Direct drive generator

@Spog2,

Het is natuurlijk precies zoals je zegt.
Wat ik toon zijn proefopstellingen, en de bedoeling is om in contact te komen met anderen die ook een kleine molen willen bouwen.

@S0rog2: gebouwen worden ontworpen op "ééns per honderd jaar" stormen, en als een gebouw tijdens zo'n storm flink beschadigd, loopt het ook heel gemakkelijk slecht af voor mensen in en rondom dat gebouw. Dat is voor een kleine windmolen wel anders.

Overigens zou ik zelf kiezen voor een vaste pitch, om de mechanische complexiteit te beperken.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 8 december 2019 12:26:54 schreef SparkyGSX:
Overigens zou ik zelf kiezen voor een vaste pitch, om de mechanische complexiteit te beperken.

Volgens mij is dat nog niet eens zo heel gek: Doordat het profiel een vast-staande L/D heeft wil je de omloopsnelheid gewoon in een constante verhouding hebben met de windsnelheid.

Dit wordt een probleem als de druk die je molen op de paal uitoefent meer wordt dan je paal kan hebben. Dan zou je een minder gunstige invalshoek willen hebben om toch (juist bij hoge windsnelheid!) energie op te kunnen wekken.

En een ander "wringende" situatie is bij weinig wind. Dan is de wrijving zodanig dat je met de optimale invalshoek geen energie kan winnen, of zelfs helemaal niet op gang komt. (denk aan: Een auto heeft optimaal km/liter rendement in z'n vier bij 80km/u.... Maar op gang komen kan zo z'n beperkingen hebben).

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Het regel- en beveiligingssyteem a la Kragten staat beschreven in KD213. Hij heeft dat gebruikt zo lang ik hem ken. Voorzover ik weet heeft het altijd betrouwbaar gewerkt.

[De staart van de molen is opgehangen aan een scharnier die ongeveer 15 graden uit het lood staat; de preciese hoek bepaal je bij de ontwerpberekening.
Die staart zal dus zonder wind op zijn laagste punt hangen, bijna recht achter de rotor. Bijna, want hij heeft een voorhoek zodat hij bij gemiddelde wind precies recht erachter staat.
De vaan aan de zijkant van de rotor zal de rotor uit de wind willen draaien, waarbij de scharnierende staart tegenkracht uitoefent.
De karakteristieken van scharnierhoeken, staartgewicht en zijvaan zijn zodang op elkaar afgesteld dat de rotor bij acceptabele windsnelheden in de wind staat en bij toenemende wind 90 graden wegdraait.]
EDIT: Ik beschreef een oorspronkelijk systeem. Hij heeft de zijvaan vervangen door de rotor iets excentrisch te zetten. Dit staartsysteem is ook iets anders. maar het idee blijft dat er een scharnierende vaan in zit.

Je kan de wieken uit hout maken. Dikte 12% van de koorde is mooi aan de tip. Op 'een of andere manier' zou ik de voet wat dikker willen hebben ivm met buigsterkte daar.

Waar je erg rekening mee moet houden als je een kleine molen bouwt is het Reynoldsgetal. De gangbare profielkarakteristieken (Lift/Drag) worden dan ongunstiger.
Als je een 2 bladige rotor neemt ipv 3 kan je de koorde 3/2 maal zo groot maken.
Echter: een 2 bladige rotor kan bezwaren opleveren ivm gyroscopische momenten bij het uit de wind draaien.

In het algemeen geldt hoe minder bladen des te hoger het toerental, en des te kleiner een direct aangedreven generator voor hetzelfde vermogen.

Als @m.bouwer aangeeft hoe groot ongeveer hij de molen(-rotordiameter) dacht te maken en welk model Kragten hem aanspreekt dan kunnen we verder.

Kragten heeft zich altijd beperkt gevoeld vanwege het startkoppel en koos daarom vaak 6, 4, of hooguit 3 bladen (ook ivm gyroscopie).
Nu de electronici hier er wel voor zorgen dat die generator op gang komt :) ... kan je m.i. ook voor 2 kiezen, of 1+contragewicht (als je durft).

(delete dubbelpost)

[Bericht gewijzigd door Spog2 op 8 december 2019 15:39:37 (56%)]

Die bladhoek verstelling maakt het regelprobleem nog een stuk complexer, omdat je nog een variabele hebt die geregeld moet worden. Naast het koppel van de generator, waarmee het toerental beïnvloed wordt, moet ook de bladhoek kloppen voor een optimaal rendement. Wellicht is dat met een windsnelheidsmeter en een open-loop model nog wel te doen, maar closed-loop lijkt dat me best ingewikkeld, aangezien de wind ook nog flink fluctueert.

Het is triviaal om de generator onbelast te houden terwijl de molen nog op gang moet komen, maar als je vanuit stilstand niet genoeg koppel kunt opwekken om de cogging torque van de generator te overwinnen, komt het ding nooit op gang. Een variabele bladhoek kan dat beter maken, omdat het punt waarbij een stilstaande rotor zijn maximale koppel maakt, ergens anders ligt dan bij een rotor die een optimale snelheid heeft voor de omstandigheden. Aan de andere kant kun je de generator ook ontwerpen voor een minimale cogging torque, door een stator te gebruiken zonder salient poles, of stator en rotor polen onderling onder een hoek. Een andere manier om het elektronisch op te lossen, is door het gebruiken van een regelaar die de generator ook elektrisch kan aandrijven (vanuit een accu of het lichtnet), en op die manier het geheel op gang kan helpen.

Mijn ontwerp bestaat uit 3 MOSFETs en 3 diodes in de powerstage, en daarmee kan deze nooit de generator aandrijven, daarvoor heb je 6 MOSFETs nodig, met high-side drivers, en software die het aan kan sturen. Dat is precies de complexiteit die ik wilde voorkomen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

@Sparky.
Je zal merken dat je aan die generator niets hoeft te regelen.
Dat maximum powerpoint lijkt me niet bijzonder nuttig, omdat de molenkarakteristiek heel breed is nabij de interessante windsnelheden. Mits de rotor eenmaal draait! Binnen +/-25% van het optimale toerental houdt je 90% van het maximum vermogen. Theoretisch kan je dan 10% winnen, maar ik betwijfel of rotortraagheid en windvlagerigheid je de kans geven.
Het is zaak dat je de molen heel houdt (en daarmee de generator).
Jij blijft met je mpp-regeling de wind niet de baas!
De regeling moet m.i. een starthulpje zijn, vervolgens neem je alles af aan stroom wat er aangeboden wordt, of je ontkoppelt hem als de accu vol is. Hij speelt kwa molenbeveiliging geen rol.
Het feest houdt simpelweg op als het te hard waait: dan draait de rotor uit de wind.

P.S.: Als je aan het net levert moet er natuurlijk wel iets geregeld worden.

Niets te regelen? Waar komt dat nou weer vandaan?

Er is niet zoiets als "neem je alles af aan stroom wat er aangeboden wordt", er wordt niets aangeboden. De generator bepaald geen stroom of spanning, de spanning is afhankelijk van het toerental, de tegen-EMK constante, en de stroom die je afneemt.

Als je meer stroom afneemt, belast je de windmolen met een groter koppel, waardoor deze zal vertragen. In eerste instantie maar een klein beetje, maar op een bepaald moment neem je meer koppel af dan de molen kan produceren, en tegelijk maak je door het vertragen van de molen de verhouding tussen de windsnelheid en tipsnelheid steeds minder optimaal. Daar komt nog bij dat een grotere stroom ook een lagere klemspanning over de generator krijgt, door de weerstandsverliezen en de inductie.

Zonder fatsoenlijke regeling zul je nooit in de buurt komen van de maximale opbrengst.

Maar goed, als jij stelt dat een regeling niet nodig is, hoeveel stroom zou je uit de generator trekken dan? Dat zou blijkbaar altijd hetzelfde zijn, ongeacht de omstandigheden.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Ik ga er van uit de je een accu laadt.
De molen gaat draaien bij bv 3 m/s. Daar zit nauwelijks energie in.
Helemaal onbelast haalt hij dan 12V. De generator kan dan ietsiepietsie beginnen met laden. Je MPP maakt dat niet beter.
Bij 6 m/s heb je 8x zoveel energie uit de wind en nog veel meer dan 8x uit de rotor die van Cp=0 naar Cp=0,4 is gekropen.
Je MPP 'regeling' moet dan beginnen met zich uit de voeten te maken omdat de stroom te hoog wordt.
Gelukkig draait de rotor uit de wind.

Het is een kwestie van molen en generator op elkaar aanpassen.
Meestal valt de generator veel te zwaar uit vanwege teveel rotorvermogen, terwijl de meeste energie in de lage windsnelheden zit.

Op 8 december 2019 16:00:16 schreef Spog2:
@Sparky.
De regeling moet m.i. een starthulpje zijn, vervolgens neem je alles af aan stroom wat er aangeboden wordt, of je ontkoppelt hem als de accu vol is.

Nee. een "gelijkrichtbrug" die je direct op een accu aansluit vormt NUL belasting totdat de opgewekte spanning de accuspanning bereikt en daarboven houdt ie de molen op vrijwel constante snelheid. Hierdoor wordt bij toenemende wind en constante instelhoek de invalshoek steeds ongunstiger.

Dit zou je als "het werkt bij een breed bereik aan windsnelheden" kunnen zien. Maar met de powerstage zoals Sparky hem gemaakt heeft: je kan de belasting varieren van: vrijloop (cogging torque uit de constructie) tot "stroop". Hiermee kan vooral als er meer energie beschikbaar is, er meer uit gehaald worden.

Hmm. Als je de generator niet als ideaal ziet, maar dat die ook een max stroom heeft, en je het goed uitgemikt hebt, dan zou het kunnen dat je aerodynamisch rendement boven een bepaalde waarde achteruitgaat omdat je de rotor te veel afremt, en dat dit juist goed uitkomt omdat ook je generatorstroom op dat moment tegen het max aanligt.

Omdat in mijn ogen de generator "goedkoper" is dan de "molen" zou ik de generator relatief groter willen kiezen zodat je op winderige momenten meer vermogen er uit kan halen. Maar goed. Misschien is er inderdaad een aardig compromis nodig dat een mppt regeling grotendeels overbodig maakt.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

@Spog2: Ik ben met je eens dat er bij lage windsnelheden ook nauwelijks energie beschikbaar is.

Waar die 12V vandaan komt is me een raadsel; ik krijg het vermoeden dat jij bij een generator denkt aan een generator van een auto, met alleen zijn bestaande veldstroomregeling. Dat is niet waar we het hier over hebben; dit hele topic gaat over een windmolen met een BLDC generator, waar dus een stuk elektronica bij moet. Dat kan zo simpel zijn als een gelijkrichter, maar dat is erg inefficiënt, precies omdat de windmolen bij lage windsnelheid te langzaam draait om genoeg spanning te maken, en bij hogere windsnelheid dusdanig zwaar belast wordt dat hij zijn optimale toerental niet kan bereiken.

Mijn voorgestelde regelaar, of de motorregelaar van REW (of willekeurig welke andere BLDC motorregelaar) kan de spanning altijd alleen boosten; dat wil zeggen, de accu die je wilt opladen moet altijd een hogere spanning hebben dan de maximale open-klem spanning die je uit de generator verwacht te krijgen.

Zo'n regelaar zul je, hoe dan ook, een setpoint moeten geven, anders gaat er geen stroom lopen.

Je kunt het wel proberen met alleen een gelijkrichter, maar dan moet je dus de eigenschappen van de generator en windmolen heel goed op elkaar afstemmen, en dan nog werkt het maar op maar één punt in de buurt van optimaal.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Sparky, die 12V komt van de gedachte dat ik met een coreless generator een accu wou opladen.
Daar heb ik me vorig jaar wat in verdiept, ik kan daarover (nog) geen goed resultaat melden. Ben een beetje vastgelopen in veel te dikke wikkeldraad (1,5mm).

Ik denk dat je regelaar bruikbaar is als hij ook kan aandrijven, als starthulp dus.
Daarnaast denk ik dat het sowieso nuttig is dat je regelaar voor aanpassing kan zorgen. 'tGeeft meer ontwerpflexibiliteit.
Wellicht is de omzetting via FET's ook efficienter dan een simpele diodegelijkrichter.
Bovendien erken ik wel een kans op winst via MPP; afgezien van wat stroomverbruik schaadt het vast niet :)
Ik hou me af en toe bezig met het zijdelings genoemde "(als je durft)"; daar is starten ook een probleempunt wat ik óf mechanisch óf mbv jouw schakeling electrisch kan oplossen.
Je schema was net te klein om te lezen. Heb je ook een grotere afbeelding?

Mijn voorstel is om onszelf te concentreren op een werkend model van een moderne windmolen.

@Spog2: ik zie nu pas dat de leesbaarheid van het schema te wensen overlaat; bij deze een nieuwe poging:

Zoals gezegd kan dit ontwerp de windmolen niet op gang helpen, maar hij wordt pas belast als de software hem daarvoor aanstuurt. Met een domme gelijkrichter heb je netto hetzelfde effect, aangezien die pas in geleiding gaat als de spanning hoog genoeg is. Als de windmolen daarmee, of helemaal zonder belasting, niet kan opstarten, gaat dit ontwerp dus niet helpen.

Daarvoor heb je, zoals gezegd, een volwaardige motorcontroller nodig, met 6 MOSFETs, aparte drivers voor elke MOSFET, inclusief 3 high-side drivers, 6 PWM kanalen op de microcontroller, of een handvol logica om een enkel PWM signaal naar de juiste MOSFET te krijgen, circuits om de stroom en tegen-EMK te meten, en/of een Hall sensor interface, en een boel ingewikkelde software.

Zolang je de cogging torque van de generator kunt beperken, moet het volgens mij prima mogelijk zijn om de windmolen onbelast op gang te krijgen zonder hulp.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

@SparkyGSX,

Als je de besturing zo kan maken dat de wieken vanuit vaanstand aanlopen heb je een heel groot koppel beschikbaar.

De besturing van de bladen staat los van de besturing van de generator elektronica, al kan dat wel gedaan worden door dezelfde microcontroller. Waarschijnlijk is dat sowieso wel handig, omdat die twee samen geregeld moeten worden voor de beste opbrengst.

Je hebt natuurlijk wel een beetje energie nodig om die bladen te kunnen verzetten, maar dat zou met een accu geen probleem moeten zijn.

Voor degene die een windmolen met een vaste pitch willen maken wordt het iets lastiger, maar met een goede generator zou het geen probleem moeten zijn. Een Toprun motor, bijvoorbeeld, heeft geen noemenswaardige cogging torque.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

@m.bouwer
Prima oplossing.
Het mooist is als je bij die wiekverstelling een veerbegrenzing inbouwt, zodanig dat die wiek weer automatisch terugloopt als de axiale rotorbelasting boven een bepaalde grens komt. Werkt ook als de electronica uitvalt.
Je bent dan altijd stormvast en hebt tevens een vermogensbegrenzing.
Om zo'n constructie in een kleine molen te stoppen kost je waarschijnlijk een aardig vermogen aan lagers en flink wat gewicht.

Op 8 december 2019 22:37:51 schreef SparkyGSX:
Een Toprun motor, bijvoorbeeld, heeft geen noemenswaardige cogging torque.

Bedoel je zoiets (van een electrobike)?
https://www.electricbike.com/250-watt-hub-motor/

Op 8 december 2019 12:26:54 schreef SparkyGSX:
@S0rog2: gebouwen worden ontworpen op "ééns per honderd jaar" stormen, en als een gebouw tijdens zo'n storm flink beschadigd, loopt het ook heel gemakkelijk slecht af voor mensen in en rondom dat gebouw. Dat is voor een kleine windmolen wel anders.

Vandaag was alweer de eerste "in honderd jaar" _/-\o_
https://www.telegraaf.nl/nieuws/535727296/windmolen-valt-om-...-boerderij

Nee, ik bedoel de Toprun direct-drive ebike motor, dus zonder tandwielvertraging, waar ik een pagina terug een plaatje van heb gepost. Deze heeft non-salient poles, onder een hoek, en daarmee een zeer kleine cogging torque.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Bij direct drives van grote molens draaien de magneten binnenin het blikpakket.
Daarom zou ik een blikpakket van een motor willen aanpassen.

Volgens mij niet hoor, ik heb wel eens foto's gezien van een direct-drive windmolen generator, en dat was een outrunner, dus met de magneten aan de buitenkant.

Gezien de hoge kostprijs van magneten wordt ook nogal eens een asynchrone generator gebruikt, en daar heb ik nog nooit een outrunner voor gezien, terwijl dat m.i. wel mogelijk zou moeten zijn.

Het nadeel van een asynchrone generator is wederom de elektronica, maar de software is wel eenvoudiger dan voor een BLDC, omdat de rotorpositie niet meer relevant is. Je hebt wel weer 6 MOSFETs, gate drivers, en een redelijke microcontroller nodig, maar daar staat wel tegenover dat de generator mechanisch simpeler wordt, mits je een redelijke kooianker kunt maken, maar die kun je van koper in elkaar solderen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Bij het maken van een klein werkend model van een grote molen (hier met radiaal direct drive generator) vind ik het een groot voordeel dat je houvast hebt aan het bestaande ontwerp.

Het blikpakket zichtbaar aan de omtrek geeft koeling.

Ik heb nu de tanden weggehaald en hou een rand van 24 mm over.
10 mm aan de omtrek heb ik nodig voor de opsluitringen. Blijft 14 mm om de nieuwe sleuven te maken voor de spoelen.

Aan uw bouwwoede zou je beginnen denken dat die windmolen bijzaak is ;)

LDmicro user.

Wachteffe!!! Je hebt gewoon wat staal genomen en gaat dat gebruiken als blik-pakket?

Het kan zijn dat dit beter werkt dan "lucht", maar het zal zeker niet het juiste spul zijn voor een motor/generator blikpakket.

Wat ga je gebruiken om de platen van mekaar te isoleren? (hint!).

Hoe dun zijn de platen? (hoe dunner hoe beter!)

Edit: Wacht, ik geloof dat ik het verkeerd zag. Je hebt een bestaand blikpakket gesloopt door de mooi gevormde tanden weg te halen? Als je al mooi gevormde tanden had, dan zou ik dat zeker niet slopen: die bestaande tanden zijn vast mooier dan wat jij kan maken.

[Bericht gewijzigd door rew op 9 december 2019 16:16:37 (28%)]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/