Optimera laddning från likspänningsverk

Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav rdos 31 aug 2011 14:28

Jag införskaffade en Rutland 913 för något år sedan (http://www.marlec.co.uk/products/windch ... ndcharger/). I våras fick jag upp den i en mast på ca 9 m.

Sedan dess har jag testat med ett antal olika laster. Först med ett ganska stort motstånd (kring 100 ohm). Det brann upp relativt snabbt. Verket snurrade nästan oavsett vind. Därefter minskade jag motståndet till några tiotal ohm, 50W. Det brann upp strax efter sommaren när det blåste ovanligt mycket. Just nu har jag en 600W/24v elpatron som last. Den lär inte brinna upp, men å andra sidan så ligger spänningen för det mesta kring några volt, och verket snurrar långsamt nästan oavsett hur mycket det blåser (det blev dock lite fart alldeles nyligen, men ingen nämnvärd effekt genereras annat än vid väldigt starka vindar).

Slutsatsen ifrån dessa experiment är att det inte går att få bra effektivitet genom att använda ett fast motstånd direktkopplat till ett vindkraftverk med DC-utgång. När det blåser lite ska lasten vara liten (högt motstånd), medan när det blåser mer så ska lasten vara stor (litet motstånd). Jag tror att för att optimera effekten så ska spänningen ut vara proportionell emot vindhastigheten. Detta följer av att bladen troligen ska rotera med en hastighet som är proportionell med vindhastigheten, och generatorns utspänning är proportionell emot rotationshastigheten. Då blir effekten (om man använder fast motstånd), U x U / R, som då blir proportionell mot kvadraten på vindhastigheten. Men då vindeffekten är proportionell emot kubiken av vindhastigheten följer att motståndet måste minska med vindhasigheten (konduktansen ska vara proportionell emot vindhastigheten).

För att kunna få ut maximal effekt i en "dumpload" (t.ex. en 1 ohms elpatron), så måste det därmed till lite elektronik. Ett sätt är att switcha lasten med en effekttransistor så att en förutinställd spänningsnivå bibehålls ifrån generatorn. Vid låg vind så switchas lasten in sällan, vid mera vind oftare. En kontroller skulle kunna mäta både spänning och ström, och sedan finna optimal effekt, och låta switchern hålla den spänning som genererar högst effekt.
rdos
 
Inlägg: 35
Blev medlem: 24 aug 2011 21:44

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav smidy 31 aug 2011 15:45

förstår inte riktigt vad du försöker göra, men verkar som du försöker värma någonting? vet inte vad men 300watt värme är inte mycket, vilket jag tror är toppeffekt på ditt verk. nåja om (i optimala vindar) 300watt räcker för dina behov så skulle jag använda ett batteri och en kontroller, om det får kosta så har göran t.ex http://24volt.eu/osc2/catalog/product_i ... ucts_id=90 eller om budgeten är knapp och du är händig en ghurd controller http://www.ghurd.info/ med batteri och "shuntregulator" så kommer du inte att stalla ditt verk, vilket det gör nu, batteriet håller spänningen uppe och regulatorn pytsar ut energi till din värmekälla när det finns energi att hämta, lite bakvänt mot hur det brukar vara, då man använder dessa regulatorer som överladdningskydd, men är det värme du vill ha så fungera det utmärkt sålänge du inte får för dig att ansluta något annat till batteriet än vindkraftverket och regulatorn.
smidy
 
Inlägg: 310
Blev medlem: 19 nov 2010 10:08

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav rdos 31 aug 2011 16:27

Att koppla vindkraftverket direkt till ett batteri, via en laddningsregulator, är inte heller optimalt. Visserligen så belastas inte vindkraftverket förrän spänningen nått 24v (vindkraftverket är köpt för 24v), men när det blåser lite så laddar det knappt något alls då verket då snurrar snabbare än vad som är optimalt, medan vid starka vindar så tvingas det rotera långsammare än optimalt, vilket oxå ger lägre utbyte än vad som är möjligt. Den enda punkt som systemet jobbar optimalt vid är den vindhastighet som tillverkaren av vindkraftverket specificerar spänningen vid (i detta fall någonstans kring 8m/s och 24v vad jag minns). Vid alla andra driftsfall så får man inte optimalt utbyte.
rdos
 
Inlägg: 35
Blev medlem: 24 aug 2011 21:44

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav Göran 31 aug 2011 17:00

Det ska bli intressant att se hur du löser det här.
Användarvisningsbild
Göran
 
Inlägg: 4426
Blev medlem: 24 mar 2007 16:45
Ort: Vilhelmina

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav Jonas L 01 sep 2011 22:01

Den tanken som kommer till mig direkt är en packe NTC-motstånd av den typ som används för att begränsa inrushströmmar. Ju mer effekt desto varmare blir det, och resistansen går ner. De kan klara flera W per motstånd, och svalnar igen på 30-200 s. Det får nog kombineras med vanliga motstånd tills man har rätt kurva.
Jonas L
 
Inlägg: 300
Blev medlem: 16 okt 2009 18:10

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav Karro 02 sep 2011 10:11

Du vill alltså få max effekt in i dumplasten?
Finns det verkligen ingen vindturbinregulator som klarar det?

Det enklaste är väl en PWM, fast problemet är att reglera den efter vindhastigheten. Om man kan lite elektronik kan man nog pula ihop något som gör att PWM-en styrs av vindhastigheten. En MPPT gör nog också jobbet. Den känner visserligen inte vindhastigheten, men gör det indirekt genom att optimera after effekt. Men det är lite overkill.

Vill du göra något riktigt low-tech, kan du ju ha flera dumplaster, och koppla in dem eftersom, beroende på vindhastigheten. Det behövs då ingen elektronik, utan bara dumplast, några reläer och så göra någon sak som kopplar in relä efter relä beroende på vindhastigheten.

För den som inte kan elektronik så bra, men är villig att experimentera, kan man skaffa en PWM-motorstyrning byggsats från elektrokit, eller något, och sedan hitta på något finurligt så att den regleras enligt vindhastigheten. Samma sak som relägrejen då, men endast en dumplast och inga reläer.

Den riktigt elektronikavancerade gör en PWM som styrs av en Arduino, till exempel. Ett kul projekt för den som vill börja med Arduino. Ett alternativ är Basic Stamp, eller PIC, men den sista kräver programmerare också. De första två fungerar utan programmerar.

Alltså, en PWM, som styrs av något. En vindsensor, som kan vara så enkel som 3 stycken kaffemått på en liten elmotor. Den ger då högre utspänning ju mer det blåser. (Man kan också avläsa hastigheten optiskt). Sedan bara en tabell som ändrar PWM:en beroende på vindhastigheten. Man kan göra tabellen på känn, dvs. för hand mäta olika vindhastigheter, och uteffekt och reglera till max vid varje fall. Sedan höftar man resten. Eller så gör man en kurva istället för tabell, men det kräver aningen mer matematisk kunskap. Det låter som ett riktigt roligt projekt.

Men vänta nu ett tag. Var inte du jätteelektronikkunnig RDOS, som kunde ses på ett annat projekt?
Jag blir förvirrad, varför frågar du då?
Ursäkta för utläggningen på grundnivå. Kanske den kan vara till nytta för någon annan?
En PIC som styr en PWM är nog lösningen för dig.
Användarvisningsbild
Karro
 
Inlägg: 2210
Blev medlem: 13 maj 2007 08:13
Ort: Västernorrland

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav rdos 02 sep 2011 15:42

Jo, jag är kunnig både inom elektronik och programmering av PIC microkontrollers. För mig är det minst lika intressant att göra lite elektronik, och skriva styrprogram som att montera vindkraftverk. :-)

Vitsen är alltså att dumploaden inte bara ska vara en reservväg, utan att den effekt som skickas dit ska maximeras (jag använder en elpatron, som sparar el). Egentligen får man dimensionera den för "worst case", vilket på något sätt är vad som kan hända under en storm. Jag tänkte egentligen ha en 24v/300W elpatron, men tillverkaren hade bara en 600W hemma. Med en PWN så spelar effekten på elpatronen inte så stor roll, det blir bara mindre duty-cycle med större märkeffekt. Det som har betydelse är dock förluster i ledningar som kan bli betydande med en 1 ohms last.

Dessutom så är en viktig aspekt att logga maximal effekt för framtida dimensionering av en större anläggning.
rdos
 
Inlägg: 35
Blev medlem: 24 aug 2011 21:44

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav Karro 02 sep 2011 16:45

Du behöver se till att vindturbinen går vid bästa löptal.
Det finns ju några olika vägar att uppnå det, om man har en PIC:

Den "hårda" vägen är att mäta vindhastigheten, och vindturbinrotorns varvtal, och belasta (via PWM) tills turbinen har lätt varvtal.

Vindturbinens varvtal kan mätas antingen med en givare på turbinen, eller att mäta växelströmmens frekvens, eller likströmsripplets frekvens. Inget av det är egentligen svårt med en PIC. Det är väl mer en fråga om smak.

Annars kan man mäta vindhastigheten med en givare, och mäta vindturbinens varvtal med en handhållen varvmätare, och på det viset justera in rätt PWM för olika vindar. Detta lagras i en tabell eller kurva, så man inte behöver mäta vindturbinhastigheten, utan vet omedelbart rätt PWM för varje vindhastighet. Detta blir ett stabilt system utan återkoppling, vilket är fördelen.

Eller så mäter man utspänning och ström från vindturbinen, och optimerar för maximal effekt (MPPT).
Tja, har man resistiv last, behöver man bara mäta den ena, då ju den andra går att räkna ut.

MPPT:n görs enklast genom att man stegar, ökar belastningen lite, lite, mäter effekten, så minskar man belastningen lite, lite, mäter effekten, och väljer sedan ut vilket läge som ger max effekt. Så återupprepar man detta tills man nått max effekt.

Så med PWM från PICen, så väljer man vad man ska mäta. Kanske något redan finns som sensor. Så optimerar man bara PWM:en till det man vill ha.

En step-up/step-down av traditionellt slag är svårare att få att fungera, för man kan få extrem strömrusning som bränner upp switchen, vid något ytterlighetsfall. En PWM har ju belastningsresistansen som strömbegränsning, istället för en induktans, och strömrusningen begränsas av den.
Användarvisningsbild
Karro
 
Inlägg: 2210
Blev medlem: 13 maj 2007 08:13
Ort: Västernorrland

Re: Optimera laddning från likspänningsverk

Inläggav rdos 02 sep 2011 22:02

Jag har mätning av spänning (i 25mv steg) och ström (i 25mA steg). Mätning av frekvens eller vindhastighet finns inte. Rutland har en likspänningsgenerator. I konstruktionen finns en flyback konverter som ska klara 100v in, och generera lite drygt 24v ut. Dock så har jag inte fått igång denna, bland annat för att den bygger på en ytmonterad krets med 0.5 mm avstånd mellan några anslutningar. Det finns också en kondensator på 22mF / 100v för att få en mer stabil spänning.

PWM konstruktionen är lite udda. Avsikten är att hålla en viss spänning över kondensatorn. Om spänningen är över ett visst värde så kopplar man först in flyback kontrollern. Om denna inte räcker som belastning, så kopplas även dump-load in. När spänningen sjunker under ett visst värde så kopplas lasten bort.

Det som är svårt är att bestämma optimal spänning som genererar max effekt. Det är svårt dels för att mätningen av ström inte är trivial när det finns en flyback kontroller, och dels p.g.a turbulens och andra snabba variationer i vindhastigheten som gör att man inte kan vara säker på om en differens mellan två effektmätvärden beror på variation i vindhastigheten, eller indikerar vilken riktning som effektmaximum ligger i.

Ett annat problem jag upptäckte igår är att man inte kan switcha dumpload för snabbt, för då försvinner mycket av effekten som värme i sluttransistorn. Det är därför som PWMn nog bör bygga på ett övre och under tröskelvärde. Det gör att antalet switchningar mimineras.
rdos
 
Inlägg: 35
Blev medlem: 24 aug 2011 21:44


Återgå till Vindkraft

Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: Inga registrerade användare och 2 gäster