden Fall möglichst bald ein Datenblatt von diesem Generator zu bekommen.

Viele Grüße
Bubu

BID = 688715

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Wie verhält sich ein PC-Netzteil bei Kurzschluss (ganz leerer Akku)??
Ein ganz leerer Akku ist relativ hochohmig, das wäre nicht das Problem.
Problematisch kann die gute Spannungsstabilität dieser Netzteile sein, welche ja gleichbedeutend mit einem niedrigen Innenwiderstand ist.
Deshalb würden insbesondere bei einem teilentladenen Akku hohe Ströme fliessen, die zur Überstromabschaltung führen. Das Netzteil fährt dann nach einigen zehntel Sekunden automatisch wieder an, um sogleich wieder abzuschalten. Ein vernünftiger Ladestrom kommt so natürlich nicht zustande.
Deshalb wird man noch ein strombegrenzendes Element, lange Leitungen (oder H4-Autolampe) oder besser eine strombegrenzende Schaltung, in die Ausgangsleitung legen müssen.
Eine Transistorschaltung wird dort sowieso nötig sein, damit das Netzteil nicht zerstört wird, falls jemand seine Autobatterie falschrum anschliesst. Ich habe das auch schon geschafft.
Dann kann man die auch gleich als Konstantstromschaltung auslegen.

Zur Versorgung solcher Netzteile:
Die PC-Netzteile, die Pollin für 3,95 verkauft, sind wegen fehlender PFC prinzipiell hierzulande nicht mehr geschäftsfähig und deshalb so billig. Für dich spielt das aber keine Rolle.
Eingangsseitig kommt dort als erstes ein Brückengleichrichter, und dann zwei hintereinandergeschaltete Siebelkos mit je 200V Nennspannung. Das ist die Schaltung für 230V-Betrieb und man kann da prinzipell auch mit Gleichspannung hineingehen.
Wenn man die Netzteile auf 115V umschaltet, wird lediglich noch ein Pol der Netzspannung mit dem Mittelpunkt der beiden Elkos verbunden. Dadurch verwandelt sich die Schaltung in einen Spannungsverdoppler und dem Schaltnetzteil steht praktisch eine gleich hohe Spannung wie bei 230V-Betrieb zur Verfügung.
Dann muß man aber mit Wechselspannung hineingehen, sonst klappt die Spannungsverdopplung nicht.

Die neueren Netzteile mit PFC arbeiten anders:
Dort gibt es keinen größeren Elko am Eingang, sondern nur einen Gleichrichter. Deshalb gibt es dort auch nicht diese Spannungsverdopplerschaltung.
Die ungesiebte Gleichspannung vom Brückengleichrichter wird einem Spannungswandler zugeführt, der eingangsseitig ein nahezu ohm'sches Verhalten zeigt und ausgangsseitig den großen Siebelko im Zwischenkreis auf etwa 400V auflädt.
Diese erste Wandler hat schon eine aufwändige Steuerung, damit er einerseits den Zwischenkreiskondensator dauern "voll" hält, ihn aber nicht überladet, und ausserdem die Stromaufnahme aus dem Netz sinusförmig gestaltet.
Mit dieser nur wenig welligen Zwischenkreisspannung wird dann der stabilisierende Wandler für die Ausgangsspannungen betrieben.

Diese Netzteile sollten auch mit Gleichspannung funktionieren, aber falls dein Windgenerator Wechselstrom liefert, habe ich wegen der der stark schwankenden Frequenz Bedenken, dass die Ladeschaltung für den Zwischenkreis überfordert ist.

BID = 688839

Verlöter

Schreibmaschine



Beiträge: 1658
Wohnort: Frankfurt am Main

Wenn Autobatterien geladen werden sollen wäre doch eine Autolichtmaschine als Generator das Einfachste und Billigste. Gibts vom Schrottplatz fast geschenkt. Wenn nötig könnte man ja auch 2 nehmen wenn viel Wind ist, wäre wahrscheinlich besser als eine große, die würde bei wenig Wind wohl weniger Leistung bringen wie eine kleine. Ist Dir der Wirkungsgrad davon zu schlecht? Leider braucht eine Lichtmaschine eine Teil ihrer abgegebenen Leistung um den Rotor zur Erregung mit Strom zu versorgen.

BID = 688842

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Leider braucht eine Lichtmaschine eine Teil ihrer abgegebenen Leistung um den Rotor zur Erregung mit Strom zu versorgen
Viel mehr braucht wahrscheinlich der Keilriemenantrieb.

BID = 688843

Ltof

Inventar



Beiträge: 9334
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Verlöter hat am  8 Mai 2010 15:16 geschrieben :

...eine Autolichtmaschine als Generator das Einfachste und Billigste...

Naja, einfach ist was anderes. Das Windrad - immerhin 5,3 m - wird bei wenig Wind eine sehr niedrige Drehzahl haben. Da muss eine Übersetzung ran, die der Lima erst mal ihre Ladebeginndrehzahl verschafft. Das bringt so viel Reibung, dass das Windrad schlecht anlaufen wird. Also keine gute Idee.

Es kann durchaus sein, dass der angedachte Generator bei niedrigen Drehzahlen ganz gut zum Akku passt und die Spannung gar nicht angepasst werden muss. Christian Kuhtz hat in seiner Windrad-Reihe einen Langsamläufer vorgestellt, in dem er einen permanenterregten Waschmaschinen-Motor als Generator missbraucht. Die eigentliche Nennspannung des Motors ist 230 V/DC. Das geht auch zum Laden von 12-Volt-Akkus. Man darf dann nur nicht die volle Nennleistung erwarten! Dafür funktioniert es eben auch bei wenig Wind schon.

Gruß,
Ltof

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(Hanlon’s Razor)

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am  8 Mai 2010 15:32 ]

BID = 688908

dl2jas

Inventar



Beiträge: 9914
Wohnort: Kreis Siegburg
Zur Homepage von dl2jas

Kurz was zum umgebauten PC-Netzteil:
http://www.dl2jas.com/selbstbau/netzteil/netzteil.html

So ein Ding nehme ich zum Laden meiner Akkus. Als Strombegrenzung habe ich eine H4-Lampe eingebaut. Am Leuchten/Glimmen der Lampe kann man grob den Ladezustand des Akkus erkennen. Akku verpolen habe ich noch nicht ausprobiert. Schlimmstenfalls brennt die Lampe durch. H4 kann man vom Schrott nehmen. Es reicht ja, wenn der Faden vom Abblendlicht durch ist und der vom Fernlicht noch funktioniert.

DL2JAS

_________________
mir haben lehrer den unterschied zwischen groß und kleinschreibung und die bedeutung der interpunktion zb punkt und komma beigebracht die das lesen eines textes gerade wenn er komplizierter ist und mehrere verschachtelungen enthält wesentlich erleichtert

BID = 688924

888

Stammposter



Beiträge: 378
Wohnort: dreieich

Hallo Bubu83 ,

schau mal hier rein: http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/cf3/index.php .

Da sind die Experten für Windkraftanlagen.

MfG
888

[ Diese Nachricht wurde geändert von: 888 am  8 Mai 2010 20:31 ]


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