Работа генератора на зарядку АКБ

[an.ker]

Сообщение от BenGunn

при увеличении оборотов полезная мощность растет линейно, а потери квадратично. Поэтому, при увеличении оборотов КПД генератора падает.

Не буду долго опичывать физические причины, однако вышенаписанное "немного не так":

напряжение в начальной части характеристики синхронного генератора (СГ) растет почти линейно, а мощность пропорциональна квадрату напряжения.

Сообщение от BenGunn

Теперь рассмотрим такую важную вещь, как сопротивление обмоток генератора. Обычно, при расчетах намотки генератора, уделяют внимание получению Uxx при некоторых оборотах, а на сопротивление генератора, которое при этом получается, особого внимания не обращают. А как оказывается, зря.
Для примера рассмотрим генератор из 4АМА100S4, который сделал Сергей. Данные брал из сообщения
http://www.windpower-russia.ru/forum...&postcount=108
Сделал две таблички расчета, первая для звезды, вторая для трех мостов.
При звезде Uxx больше в 1,7 раза, а сопротивление больше в 3 раза.
На удивление получилось очень хорошо согласовать генератор с винтом, но не это главное. Хотя при подключении звездой напряжение больше, но из-за большого сопротивление генератора КПД оставляет желать лучшего.

Максимум КПД достигается при сопротивлении генератора равном сопротивлении нагрузки** , однако максимум отдаваемой мощности находится в другой точке. Вот и оптимизируйте для разных случаев что вам важнее максимум КПД или макимум мощности.
В ряде случает сознательно выбирают макимум мощности в нагрузке, а не КПД.

**Кстати о постоянном сопротивлении такой нагрузки как АКБ говорить не приходится. В случае потребителя переменного тока имеем ввиду не только активное сопротивление, но и его комплексную часть.

Сообщение от BenGunn

При подключении же в виде трех мостов, напряжение меньше, но из-за меньшего сопротивления генератора соответствующий зарядный ток мы получаем при меньшем Uxx.
В итоге во втором случае, туже полезную мощность мы получаем при большем КПД, что приводи к уменьшению необходимой механической мощности. Это позволяет взять винт меньшего диаметра. При той же быстроходности этот винт дает большие обороты.
В результате для получения 450Вт полезной мощности при 8м/с, в первом случаи нам требуется винт диаметром 3,25м, а во втором 2,7м.

Единственное преимущество большого винта в том, что зарядка АКБ начинается раньше, чем у маленького.

Если это преимущество единственное - проще считать, что его нет, тк можнот без затей применить дешевый импульсный DC/DC для автоматического преобразования уровня напряжения и зарядка АКБ будет происходить тогда, когда нужно вам.
Согласитесь, что заменить винт или регулировать его аэродинамические свойства (например для вертолета динамическое регулирование угла атаки лопасти в зависимости от ее положения ) намного затратнее, сложнее и опаснее, чем управлять неподвижным электронным инвертором :-)

Таким образом, уменьшив внутренне сопротивление генератора, мы получили туже мощность, но при меньшем диаметре винта.
Конечно, в своих рассуждениях, я немного упростил ситуацию. В реальности сопротивление АКБ будет уменьшаться при увеличении зарядного тока.

Пусть винт работает в режиме обеспечения номинальной скорости вращения генератора, а все остальные регулировки возложить на электронику и электрические преобразователи.

А при достижении некоторого напряжение, АКБ начнет кипеть

как уже писал выше, можно регулировать напряжение преобразователем DC/DC, попутно можно учитывать температуру электролита и всегда подавать нужное напряжение не допуская кипения.

[BenGunn]

an.ker, мне кажется, кроме первого сообщения вы в этой теме ничего не читали. Мы как раз обсуждаем, как сделать умный DC-DC преобразователь.

Сообщение от Илья МГУ

Я бы вообще токи не мерил.
Ток от ШИМа к аккумулятору и нагрузке можно не мерить а вычислять. Данных достаточно: напряжение на накопительном кондёре перед ШИМ, частота и скважность импульсов.

Илья, можешь написать, как вычислить мощность?

Сообщение от Илья МГУ

Балластом пусть тоже управляет МК, тогда и ток на балласте проще вычислять.

Я тоже предполагаю, что балластом будет рулить МК, через отдельный ключ.

Сообщение от Илья МГУ

Ток нагрузки.. может и интересно его знать, но пока не понимаю, зачем.

Ток на нагрузке нужен, что бы определить ток на АКБ. У нас может быть две ситуации
1) Мощность генератора превышает, потребляемую нагрузкой мощность, тогда ток от генератора идет на АКБ и на нагрузку.
2) Мощность генератора меньше, потребляемой нагрузкой мощности, тогда ток от генератора идет на нагрузку, а нехватку компенсируют АКБ.
Вычитая из силы тока идущего от контроллера силу тока идущего на нагрузку, мы определим заряжается АКБ или нет и каким током.

Сообщение от Илья МГУ

скорости ветра

Скорость ветра “в топку”, достаточно оборотов.

Сообщение от roman8301

Ваш девайс будет не доступен 90% занимающимся здесь и рядом на форумах людям, а если купить такой то будет стоить 300 баксов

Откуда такая цена?
У меня пока получается
МК 10$ = 300р
Питание МК
http://www.ebay.com/itm/New-LM2577-L...item484ba64edc
6$ = 180р
Датчики тока (пока самая дорогая часть) 3*430 = 1290р
Для измерения напряжение надо будет собрать обычный делитель, так что он будет стоить копейки.
Получилось 1770р = 60$
Ещё нужны ключи, дроссель, конденсаторы и схема для измерения оборотов, но они явно будут стоить меньше 250$.
Вообще не вижу смысл пока обсуждать стоимость. Сначала нужно сделать готовое устройство, а потом уже решать нужно оно за такую стоимость или нет.

Сообщение от roman8301

600 баксов проще на ебее 200 штук элементов пельтье купить и повесить их на батарею ( отопление есть у всех) и грести круглосуточно 300-400 ватт и не парится, а летом нагревательный коллектор на крышу выкинуть на пару кватт и зачем тогда нужен этот ветряк?

А можно ссылку на эти чудо элементы, а то максимум, что я видел на пельтье - это зарядники для телефонов, которые работают от костра.

Добавлено через 9 минут

Сообщение от Илья МГУ

А каким образом?

Я предлагаю такой способ определения мощности, которую надо снять с винта.
Определяем обороты генератора, возводим их в куб и умножаем на константу. В подборе константы и будет заключаться настройка контроллера на конкретный ветряк. Тогда мощность генератора будет кубически зависеть от оборотов, что нам и требуется.
http://www.windpower-russia.ru/forum...3&d=1360489801
Это будет работать так.
Смотрим рисунок. Например, скорость ветра равна V4, а обороты генератора равны omega_n. При этом потребляемая мощность больше мощности винта. Винт начинает тормозить и мы попадаем в точку “Maximum Power Point”. В этой точке мощность винта равна мощности потребляемой генератором, поэтому обороты стабилизируются.

[an.ker]

Сообщение от BenGunn

an.ker, мне кажется, кроме первого сообщения вы в этой теме ничего не читали. Мы как раз обсуждаем, как сделать умный DC-DC преобразователь.


Илья, можешь написать, как вычислить мощность?

Не хотите ли для достижения цели быть взять недорогой готовый преобразователь, например у Meanwell большой выбор входных-выходных напряжений, типов тока DC или AC или DC+AC, мощностей.
Есть специализированные контроллеры зарядки АКБ
http://www.meanwell.com/Russian/Mean...s.html#charger

Сообщение от BenGunn

Я тоже предполагаю, что балластом будет рулить МК, через отдельный ключ.


Ток на нагрузке нужен, что бы определить ток на АКБ. У нас может быть две ситуации
1) Мощность генератора превышает, потребляемую нагрузкой мощность, тогда ток от генератора идет на АКБ и на нагрузку.
2) Мощность генератора меньше, потребляемой нагрузкой мощности, тогда ток от генератора идет на нагрузку, а нехватку компенсируют АКБ.
Вычитая из силы тока идущего от контроллера силу тока идущего на нагрузку, мы определим заряжается АКБ или нет и каким током.

эти стандартные задачи уже решены серийно

Общее название online-ups с двойным преобразованием энергии.
Сначала из сети (ветрогенератора) в аккумулятор, а из него в нагрузку DC или AC.

Сообщение от BenGunn

Вообще не вижу смысл пока обсуждать стоимость. Сначала нужно сделать готовое устройство, а потом уже решать нужно оно за такую стоимость или нет.

готовые чем-то не устраивают или их не рассматривали?

Сообщение от BenGunn

А можно ссылку на эти чудо элементы, а то максимум, что я видел на пельтье - это зарядники для телефонов, которые работают от костра.

чудес не бывает, от таких преобразователей отдача низкая

Сообщение от BenGunn

Я предлагаю такой способ определения мощности, которую надо снять с винта.
Определяем обороты генератора, возводим их в куб и умножаем на константу. В подборе константы и будет заключаться настройка контроллера на конкретный ветряк. Тогда мощность генератора будет кубически зависеть от оборотов, что нам и требуется.
http://www.windpower-russia.ru/forum...3&d=1360489801

исходя из чего такая зависимость?
предлагаю другую стратегию - поддержание номинальных оборотов винта в некотором допустимом диапазоне, а мощность уже как получится.

Сообщение от BenGunn

Это будет работать так.
Смотрим рисунок. Например, скорость ветра равна V4, а обороты генератора равны omega_n. При этом потребляемая мощность больше мощности винта. Винт начинает тормозить и мы попадаем в точку “Maximum Power Point”. В этой точке мощность винта равна мощности потребляемой генератором, поэтому обороты стабилизируются

винт имеет маленькую массу и как маховик, запасающий кинетическую энергию не интересен.
Если специально не настроить коэффициенты регулирования, то система будет работать в колебательном режиме, а это губительно для механики и особо для лопастей.
Если частота колебаний совпадет с резонансной частотой конструкции, система пойдет вразнос - разрушится.

По сути дела - нужен контроллер заряда, умеющий понижать потребляемую от генератора мощность в зависимости от скорости вращения, остальное второстепенно.

[BenGunn]

Сообщение от an.ker

Не хотите ли для достижения цели быть взять недорогой готовый преобразователь, например у Meanwell большой выбор входных-выходных напряжений, типов тока DC или AC или DC+AC, мощностей.
Есть специализированные контроллеры зарядки АКБ
http://www.meanwell.com/Russian/Mean...s.html#charger

Встает вопрос, как им управлять.

Сообщение от an.ker

готовые чем-то не устраивают или их не рассматривали?

Готовые я видел, только встроенные в конкретную модель ветряка. Пишут, что есть отдельные контроллеры, но стоят они дорого.

Сообщение от an.ker

исходя из чего такая зависимость?

Зависимость чего? Мощность ветряка зависит от куба скорости ветра, следовательно, от куба оборотов (максимальная мощность достигается при определенной быстроходности), поэтому нам и надо добиться кубической зависимости мощности генератора от оборотов, причем при любой внешней нагрузке.

Сообщение от an.ker

предлагаю другую стратегию - поддержание номинальных оборотов винта в некотором допустимом диапазоне, а мощность уже как получится.

Мощность винта зависит от быстроходности. Если держать одни и те же обороты на разном ветре, то при слабом ветре, ветряк будет крутится слишком быстро, а при сильном, наоборот слишком медленно (он ещё и шуметь при этом будет).

Сообщение от an.ker

винт имеет маленькую массу и как маховик, запасающий кинетическую энергию не интересен.

Не понял, при чем здесь маховик.

Сообщение от an.ker

Если специально не настроить коэффициенты регулирования, то система будет работать в колебательном режиме, а это губительно для механики и особо для лопастей.
Если частота колебаний совпадет с резонансной частотой конструкции, система пойдет вразнос - разрушится.

Ну и пусть скорость вращения винта колеблется, она и так колеблется из-за постоянного изменения скорости ветра. Ничего страшного в этом нет.

Сообщение от an.ker

По сути дела - нужен контроллер заряда, умеющий понижать потребляемую от генератора мощность в зависимости от скорости вращения, остальное второстепенно.

Именно, нужен контроллер заряда, который будет менять потребляемую мощность в зависимости от мощности винта. А при наличии лишней мощности сливать её на балласт.

[BenGunn]

Внимательно перечитал статью. В своей системе они не измеряют обороты турбины, а используют алгоритм нахождения максимума, который я предлагал в теме про MPPT контроллер. Датчиками они измеряют напряжение и силу тока до DC-DC преобразователя и напряжение на АКБ. Из напряжения и силы тока они вычисляют мощность и пытаются её максимизировать, изменяя скважность. Напряжения на АКБ они используют для защиты АКБ от перезаряда. При достижении на АКБ максимального напряжения, они отключают её от генератора и включают балласт.
Можно повторить их схему, но у них не реализовано ограничение тока на АКБ и нет управления мощностью, идущей на балласт.
У кого ещё какие мысли по этой статье?

[Илья МГУ]

Сообщение от BenGunn

Илья, можешь написать, как вычислить мощность?

Малость копнул - запутался. Появилось подозрение, что нарастание тока в катушке не зависит от напряжения, т.е. для вычисления тока нужны только скважность, индуктивность и частота.

Типа так: Согласно второму закону Кирхгофа, E = R*I + L*dI/dt. Скорость увеличения энергии это производная энергии по времени, то есть мощность: P = I*L*dI/dt. Выражаем L*dI/dt из первой формулы: L*dI/dt = E - R*I и подставляем во вторую:
P = I*(E - R*I). Преобразуем выражение для мощности чтобы разложить его на составляющие:
P = I(E-IR) = IE - R*I^2 = 4*R(I*E - R*I^2) / 4*R = 4R*I*E - 4*(R^2)*(I^2)/4*R = (4*R*I*E - (I^2)*4*R^2 - E^2 + E^2)/4R = -R(I^2*4R^2 - 4RIE + E^2)/4R^2 + E^2/4R = -R(I - E/2R)^2 + E^2/4R.
Мощность достигнет максимума при I = E/2R.
Согласно закону Джоуля-Ленца, мощность тепловыделения на R будет равна Pr = R*I^2 = E^2/4R

Но вообще, сложновато будет. Может, и вправду проще за измерялку тока заплатить.

[an.ker]

Сообщение от Илья МГУ

Малость копнул - запутался. Появилось подозрение, что нарастание тока в катушке не зависит от напряжения, т.е. для вычисления тока нужны только скважность, индуктивность и частота.

Типа так: Согласно второму закону Кирхгофа, E = R*I + L*dI/dt. Скорость увеличения энергии это производная энергии по времени, то есть мощность: P = I*L*dI/dt. Выражаем L*dI/dt из первой формулы: L*dI/dt = E - R*I и подставляем во вторую:
P = I*(E - R*I). Преобразуем выражение для мощности чтобы разложить его на составляющие:
P = I(E-IR) = IE - R*I^2 = 4*R(I*E - R*I^2) / 4*R = 4R*I*E - 4*(R^2)*(I^2)/4*R = (4*R*I*E - (I^2)*4*R^2 - E^2 + E^2)/4R = -R(I^2*4R^2 - 4RIE + E^2)/4R^2 + E^2/4R = -R(I - E/2R)^2 + E^2/4R.
Мощность достигнет максимума при I = E/2R.
Согласно закону Джоуля-Ленца, мощность тепловыделения на R будет равна Pr = R*I^2 = E^2/4R

Но вообще, сложновато будет. Может, и вправду проще за измерялку тока заплатить.

Ничего особо сложного, какой у вас номер радиотехнической-радиоэлектронной специальности?

Идеальная катушка (внутреннее активное сопротивление =0 ) энергии не потребляет, а лишь запасает и перекачивает назад.
Ток через нее не может меняться скачками и является интегральной функцией напряжения на ней. Напряжение же ожет меняться скачками
и является дифференуиальной функцией тока.

Формула "измерялки" оперирует комплексными числами для тока и напряжения, соответственно мощность состоит из активной (действительная часть) и реактивной (мнимая часть комплексного числа).

[roman8301]

Сообщение от BenGunn

можно ссылку на эти чудо элементы, а то максимум, что я видел на пельтье - это зарядники для телефонов, которые работают от костра.

http://compare.ebay.com/like/3308690...ar=lv&var=sbar с него можно получить максимум 2 ватта в среднем ватт или полтора.

[BenGunn]

Сообщение от roman8301

http://compare.ebay.com/like/3308690...ar=lv&var=sbar с него можно получить максимум 2 ватта в среднем ватт или полтора.

Штука интересная. Вроде такие же купил valeriyvalki
http://www.windpower-russia.ru/forum...62&postcount=9
вот только не отписался, что в итоге с них получил. Если у вас есть опыт их использования, то можно обсудить в соответствующей теме
http://www.windpower-russia.ru/forum...read.php?t=720

Сообщение от jeriho

Если не хочется греть гену, то единственный выход уменьшать его R, т.е. меньше витков толстым проводом и + мультик.

Проблема в том, что если мы цепляем генератор на прямую к АКБ и делаем так, что зарядка начинается при 3,5м/с, то независимо от внутреннего сопротивления генератора, при повышении его оборотов в два раза (т.е. ветер 7-8м/с), КПД упадет до 50%, чего мы вне не хотим. Внутренне сопротивление будет влиять только на мощность. Чем меньше сопротивление, тем больше будет мощность, но КПД останется низким.

[Alexwindwave]

Сообщение от BenGunn

Проблема в том, что если мы цепляем генератор на прямую к АКБ и делаем так, что зарядка начинается при 3,5м/с, то независимо от внутреннего сопротивления генератора, при повышении его оборотов в два раза (т.е. ветер 7-8м/с), КПД упадет до 50%, чего мы вне не хотим. Внутренне сопротивление будет влиять только на мощность. Чем меньше сопротивление, тем больше будет мощность, но КПД останется низким.

Есть сырая идея (возможно, те только моя, пока не в курсе) - регулировать КПД и внутренне сопротивление генератора, до подачи на АКБ, путём разной коммутации его множества обмоток (которые можно вывести наружу) - последовательно при слабом ветре и параллельно при сильном. Или менять Звезду на Треугольник, или ещё как компоновать? Вроде реально....