Direct drive generator

Op 19 februari 2023 17:09:19 schreef rew:
Die 9 draden zijn: fases A, B, C. GND, 5V en HALL1. HALL2, HALL3.

Hmm. Dat zijn er net 1 te weinig. Dan zal er ook een NTC tussen GND en een pinnetje hangen.

de laatste is meestal nog een speed-signaal zodat de exacte snelheid (per wiel omtrek) weer gegeven wordt. de controllers die ik inbouw hebben dat signaal niet, maar kan je in de menu dan een getal instellen zodat die met de pulsen van de fases ook de snelheid kan berekenen. als dat laatste fout staat, krijg je bv 36km/h op het display als je 10km/h rijdt.

die controller heb ik helaas al afgeknipt
heb het wiel nu werkende met een chinese controller.
dit is de motor (met controller in de koplamp, alle kabels gaan daar heen, accu, motor en display)

maar een 3F diodebrug is rap gemaakt...

Een aparte sensor voor de snelheid is alleen nuttig als de motor een vrijloop heeft, anders heb je die informatie al uit de hall sensor signalen.

Een discussie over een generator voor een kleine windmolen gaat ons uiteindelijk altijd hetzelfde antwoord brengen:

"Kijk om je heen naar al die voorbeelden met hun speciaal ontworpen direct drive generatoren.
Altijd gerealiseerd door samenwerking van verschillende disciplines".

Dat is maar half waar, want die grote windmolens zijn ontworpen met een ander eisenpakket en andere randvoorwaarden. Er zijn ook genoeg grote windmolens met tandwieloverbrengingen. Er zijn windmolens met permanente magneten, maar ook heel veel asynchrone generators, met back-to-back gekoppelde inverters. Axiale flux generators zijn daar heel zeldzaam.

Met die redenatie doe jij dus best veel fout.

Op 19 februari 2023 18:31:19 schreef SparkyGSX:
Een aparte sensor voor de snelheid is alleen nuttig als de motor een vrijloop heeft, anders heb je die informatie al uit de hall sensor signalen.

De motoren met tandwielen hebben vaak (altijd?) een vrijloop: Anders moet je na het uitvallen van de accu zo zwaar fietsen (de motor draait dan 2000-3000 RPM en heeft dus best wel wat luchtweerstand!)

Op 20 februari 2023 11:26:58 schreef SparkyGSX:
Dat is maar half waar, want die grote windmolens zijn ontworpen met een ander eisenpakket en andere randvoorwaarden. Er zijn ook genoeg grote windmolens met tandwieloverbrengingen. Er zijn windmolens met permanente magneten, maar ook heel veel asynchrone generators, met back-to-back gekoppelde inverters. Axiale flux generators zijn daar heel zeldzaam.

Met die redenatie doe jij dus best veel fout.

Er zijn ook veel grote molens met generatoren met speciaal ontworpen tandwielbakken daarvoor.
Als daar belangstelling voor is wil ik daar ook wel in meegaan.

Een aantal jaren geleden heb ik een model gemaakt van een Newecs 45 (met tandwielbak)

nee hoor, er zijn ook zat motoren met tandwielen zonder vrijloop; dat moet als je het zonder hall sensors wilt doen. Waarschijnlijk zijn er ook fabrikanten die de extra kosten van een vrijloop te hoog vinden voor een fiets die meestal met ondersteuning rijdt.

Met zo'n motor zou ik een wiekverstellings-voorzetas gebruiken om het toerental en het vermogen te begrenzen zodat de tandwieljes niet gelijk aan gort gaan.
Zo'n as kan ik wel voor je maken.

Of je maakt er een stel fatsoenlijke bladen aan onder een vaste hoek die redelijk is voor de meeste situaties, dan heb je tenminste een werkende windmolen.

Stel je eens voor wat dat over de afgelopen 5 jaar had kunnen opleveren!

Voor een klein model zou ik een stappenmotor gebruiken als generator. Daar komt al een redelijke spanning uit bij een laag toerental.

Een eenvoudige optie voor de wieken is om een stuk PVC pijp te gebruiken, en daar dan stukken uit te zagen.

Ik heb overigens niet alle 24blz van deze draad gelezen, misschien was het al vermeld

Het lijkt me goed om mijn idee, om samen met een student een molen profielwerkstuk / eindwerk te maken,
nog eens onder de aandacht te brengen.

Jou tactiek van eerst bouwen dan nadenken, dat is niet wat de meeste studenten aangeleerd krijgen.
En jou tactiek van weggooien wat "de mensheid" tot nu toe heeft bereikt en alles opnieuw proberen uit te vinden daar geldt hetzelfde voor.

Op 9 april 2023 14:35:46 schreef m.bouwer:
Het lijkt me goed om mijn idee, om samen met een student een molen profielwerkstuk / eindwerk te maken,
nog eens onder de aandacht te brengen.

Hoi m.bouwer, ik zie zowaar een eenwieker!
Ik zie wel wat in die dingen, kwam zojuist deze Thinair tegen

Hier ze je hem draaien: https://www.powerhousewind.co.nz/
Hij kost ca NZ$20.000, dat is €11.000, maar is momenteel niet los leverbaar. Alleen als Powercrate: dat is de eenwieker+vouwmast samen met een zonneënergiesysteem-in-container en kost 4x zo veel...

Heel mooi filmpje: https://www.powerhousewind.co.nz/wp-content/uploads/2019/11/Powerhouse…

Een serieus onderzoek rapport over "Stall behaviour of the Thinair 102 single-bladed wind turbine": https://scholarsarchive.byu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3914&c…
Hierin valt te lezen:
Thinair 102 uses soft stall through variable speed rotor by applying an electric brake. Control software designed by Powerhouse Wind Ltd automatically applies braking using an iterative process on the RPM and power output measured. As the wind speed increases the blade is slowed and therefore progressively stalls, shedding power through change to the aerodynamic coefficients.

Filmpje van de producent in zijn werkplaats waar veel onderdelen van de Thinair goed te zien zijn: https://www.stuff.co.nz/business/109245809/the-kiwi-company-taking-on-…

Hier nog meer onderdelen foto's: https://www.powerhousewind.co.nz/production-of-the-thinair-wind-turbin…

Gevonden op Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=D9on0B29MFw
".... the low mass of our blades - they are about 1.8 kg."
(Zo'n licht blad straal 1,8m, rotordiameter 3,6m, is mijns inziens een knappe prestatie, als het heel blijft)

Ik heb wieken ge-3D-print. Die wegen 1.8kg per wiek (ex CF verstevigingen, maar dat weegt niet veel). Diameter wordt ruim 5m. Maar dit was bedoeld om stil te staan.

Ik krijg wel de neiging om het te willen uitproberen op echte wind met een generator motortje uit te proberen, behalve dan dat ik er geen ruimte voor heb.

Ik overweeg als proef-model de helft van deze schaal te gebruiken, 2.5m diameter. Dat is dan maar ongeveer een week printen (*). Het vermogen wordt dan zo'n 3kW bij ongeveer 600RPM hetgeen een fietsmotor precies aan zou moeten kunnen.

(*) het is een week voor 2.5m blad. Ik schaalde kwadratisch om op 0.75 week uit te komen, maar de inhoud ("infill") gaat natuurlijk met de derde macht van de lengte....

Op 10 augustus 2023 12:31:28 schreef rew:
Ik overweeg als proef-model de helft van deze schaal te gebruiken, 2.5m diameter. Dat is dan maar ongeveer een week printen (*). Het vermogen wordt dan zo'n 3kW bij ongeveer 600RPM hetgeen een fietsmotor precies aan zou moeten kunnen.

Dat worden dan allemaal stukken, hoe ga je die aan elkaar zetten? En ben je niet bang dat het uit elkaar vliegt? 600RPM is nog best veel voor een geprint iets lijkt mij.

Een bladlengte van 2.5m bij 600rpm (10r/s, dus 31.4 rad/sec) geeft een tipsnelheid van 157m/s, oftewel 565km/h. Dat lijkt me best wel hard.
De middelpuntzoekende kracht wordt dan op de tip F=1/2*m*V^2/r, dus grofweg 500G. Ook dat lijkt me best wel veel voor een 3D geprint object.
Tenslotte verwacht je 3kW bij 600rpm, dat is dus 3kW/31.4rad/sec~= 100Nm. Niet misselijk, maar misschien wel oplosbaar.

Op 9 augustus 2023 16:04:43 schreef Spog2:
[...] kwam zojuist deze Thinair tegen [...] Hier ze je hem draaien: https://www.powerhousewind.co.nz/

Oei, dat ziet er zelfs in hun eigen filmpje eng uit.
Met maar één blad komt er een buigmoment op de draaiende as, dat probeert de as krom te buigen in de richting van waar het blad zit. Voor de as is dat dus altijd in dezelfde richting, maar de 'kop' waar alles in draait gaat daardoor vervaarlijk heen en weer schudden, zoals in het filmpje te zien is.

Maar misschien is het net als met vliegtuigvleugels, waar het schudden er erger uit ziet dan het is?

Op 10 augustus 2023 21:16:29 schreef Frederick E. Terman:
[...]Oei, dat ziet er zelfs in hun eigen filmpje eng uit.
Met maar één blad komt er een buigmoment op de draaiende as,...

Ik vind het er in het filmpje juist prachtig uit zien! Rustige loop, onopvallend, minimale horizonvervuiling
(Hij wiebelt inderdaad een beetje, komt volgens mij van de roterende omtrekskracht, niet van massaonbalans.)

Volgens mij komt er juist géén buigend moment op de as, er zit een scharnier in.
Zie deze prent met diverse naafonderdelen, heb ik uit dit filmpje (t=0:10) geknipt:

Op 10 augustus 2023 20:39:34 schreef SparkyGSX:
Een bladlengte van 2.5m bij 600rpm (10r/s, dus 31.4 rad/sec) geeft een tipsnelheid van 157m/s, oftewel 565km/h. Dat lijkt me best wel hard.
De middelpuntzoekende kracht wordt dan op de tip F=1/2*m*V^2/r, dus grofweg 500G. Ook dat lijkt me best wel veel voor een 3D geprint object.
Tenslotte verwacht je 3kW bij 600rpm, dat is dus 3kW/31.4rad/sec~= 100Nm. Niet misselijk, maar misschien wel oplosbaar.

Oei! Dat is heftiger dan ik had verwacht. Ik had de berekeningen nog niet gedaan. De 3kW versie (2.5m blad) gaat dus kapot als we hem in de wind zetten. De 1.5m blad versie was volgens mij waar ik de tipsnelheid van op 80m/s had gezet, dus jij rekent inderdaad met de verkeerde bladlengte. Daarna snap ik even niet hoe je op 31 rad/sec uitkomt. Volgens mij zitten er 2pi radialen in een omwenteling. 10 omwentelingen per seconde, 2 * pi * 10 = 62 rad/sec.

Je hebt volgens mij twee keer een fout van een factor twee in je berekening die mekaar precies opheffen... Ik kom ook op 500G. Oeps.

(middelpuntzoekende versnelling is Ω * V. kracht kan je daarvan afleiden. Ik snap niet hoe die factor 1/2 daar in kan komen. Kan zijn dat je aanneemt dat het blad uniform is of zo, maar dan nog klopt het niet omdat V toeneemt met de R van de massa).

Op 11 augustus 2023 09:09:11 schreef rew:
Daarna snap ik even niet hoe je op 31 rad/sec uitkomt. Volgens mij zitten er 2pi radialen in een omwenteling

Oeps...

De hoeksnelheid heb ik alleen gebruikt bij de laatste berekening; het koppel in de draairichting van de as wordt dus 50Nm, maar daar komt natuurlijk het koppel haaks op de as nog bij; de wind probeert immers het blad naar achter te buigen.

bij F=1/2*m*v^2/r gebruik je de lineaire snelheid van de tip, en die is gewoon 2.5 * 2Pi * (600/60) = 157m/s. Als je voor de massa 1 invult, krijg je Newtons per kg. Dat is alleen geldig voor de tip; de massa van het blad die dichter bij de as zit, krijgt natuurlijk ook een kleinere versnelling.

Op 9 augustus 2023 16:04:43 schreef Spog2:
[...]
Hoi m.bouwer, ik zie zowaar een eenwieker!
Ik zie wel wat in die dingen, kwam zojuist deze Thinair tegen

In de loop van de tijd heb ik ook wel 1-wiekers laten draaien.
Maar het voelt niet goed met zo'n rondtollend contragewicht.

Groot voordeel bij het bouwen van een molen is dat we zo veel voorbeelden om ons heen kunnen zien.

Op 11 augustus 2023 12:05:27 schreef SparkyGSX:
bij F=1/2*m*v^2/r gebruik je de lineaire snelheid van de tip,...

Back to basics. F = m * a. Basis formule. valt niet aan te tornen. Verder geldt: a = V * Ω . Basis formule.

Nu kan je dingen in gaan vullen.... Zoals V = Ω * r. Dat werk je om naar Ω = V / r en dat vullen we in a = V * Ω = V * V / r . Deze vullen we dan weer in in F = m * a = m * V²/2 .

Dit is, op een factor twee na, de formule die jij poneert. 1/2 m v² is de formule voor de kinetische energie, maar daar waren we even niet mee bezig.

Die "1/2" zou je kunnen krijgen als de massa niet alleen in de tip zit. Ja! Als de massa uniform langs de draaiende stang zit, wordt de kracht bij de hub de helft van wat ie zou zijn als alle massa op de tip zit. Maar dit geldt niet voor een windmolenwiek. De tip is veel lichter.

Op 10 augustus 2023 22:48:34 schreef Spog2:
[...] (Hij wiebelt inderdaad een beetje, komt volgens mij van de roterende omtrekskracht, niet van massaonbalans.)

Volgens mij komt er juist géén buigend moment op de as, er zit een scharnier in.

Ik bedoel ook geen massaonbalans.
Stel, je staat zelf in de wind, met je rechterarm naar voren (naar de wind) uitgestrekt. In je vuist (knokkels naar boven, duim links) houd je een lange lat - 'broadside to the breeze' - in het midden vast. Het linker en rechter uiteinde vangen veel wind, en je voelt de kracht van de wind die probeert je achterover te blazen. Maar je vuist en pols hebben relatief weinig moeite met die lat.

Nu neem je een lat die alleen links uitsteekt; wel zit rechts een contragewicht, vlak naast je vuist: zónder wind is er weer evenwicht. De wind probeert weer de lat naar achteren te blazen, en nu moet je met je vuist en pols behoorlijk hard wringen om dat te voorkomen.

Dát is wat ik eerder met het 'buigmoment' bedoelde. Als er een scharnier zou zijn die déze buiging mogelijk maakt, dan zou de wiek steeds nutteloos naar achter geblazen worden, en ik denk daarom dat je een scharnier op een andere plaats bedoelt. Op de foto (en in het filmpje) kon ik dat niet uitmaken.

Ik vind het er in het filmpje juist prachtig uit zien!

Oh, dat vind de maker vast ook, en dat zal het ook wel! Als het niet goed zou zijn, zouden ze het wel weglaten.
Vandaar ook die laatste regel in mijn post.