Witam szanowne grono.
W końcu i na mnie przyszedł czas żeby postawić krenciołka robiącego prąd, a jak wiadomo, trzeba zacząć od solidnej prądnicy. Tak z 6kW w szczycie powinno wystarczyć. Napięcie maksymalne 800V przy 400rpm. Śmigło ze zmiennym kontem natarcia, duże.
Zasiadłem więc do kompa i zacząłem szukać. Szukać szukać czytać szukać...
W końcu doszedłem do wniosku że optymalne dla mnie rozwiązanie to prądnica wolnoobrotowa. Bez przekładni. Prosta konstrukcja mechaniczna wiatraczka i "same" zalety.
Jedna wada. Amerykanka tej mocy w standardowym wykonaniu miała by pewnie z 1,5m i ważyła... dużo, nie mówiąc już o astronomicznym koszcie neodymów.
Właśnie koszty zmusił mnie do wysilonego myślenia. Jak to zrobić, nie tworząc potwora który skonsumuje wszystkie dostępne fundusze.
Założyłem ten temat żeby skonsultować moje pomysły z praktykami jak i teoretykami.
Tak więc po kolei:
Założenia:
- prądnica będzie pracować na sieć przez przetwornice solarną. Dysponuję solidną jednostką mogącą oddać do sieci 15kW. Wykorzystuję na razie 6kW (podpięte panele słoneczne). Przetwornica ta na jedno wejście akceptuje napięcie do 1000VDC i moc 6kW Wejścia ma trzy. Generuje już od 200V. Maksymalną sprawność ma przy 500-600VDC.
- moc maksymalna jest potrzebna tylko przy bardzo silnych wiatrach (których jest mało) Straty prądnicy ( w rozsądnych granicach oczywiście) wtedy nie mają większego znaczenia.
- większość czasu pracujemy z niskimi obrotami i małą mocą.
- Jeśli większe skomplikowanie wykonania urządzenia / sterowania i kontroli obniży koszty części potrzebnych do budowy, idę na to.
- prądnica 3 fazowa. Rotor to dwa dyski z magnesami, stator z cewkami między nimi.
Moje pomysły:
- pierwszy pomysł (podchwycony z netu) to zwiększenie ilości drutu (dosłownie wagi) użytego na cewki. Nie jest tajemnicą że więcej cewek pozwoli wygenerować więcej mocy. Praktycznie wszyscy w swoich projektach układają cewki obok siebie co jest ogromnym marnotrawstwem miejsca. Ja będę chciał żeby cewki były zaplecione jak w zwykłym silniku. Ponieważ wieńce cewek i tak nie generują prądu, chce je wyrzucić poza obrys magnesów. Dzięki temu mogę zejść z grubością uzwojeń i kilkukrotnie zagęścić ilość aktywnych części ramek.
Problem jaki widzę w tym zastosowaniu to ciepło wydzielane w cewkach. Więcej drutu, więcej ciepła. Czy przepływ powietrza w szczelinie między magnesami a cewkami rozwiąże problem?
- zastosowanie magnesów ferrytowych. Wiem że wszyscy stosują neodymy z powodu bardzo silnego pola magnetycznego które generują. Są one natomiast bardzo drogie w porównaniu do ferrytowych. (1,2PLN za 40x20x10 ferryt do 18PLN za taki sam neodym) ale dają tak ze trzy razy słabsze pole.
Mają natomiast kilka innych zalet. Nie rdzewieją więc można zastosować otwartą konstrukcję prądnicy i intensywny przepływ powietrza.
Pracują dobrze do bodać 250st.C, Ładnie się kleją, nie trzeba ich zabezpieczać...
Na chłopski rozum, jak wezmę 3 magnesy ferrytowe złożę w "kupkę" to dadzą zbliżone natężenie pola jak jeden neodym. Proszę o sprostowanie jeśli się mylę.
- zastosowanie dodatkowego uzwojenia wzbudzenia nawiniętego na "kupce" magnesów. Wiem że w ten sposób z cepa robię kombajn. Według mnie ma to jedna dużą zaletę. Uzwojenie wzbudzenia włączam tylko wtedy, gdy chcę "wycisnąć" z prądnicy wszystko co może dać. Dzięki dodatkowemu strumieniowi podbijam napięcie na cewkach twornika, czyli wyciągam więcej mocy. Przy "spokojnej" pracy uzwojenie wzbudzenia jest wyłączone, tak więc moc jest generowana z pola samych magnesów.
- Zagwostka z obciążeniem prądnicy inwerterem solarnym.
Jak wiadomo inwertery solarne mają wbudowany mechanizm śledzenia punktu mocy maksymalnej SMTP. Podpięcie prądnicy "wprost" do przetwornicy nie ma prawa działać prawidłowo. Po prostu przetwornica nie pozwoli wiatrakowi się rozkręcić. Niestety moja nie ma możliwości wyłączenia SMTP. Rozwiązanie widzę takie. Dozować przetwornicy taką ilość mocy jaką w danej chwili chcemy oddać.
Włączenie między prądnice (za prostownikami) a inwerter klucza sterowanego PWM'em. To powinno dać zadowalający wynik. Zostaje jeszcze kwestia algorytmu sterującego tą częścią instalacji. Czy ktoś ćwiczył takie rozwiązanie?
-Zabawa z napięciami.
Napięcia generowane przez prądnice przy najniższych użytkowych obrotach (jakieś 40RPM dla wiatru 3m/s) powinno wynosić ponad 200V. Wiem że wtedy moc uzyskiwana z wiatraka będzie minimalna, ale lepiej minimalnie niż wcale.
W tym celu chcę nawinąć cewki tak, żeby cewki jednej fazy połączone szeregowo dawały 200V przy żądanych obrotach. Problem pojawia się przy wyższych obrotach. Dla maksymalnych 400RPM mam już 2000V, a to za dużo. Dużo za dużo.
Rozwiązanie widzę takie. Zakładam że w jednej fazie mam 12 par cewek. Jedna para daje mi około 16V@40RPM, 166V@400RPM. Po rozbiciu na 3 równoległe grupy po 4 pary szeregowo napięcie takiej grupy będzie w okolicach 660V.
Ponieważ przełączenie powinno się odbyć przy określonych obrotach (a dokładniej "na obrotach" i pod obciążeniem) przekaźniki odpadają. Optymalne wydaje się zastosowanie optotriaków, mostkowanych przekaźnikami w celu zmniejszenia strat przy połączeniu szeregowym i tranzystorów IGBT przy równoległym. Każdy taki zestaw 4 par cewek musiał by mieć swój mostek prostowniczy. Sterowanie tego kieratu to osobny temat.
- "rozproszony" rdzeń. Nie wiem na ile ma to rację bytu z uwagi na możliwość pojawienia się zaskoków. Ponieważ jednak magnesy są prostokątne, a cewki nazwijmy to "trapezowe" to dodanie odpowiednio ukształtowanych metalowych profili w odpowiednich miejscach dysku z cewkami może znacząco zwiększyć strumień magnetyczny i poprawić parametry prądnicy.
Na dziś, największą bolączką dla mnie jest obliczenie obwodu magnetycznego. Zwłaszcza parametrów cewki wzbudzenia, oraz grubości magnetowodu rotora (pod magnesami).
Skomplikowane również stało się znalezienie optymalnych wymiarów całości.
Mam nadzieję że jeśli moje rozważania okażą się sensowne i możliwe do zrealizowania, to powstanie nowy typ prądnic do wiatraków. Hammerykanka...
W końcu i na mnie przyszedł czas żeby postawić krenciołka robiącego prąd, a jak wiadomo, trzeba zacząć od solidnej prądnicy. Tak z 6kW w szczycie powinno wystarczyć. Napięcie maksymalne 800V przy 400rpm. Śmigło ze zmiennym kontem natarcia, duże.
Zasiadłem więc do kompa i zacząłem szukać. Szukać szukać czytać szukać...
W końcu doszedłem do wniosku że optymalne dla mnie rozwiązanie to prądnica wolnoobrotowa. Bez przekładni. Prosta konstrukcja mechaniczna wiatraczka i "same" zalety.
Jedna wada. Amerykanka tej mocy w standardowym wykonaniu miała by pewnie z 1,5m i ważyła... dużo, nie mówiąc już o astronomicznym koszcie neodymów.
Właśnie koszty zmusił mnie do wysilonego myślenia. Jak to zrobić, nie tworząc potwora który skonsumuje wszystkie dostępne fundusze.
Założyłem ten temat żeby skonsultować moje pomysły z praktykami jak i teoretykami.
Tak więc po kolei:
Założenia:
- prądnica będzie pracować na sieć przez przetwornice solarną. Dysponuję solidną jednostką mogącą oddać do sieci 15kW. Wykorzystuję na razie 6kW (podpięte panele słoneczne). Przetwornica ta na jedno wejście akceptuje napięcie do 1000VDC i moc 6kW Wejścia ma trzy. Generuje już od 200V. Maksymalną sprawność ma przy 500-600VDC.
- moc maksymalna jest potrzebna tylko przy bardzo silnych wiatrach (których jest mało) Straty prądnicy ( w rozsądnych granicach oczywiście) wtedy nie mają większego znaczenia.
- większość czasu pracujemy z niskimi obrotami i małą mocą.
- Jeśli większe skomplikowanie wykonania urządzenia / sterowania i kontroli obniży koszty części potrzebnych do budowy, idę na to.
- prądnica 3 fazowa. Rotor to dwa dyski z magnesami, stator z cewkami między nimi.
Moje pomysły:
- pierwszy pomysł (podchwycony z netu) to zwiększenie ilości drutu (dosłownie wagi) użytego na cewki. Nie jest tajemnicą że więcej cewek pozwoli wygenerować więcej mocy. Praktycznie wszyscy w swoich projektach układają cewki obok siebie co jest ogromnym marnotrawstwem miejsca. Ja będę chciał żeby cewki były zaplecione jak w zwykłym silniku. Ponieważ wieńce cewek i tak nie generują prądu, chce je wyrzucić poza obrys magnesów. Dzięki temu mogę zejść z grubością uzwojeń i kilkukrotnie zagęścić ilość aktywnych części ramek.
Problem jaki widzę w tym zastosowaniu to ciepło wydzielane w cewkach. Więcej drutu, więcej ciepła. Czy przepływ powietrza w szczelinie między magnesami a cewkami rozwiąże problem?
- zastosowanie magnesów ferrytowych. Wiem że wszyscy stosują neodymy z powodu bardzo silnego pola magnetycznego które generują. Są one natomiast bardzo drogie w porównaniu do ferrytowych. (1,2PLN za 40x20x10 ferryt do 18PLN za taki sam neodym) ale dają tak ze trzy razy słabsze pole.
Mają natomiast kilka innych zalet. Nie rdzewieją więc można zastosować otwartą konstrukcję prądnicy i intensywny przepływ powietrza.
Pracują dobrze do bodać 250st.C, Ładnie się kleją, nie trzeba ich zabezpieczać...
Na chłopski rozum, jak wezmę 3 magnesy ferrytowe złożę w "kupkę" to dadzą zbliżone natężenie pola jak jeden neodym. Proszę o sprostowanie jeśli się mylę.
- zastosowanie dodatkowego uzwojenia wzbudzenia nawiniętego na "kupce" magnesów. Wiem że w ten sposób z cepa robię kombajn. Według mnie ma to jedna dużą zaletę. Uzwojenie wzbudzenia włączam tylko wtedy, gdy chcę "wycisnąć" z prądnicy wszystko co może dać. Dzięki dodatkowemu strumieniowi podbijam napięcie na cewkach twornika, czyli wyciągam więcej mocy. Przy "spokojnej" pracy uzwojenie wzbudzenia jest wyłączone, tak więc moc jest generowana z pola samych magnesów.
- Zagwostka z obciążeniem prądnicy inwerterem solarnym.
Jak wiadomo inwertery solarne mają wbudowany mechanizm śledzenia punktu mocy maksymalnej SMTP. Podpięcie prądnicy "wprost" do przetwornicy nie ma prawa działać prawidłowo. Po prostu przetwornica nie pozwoli wiatrakowi się rozkręcić. Niestety moja nie ma możliwości wyłączenia SMTP. Rozwiązanie widzę takie. Dozować przetwornicy taką ilość mocy jaką w danej chwili chcemy oddać.
Włączenie między prądnice (za prostownikami) a inwerter klucza sterowanego PWM'em. To powinno dać zadowalający wynik. Zostaje jeszcze kwestia algorytmu sterującego tą częścią instalacji. Czy ktoś ćwiczył takie rozwiązanie?
-Zabawa z napięciami.
Napięcia generowane przez prądnice przy najniższych użytkowych obrotach (jakieś 40RPM dla wiatru 3m/s) powinno wynosić ponad 200V. Wiem że wtedy moc uzyskiwana z wiatraka będzie minimalna, ale lepiej minimalnie niż wcale.
W tym celu chcę nawinąć cewki tak, żeby cewki jednej fazy połączone szeregowo dawały 200V przy żądanych obrotach. Problem pojawia się przy wyższych obrotach. Dla maksymalnych 400RPM mam już 2000V, a to za dużo. Dużo za dużo.
Rozwiązanie widzę takie. Zakładam że w jednej fazie mam 12 par cewek. Jedna para daje mi około 16V@40RPM, 166V@400RPM. Po rozbiciu na 3 równoległe grupy po 4 pary szeregowo napięcie takiej grupy będzie w okolicach 660V.
Ponieważ przełączenie powinno się odbyć przy określonych obrotach (a dokładniej "na obrotach" i pod obciążeniem) przekaźniki odpadają. Optymalne wydaje się zastosowanie optotriaków, mostkowanych przekaźnikami w celu zmniejszenia strat przy połączeniu szeregowym i tranzystorów IGBT przy równoległym. Każdy taki zestaw 4 par cewek musiał by mieć swój mostek prostowniczy. Sterowanie tego kieratu to osobny temat.
- "rozproszony" rdzeń. Nie wiem na ile ma to rację bytu z uwagi na możliwość pojawienia się zaskoków. Ponieważ jednak magnesy są prostokątne, a cewki nazwijmy to "trapezowe" to dodanie odpowiednio ukształtowanych metalowych profili w odpowiednich miejscach dysku z cewkami może znacząco zwiększyć strumień magnetyczny i poprawić parametry prądnicy.
Na dziś, największą bolączką dla mnie jest obliczenie obwodu magnetycznego. Zwłaszcza parametrów cewki wzbudzenia, oraz grubości magnetowodu rotora (pod magnesami).
Skomplikowane również stało się znalezienie optymalnych wymiarów całości.
Mam nadzieję że jeśli moje rozważania okażą się sensowne i możliwe do zrealizowania, to powstanie nowy typ prądnic do wiatraków. Hammerykanka...
