Муки выбора ветряка

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Как раз это и подойдет. Контроллер дает вариант выставить и количество полюсов на роторе и напряжение с которого забирать энергию и с какой интенсивностью на каждом моменте ветра... и очень много других параметров. Контроллер очень хорош... но сложно там у них сейчас... не до производства особо человеку.

 

А сколько стоил и каковы вх-вых напряжения, токи?

Ну я купил 2 года назад на случай кризиса "про запас", так они подешевели только (см. вложение)

Поддерживаете вх. ток не выше определённого, входное напряжение пусть гуляет, выходное стабилизировано.

Более простое решение по методу @wcreader для СБ - напрямую в щелочной акк, после 6-ти диодов.
Был бы ток, а уж эволюцию от линейного стабилизатора на 1-м транзисторе никто не запретит

 

Сразу два замечания:
- входной ток это фактически тормозной момент генератора. То что "не выше" это понятно, но вот не выше чего - зависит от силы ветра в данный момент. Из интуитивных ощущений кажется что крутящий момент у винта должен зависеть от силы ветра. Еще и от соотношения оборотов винта и скорости ветра он зависит.
- стабилизированное выходное напряжение приведет к тому, что при разряженных аккумах выход преобразователя окажется перегруженным, а при заряженных процентов на 80 - ток в аккумы почти перестанет идти.
Из этого делаю вывод что описанный алгоритм далеко не идеален.

У нас тут все всегда так и подключали, и у меня сейчас так подключено.
Для солнечных панелей это вполне нормально, во всяком случе лучше чем через дешевый китайский контроллер.
Но ветряк куда более сложная штука, для него такое подключение оказывается сильно не оптимальным.
У солнечных панелей напряжение почти не меняется в течении дня, меняется только ток. А у ветряка напряжение меняется в три раза в рабочем диапазоне скоростей ветра. Вот у меня аккумам надо 14-17 вольт чтобы хорошо заряжались, а у ветряка напряжение до 60-65 вольт поднимается при сильном ветре. При слабом да, зарядка начинает почти сразу идти. Мизерным током (потому что ветер слабый) но хоть что-то. Таким образом я хорошо использую слабый ветер, но плохо использую сильный когда он вдруг случается (что бывает редко, но бывает).

 

1. снимите генератор, установите его ротором в патрон токарного станка.
2. зафиксируйте статор надежно задним штатным упором
3. установите мин. скорость вращения токарного станка
4 измерьте его мощностную отдачу (напряжение+ ток), так, чтобы при данной скорости вращения ротора напряжение на выходе генератора не падало ниже 20 вольт

5. увеличте скорость вращения станка на одну ступень
6.- повторите п4
7 увеличте скорость вращения станка на одну ступень
8.- повторите п4
9 увеличте скорость вращения станка на одну ступень
10 повторите п4
...

после завершения получите все необходимые данные для настройки вашего аналогового решателя (насколько увеличивать ток отбора от генератора при текущей скорости его вращения так, чтобы напряжение на нем заведомо не падало ниже 20 вольт (больше - допустимо).

 

Согласен, причём представляется, что ветряков всё-таки, для надёжности, должно быть несколько и работать они должны в разных диапазонах (и высотах), ведь каждому (разным) генераторам лучше подходит свой диапазон скоростей ветра.

Если бы можно было поднять (при западном ветре, разгоняющимся лучше всех остальных над всем Финским заливом), напр., гелиевыми шарами какой-нибудь анемометр - метров до 60-ти, а лучше до ста (но хотя бы до 40-50 метров), дабы сравнить одномоментные скорости ветра вблизи земли, на уровне верхних веток леса, и выше (выше леса на 3,5,7,10 метров и даже выше, возможно было бы интересно.

Гелиевый шар (точнее 1 кубометр гелия), в принципе, вроде бы поднимает 1 кг груза (считая вместе с весом оболочки шарика, весом провода. Можно взять пару-тройку шаров и один провод ...

Можно попытаться подключить и детей местных, заодно совместить исследования острова и отличное развлечение островитянам.

Эти шары, кстати, потом дома могут летать, возить вещи (ну дети могут по разному насладиться ими, а также очень смешно, когда дедушка или папа набирает из такого шара гелий и начинает говорить смешным тонким голосом, это можно снять на телефон и затем долго получать удовольствие, даже уже после выхода гелия из шара).

Кстати, у радиолюбителей тоже есть такая тема для их игр, поднимать антенны вверх с помощью таких шаров.

 

Я всё же посмею утверждать, что привязка к определенным значениям напряжения - это не более чем наследие из тех времен когда импульсный преобразователь был чем-то недоступным для простого смертного. Сейчас вот лично мне, как радиолюбителю, безразлично сколько там вольт выдает генератор - я могу преобразовать это к любому другому значению. Ну кроме совсем крайних случаев экстремально низких (1-3 вольта) экстремально высоких (выше 1000 вольт) напряжений. С точки зрения кпд - более высокие напряжения выгодны так как при этом меньше ток при равной передаваемой мощности. Поэтому мотать генератор, заранее ориентируясь на 12 или 24 вольта - это неправильно.
Вопрос же стоит исключительно об оптимальном отборе мощности от воздушного винта. Представим что генератор у нас нагружен на реостат, способный принимать любые значения сопротивления. Фактически генератор превращается в электротормоз для винта. И у нас задача регулировать сопротивление реостата так чтобы выделяемая на этом реостате мощность была максимальной на достаточно длительном отрезке времени (минуты).
Всё что мы можем измерять - мы можем использовать как сигналы обратной связи для решения этой задачи автоматического регулирования. Без особо титанических усилий мы можем измерять обороты винта, ток и напряжение генератора. Подозреваю что этого мало. Нужна еще реальная скорость ветра возле винта.
Ну и самое главное - надо написать математические зависимости между этими величинами и сопротивлением нагрузки, которое нам надо установить. Подозреваю что математики тут будет мнооого и она будет совсем не школьной

Дополню насчет шарика с гелием. Скорость его подъема в спокойном неподвижном воздухе - постоянна (на интересующих нас высотах). Если на шарик действует ветер - то он движется вбок со скоростью этого ветра так как имеет огромную парусность относительно своей массы. Соответственно, просто запустив шарик в небо и снимая его на видео "сбоку" - можно построить профиль скорости ветра в зависимости от высоты. Конечно, придется написать геометрические уравнения чтобы учесть зависимость проекции шарика на матрицу видеокамеры от его реального положения в пространстве. Хотя если снимать издалека телеобъективом то думаю что без уравнений можно будет обойтись так как искажения будут невелики

 

Мотать генераторы ориентируясь на детальнейшее использование их со сложной электроникой, вот что не правильно
Генератор НУЖНО мотать либо на напряжения аккумуляторных сборок или на работу на тэны.
Тогда ветряк будет работать как с электроникой, так и без неё без особых материальных и финансовых затрат. А если от ветряка зависит как минимум "тепло" в доме, так тем более...

Да и не нужно подозревать, она нужна, так как мощность активно связана со скоростью ветра, ометаемой площадью.
Именно поэтому
1) обороты считаются от частоты
2) частота определяется заранее зная сколько полюсов на роторе
3) снимаемая мощность зависит от ометаемой площади и КИЭВ винта на определенном ветре и снимаемой в этот момент механической мощности с винта
4) Зная заранее на каком ветре сколько оборотов у расчетного винта, легко знать силу ветра.
Именно поэтому винт "от балды" не катит на правильный ветряк.
Он считается легко, есть прога в экселе (лежит в свободном доступе, спасибо пионерам в этом деле, реальные альтруисты).

 

Эффект изменения голоса при вдыхании гелия действительно имеет место быть. Проблема лишь в том, что в шариках которые продают в Питере - гелий очень сильно разбавлен азотом потому что гелий дорогой. И не факт что газ из шарика позволит получить заметный эффект "гелиевой речи".

Если ветра около дома столько, что от ветряка можно получать даже тепло - то да, может быть имеет смысл оптимизировать его с точки зрения надежности. А у нас тут ветряк - это больше игрушка, украшение пейзажа, и небольшая компенсация разряда аккумов. О заряде речи даже не идет. Поэтому чтобы ветряк не просто украшал пейзаж, а хотябы что-то давал - без электроники не обойтись. Ну и ни о каком "тепле в доме" тут даже близко речи нет. Мне так вообще в голову не пришло бы надеяться на ветер как на источник тепла в доме, безотносительно каких-либо условий. Ветер он и есть ветер - сегодня есть, а завтра неделю штиль, и даже самый правильный ветряк не поможет.
И еще интересное наблюдение - в случае солнечных панелей "сложная электроника" никого тут не смущает, хотя в случаях маломощных энергоустановок она работает хуже чем прямая зарядка через диод. А вот в случае ветряка, где прямая зарядка через диод работает очень хреново, почему-то "сложная электроника" вызывает опасения. Хотя она не сложнее "солнечной".

И откуда мы будем знать какой сейчас ветер если нет отдельного датчика? А если не знаем какой дует ветер - то не знаем и сколько мощности отбирать от винта. Отберем больше - затормозим винт и у него упадет эффективность. Можно конечно сделать винт заведомо побольше - но это не поможет при слабом ветре, когда и у большого винта не будет мощности и его легко можно "перетормозить".

Целиком и полностью согласен!

Категорически не согласен. Мало того что аэродинамические расчеты это сложнейшая математика, так еще и задача регулирования отбора мощности этим не отменяется.
К тому же изготовить в домашних условиях настоящий правильный винт с правильным профилем - это титанический труд. А винты из пластиковых труб - это именно что "от балды" и ни разу к нормальным не относятся.
Китайские лопасти сделаны правильной формы, только вот неизвестно под какой ветер они там были расчитаны.
Подозреваю что не под те жалкие три метра среднегодовых которые у нас тут есть. Конечно, жителям например кубанских степей проще - у них там хорошо дует.
Поэтому и остается подгонять параметры отбора мощности от винта с помощью электроники.

 

От чего оттолкнулись к тому и пришли.
А именно, проблему (процесс решения) лучше разбить на стадии и решать поэтапно.

не стоит быть расточительным. Проще использовать математический измеритель скорости ветра

1 Веревка (прочная и легкая)-70-100 метров
2 Ваш 1 гелиевый шар (водородный проще, хотя опаснее изза гремучести)
3. теодолит

Но и это не нужно, поскольку ветряк сам является измерителем скорости ветра

S*V*ro*V^2=k*J*n^2/2

S- площадь ротора
V - скорость ветра
ro- плотность воздуха
k - коефф. идеальности (меньше или равен 1)
J - момент инерции
n - частота оборотная (Vxx по измеренной номограмме)

аналоговый ркгулятор для охарактеризованного генератора - самый лучший и быстрый вапиант

На втором ветряке можно уже (при желании и наличия времени) пооттягиваться на нечто большим.

 

Так я и не писал про источник тепла я написал

Ладно, не понимаем мы друг друга. Просто велосипед уже давно изобрели... на нем люди ездят по соседней улице и даже иногда под Вашими окнами... Но мы (вы) тут собрались и решили изобрести велосипед
Повторю. Расчитанный винт из трубы имеет достаточную точность для того чтобы знать его обороты на определенном ветре и так же знать механическую мощьность на нем. Зная КПД генератора, обороты и механическую мощность всё вычисляется...
Это работает и у меня в контроллере и у многих других "самодельщиков" ветряков по все России Но я не заставляю идти гениальным (простым) путем... у каждого своя дорога

Ну вообще то профиль "желобок" для ветрогенераторов, это научно-разработанный профиль, поддающийся расчетам, и другим измерениям как и для любого "крыла"... Ну да... извините, тут же велосипед изобретают... не мешаю.

p. s. Устал видимо... да и объясняльщик с меня плохой.

 

С этим нисколько не спорю. Теоретически оптимальные обороты при заданной скорости ветра мы конечно знать будем. Только вот сам-то ветер откуда мы будем знать? Обороты винта зависят и от ветра и от нагрузки. Нагрузку мы знаем и можем регулировать. А ветер без датчика не знаем. Следовательно можем легко оказаться в ситуации когда винт перегружен и не может развить обороты, соответствующие ветру. А от этого теряет эффективность.

Судя по многим десяткам страниц, исписанных на нескольких форумах - алгоритм отбора мощности от винта еще изобретать и изобретать.

Где можно почитать описание алгоритма работы Вашего контроллера? Или хотябы какого-нибудь более серьезного чем "просто подключить к аккуму через диод пока не зарядится, потом переключить на кипятильник".
Я нисколько не спорю что и такой простейший вариант как-то работает, а если ветра много то даже и энергию неплохо дает. Да только вот у нас тут ветра всего три метра средней скорости, а считается что если меньше пяти то ветряки экономического смысла не имеют.

Простым путем у нас тут уже походили. С десяток человек, включая меня. Покупали _промышленно_ изготовленные ветряки, ставили, убеждались что заявленные производителем параметры отличаются от реальных в десять и более раз. Ветряки поснимали (или они сами попадали/поломались),повесили солнечные панели и довольны как слоны.
Кроме моего, еще два живых ветряка остались и то только потому что хозяевам снимать их лень, всё равно питаются от бензогенераторов.

Нисколько не спорю, только вот желобок из трубы отличается от научно разработанного также как настоящий промышленно изготовленный винт от самодельного вырезанного электролобзиком из доски. Я пробовал своему ветряку вырезать такие лопасти. Лучше не стало. Правда и хуже тоже. Ну кроме того что лопасти из доски тяжелые и я подъемный трос в мачте оборвал, менять пришлось.
А тоже один специалист, мастер спорта по авиамоделизму, изготовивший многие десятки винтов для моделей, расчет делал. Вот теперь хочу попробовать сделать лопасти из трубы по расчету израильского специалиста. Если и с ними лучше не станет, есть еще два варианта - купить китайские (не знал что их можно отдельно купить и за разумные деньги, а то бы уже купил до кризиса) или попросить расчитать лопасти кого-нибудь из присутствующих, кому это будет интересно. Ну а с импульсными преобразователями - это я сам поэкспериментирую, благо это более-менее умею, в отличие от аэродинамических расчетов.

 

Предлагаете периодически отключать нагрузку для измерений? Долго разгоняется же.
Ветроколесо может тормозиться и с пользой (через PMG) и аварийно (например электромагнитной муфтой с дисковым тормозом от авто в ураган).

Так можно и до датчика солнца для СБ договориться, были тут такие вредные советы. При обилии лишней микропроцессорной электроники получается ветряк за >100 т. р./кВт (без мачты), легко сдыхающий в грозу с огромными убытками. Зато массово производить и продавать их выгодно:

"контроллеры ветроустановок SWG серии Е также комплектуются анемометрами и могут отображать текущую скорость ветра. Контроллер также имеет вход для подключения датчика температуры, установленного на ветрогенераторе и может останавливать ветрогенератор в случае перегрева генератора."

А мы для ловли слабого ветра повесим 3-х метровые лопасти на 300 Вт ветряк. И ограничиваем ток величиной, допустимой для его обмоток, иначе сгорят.
Излишки после акка - в балласт (после достижения 13,8В для свинца), но и после полной зарядки входной ток не выше заранее заданной безопасной величины.

Подключить к DC/DC преобр-лю с ограничением входного тока. Схема на TL494 от @Sapienz имеет U входное до 30В (можно и поднять с доп. ухищрениями) и режет вых. ток. Второе поправимо одним доп. ОУ в инвертир. включении с резистивным датчиком тока на входе, а не на выходе.
http://sapienz.ru/bloki-pitaniya-zu/160-dostupnyj-shim-stabilizator-napryazheniya-i-regulirovkoj-toka-na-tl494-transformatornyj-drajver-zatvora.html

Параллельно выходу первого стаба - балластный контроллер грелок, примерно такой:
http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=70965

 

Как Вы сами верно заметили - есть принципиальное отличие - СБ безинерционны, а ветряк инерционен, и существенно.
Поэтому вопрос поддержания правильной зависимости скорости вращения винта от скорости ветра за счет регулирования создаваемого генератором тормозного момента всё равно остается.

Согласен, что это может быть решением. Хотя и в "паровозном" стиле. Если винт держать постоянно заведомо недогруженным - то исключается ситуация потери эффективности от "перетормаживания".

С другой стороны - ветер халявный, лопасти из трубы - копеечные. Вот только не каждая мачта выдержит такой винт. И генератор надо под него очень уж специфический так как чем больше винт тем меньше обороты. Скорость концов лопастей нельзя делать слишком большую - эффективность винта падает.
Если внимательно смотреть фото из Америки, там можно увидеть тихоходные и очень многолопастные ветряки большого диаметра, используемые для подъема воды из скважин. По всей видимости эта конструкция оптимальна для ловли именно слабого ветра. Если бы они не работали (или работали несколько дней в месяц) - думаю их бы там никто не стал строить.

Интересно было бы построить по собранным мной данным зависимость между скоростью ветра и количеством измерений когда такой ветер был зафиксирован. Аналогично тому графику где была зависимость направления и числа зафиксированных измерений. Вот этот график:

Только по горизонтальной оси вместо азимута - скорость.
Условно говоря, не исключено что неделя относительно слабого но непрерывного ветра может дать больше киловатт-часов чем один день сильного.
Тогда будет понятно на какую скорость ветра расчитывать винт.

Сейчас проще и удобнее использовать датчики тока на эффекте Холла, например фирмы Allegro.
У меня например вот такой лежит, своей очереди ждет:
https://www.pololu.com/product/1187
Насчет 30А там конечно преувеличение - слишком уж тонкие ножки у микросхемы, постоянно протекающий такой ток через них страшно пускать, но ампер 10-15 должна выдержать. Вероятно, 30А это предельный импульсный ток указан.
В Россию этот магазин торгует, мне знакомая питерская дама-финансист заказывала.
Я поначалу хотел ток в своих аккумах мерить, но когда увидел этот датчик - не решился его так использовать по пожарным соображениям. А вот для небольшого ветряка - вполне сойдет.

Я кстати проводил со своим ветряком следующий эксперимент: последовательно с выходом выпрямителя подключил мощный стабилитрон на 14 вольт. То есть имитировал рекомендованное выше подключение к 24 в системе.
Увы - особо заметного увеличения оборотов винта не наблюдал. Потеплеет - попробую два стабилитрона последовательно включить. Если причина низкой мощности у меня именно в "переторможении" винта и соответственно нарушении правильного обтекания воздухом, то он раскрутится и на больших оборотах должен дать больший ток потому что при улучшении аэродинамического режима должен возрасти крутящий момент. Если же ток не увеличится - значит это просто такой слабый винт сделали спецы из НПО Азимут и как его ни крути больше он не даст.

 

При дешёвых народных лопастях (до ~2м радиуса) вы до этого ограничения не дойдёте. Вот чей-то FAQ:

"Вопрос: Как влияет диаметр ветроколеса на выработку энергии?

Ответ: Возможна поставка ветрогенератора с уменьшенным диаметром ветроколеса - 4,2м. Ветроколесо меньшего диаметра развивает меньшую мощность, однако вращается быстрее. Диаметр ветроколеса выбирается исходя из среднегодовой скорости ветра. Выработка при использовании ветроколеса 5м выше, если среднегодовая скорость ветра менее 6-7м/с. При больших среднегодовых скоростях ветра выработки ветроколес выравниваются, при этом можно использовать ветроколесо меньшего диаметра."

У вас такой ветер раз в полгода будет, преодолевающий сверхзвуковой барьер концов лопастей

Кусок входного провода, используемый в качестве шунта совместно с ОУ LM358 (LM324), имеет больше шансов окупиться между грозами.
И вообще нужна "открытая архитектура" (open hardware) с минимальной зависимостью от незаменимых поставщиков и программистов. А то опустится очередной "железный занавес", закроется фирма, затем от разного рода аварий и рассасываний флэш-памяти микропроцессорные и высокотехнологичные поделки превратятся в груду железа.

Serkat (UA) - железо продал, прошивка его интеллектуальная собственность, теперь может исчезнуть, сославшись на форс-мажор и "границу на замке".
А-электроника и туча других производителей тоже делают закрытые продукты, поэтому в истинной автономке их поделки нежелательны - дорого или невозможно ремонтировать.

Фирма egmicro (КНР) делала микросхемы для инверторов и др. силовой электроники - сайт несколько месяцев как сдох, но у них всё чисто железное, открытое, остались даташиты и микросхемы в разных магазинах.

 

Попробую кратко.
Мы знаем что

- на ветре 2 м/с винт имеет 100 об/мин
- на ветре 2 м/с винт имеет 10 ватт мех. энергии
- знаем что сопротивление генератора 3,4 Ом. Вычисляем КПД
- знаем что полюсов на роторе 24 - значит за одни оборот 24 пульсации
- зная что за минуту (в расчете берутся секунды) прошло 2400 пульсаций значит ветер 2 м/с и на винте 10 ватт ели КПД генератора 100% то забираем с винта 98% и 2% оставляем для того что бы винт не тормозился.
У меня видео есть работы контроллера, со всеми настройками. Вечером залью.