Selbsterregende bürstenloser Generator

[Olias]

Moin Moin!
Schon seit längerem stöbere ich immer wieder hier herum und nun hab ich mich schließlich doch angemeltet.
Eine echt tolle Artikelsammung und Forumscommunity hat sich hier gebildet, meinen Respekt an Alle die sich hier aktiv beteiligen ihre Begeisterung zum Thema mit anderen Teilen.
Danke!

Zum Thema:
Es spukt seit Ewigkeiten ein Plan in mir herum ein Windrad zu bauen, mit dem eine Gartenlaube mit ein wenig Strom versorgt werden soll (vll. 20W oder weniger). Auch wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ich in absehbarer Zeit wirklich zu Säge und Bohrer greife recht klein ist, stelle ich mir die Frage wie ein Generator aussehen für diesen Zweck aussehen könnte.
Das ganze ist also eher als ein theoretisches Spiel anzusehen, als als Planung für ein ernsthaftes Projekt.

Zur Sache:
Der Generator soll fest auf oder im Dach montiert werden, das Windrad soll eines mit vertikaler Drehachse sein (H-Rotor) und direkt ohne Geriebe den Generator antreiben.
Von der Demensionierung her stelle man sich ein 100er Abflussrohr als Anker vor, das vll. 20 bis 30cm lang ist. Die Drehzahlen sind von unter 100U/Min anzunehmen.
Könnte man einen sebsterregten Generator, spirch einen Dynamo ohne Büsten konstruieren?
Meine Vorstellungen gehen dahin, dass man die Erregerwicklung in Anker über einen kleinen permanent erregten Sekundärgenerator speist, dessen kleine Magnete im Strator sitzen.
Die Spannung des 2-Poligen-Sekundärgenerators müsste im Anker gleichgerichtet werden, um dann den Strom für die Erregerwicklungen des "echten" 3-Phasigen Generators zu speisen.

Kopfschmerzen dabei macht mir, dass bei einem Lastwegfall an den Induktionspulen die gesamte Energie des Rades in den Erregerwicklungen im Anker landen würde (schmelzende Isolierung, Rauch, Feuer).
Gibt es quasi leistungslose Strom/Spannungsbegrenzer die robust genug sind um in einem Anker ihr Werk zu verrichten?
(ob Spannung oder Stombegrenzgung wäre egal, da sich der Widerstand der Spulen ja kaum ändert, insofern sie nicht wirklich heiß werden, was das ganze ja verhindern soll)

Hat jemand eine Idee wie man einen Regelkeis aufbauen könnte um die Spannung an den Induktionsspulen nach event. Umspannen und Gleichrichtung mehr oder weniger konstant zu halten (Akkuladespannung)?
Das wäre den ein echter Vorteil gegenüber der komlett permanent erregten Lösung.
Das Probem dabei wäre das nur Steuersingal für den Stromregler vom Stator brührungslos in den Anker zu bekommen.

Ein anderer Ansatz wäre mechanisch den Abstand der Permanentmagnete des Sekundägenerators im Strator zu den Ankerindutionsspulen zu ändern (die Vorstellung gefällt mir aber nicht da mechanisch ran zu genen).

Was haltet ihr von der Idee eines solchen bürstenlosen, fast selbsterregten Generators?

***

Oh man meine erster Beitrag und gleich so ein Roman!
Danke schon mal an alle die sich die zeit nehmen das sich durchzulesen!

Gruß
Olias

[Jaecko]

Ohne jetzt viel auf den Rest einzugehen: aber die normalen Fahrraddynamos sind bürstenlos und "selbsterregt": in einer feststehenden Spule dreht sich ein Permanentmagnet.

[Olias]

moment:
Selbsterregung meint doch, daß es eben nicht Permanentmagnete eingesetz werden, sonst heiße das ja auch Permanenterregung, oder bin ich nun völlig auf dem falschen Dampfer?

Auf jedenfall soll der Witz dieser Konstruktion darin liegen, das keine großen Permanentmagnenten eingetzt werden, die
1. Teuer sind
2. mit der Zeit durch die Wechselfelder ihre Kraft verlieren
und 3. keine Möglichkeit zur Regelung bieten.

[Edblum]

moment:
Selbsterregung meint doch, daß es eben nicht Permanentmagnete eingesetz werden, sonst heiße das ja auch Permanenterregung, oder bin ich nun völlig auf dem falschen Dampfer?

Auf jedenfall soll der Witz dieser Konstruktion darin liegen, das keine großen Permanentmagnenten eingetzt werden, die
1. Teuer sind
2. mit der Zeit durch die Wechselfelder ihre Kraft verlieren
und 3. keine Möglichkeit zur Regelung bieten.

Vielleicht ist es zu emphelen einiges ueber 3-phasenmotoren zu lesen. Bekanntlich funktioniert jede Elektromotor auch als Generator. Diese 3-phasenmotoren kann man (zB mit AVR) elektronisch steuern. Gelingt es der Soll-drehzal unter der Ist-drehzahl zu generieren, fliest de Strom umgekehrt. Moeglich kann man sie dann benuetzen.

In den Niederlanden gab es damals eine Austellung 'Energie anders'. Es gab dort eine A-synchronmotor mit Getriebe und Kurbel ans offentliche Netz. Wenn man schneller als die Netzfrequenz drehte, wurde den Strom ins Netz zurueck gespeist.

Ich habe auch kein fixfertige Loesung, aber vielleicht hilft dieses.

Viel Erfolg!

[Olias]

Danke Edblum!
fixfertige Lösungen Suche ich nicht, das ganze soll ja selbst ent- und gewickelt werden soll.
3-Phasenmotoren werden durch 3-Phasigen Wechselstrom gesteuert. Rauf mit der Frequenz- rauf mit der Drehzahl (wenn die Bremswirkung gleichbleibt). Die Frequenz des Wanderfeldes könnte man dann mit einem uC steuern (Soll-Drehzahl).
Als Anker verwendet man meines Wissens(das da ohne Zweifel lücken hat) entweder einen Kurzschlussläufer oder eben Magnente (Permanent oder eletkrisch).
Präge ich nun eine (Ist-)Drehzahl ein, die über der Frequenz des Stromes in den Stratorwicklungen hinausgeht, bremst das Feld den Anker und die Energie wird in die Stratorspulen induktiv zurückgespiest.
Da der Indzierte Strom ebenfalls wieder ein Magnetfeld erzeugt, kann sich das ganze auch ohne "Antriebsstrom" aufschwingen und somit als echter Generator dienen, möglichkeiten zur Regelung bietet das aber dann nicht mehr.

Gelingt es der Soll-drehzal unter der Ist-drehzahl zu generieren, fliest de Strom umgekehrt.

[schild=14 fontcolor=000000 shadowcolor=C0C0C0 shieldshadow=1]Hä?Wie jetzt?[/schild]
An der Drehzahl kann ich schlecht schrauben (das macht der Wind).
Die Definition von soll und ist fällt völlig flach da ich ja kein Wanderfeld von außen anlege.
Und sonst habe ich diesen Satz im Kontext eines Generators ohne äußeres aufgeprägtes Wanderfeld nicht verstanden.

[Edblum]

Danke Edblum!
fixfertige Lösungen Suche ich nicht, das ganze soll ja selbst ent- und gewickelt werden soll.
3-Phasenmotoren werden durch 3-Phasigen Wechselstrom gesteuert. Rauf mit der Frequenz- rauf mit der Drehzahl (wenn die Bremswirkung gleichbleibt). Die Frequenz des Wanderfeldes könnte man dann mit einem uC steuern (Soll-Drehzahl).
Als Anker verwendet man meines Wissens(das da ohne Zweifel lücken hat) entweder einen Kurzschlussläufer oder eben Magnente (Permanent oder eletkrisch).
Präge ich nun eine (Ist-)Drehzahl ein, die über der Frequenz des Stromes in den Stratorwicklungen hinausgeht, bremst das Feld den Anker und die Energie wird in die Stratorspulen induktiv zurückgespiest.
Da der Indzierte Strom ebenfalls wieder ein Magnetfeld erzeugt, kann sich das ganze auch ohne "Antriebsstrom" aufschwingen und somit als echter Generator dienen, möglichkeiten zur Regelung bietet das aber dann nicht mehr.

Gelingt es der Soll-drehzal unter der Ist-drehzahl zu generieren, fliest de Strom umgekehrt.

[schild=14 fontcolor=000000 shadowcolor=C0C0C0 shieldshadow=1]Hä?Wie jetzt?[/schild]
An der Drehzahl kann ich schlecht schrauben (das macht der Wind).
Die Definition von soll und ist fällt völlig flach da ich ja kein Wanderfeld von außen anlege.
Und sonst habe ich diesen Satz im Kontext eines Generators ohne äußeres aufgeprägtes Wanderfeld nicht verstanden.

Doch, der Drehzahl laesst sich durch Verstellung des Rotorblattwinkels regeln. So machen professionelle Windraeder es auch (Fliehkraftreglung).

http://de.wikipedia.org/wiki/Windkra...ehzahlregelung

Dann hat der H-Darrieusrotor eine aerodynamische Drehzahlbegrenzung (50-80 u/min.) Es gibt auch fuer H-Darrieusrotoren Blattverstellung, leider konnte ich es nicht finden.

Bleibt 'nur' die elektronische Reglung.

[Lif79]

moin,

ich möchte dann auch noch mal etwas von meinem Wissen beisteuern (im Bereich WEA's und Generatoren).

-Der Generator sollte möglichst hochpolig sein, ein 2-poliger Motor hat eine Nenndrehzahl von 3000 1/min ein 12-poliger hat aber nur 500 1/min Nenndrehzahl (bei 50 Hz)

-Wenn du wirklich ohne Bürsten (Schleifringkörper) arbeiten möchtest würde ich eine erregermaschine an den anker bauen... Der Ankerstrom ist so von außen über die Feldwicklung der Erregermasch. zu steuern.

-Ein Schleifringkörper würde ich bevorzugen da dann die komplette erregermaschine wegfällt und das ganze dadurch wesentlich einfacher wird. der verschleiß ist bei schleifringen auch nicht ganz so stark wie beim "normalen" Kollektor.

- Das ganze kann ruhig mit einem drehstromgenerator gebaut werden da man idealer weise den strom gleichrichtet, um-/hochsetzt und dann evenuell in eine Wechselspannung wandelt.

Aber als wichtigste Frage: Du willst nur 20 W erzeugen???

[Besserwessi]

Bei wirklich nur 20 W sollten Dauermagneten kein Problem sein. Die Müssen nicht größer sein als ein einem 20 W DC Motor. Außerdem ist bei so kleinen Generatoren der Elektromagnet relativ uneffektiv und der Wirkungsgrad leidet gewaltig. Die Größenabhängigkeit kommt unter anderem daher, das der Luftspalt im Vergleich zum Weg im Eisen bei kleinen Moroten deutlich wichtiger werden. Außerdem müßte eine Kleiner Geenerator auch noch schneller laufen um den gleichen Wirkungsgrad zu erreichen.

Wenn die Magneten richtig dimensioniert sind, verlieren sie auch nicht an Leistung. Jedenfalls nicht innerhalb der normalen Lebensdauer.

[Olias]

Das habe ich fast befürchtet, das es wohl doch auf eine Dauermagnet-Lösung hinausläuft und die Spannungsregelung dann eine Aufgabe der allseits beliebten Buck/Boost-Converter wird.

Hochpolig bauen stelle ich mir mechanisch recht schwierig vor, aber lieber da mehr Aufwand reinstecken, als dann keine Spannung zusammenzubekommen, hochspannen muss wahrscheinlich sowieso erfolgen. Bei hohen Drehzahlen kann man den Travo notfalls abklemmen/gestuft reglen, wenn man schon dabei ist da ICs zu verbauen kann dass dann ja ein uC machen, der sowieso gebraucht wird um die Akkuladung zu überwachen.
Die 20W kommen so zustande:
ein 10Ah Akku soll in 2-3 Tagen vollgeladen werden können.
10Ah/48h = 200mA
200mA*12V= 2,4W
1000% Überdemensionierung für Akkuverluste, Flaute und Elektonikstrom und Leistungreserve.
Sprich 20W sind üppig, wenns weniger ist, auch recht.

Anstellwinkelverstellung bei einem H-Rotor.. öhm, nein.
Möglich aber den Aufwand nicht wert. (Zyklisch verstellende Blätter, Exenterregelung...)

[Richard]

Hochpolig bauen stelle ich mir mechanisch recht schwierig vor, aber lieber da mehr Aufwand reinstecken, als dann keine Spannung zusammenzubekommen

Sehe Dir mal ......

http://www.powercroco.de/24N28P6530.html

...an

Gruß Richard