Direct drive generator

Op 12 augustus 2023 11:02:44 schreef rew:
[...]Back to basics. F = m * a. Basis formule. valt niet aan te tornen. Verder geldt: a = V * Ω . Basis formule.

Mooie beschouwingen allemaal.
Als voorbeeld zou je de berekeningen op deze wiek (schuimkern/polyester bekleding) kunnen toepassen.

Gewicht aan de tip 736 gram. Breed 147 mm
Gewicht in het breedste gedeelte 1040 gram. Breed 235 mm Lang 1700 mm

Op 12 augustus 2023 14:25:59 schreef Frederick E. Terman:
[...]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.

De wind buigt het blad naar je toe, maar het centrifugaalmoment Jmax*sinα*cosα*ω^2 wil het blad+contragewicht haaks (α=90°) op de draaiingsas houden. Het scharnier zorgt ervoor dat die met elkaar in evenwicht mogen zijn, zodat er geen buiging in de as is. Alleen het generatorkoppel en de axiale windkracht gaat dan door de as.

Voor jouw vuist+pols gaat het net zo makkelijk als je die lat+contragewicht dus maar toestaat in een conisch vlak te draaien.

Ik zeg altijd "de rotor is the boss", omdat zijn centrifugaalmoment megagroot is. Je kunt hem moeilijk sturen (yaw) vanuit de as. Als je dat zou proberen met een scharnier ertussen zoals bij de Thinair zal je zien dat hij gewoon blijft draaien in het vlak waar hij was en je as gaat onregelmatig draaien omdat hij hoekversnellingen ondergaat.
Het is dat een rotor eenmaal op toeren zich vanzelf zo richt op de wind om maximaal wind te vangen, en dat de as moet volgen. Een 'gewone' windmolen heeft in die toestand de staart helemaal niet nodig.

Dan moet je een, relatief eenvoudige integraal uitrekenen. Ik heb dat al dertig jaar niet meer gedaan.

Om dat te omzeilen kunnen we beginnen met: Stel dat je aan beide uiteinden 0.736kg had gemeten. Het hele ding weegt dan 1.472kg. Dan geldt F= 1/2 m V2/r = 0.5 * 1.472 * 802 / 1.7 = 2770N.

Dan modelleren we de rest van het gewicht als aflopend van 0.304kg naar 0kg over de lengte van de vleugel. Daar komt dan die integraal bij kijken waar ik even geen zin in heb. M'n gevoel zegt me dat we dan 1/3e van het anders verkregen antwoord krijgen. Dat is 376N. Samen 3150N. Ongeveer 320kgf.

Dit is bij een (aangenomen) tipsnelheid van 80m/s. Dat is dan 450RPM.

Dit vleugelprofiel zal echter enige moeite hebben om een glijgetal van 8 te halen. Dit wordt dus pas boven de 10m/s bereikt.

Op 12 augustus 2023 14:25:59 schreef Frederick E. Terman:
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.

Wat je hier schrijf klopt helemaal, maar die lat draaid niet.

Als de wiek en de contra gewichten perfect in balans zijn en het kan een X aantal graden bewegen door het schanier heb je dat niet.

Als de wiek langzaam draaid zal deze iets naar achteren verplaatsen, (met de wind mee dus) maar als de wiek sneller draaid dan zal deze zich tegen de wind in rechter willen zetten. Hoe harder het waait, hoe haakser de wiek op de as komt te staan. Dus je zal bijna geen doorbuiging op de as hebben.

Ik denk dat daar best wel over nagedacht is. Of het een mooie molen is, is een tweede.

Nee. Beschouw het moment dat de wiek horizontaal staat. Bekijk de boel recht van boven. De wind komt nu in dit aanzicht van boven, de wiek staat naar links.

Als nu even de wiek nauwelijks draait dat er geen middelpuntvliedende krachten zijn, dan duwt de wind tegen de wiek en de as wordt krom gebogen. Als er een scharnier zou zitten gaat de wiek 90 graden naar achteren staan.

Als nu de wiek een beetje draait dat de middelpuntvliedende kracht 2x zo groot is als de kracht naar achteren door de wind, dan komt de scharnierende wiek onder een hoek van atan (1/2) te staan. De horizontale links-rechts kracht wordt opgeheven door het contragewicht, maar de naar beneden door de wind kracht oefent nog steeds een buigmoment op de as uit.

Als het nu hard waait en de middelpuntvliedende kracht is 10x zo groot als de kracht naar achtren door de wind, dan komt de scharnierende wiek onder een veel kleinere hoek van atan (1/10). De 10x grotere middelpuntvliedende kracht wordt nog steeds opgeheven door het contragewicht en de winddruk wordt nog steeds door de as opgevangen.

Op 12 augustus 2023 16:35:18 schreef Lambiek:
Ik denk dat daar best wel over nagedacht is. Of het een mooie molen is, is een tweede.

Je kan er best over nadenken tot je een ons weegt, maar de natuurkundige realiteit is dat dit een probleem is waar je rekening mee zult moeten houden.

[Bericht gewijzigd door rew op (14%)]

Ik denk eigenlijk dat het wel klopt; als dat een scharnier zit, kan er geen buigend moment meer op de as afgezet worden.

Nu heb je in mijn beleving 2 nieuwe problemen; ten eerste zou de hele molen nooit gaan draaien als het blad helemaal naar achteren staat, maar dat kun je triviaal oplossen door de hoek te beperken.

Het tweede probleem is dat het blad natuurlijk de mast niet mag raken; de hoek beperken helpt daarbij, maar alsnog zul je de as lang genoeg moeten maken (of de generator of tandwielkast ver genoeg vooraan in de behuizing moeten plaatsen) dat het blad in de uiterste positie vrij blijft van de mast.

Misschien is het geen half stom idee, maar kun je niet beter een tweede blad (of 3) monteren, dan heb je al deze problemen niet, en waarschijnlijk ook nog wat meer opbrengst.

Op 12 augustus 2023 22:30:03 schreef SparkyGSX:
Ik denk eigenlijk dat het een klopt; als dat een scharnier zit, kan er geen buigend moment meer op de as afgezet worden.

oeps. Ik denk nu dat je gelijk hebt.

Het verschil in opbrengst met twee of drie bladen is verrassend klein.

[Bericht gewijzigd door rew op (12%)]

Op 12 augustus 2023 22:30:03 schreef SparkyGSX:
Nu heb je in mijn beleving 2 nieuwe problemen; ten eerste zou de hele molen nooit gaan draaien als het blad helemaal naar achteren staat, maar dat kun je triviaal oplossen door de hoek te beperken.

Dat schrijf ik ook, als dat blad maar een X aantal graden kan bewegen heb je geen probleem dat het blad helemaal naar achteren kan. En dus ook niet tegen de mast kan komen.

Misschien is het geen half stom idee, maar kun je niet beter een tweede blad (of 3) monteren,..

Ja lijkt mij ook, ik zou voor twee bladen gaan geloof ik. Dat maakt de constructie een stuk eenvoudiger.

En daarbij, ik vind zo'n één blads molen een afschuwelijk ding om te zien.

Ik vind het ook geen mooi gezicht eerlijk gezegd, en ik denk dat je niet moet onderschatten wat het voor cyclische belastingen in de constructie geeft.

Als ik het goed zie, laten ze bij die Thinair turbine het blad achter de mast draaien, om zo een grote teeter hoek te kunnen halen. Dat heeft als voordeel dat je het blad bij storm goed uit de wind kunt zetten, je hoeft daarvoor alleen de rotor te remmen en blokkeren. Het nadeel is dat het blad bij elke omwenteling door de luwte van de mast komt, wat dus weer een cyclische belasting en trillingen in het blad geeft.

Op 13 augustus 2023 07:56:12 schreef rew:
[...]oeps. Ik denk nu dat je gelijk hebt.

Het verschil in opbrengst met twee of drie bladen is verrassend klein.

Ik doe nu een kleine onthulling...
Ik werkte bijna 45 jaar geleden bij SWD (Steering committee Windenergie Developing countries). Dat was toen een samenwerkingsverband van TU Eindhoven. Delft, Twente en TNO. Ik gebruik nog steeds "Rotor design for horizontal axis windmills"
De groep van Twente kwam eigenlijk voort uit de WOT (Werkgroep Ontwikkelings Technieken).
Bij de Twentse groep heeft toen F.A.H.J.R. (Frans) van 'tHul een eenwieker gemaakt. Het bijzondere er aan was dat hij een 45 graden scharnier had waardoor hij makkelijk kon starten. Ik heb dat ding in het echt gezien met een ca 2m blad en hij draaide net als de Twinair achter de toren, maar wel met een heel lange as zodat hij makkelijk kon meerichten met de wind.
Ik heb dat ding óók in de windtunnel gezien, schaalmodel met blad 1m.
Ik vergeet nooit dat een collega mij vertelde: "Frans heeft een Cp van 0,53 gemeten, haalt een lambda van 20".
Cp 0,53 lijkt te mooi.

Er was een dik rapport van, ik heb het destijds gezien, maar ik heb het nergens meer kunnen achterhalen. SWD vond zo'n high tech ding niet passen bij ontwikkelingslanden. Misschien was er ook schaamte omdat er toch wat nadelen aan zitten, men is er niet mee door gegaan. Ik zelf bedenk: dat 45 graden scharnier is mooi om makkelijk te starten, maar bij harde wind zoekt dat ding dus juist naar maximaal vermogen en is dus niet (makkelijk) te temmen.
Ik denk ook dat die Cp van 0,53 best eens waar kan zijn. De BEM (Blade Element Momentum theory) gaat uit van een stroombuis. Nu er maar 1 blad is zou je die stroombuis kunnen zien alsof je er in boort met een boor die maar 1 snijlip heeft. Die boort een groter gat. Ik denk dus dat de stroombuis swirl heeft en zo een beetje groter wordt door de asymmetrische werking van maar 1 wiek.

Frans van 'tHul is de man (geweest? verhuisd naar Frankrijk?) achter H-energysystemen of moet je hier zijn?: http://h-energiesystemen.xp3.biz/nl/aboutus.html
Heeft zich bezig gehouden met waanzinnig veel energietechnieken, windmolens, thermische zonnecollectoren, electrische auto's, helofytenfilter, houtbouw.

Op 13 augustus 2023 11:00:02 schreef SparkyGSX:
en ik denk dat je niet moet onderschatten wat het voor cyclische belastingen in de constructie geeft.

Dat denk ik ook.

Als ik het goed zie, laten ze bij die Thinair turbine het blad achter de mast draaien, om zo een grote teeter hoek te kunnen halen.

En dit is gelijk een eenvoudige manier om het blad in de wind te zetten, anders krijg je weer een constructie erachter met een blad om de molen in de wind te zetten.

Het nadeel is dat het blad bij elke omwenteling door de luwte van de mast komt, wat dus weer een cyclische belasting en trillingen in het blad geeft.

Ik denk dat, dat meevalt. De mast heeft wel een speciale vorm. Maar het zal best wel iets invloed kunnen hebben.

Maar er is over een aantal dingen goed nagedacht. :)

Op 13 augustus 2023 11:22:02 schreef Lambiek:
Ik denk dat, dat meevalt. De mast heeft wel een speciale vorm. Maar het zal best wel iets invloed kunnen hebben.

Ehh.... Hoe kan die mast iets anders dan rond zijn? Of laten ze de mast meedraaien met de wind ?

Op 13 augustus 2023 12:19:07 schreef rew:
Ehh.... Hoe kan die mast iets anders dan rond zijn? Of laten ze de mast meedraaien met de wind ?

Het bovenste gedeelte van de mast draaid mee en dat gedeelte is gevormd. Aan de wind kant is de mast rond en aan de achterkant loopt het in een punt uit.

https://www.powerhousewind.co.nz/production-of-the-thinair-wind-turbin…

https://www.at-aandrijftechniek.nl/mobiliteit/4-manieren-om-zeldzame-a…

In "Aandrijftechniek" lees ik een mooi artikel over het vermijden van zeldzame aardmetalen in motoren.
Een mogelijkheid is de inductiemotor/ asynchrone motor.

Kan je zelf een asynchrone motor bouwen? ( = asynchrone generator voor je molen )

Het bouwen van de motor is niet zo moeilijk, de elektronica om hem efficiënt als generator te gebruiken is wel complexer, zeker voor kleine windmolens. Voor grote windmolens worden vaak DC-bus gekoppelde inverters gebruikt, dan is het simpel.

95% van de industriële motoren zijn asynchrone motoren, dus je moet wel een goede reden hebben om het zelf te gaan maken in plaats van een bestaande motor te gebruiken.

Overigens is er nog wel een mogelijkheid in de vorm van een synchrone reluctantiemotor, maar het aansturen daarvan is nog veel complexer.

Ik heb een eens gekeken naar sparse matrix converters (en de vele varianten) voor AC motoren in generator bedrijf, maar ook dat is verre van triviaal.

Op 16 augustus 2023 01:24:34 schreef SparkyGSX:

95% van de industriële motoren zijn asynchrone motoren, dus je moet wel een goede reden hebben om het zelf te gaan maken in plaats van een bestaande motor te gebruiken.

Een langzaamlopende asynchrone generator voor een kleine molen moet een grote diameter hebben en niet zwaar wegen.
Dat betekent zelfbouw want die zijn niet te koop.

Of je hebt niet goed genoeg gezocht; kijk eens naar motoren van plafond ventilators.

Op het eerste gezicht lijken dat soort motortjes geschikt maar:

--Er moet er een nieuwe hoofdas in
--Je kan ze niet schalen
--Neodymium magneten

Bestaan er wel asynchrone uitvoeringen?

Jazeker, sterker nog, ik dacht dat de meeste asynchrone motoren waren, omdat je die zonder extra elektronica direct op 50Hz kunt starten.

Feit blijft dat je er voor een windmolen waarschijnlijk wel extra elektronica bij nodig hebt, en die is niet heel eenvoudig.

De getoonde motor is door iemand "gemod" van asynchroon naar "synchroon". Toen ik vanochtend googlede naar plaatjes van het binnenwerk van een plafondventilator (ik had meer poolparen verwacht), vond ik minstens twee sites die dit (oude kern er uit, vervangen door magneten) voorstellen als "mod" om er een generator van te maken.

Ik denk trouwens ook te zien dat de wikkelingen doorgeknipt zijn. Maar als ik hem uitvergroot krijg ik een kleiner plaatje zoals altijd bij m.bouwer.

[Bericht gewijzigd door rew op (19%)]

http://kendziorra.nl/albums-reportage/40-pmg-permanent-magnet-generato…
"In plaats van 2 rotorschijven van Ø 202 mm met elk 16 magneten maak ik 3 rotorschijven van Ø 116 mm met elk 8 magneten."

[Bericht gewijzigd door Spog2 op (99%)]

Het is best een klus om een generator met 1 stator en 2 magneetschijven te maken.
Kun je iets meer vertellen over je keuze van 3 rotorschijven?

Op 19 augustus 2023 20:03:12 schreef m.bouwer:
[bijlage]

Het is best een klus om een generator met 1 stator en 2 magneetschijven te maken.
Kun je iets meer vertellen over je keuze van 3 rotorschijven?

Het is de keuze van kendiazorra.
Maar ik zie de voordelen:
1) Als je uit gaat van jouw eigen plaatje kan je met 1 schijf extra van die dure magneten 2x zo veel vermogen maken. Lijkt me zo, ik weet het niet zeker, misschien moet de middenschijf dan toch 2x magneetdikte hebben.
2) Als je hetzelfde vermogen wil kan je de diameter kleiner maken.

Als je er iets mee wilt zal je je eigen ontwerp moeten maken.
(Zijn bouwsel is verder niet om aan te zien)

Een aantal jaren geleden toonde Chris Olson op Fieldlines een kleine axiale zelfbouw-generator versneld aangedreven vanaf de wieken-as met een kettingoverbrenging.
Ook een optie i.p.v. meerdere magneetschijven en stators?

Dat kan, maar dan heb je de verliezen, slijtage, onderhoud, geluid, etc. van die ketting.