Veterná turbína 3 kW za 15 USD ( dokumentácia CAD )

[josse]

A zase dookola. U turbín s pevnými listami je rýchlobežnosť konštantná a otáčky sa zvyšujú úmerne rýchlosti vetra. Samo osebe a bez potreby zásahov.

Jo, Když není generátor přetížen, tak jo.

Turbína pracuje v každom bode výkonovej krivky na maximálnej účinnosti.

to je taky dobře.

Zmena otáčok nejakým regulátorom, ktorý tu stále cpete znamená posun z vrcholu krivky účinnosť na jednu či druhú stranu znamená zníženie účinnosti.

Nikoliv, my pouze tvrdíme, že generátor+vrtule je přímým připojením k Aku neustále přetížen.

Ozaj, dajte teda zapojenie toho regulátra, ako som žiadal. Ale bez elektrotechnických poučiek. Jednoducho pri zmene niečoho regulátor zvýši/zníži tamto a vysledkom je hocičo. A ako je k tej rigidnej sústave vrtuľa-generátor pripojený a čo ovláda

Jakýkoliv buck-boost řízený procesorem, konkrétní netřeba, variant je spousta. Princip je, že umí hledat bod maximálního výkonu podle křivky i na soustrojí. Což bez informace o otáčkách a proměnlivém zdroji energie jinak nejde.

[kybos]

... Princip je, že umí hledat bod maximálního výkonu podle křivky i na soustrojí. Což bez informace o otáčkách a proměnlivém zdroji energie jinak nejde.

Jde, jsou i jiné metody, které to umí "naslepo". (Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking)

[josse]

... Princip je, že umí hledat bod maximálního výkonu podle křivky i na soustrojí. Což bez informace o otáčkách a proměnlivém zdroji energie jinak nejde.

Jde, jsou i jiné metody, které to umí "naslepo". (Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking)

No, nedělám si iluze, že to bude funkční jen občas... Ta dynamika větru mu to rozhodí, než stihne proměřit a najít maximum. Jestli nějaký takový funguje, odkaz prosím?

[kybos]

Třeba:https://www.praiseworthyprize.org/jsm/i ... B%5D=22010

[miroc]

Pre riadenie veternej turbíny už dlho používam regulátor TriStar MPPT 60 od Morningstar. Je to primárne solárny MPPT regulátor, ktorý bol pripravený aj pre použitie s veternou, alebo vodnou turbínou, ale oficiálny firmware mal nastavenia pre turbínu nedostupné. Morningstar svojho času na vyžiadanie poskytoval aj firmware, ktorým sa otvoril prístup k tabuľke výkonovej krivky turbíny. Tabuľka má 16 riadkov a v dvoch stĺpcoch sa zadávajú hodnoty napätia generátora (napätia pri záťaži) a hodnota maximálneho výkonu, ktorý sa pri tomto napätí môže odoberať (zaťažovať turbínu).
Prvý riadok stanoví štartovacie napätie pre začiatok nabíjania. Ako rastie napätie s narastajúcim vetrom, regulátor prechádza vždy na nasledujúci riadok, alebo pri poklese vetra naspäť na predchádzajúci. Prechody sú spojité, bez skokov.
Úlohou regulátora je držať turbínu v optimálnej rýchlobežnosti a ku koncu tabuľky ju už pribrzďovať a rýchlobežnosť znižovať. Nedopustiť presiahnutie napätia turbíny 150V, čo je hraničné vstupné napätie pre tento regulátor.
Tabuľka v programe TS vyzerá takto:

ts_mppt_wind_table290412.jpg (34.85 KiB) Zobrazeno 900 x

Ak niečo zblbne, je k dispozícii ešte jedno napäťové relé, ktoré turbínu zastaví ak sa jej výstupné napätie priblíži k hraničnému. Čo sa v naozaj silnom vetre stávalo.
Nevýhodou tohto regulátora je, že zrejme vďaka tomu, že využitie pre VT Morningstar nikdy v skutočnosti nedotiahol do konca a regulátor si pri nabitých baterkách kľudne odíde do absorbcie (ak ju zruším v programe tak do floatu) a odľahčí turbínu. Čo je zjavne extrémne nebezpečné, ale spomínané napäťové relé tento stav odchytí.
To sa mi ale celkom nepáčilo, tak som použil niečo ako kybosov paralelný regulátor. A síce konkrétne PWM reulátor TriStar 45 v režime "nabíjania s náhradnou záťažou" (prepína sa mikroprepínačmi po otvorení krytu).
Hlavný regulátor TS MPPT 60 je nastavený na oveľa vyššie nabíjacie napätie (aby sa nikdy nedostal do absorbcie), a paralelný TS 45 pri dosiahnutí nastaveného napätia za hlavným regulátorom (na aku) nedopustí ďalšie zvyšovanie napätia, tým že energiu odvádza do umelej záťaže (alebo nejakej užitočnej záťaže)
Na obrázku je bloková schéma a na ďalšom - ako to vyzerá v reále. Umelá záťaž je rezistorová na 1000W, 2 ohmy s teplotne spínanou ventiláciou.

schema tsmppt-ts.jpg (29.28 KiB) Zobrazeno 900 x

Takže dá sa to aj bez priameho merania otáčok regulátorom.
Pre VT už existujú oveľa lepšie regulátory. Ale nebavíme sa o veterných turbínkach do 200W. Tam by to bola zbytočná investícia. Toto vlákno je o 3 kW turbíne, ktorú nikto normálny nepripojí natvrdo k aku.

[kybos]

Tento regulátor také neměří otáčky a přesto je schopen zajistit nepřekročení limitu otáček a současně stabilitu výstupního napětí v požadovaných mezích.
Legenda: Žlutá - napětí na spínači PWM
Zelená - výstupní napětí

[miroc]

Tento regulátor také neměří otáčky a přesto je schopen zajistit nepřekročení limitu otáček a současně stabilitu výstupního napětí v požadovaných mezích.

A rozsah vstupného napätia má aký?

[kybos]

To je dáno limitem spínacího tranzistoru a v tomto konkrétním případě také typem obvodu pro řízení napájení LM317HVT, tedy cca 56V. Regulátor byl navržen pro systém se jmenovitým napětím 48V. Ale jeden z ověrovacích vzorků s externím napájením byl osazen třeba spinačem typu BSM150GB120DN2 se závěrným napětím do 1200V.

[miroc]

kybosovi: Kto vie, ako by sa tvoja elektráreň správala s regulátorom, ktorý by bol ochotný pustiť generátor do vyšších napätí. Teplotne by sa mu uľahčilo a nárast otáčok by nemusel byť drastický.
Ja mám od turbíny po baterku viac ako 50 m, takže vyššie napätie generátora mi kvôli stratám veľmi vyhovuje. Druhá turbína bude ešte o 30 m ďalej a tá bude chodiť do 250 V.

[kybos]

Zvýšení napětí je správná cesta ke snížení ztrát. Při analýze ztrát jsem našel ještě jednu metodu jak ztráty u malé větrné elektrárny potlačit. Lze to zajistit přesunutím usměrňovače do gondoly. Jednak je tam přirozeným způsobem chlazený a také výrazně klesnou ztráty na vedení při použití stejného průřezu vedení. Spolehlivost usměrňovače je poměrně vysoká, neboť jej lze snadno a levně násobně předimenzovat.

[miroc]

Áno, o tom sme sa tu už pred časom bavili. Ťahať od gondoly už jednosmerné napätie by bolo výhodnejšie aj z iných dôvodov, ale je tu jedno ale. A to je núdzové brzdenie turbíny. Je príliš komplikované robiť ho tiež v gondole pred usmernením. A brzdenie na jednosmernej strane je rizikové, lebo sa môže stať že nárazové prúdy usmerňovač nevydrží a to by potom už nebolo ako brzdiť... Iba z toho dôvodu ho mám dole a brzdím na striedavej strane.
Ešte jedna vec mi napadla... brzdenie (skrat) na striedavej strane nijako nevadí regulátoru. Ale ak by som skratol jednosmernú stranu, ktorá ide do tristaru, asi by sa nepotešil.... Má na vstupe elyty...

[kybos]

Chce to přidat ještě jednu diodu před elektrolyty. Měla by to být nějaká s nízkým úbytkem. Já na to používám diodu z polomostu BSM150GB120DN2 (který je součástí regulátoru), případně v jiné instalaci paralelní kombinaci diod KYW31/150 a brzdím za usměňovačem, který mám zatím na stole. Na to, abych jej vystěhoval do gondoly, mi chybí vhodná hliníková krabice s chladícími žebry a aerodynamickým tvarem v provedení IP68. Jelikož brzdím až za nárazovou tlumivkou, nemám z nárazových proudů strach.

[miroc]

Dám radšej aj naďalej prednosť trom vodičom od turbíny, lebo iné riešenie nemá také výhody, ktoré by vyvážili pridanie ďalších kurvítok do systému, ktorých "zafungovanie" by mohlo spôsobiť vážne problémy.

[KUTIL]

Tak to vypadá, že sa poriadnej technicky vyargumentovanej odpovede na svoje otázky nedočkám. Väčšinou v diskutujúci kladú odpovede na otázky, ktoré si sami vykonštruovali a na problémy, ktoré si sami vymysleli. Neberú vôbec do úvahy, že turbínky s pevným rotorom a správne „spasovaným“ alternátorom zapojené priamo do akumulátora pracujú bez akýchkoľvek problémov (a regulátorov) skoro 100 rokov. Na zasmiatie je „argument“ že pracovali bez „regulátora“ preto že ten vtedy ešte neexistoval! V podstate teda ani nemali vzniknúť! A čo veterné mlyny. Tam bola regulácia zmenou plochy plachiet alebo vytočením veže. Pekne ručne. 6iadny regulátor. Tiež mali čakať až doteraz.
Ako je taký regulátor zapojený do alternátora tak že tam reguluje nejaký parameter a ako sa reguluje príkon/výkon je stále neznáma vec. Mariť výkon ktorý alternátor úž vyprodukoval znamená vždy iba straty na výrobe a nie je to regulácia výkonu. Turbínka nie je auto, kde možno pridať či ubrať plyn.
Dobrá je aj pripomienka od josseho, že turbínka zapojená priamo cez menič je preťažená. Od čoho, preboha.
Otáčky rotora, ktorý je pripojený k spotrebiču možno iba znížiť. Zvýšiť ich možno iba po odpojení od spotrebiča. Za rovnakého vetra stúpnu asi o tretinu.
Babrať sa s výkonom, ktorý už „odišiel“ z alternátora je o ničom. A problematiku pribrzďovania rotora skratovaním alebo zvýšením záťaže tu neriešim.

[josse]

Druhá turbína bude ešte o 30 m ďalej a tá bude chodiť do 250 V.

Na jaký výkon to bude dimenzované?

[miroc]

Na jaký výkon to bude dimenzované?

cca 2,5 kW, vrtuľa s priemerom 3,6 m.

[KUTIL]

Napríklad taký josse, ktorý vyslovil tú myšlienku o preťažení vrtule mlčí ako partizán. Pritom je to jednoduché. Ak je turbínka pripojená priamo cez usmerňovač k baterke, ktorá pracuje ako stabilizátor napätia, tak napätie alternátora na výstupe je rovné napätiu baterky + straty vo vedení a usmerňovači. Napätie sa mení len mierne podľa vnútorného odporu baterky. Mení sa prúd, lebo alternátor je zdroj prúdu. V každej situácii je všetka energia ktorá prichádza do alternátor rovná príkonu na vrtuľu. Kde sa tam vzala nejaká energia alebo brzdná sila čo vy ju pribrzdila neviem. A tak stále dookola ako sa mení rýchlosť vetra sa menia aj tieto pomery.
Toto platí keď je vrtuľa optimálne spárovaná s alternátorom, teda ak je príkon od hnacieho rovný hrubému výkonu stroja hnaného, aspoň tak nás to učili v škole.
Tie „riešenia“ ktoré ste diskutovali platil pre inú situáciu, hlavne ak výkon hnaného stroja v nejakom bode charakteristiky sústroja vyšší. vtedy došlo k spomínanému „impedančnímu nepřizpůsobení“ a to je tá sila, ktorá vrtuľu pribrzdí či zastaví. Tak došlo k nasadeniu „regulátorov“ ktoré majú za úkol prispôsobiť údajne čokoľvek s čímkoľvek. Ono to pracuje tak že alternátor je pripínaný a odpínaný od baterky v takom náhodnom režime. A samozrejme s veľkými stratami.
Poznám dva takéto prípady keď je výroba turbíny sotva štvrtina toho čo by ročne dala so správnym „impedančním přizpůsobením“ aj bez regulátora. Takto to slúži na to aby vôbec niečo dala a aspoň nejako fungovala.
Pribrzďovanie rotora na výstupe z alternátora je iný prípad, keď má svoje nedostatky obmedzenia. Nemyslím nejaké sofistikované riešenia, ale niečo jednoduché a lacné vhodné pre malé turbínky.

[kybos]

cca 2,5 kW, vrtuľa s priemerom 3,6 m.

Bude to VAWT nebo HAWT?

[miroc]

Bude to VAWT nebo HAWT?

HAWT. Tu som dával foto pripravenej krídla natáčacej hlavy-hubu vrtule: https://forum.mypower.cz/viewtopic.php?f ... 86#p129051

[josse]

Napríklad taký josse, ktorý vyslovil tú myšlienku o preťažení vrtule mlčí ako partizán. Pritom je to jednoduché. Ak je turbínka pripojená priamo cez usmerňovač k baterke, ktorá pracuje ako stabilizátor napätia, tak napätie alternátora na výstupe je rovné napätiu baterky + straty vo vedení a usmerňovači. Napätie sa mení len mierne podľa vnútorného odporu baterky.

No ano, tohle je správně, ale s napětím souvisí přímo i otáčky, pokud to stabilizuje napětí, stabilizuje to také otáčky.

Mení sa prúd,

ano

lebo alternátor je zdroj prúdu.

ne tak docela, pokud nechceme vyšší výkon pak je to pořádku. Výkon je násobek proudu a napětí, rozdíl proudu z 250 na 750 rpm/min, bude možná dvou nádobek, spíše lehce méně. Takže ta křivka výkonu bude velmi plochá. Rozdíl v napetí je 3 násobek, takže stabilizátorem=usměrňovačem přicházím o značkou část výkonu...

V každej situácii je všetka energia ktorá prichádza do alternátor rovná príkonu na vrtuľu.

No tohle je taky dobře, ale když se vrtule neotáčí dle TSR, protože jak píšete výše je na ní zapojeny stabilizátor otáček, tak má logicky nižší účinnost a výkon na ní dopadající je menší, než když by se otáčela bez stabilizátoru.

Kde sa tam vzala nejaká energia alebo brzdná sila čo vy ju pribrzdila neviem.

one see tam nevezme žádná další energie, by přicházíte o 2/3 co máte k dispozici tím že soustrojí není balancováné k větru, ale je balancováné k akumulátoru. Nedochází k přizpůsobení impedance na elektrické straně (které je mnohem snadnější), snažíte se nad přesvědčit, že vám vítr nefouká rychleji než napětí akumulátorů+TSR. Takže vy umíte ovládat počasí?

A tak stále dookola ako sa mení rýchlosť vetra sa menia aj tieto pomery.

ve vašem případě ne, když jste si zapojil stabilizátor otáček (usměrňovač).

Toto platí keď je vrtuľa optimálne spárovaná s alternátorom, teda ak je príkon od hnacieho rovný hrubému výkonu stroja hnaného, aspoň tak nás to učili v škole.

moment, tohle ani jinak nejde ne? Potlačovat fyziku nikdo neumí. Když je jedna hřídel, tak co do ní pošlu z ní zase získám, není potřeba nic párovat, tady se nemá co ztratit. Jedině co bych mohl zkazit, je, navrhnout si generátor na nižší napětí než akumulátor, to ale snad je tak jednoznačné, že to můžeme vypustit...

Tie „riešenia“ ktoré ste diskutovali platil pre inú situáciu, hlavne ak výkon hnaného stroja v nejakom bode charakteristiky sústroja vyšší. vtedy došlo k spomínanému „impedančnímu nepřizpůsobení“ a to je tá sila, ktorá vrtuľu pribrzdí či zastaví. Tak došlo k nasadeniu „regulátorov“ ktoré majú za úkol prispôsobiť údajne čokoľvek s čímkoľvek. Ono to pracuje tak že alternátor je pripínaný a odpínaný od baterky v takom náhodnom režime. A samozrejme s veľkými stratami.
Poznám dva takéto prípady keď je výroba turbíny sotva štvrtina toho čo by ročne dala so správnym „impedančním přizpůsobením“ aj bez regulátora. Takto to slúži na to aby vôbec niečo dala a aspoň nejako fungovala.
Pribrzďovanie rotora na výstupe z alternátora je iný prípad, keď má svoje nedostatky obmedzenia. Nemyslím nejaké sofistikované riešenia, ale niečo jednoduché a lacné vhodné pre malé turbínky.

Nene, impedančně nepřizpůsobené to je vždy. Výkon v závislosti na rychlosti větru nemůže mít nikdy přímou úměru s generátorem na konstantních otáčkách. Jakýkoliv točivý stroj má výstupní napětí lineárně závislé na otáčkách, s větší strmostí než proud, proud teče až jako důsledek rozdílu potenciálů.
Proč bychom do generátoru dávali:
1. Slabší magnety abychom snížili brzdný moment a tím snížili možný proud a tím výkon celého soustrojí?
2. Proč bychom vnitřní odpor vinutí dělali větší abychom omezili proud a tím výkon celého soustrojí?
3. Proč bychom dali přívodní vedení se zvětšeným odporem abychom snížili výkon celého soustrojí?

Tyto tři body nám nutíte, že musíme udělat, že je to údajně správné, proč proboha bychom snižovali výkon soustrojí, dnes existují regulátory, díky kterým nemusíme přicházet o značnou část výkonu. Chápu, že v minulosti to nešlo, nebyly procesory, prostě to nešlo, ale dnes to jde...