Generator z silnika klatkowego 3f pracujący na sieć wydzieloną

Witam forumowiczów!

Niedawno zmajstrowałem prototyp dość fajnej w mojej opinii turbiny VAWT i chciałbym jej nową, już solidniej wykonaną wersję trochę po testować przy pracy z generatorem. Od jesieni mocno wałkuję temat prądnic do elektrowni wiatrowych, mam już pewne preferencje oraz pojęcie "z czym to się z grubsza je" całość się jednak rozbija o koszta. Do niedawna jedynym rozsądnym wyborem wydawała się amerykanka, jednak o ile wykonanie jest dla mnie fraszką o tyle koszt magnesów mnie zniechęca, koszta produkcji wyliczyłem na ok. 500 zł+ z czego same magnesy to 350 zł. W związku więc z ograniczonym budżetem i wiecznymi bardziej pilnymi niż hobby wydatkami projekt stoi odłogiem... Dziś przed sjestą wpadł mi do głowy jednak inny pomysł, który teoretycznie powinien działać ale wole go jednak skonsultować

Idea polega na spięciu zwykłego, starego dużego silnika klatkowego 3f których się u mnie kilka wala z małym generatorem 3f (na magnesach stałych) tak żeby mały generator miał odrobinę niższe obroty (Hz) od wspomnianego głównego oraz dodaniu odpowiednio dużej kompensacji mocy biernej (zakładam ofc tą samą ilość par biegunów).

Domyślam się że wtedy:

1. z punktu widzenia dużego silnika jego wirnik będzie wirował szybciej niż pole magnetyczne stojana (warunki pracy prądnicowej dla silnika klatkowego),

2. dzięki kondensatorom zacznie narastać moc najpierw bierna (do poziomu zależnego od aktualnych obrotów silnika/napięcia)

3. wraz z nią czynna (odprowadzana przez prostownik trójfazowy do stabilizatora napięcia oraz odbiornika - akumulatora)

4. proces będzie narastał do momentu kiedy moment obrotowy turbiny zrówna się z momentem hamującym mojego już w pełni wzbudzonego generatora, lub limitu mocy konstrukcyjnie możliwej do oddania przy obrotach jakie będzie mogła dostarczyć turbina (którego przekroczenie spowodowało by mniej lub bardziej widowiskowe usmażenie stojana)

I teraz pytanie: czy mi się to tylko przyśniło, czy też takie ustrojstwo ma szansę zadziałać?

Na razie po przemyśleniach zakładam że:

a.) Malutki generator musi mieć moc większą niż straty na induktancji dużego silnika oraz kompensacji oraz zbliżone napięcie (ostatniego parametru nie jestem pewny)
b.) Kompensacja albo musi być regulowana, albo obciążenie musi być stałe
c.) Parametry prądu dla bezpośredniej eksploatacji i tak będą koszmarne, tzn zwiększenie obciążenia będzie łatwo doprowadzać do gwałtownych spadków napięcia, to do obniżenia generowania mocy, a to do odwzbudzenia się maszyny - trochę jak jazda rowerem po linie

A parametry pracy to:

Turbina ~500W (dzięki modułowej budowie mogę łatwo zwiększać moc ale na razie tyle)

Prędkość obrotowa turbiny ~200 obr/min

Silnik - mam wybór, nie zaglądałem co tam mam konkretnie ale pewnie jakiś 5kw 1450 obr/min się znajdzie żeby było z czego wycisnąć te 500W

Do tego chcę uniknąć przekładni głównej, odbiornikiem ma być akumulator podłączony do UPSa, regulator jakiś zmajstruje jak będę wiedział z czym mam do czynienia na wyjściu, bawię się w to dla hobby bardziej niż ekonomii a całość poddaję pod dyskusję bo taki układ mi konkretnie było by znacznie taniej zrobić.

Dla ciekawych jaką turbinę zmajstrowałem:

https://youtu.be/0wShzKD4f1E

Oczywiście drewno to średni materiał dlatego następna będzie z plastiku i z.. No cóż, na pewno solidniejszym wałem (fi 20) oraz łożyskami (co już zostało zrobione ale filmu po przeróbkach nie mam)

....niezły pomysł. Filmik też, ciekaw jestem jak się rozwinie projekt.

Ale po co silnikiem 5 kW napędzać generator 0,5 kW bo nie rozumiem? Jeśli to ma służyć tylko przetestowaniu generatora by nie robić na darmo wiatraka itp jakby miało nie działać to ok, ale jak to ma być na stałe to po co takie coś?

Bo widzisz supchem, na odwyrtkę chcę. Małym generatorem trójfazowym na magnesach stałych (tańszym w budowie) generować prąd trójfazowy dla wzbudzania do pracy generatorowej dużego silnika trójfazowego fabrycznego (w domyśle bardzo taniego jako że pełno sie tego u mnie wala). Jak każda osoba względnie obyta w temacie wie, silnik fabryczny trójfazowy może pracować jako generator przy spełnieniu następujących warunków:

1) Jest podawana moc na jego wał z innego silnika (wiatrowego, wodnego, dowolność)
2) jest podłączony do sieci 3 fazowej
3) prędkość obrotowa jego wału jest trochę większa niż jego prędkość synchroniczna dla danej sieci 3f (a prędkość synchroniczna zależy od Hz sieci)

A czemu duży generator taki duży (5kw) skoro będę szczęśliwy jak dostanę 500W? Bo chcę żeby prędkość obrotowa całości nie wynosiła np 1450 rpm (jedna z typowych prędkości takiego silnika) a 200-300 rpm (wolniej obracasz mniej prądu dostajesz, ale im większe ustrojstwo tym więcej ci da mocy ogólnie ujmując.

mir3k.26, projekt niedługo powinien ruszyć, za jakieś dwa miesiące bo mam nową pracę z większa wypłatą - będzie budżet Jako ciekawostkę mogę powiedzieć że łopaty będą drukowane w 3D

niwen2058 wrote:

3) prędkość obrotowa jego wału jest trochę większa niż jego prędkość synchroniczna dla danej sieci 3f (a prędkość synchroniczna zależy od Hz sieci)

Napisz jak planujesz wykonać "trochę" czyli zorganizować tę prędkość "trochę większą od synchronicznej". Oczywiście przy różnych prędkościach wiatru.
Jak zachowa się Twój generator synchroniczny przy poborze dużej mocy biernej? Silnik 5 kW trochę jej potrzebuje.

Wszystko jest w pierwszym poście

Ale napiszę Generator wzbudzający, czyli "mały" będzie napędzany też z turbiny wiatrowej, poprzez przekładnię pasową, np 1:0.95 - da mu to trochę mniejsze obroty względem "dużego", a przekładnia nie będzie mocno wysilona bo będzie przenosić kilkanaście wat (tania, mogę ją wydrukować). Generator będzie musiał mieć odpowiednią moc by zbudować ładunek w kondensatorach kompensujących moc bierną, większą niż straty wynikające z impedancji układu (zgaduje że właśnie te kilkanaście wat ale mogę się mylić, nie wiem jak to policzyć). Później, moc bierna będzie już normalnie krążyć między uzwojeniami "dużego" generatora a kondensatorami, jedyne co pozostanie to układ regulujący odbiór mocy czynnej w zależności od obrotów - jeśli pobierzemy za dużo mocy generator się odwzbudzi bo wydrenujemy też jego moc bierną (tak podejrzewam).

No i, podstawowa sprawa, gdybym miał duży generator/silnik synchroniczny nie było by topicu Temat dotyczy generatora asynchronicznego, wspomniałem o prędkości synchronicznej tylko dlatego że jest to prędkość granicy - poniżej silnik, powyżej prądnica, na środku nieefektywna grzałka.

Też chciałem kilka razy zbudować elektrownię wiatrową, ale zwykle po chwili myślenia jak to zrobić dawałem spokój bo przypominałem sobie że nigdzie nie mam odpowiedniego wiatru. Masz gdzieś takie miejsce gdzie ciągle wieje i napędzi aż 5 kW? To będzie zamontowane na maszcie, dachu?

niwen2058 wrote:

a przekładnia nie będzie mocno wysilona bo będzie przenosić kilkanaście wat (tania, mogę ją wydrukować).

Możesz się zdziwić. Charakterystyk asynchrona nie musisz mnie uczyć, znam je nieźle, natomiast Tobie, zanim utopisz pracę i pieniądze, poradziłbym kontakt z jakimś właścicielem małej elektrowni wodnej. Spróbuj odnaleźć kogoś blisko, umów się na spotkanie i weź ze sobą miernik cęgowy, aby mieć realne rozeznanie odnoście różnych wielkości.
Kontakty możesz znaleźć tutaj
http://mew.pl/forum/
W mew stosuje się silniki asynchroniczne w charakterze prądnic, będziesz miał lepszą orientację.

PS. Zrób sobie model w skali 1:10, albo i 1:20, a następnie spróbuj to napędzać np. ciągnikiem. Ze zmiennymi obrotami. Później wyciągnij wnioski.

Kolego autorze jakich mocy się spodziewasz na prądnicy?

supchem, wystarczy że odda ~500W, wystarczy że raz na jakiś czas - na autonomiczny dom się nie porywam, raczej szukam taniego generatora który będzie odbierał moc od turbiny, to ona mnie de facto interesuje - generator to tylko przyrząd badawczy Jak badania wykażą przewagę mojej konstrukcji wtedy już będzie inna rozmowa, będę się zastanawiał jak to przekuć na $, a teraz chcę mieć niedrogi prototyp który będzie dawał dane przez jakiś czas. Tak po prawdzie temat trochę stary, najprawdopodobniej wykonam tą amerykankę lub alternator talerzowy bo po prostu koszta takiej konstrukcji są bardziej przewidywalne i jest łatwiejsza w użyciu.. Ale wciąż jestem ciekawy, tak bocznym torem czy taki układ jak podałem miałby szansę stabilnie działać.

retrofood nie bierz do siebie mojego dokładnego tłumaczenia o co mi chodzi, chcę żeby moje posty miały merytoryczną wartość, nie tylko Ty je czytasz ale i w przyszłości ktoś może się nad podobnym tematem zastanawiać - czytelne pisanie ułatwi zrozumienie tematu. Jeśli znajdę trochę czasu może zrobię taką platformę badawczą, aczkolwiek nieprędko - musiałbym specjalnie pod to małą amerykankę zrobić, znaleźć 2 małe silniki w tym jeden trójfazowy no i jakąś przekładnie druknąć co spokojnie zje mi 200 zł, te 200 zł za które miałbym już prawie połowę dużego generatora Byłem natomiast ciekawy czy ktoś to próbował lub wie że to na pewno nie działa.
MEWki borykają się z innymi zagadnieniami, z definicji są przyłączone do sieci i muszą pracować ze stałymi parametrami narzuconymi przez sieć - takie rozwiązanie w niczym im nie pomoże bo nie trzyma Hz a po za tym nie wystartowała by taka mewka i tak - nawet wzbudzona i zsynchronizowana natychmiast by się odwzbudziła pod obciążeniem wygaszonej sieci, lub co gorsza siejąc po okolicy dziwnymi wartościami napięcia i częstotliwości popaliła by ludziom sprzęty. A wartości mocy biernej... Skompensowana moc bierna zachowuje się jak fala stojaca, krąży miedzy kondensatorami a uzwojeniem silnika/generatora, a bez odbierania energii elektrycznej na nasze potrzeby z tego układu jedynym jej ujściem są straty cieplne. Chcę więc de facto wywołać rezonans do wzbudzenia asynchrona - dodając moc większą niż straty cieplne i nie zabierając jej wywołać stan gdzie moc bierna będzie po pewnym czasie znacznie większa niż moc mojego małego generatorka wzbudzającego.

Strumien swiadomosci swia hipotetycznym czysto założeniem jest 10% mocy nominalnej silnika, z uwagi na 10x mniejszą prędkość obrotową

Moim zdaniem bezsens, prąd magnesowania silnika 5,5kW jest znaczny na biegu jałowym.
Bo dużo żelaza.
Już lepiej weź jakiś silnik prądu stałego, lub prądnice lub alternator.

Pozatym jak będziesz miał maszt to se coś tam zamontujesz, nie widzę takiego byka 5,5kW + jakiś generator do tego.

Quote:

prąd magnesowania silnika 5,5kW jest znaczny na biegu jałowym

Jasne, ale go zapewniają kondensatory kompensujące, ja je tylko muszę naładować.

Quote:

Już lepiej weź jakiś silnik prądu stałego, lub prądnice lub alternator

Drogie, droższe, tanie ale nieprzystosowane do pracy z tak niskimi obrotami

Quote:

jak będziesz miał maszt to se coś tam zamontujesz, nie widzę takiego byka 5,5kW + jakiś generator do tego

maszt krótki, 1,5 metra max, z grubej rury stalowej 5mm grubości, fi masztu 10 cm. Wytrzyma 100 kg spokojnie + napór wiatru, ale ta konstrukcja raczej nie ważyła by tyle. Będzie umieszczony na ścianie dość wysokiego budynku.

To tak właściwie po co Ci ta prądnica synchroniczna? Przecież jeśli będzie dawać napięcie wyższe niż Twoja prądnica asynchroniczna, to z asynchrona nie uzyskasz energii dla prostownika, a jeśli niższe, to synchroniczna nie zasili tej niby prądnicy, lecz prostownik. Bo tak czy inaczej, zaciski mają połączone i nie masz czym zapobiegać różnym przepływom prądu (jeśli się uda go wytworzyć).
Jak by nie analizować, próbujesz stworzyć układ, który sam w sobie jest "z urodzenia i genetycznie" zupełnie niestabilny i nic nie jest w stanie tej stabilności mu zapewnić, a wszelkie łatki, którymi próbujesz to przykryć tworzą jedynie koszty i następne dziury.

Generator asynchroniczny nie wzbudził by się gdyby prostownik i akumulator były podłączone na sztywno, stąd pierwszy wniosek że muszą być podłączone po zbudowaniu mocy biernej. Jeśli chodzi o różnice napięć - wedle mojej wiedzy źródło mocy obciążone ponad swoją wydajność obniża napięcie. Więc jeśli synchroniczna będzie miała dość jej napięcie zacznie spadać aż zrówna się z napięciem asynchrona który przejmie resztę obciążenia. Ale raczej rozsądny byłby układ na odwrót, czyli wzbudzony asynchron miałby trochę wyższe napięcie niż mały synchron. Po wzbudzeniu spadłby lekko prąd synchrona, wzrastał by tylko gdyby Hz zaczęły spowalniać lub wzrastać przy stałej prędkości obrotowej (stabilizacja), a wzrost napięcia na zaciskach byłby również dobrym momentem na stopniowe dołączenie obciążenia poprzez regulator prądowy.

Używane silniki DC idzie kupić nie aż tak drogo. Jeśli miałbyś silnik obcowzbudny to będzie Ci potrzebny dość prosty regulator napięcia. Z takiej prądnicy uzyskasz dość stabilne napięcie przy odpowiedniej regulacji, które możesz następnie pofalować i wykorzystać w porzyteczny sposób. Wbrew pozorom takie rozwiązanie było by chyba najtańsze, najszybsze w zrobieniu i sprawdzone.
Dobrym pomysłem mogło by też być wykorzystanie tej energii do odbiorników które mogą pracować przy prądzie stałym i nie potrzebują stabilnego napięcia, np grzałka w bojlerze. Podpinasz taki generator na sztywno do grzałki, montujesz np hamulec odśrodkowy by przy silnym wietrze napięcie nie wzrosło powyżej 230 V, montujesz w bojlerze termostat, który wyłączy grzałke gdyby tak wiało że zagotuje wodę i gotowe. Grzałkę możesz zasilać prądem DC, gdy wieje mocno to mocno grzeje, gdy słabo i napięcie to np tylko 60 V to słabo, ale np wystarczy by utrzymać temperaturę wody wcześniej zagrzanej (napięcie 4 razy niższe czyli moc grzałki spada 16 razy, jeśli ma moc 1600 W to przy 60 V ma 100 W czyli coś tam jeszcze grzeje). Myślę że przy takich małych elektrowniach i niepewnych wiatrach takie rozwiązanie jest jedynym sesnownym. Nie ma co ładować pieniędzy w akumulatory które są drogie i się starzeją, jakieś dziwaczne prądnice z trudną regulacją itp. Przy mocy rzędu do 5 kW (maksymalnej) montowanie różnych przetwornic po drodze, akumulatorów itp to idiotyzm i porażka, czasem można by więcej stracić na tym przetwarzaniu niż dostaniemy na wyjściu. W takich prądnicach są też problemy z niesymetrycznym obciążeniem.
By obniżyć rachunki za prąd wcale nie musimy zasilać elektroniki z naszej elektrowni, ona aż tak dużo prądu nie pobiera. Wydaje mi się że należy wyeliminować kilka odbiorników które mają dość dużą moc i pracują ciągle np bojler, pompka CO, lodówka. Gdyby te urządzenia zasilić z własnej elektrowni, do tego wymienić oświetlenie na LED to rachunki za prąd stały by się niewielkie. Oczywiście lodówki i pompki CO byle jakim napięciem DC nie zasilimy.

Hmm... Patrzyłem po allegro i w cenie około 500 zł widzę konstrukcje mające ~500W, niestety przy znacznie wyższych obrotach. Trzeba by zastosować przekładnie 1:10, a silniki stałe dodatkowo mają tzw. zeskoki - przy tak dużej przekładni stają się one sporym problemem, mocno podwyższają wymaganą minimalną prędkość wiatru. Gdyby nie te problemy faktycznie było by to prawie idealne rozwiązanie. Jeśli chodzi o grzanie wody wiatrem... Wybacz, ale taki pomysł to raczej nieporozumienie w naszych warunkach. Za połowę ceny wiatraka ma się kolektor o dwa razy większej mocy grzewczej. Kierowanie mocy z wiatraka ma sens tylko jak mamy jej za dużo i nie chcemy żeby turbina nam się wkręciła na niebezpieczne obroty. Przeanalizowałem jeszcze raz ideę zastosowania takiego dużego asynchrona jako pradnicy wolnobieżnej i zdałem sobie sprawę z jednego, podstawowego problemu - prąd w nim musiał by mieć częstotliwość 6-10 hz w tym zakresie obrotów. Z tego powodu by to nie mogło działać, pole magnetyczne było by niestabilne, wymagana pojemność kondensatorów znacznie by wzrosła, a utrzymanie sinusa a przez to dobrej kultury pracy prawie niemożliwe. Sprawdziło by się przy wyższych częstotliwościach ale wtedy najłatwiej puścić go na sieć, nawet przez lekką przekładnię pasową.

Także więc nie będę już kombinował, po prostu złożę tą prądnicę talerzową i będę miał spokój. Jak zrobię ją solidnie wytrzyma lata i może posłuży przy innych projektach. Chociaż kusi mnie zmodyfikowanie jej i zrobienie alternatora talerzowego a nie prądnicy - odzyskam mniej mocy bo będę musiał poświecić jej część na magnesowanie wirnika, ale będę miał dobrą kontrolę nad napięciem co oszczędzi mi strat na wysokoprądowych regulatorach napięcia.

Kolektory słoneczne nie grzeją zimą, poza tym napisałem że GDY MA SIĘ ODPOWIEDNIE WARUNKI, jak ktoś mieszka w miejscu gdzie ciągle wieje to było by to dobre rozwiązanie.
W Polsce w ogóle nieporozumieniem są elektrownie wiatrowe (pomijając kilka miejsc gdzie często wieje).

Grzeją grzeją, u mojego teścia 3 kolektory spokojnie w zimę do 60 stopni boiler 120l nagrzewają. Tylko trzeba je odśnieżać.
Czy ja wiem czy nieporozumieniem... Wszystko zależy od skali i oczekiwań. Są oczywiście miejsca gdzie to po prostu nie zda egzaminu, ale jeśli chodzi o przydomowe to można uważnie się rozejrzeć i nawet przy generalnie słabych warunkach wiatrowych postawić wiatrak tam gdzie prądy powietrzne są nasilane np przez wzniesienie lub budynek.

Kiedyś patrzyłem na mapę gdzie były zaznaczone tereny korzystne i niekorzystne dla elektrownii wiatrowych (chodziło oczywiście o występowanie wiatru), okazało się że mieszkam w najbardziej niekorzystnym regionie z całej Polski. To się całkiem sprawdza, nie jestem w stanie generować prądu na tyle stabilnego by zasilić normalne urządzenia, co najwyżej ten patent z bojlerem by się może sprawdził.

http://www.argoxee.com.pl/obrazki/mapa_wietrznosci.gif

Chodzi pewnie o tą mapę, niestety wg. materiałów które kiedyś wyszperałem jest wybitnie niedokładna i zdezaktualizowana, po za tym dotyczy dużych przemysłowych instalacji. Nie mogę ich teraz znaleźć na potwierdzenie, ale jestem skłonny się zgodzić, przydomowe elektrownie rządzą się trochę innymi prawami jeśli turbina jest na wysokości ~15 m. Oczywiście pewne rejony mogą się zgadzać, ale nawet jak mieszkamy tam gdzie warunki są wg niej niekorzystne zawsze lepiej zdać się na własne spostrzeżenia. Mówisz supchem że nie jesteś w stanie generować stabilnego prądu, tzn. że masz turbinę?

Edit:

Może nie do końca to co wcześniej znalazłem ale też bardzo dobrze wyjaśnia problem map wietrzności:

http://www.greenpolsystem.pl/news,elektrownie...owe-jak-poprawnie-ocenic-sile-wiatru-,83.html

niwen2058 wrote:

Mówisz supchem że nie jesteś w stanie generować stabilnego prądu, tzn. że masz turbinę?

Sąsiad kiedyś zrobił z moją pomocą. Prądnica w niej to był alternator, łopaty były bardzo przewymiarowane w stosunku do mocy a i tak pomimo tego wiatrak przez większość czasu stał albo kręcił się na tyle wolno że nic nie wytworzył. Miało to służyć do ładowania akumulatorów ale nie zdało egzaminu bo działało czasem raz w tygodniu. Próbował ustawienia w kilku miejscach, na dachu na wysokości ok 5 m nad ziemią.
Jeśli chodzi o mapę to korzystałem z innej, nie pamiętam na jakiej stornie ale chyba coś związane z UE.
Mam łąkę nad rzeką (niewielka ok 1,5 m szerokości i 60 cm głębokości), myślałem kiedyś by to wykorzystać ale ta rzeka często na wiosnę wylewa więc trzeba było by taką elektrownię zrobić dość porządnie, może jakiś budynek mały postawić (taką komórę), a to by wymagało zezwolenia którego pewnie nie dostanę bo rzeka za mała.

„silnik fabryczny trójfazowy może pracować jako generator przy spełnieniu następujących warunków:
1) Jest podawana moc na jego wał z innego silnika (wiatrowego, wodnego, dowolność)
2) jest podłączony do sieci 3 fazowej
3) prędkość obrotowa jego wału jest trochę większa niż jego prędkość synchroniczna dla danej sieci 3f (a prędkość synchroniczna zależy od Hz sieci)”
niwen2058
pkt 2 nie zgadza się z moim doświadczeniem, zapytam więc czemu nie dołączysz kondensatorów?
Kilka lat temu wykonałem małą próbę na silniku 3f, 0,4kW/990min-1 do tego jakieś 3 sztuki 8 czy 10uf/400V od pralek polar, napęd od silnika 1f, 0,2kW/1390min-1 i nie było problemu, silnik - prądnicę połączyłem w trójkąt bo obciążałem żarówkami 100W/230V, ale na tym poprzestałem więc tyle moich doświadczeń. Może mniejszy silnik na wał przekładni i to dla Twoich potrzeb wystarczy.
Pozdrawiam

tob53 wrote:

pkt 2 nie zgadza się z moim doświadczeniem,

Doświadczenia należy umieć wykonywać oraz wiedzieć co, gdzie i jak mierzyć . Silnik musi mieć prędkość nadsynchroniczną.