Hallo Forum ! Ich habe mir selbst, für meine Gartenhütte, ein kleines Wasserkraftwerk gebaut. Zurzeit lasse ich das System einfach laufen, die Spannung was vom Generator kommt wird mit einem Gleichrichter auf Gleichspannung gebracht um mit einem Frequenzumrichter genaue 50Hz zu erzeugen... Jetzt würde ich gerne den Generator mit einem Mikrocontroller auf 50Hz einstellen. Dann kann ich mir den Frequenzumrichter sparen. Ich habe vor der Turbine so eine Art Leitapparat wo ich mit einem Stellmotor 1/3 und mit einem anderen Stellmotor 2/3 vom Wasser regeln kann. Die Hardware ist kein Problem, aber ich weiß noch nicht genau wie ich mit der Software anfange. Ich denke mir, ich nimm als Drehzahlerkennung einen Hallgeber der auf einen INT Eingang angeschlossen ist und berechne(zähle) mir die momentane Drehzahl. Bei kleinen Veränderungen würde ich das Wasser mit dem Stellmotor 1/3 regeln und bei wirklich großen Veränderungen mit dem 2/3 Oder soll ich mir lieber den Sinus vom Generator ansehen? Wie würdet Ihr das machen? Danke!
als Regelstrategie ein Vorschlag hier aus dem Forum Mach zwei Regelkreise draus, den äußeren für das Grobventil im Bereich 0..100% und das Feinventil mit "-100%..100%". Bei letzterem entsprechen 0% Aussteuerung des Ventils der eigentlichen Mittelposition. Den inneren Regelkreis legst du entsprechend schnell aus und den äußeren beaufschalgst du zusätzlich mit einem drittel des maximalen Einflusses des inneren Feinventils, wenn das innere Ventil in den Anschlägen hängt, bzw betragsmäßig die 70% (z.B.) überschreitet. Das sollte letztendlich dazu führen, dass sich das äußere Ventil auf ein modulo des Zielwertes einpendelt, dessen Rest wiederum vom Feinventil schnell ausgeregelt wird. Hier mal den inneren Regelkreis auf Schnelligkeit auslegen und den äußeren auf Genauigkeit. Wenn die Totzeiten allerdings sehr groß sind, musst du versuchen das durch geschicktere Anordnung der Drucksensoren zu korrigieren. Wenn das ganze zu sehr schwingt, dann kannst du auch an Stelle eines Sprunges, wenn das innere Ventil die 70% überschreitet, eine stetigen Korrekturwert versuchen, ggf. geglättet und verzögert. Andernfalls, wenn das Feinventil doch nicht so fein ist (also einen ordentlichen Druckbereich abdecken kann), dann kannst du auch versuchen für das Grobventil eine Kennlinie zu hinterlegen und dann nur das Feinventil mit einem PID-Regler versehen. Die aufnehmer sind dann ein anderes paar Schuh nicht von mir nur geklaut aber geht
Die 50Hz lass mal sein. Der Generator ist zu klein. Wenn die Last steigt, geht die Drehzahl runter. Das wird nie stabil, ein PID Regler kommt da auch nie hin. Auch mit einem idealen Stellglied nicht. Der Generator ist auch noch nichtlinear und hat ein eigenes Zeitverhalten.
Die Trubine(5KW) hat eine Nenndrehzahl von 1800upm die sollte ich halten können ...
Bevor Du Dir dies alles vornimmst, was nicht so gnaz trivial ist, da wäre doch zu klären, ob Du wirklich 50 Hz brauchst für dies Gartenhäuschen. Gibts da denn Verbraucher, die auf 50 Hz Wert legen? Glühlampen? Schaltnetzteile? Radio? Die Spannung sollte ja auch geregelt werden, ist diese Regelung schon vorhanden?
Ja die Regelung ist schon fertig, habe auch schon nen cosPhi regler- also ich könnte auch einspeisen ;) ne das will ich nicht ich mach das ganze nur als Hobby und um zu lernen...
Einspeisen waere fast einfacher. Wenn mal synchronisiert ist, ist wenigstens die Drehzahl konstant.
Kannst du mal Bilder zeigen? Für 5KW braucht man schon ganz ordentlich Wasser und Höhendefferenz.
Mal eine ganz andere Frage: Was hast du fuer einen Generator angeschlossen? Einen Synchrongenerator? Das einfachste, was ich dir fuer die Groessenordnung von 5kW vorschlagen wuerde, waere einen Asynchronmotor zu nehmen und diesen einfach ueber ein Schuetz ans Netz zu haengen. Du musst dann nur noch darauf achten, dass du im Bereich des negativen Schlupfs bleibst, so bist du permanent im Generatorbetrieb. Dafuer brauchst du keine Regelung, nur eine kleine Ueberwachung die Den Generator vom Netz trennt, sobald er an den Motorbetrieb rankommt (Drehzahlueberwachung). Der Wirkungsgrad ist zwar nicht der beste, aber es ist eine sehr einfache und praktikable Loesung, die sich ohne viel Aufwand umsetzen laesst.
Welche Totzeiten hast du im System? Wie schnell reagiert der Generator auf das Öffnen und Schließen der Wasserzufuhr? Was für Verbraucher hast du? Welche Frequenzschwankung kannst du erlauben? Mein Stromaggregat mit 7kW ist vermutlich viel dynamischer, trotzdem kotzt es bei entsprechender Last und wird langsamer (oder wirft die Last komplett ab).
Johannes schrieb: > Ich habe mir selbst, für meine Gartenhütte, ein kleines Wasserkraftwerk > gebaut. Wo kommt das Wasser her? Wissen die Wasserwerke davon oder hast Du da tatsächlich einen mittelgroßen Bach in Deinem Garten?
Hallo, probieren geht über studieren! Am einfachsten kannst du die Drehzahl über einen Optokoppler von der Netzspannung des Generators ableiten. Dann würde ich vielleicht erst einmal den einfachsten PID Regler implementieren. Diesen kann man dann ohne Gefahr mit einer Heizung oder so testen. Wenn du allerdings Trafos, Motoren etc an den Generatoranschließen möchtest, so wäre es wichtig den Generator vom Netz zu trennen wenn er unter 45Hz fäll. Sonst brennen dir die 50Hz Induktivitäten durch. Mit oben beschriebener Kaskadenregelung könnte man die Regelqualität vielleicht verbessern. Grüße Florian
Dein Problem ist die Regelgeschwindigkeit. Wenn du eine Freqeunzänderung wahrnimmst und den Stellmotor betätigst, braucht das eine Zeit, bis es sich auswirkt. In der Zeit weicht deine Drehzahl ab. Da elektrische Belastungsschwankungen sehr schnell sein können (Staubsauger einschalten) und Wasser träge ist, sind die Aussetzer gewaltig. Wenn du einen FU hast, lass es dabei, das ist allemal besser. Ansonsten versuche es mit einer GROSSEN Schwungmasse und einer Regelung die besser als eine simple Zweitpunktregelung ist. Stichwort PID.
Bilder mach ich am Wochenende! Es ist ein Synchrongenerator. Die Fächer(Leitappart) werden über 2* 230V Stellmotoren gesteuert. Sind eigentlich recht rasch... (Werden über eine USV versorgt) Wasserecht habe ich, also da gibt es kein Problem.. Verbraucher: Die man so hat --> Mikro, TV, Staubsauger, Handy uvm Jetzt wenn ich so nachdenke, wäre es vl nicht schlecht, wenn unter der Woche wo ich nicht in der Gartenhütte bin den Strom einspeisen mmmm... Aber zuerst soll das Gartenhaus sich selbst versorgen..
> Jetzt wenn ich so nachdenke, wäre es vl nicht schlecht, wenn unter der > Woche wo ich nicht in der Gartenhütte bin den Strom einspeisen mmmm... Ja, wenn es einen Stromanschluss gibt und du einspeisen kannst dann ist es das einfachste das Netz die 50 Hz stabilisieren zu lassen, d.h. immer Einzuspeisen und gar keinen Inselbetrieb vorzusehen. Außer du willst auch Stromausfälle überbrücken. Schafft der Wechselrichter und das Regelventil z.Z. die Lastschwankungen schnell genug zu regeln? Oder hast du eine Pufferbatterie o.ä. im DC-Kreis?
Cooles Projekt :-) Meine Oma hatte mal eine Turbine am Fluss (ehemalige Wassermühle) Die wurde dann auch zur Stromerzeugung für das öffentliche Netz genutzt. Aber mitlerweile abgerissen, Stauwer entfernt.. gibt jetzt eine Fischtreppe dafür. Soweit ich weis muss man aber auch irgendwie Wasserechte kaufen wenn man Strom daraus erzeugen will. Wünsche dir viel erfolg und ich schau mir dann auch mal die Fotos an.
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Hätte ich vl dazu sagen sollen: Turbine und Generator sind mit einem Breitband-Keilriemen verbunden am Generator selbst habe ich eine Megaschwungmasse dran gemacht um die Drehzahl zu stabilisieren. Funkt. recht gut.. Soweit ich weiß kann ich einen Sync.Generator nicht mit dem Netzt sync. lassen, oder? Also wird das nächste sein dass ich mir einen PID Regler basteln muss.. Drehzahl nimm ich vom Generator: Ich werde mir den Nulldurchgang ansehen und damit habe die Freq. [BILD] Was sagt ihr dazu ?
>Soweit ich weiß kann ich einen Sync.Generator nicht mit dem Netzt sync. >lassen, oder? Wenn ich das noch richtig in Erinnerung habe (50 Jahre) ist gerade der Synchrongenerator hierfür geeignet. Nach der Synchronisation mit dem Netz liefert der Generator ähnlich der Beschreibung von Max.C Strom Beitrag "Re: Wasserturbine Drehzahl regeln" in das Netz. Irgendwas musste man an der Erregung noch einstellen. MfG
Wenn du regelmäßig eine Leistug von mehreren kW erzeugen kannst und die Wasserrechte hast dann wäre es weggeworfenes Geld das NICHT einzuspeisen. Andere setzen sich für sowas teure Solarzellen aufs dach die im Schnitt höchstens 30% des Jahres ordentlich Strom produzieren, dein Bach fliesst 24h 365 Tage das Jahr. Viel Erfolg
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Hallo, ich denke, das mit dem FET wird wohl nicht funktionieren. Anbei eine Schaltung die bei jedem Nulldurchgang eine negative Flanke verursacht. Grüße Florian
Nicht das ich da jetzt der große Spezialist wäre. Aber ist nicht "Frequenz ausregeln" nur die halbe Miete? Der selbst produzierte Strom muss doch zur Einspeisung auch die gleiche Phasenlage haben.
>Nicht das ich da jetzt der große Spezialist wäre.
Dito.
Ich meine eine "Bischen-Regelung" ist für deine Zwecke völlig
ausreichend.
Ich glaube nicht, dass mit normalem Aufwand eine Masse wie Deine
Turbine/Generator Netzsynchron zu bekommen ist. Es geht dabei um
Bruchteile von einem Grad, die praktisch ohne Verzögerung eingehalten
werden müssen. Mein Gefühl sagt mir, dass Du in diesem Falle mit
Gleichstrom und einem nachgeschalteten Wechselrichter besser fährst – so
Du einspeisen willst. Ist bei einer Solaranlage Standard.
Mit Ausnahme eines Synchronweckers kenne ich kein haushaltsübliches
Gerät dem ein paar fehlende Herzchen (+/- 5 Hz) etwas ausmachen.
amateur schrieb: > Ich glaube nicht, dass mit normalem Aufwand eine Masse wie Deine > Turbine/Generator Netzsynchron zu bekommen ist. Ich bekomme einen Asynchronmotor relativ leicht netzsynchron: einfach einschalten. Nach ein paar Sekunden ist der von 0 Hz auf 50 Hz hochgefahren. Und wenn ich jetzt noch ein wenig schneller an der Welle drehe ists ein Generator. Und 5kW sind noch nicht viel für einen Motor... Es gibt Hersteller die die Dieselmotoren der Blockheizkraftwerke mit dem Asynchrongenerator starten und dann mit dem Zünden des Motors in den Generatorbetrieb übergehen. Es entfallen also die Kosten für Anlasser und Starterbatterie. Schlau gemacht.
Ich sehe das genauso, wie Lothar Miller. Mit einem Synchrongenerator ist das auch nicht viel schwieriger als mit einem Asynchronem. Die asynchronen sind uebrigens in jedem Baumarkt-Aggregat verbaut. Den Synchrongenerator einfach als Motor vom Netz hochfahren lassen oder von mir aus auch ueber die Turbine selbst. Dann eine Drehzahlregelung auf 50Hz, die allerdings nicht so praezise sein muss. Die Phasenlage machst du uber die Spannung der Rotorwicklung. Die Regelung kann sehr schnell reagieren. Nach einer Netzsynchronisierung geschieht die eigentliche Regelung ueber die Spannung der Rotorwicklung. Du koppelst damit praktisch deine Last an die Turbine und haelst so den Generator im Trott. Das machen wir bei uns im Kraftwerk mit einem 500kW Nebenaggregat (Dampf-Entspannungsturbine) auch so.
> Wenn du regelmäßig eine Leistug von mehreren kW erzeugen kannst und die > Wasserrechte hast dann wäre es weggeworfenes Geld das NICHT > einzuspeisen. Wenn er dort sowieso eine 230V Netzleitung liegen hat, ist die Waasserkraftturbine rausgeschmissenes Geld, um an Strom zu kommen. So eine im Verhältnis zum Grosskraftwerk aufwändig zu wartende Kleinanlage macht nur Sinn, wenn das eine Insel ist, ohne Netzstrom. > Soweit ich weiß kann ich einen Sync.Generator nicht mit dem Netzt sync. > lassen, oder? Jedes grosse Kraftwerk hat nur Synchrongeneratoren, und die bekommen das hin. Das hochfahren lassen ist allerdings nicht absolut trivial.
>Der selbst >produzierte Strom muss doch zur Einspeisung auch die gleiche Phasenlage >haben. @ Karl Heinz Ja , im Augenblick des Zuschaltens wär das vorteilhaft. Hat man früher mit Lampen gemacht, die die Spannung am Schalter angezeigt haben. Wenn alle 3 dunkel waren, hat man geschaltet. Ganz so einfach wird das mit der Regelung nicht sein, immerhin hat man 2 Stellglieder die voneinander nicht wirklich unabhängig sind (Erregung und Leitapparat). Grüsse
Asynchrongenerator am Netz hochlaufen lassen und dann die Turbine einkuppeln käme mir am einfachsten vor. Die ganzen übrigen Randbedingungen für Einspeisung mal außen vor. Ich vermute mal, dass für gute Effizienz nicht nur die Wassermenge sondern auch die Höhendifferenz/"Anstrahlwinkel" geregelt werden sollte. Wenn Wasser im Überfluss vorhanden ist wird eine Regelung der Menge bei großzügiger Höhendifferenz reichen. Die Menge dann halt nach der Leistungsabgabe einregeln. Stephan
>Es geht dabei um Bruchteile von einem Grad, ..
ist leider kompletter Muell. 20 Grad Polradwinkel ist nicht so tragisch.
Wenn's dann gegen 60 Grad geht wird's heftig.
da muss ich dem troll recht geben. das alte sägewerk bei uns im ort hat zugemacht und an den alten wellenstummel der säge einen ordentlichen asynchronmotor (so um die 30KW) angeflanscht. angeschmissen wird das ding wie folgt: Regelventil öffnen, auf die drei glühbirnen schauen, am anfang leuchten sie dauerhaft, danach beginen sie langsam zu blinken (die turbine dreht hoch und die frequenzen von netz und generator passen sich an) danach so lange am ventil spielen, bis diese mit etwa 1HZ blinken und in einer Dunkelphase auf den taster klatschen, damit das schütz die verbindung zum netz herstellt. ein mechanischer fliehkraftregler herrscht als sicherheit noch über einen strahlabweiser mit mechansicher Rastfunktion und einem Trennschütz für Lastabwurf. zudem noch ein bimetallschalter, der den motorstrom überwacht. ein hoch auf die TIWAG und kleine Dörfer ;) kriterium für optimalen Betrieb einer pelton ist die fallhöhe und der dazu passende durchmesser. bei deiner Francis turbine wird es aufwändiger. BTW:pass dir mit dem leitapperar auf, den darfst du nicht zu schnell verstellen, damit du keinen wasserhammer aufbaust, der dir das ding zerlegt.
Karl Heinz Buchegger schrieb: > Nicht das ich da jetzt der große Spezialist wäre. > Aber ist nicht "Frequenz ausregeln" nur die halbe Miete? Der selbst > produzierte Strom muss doch zur Einspeisung auch die gleiche Phasenlage > haben. Gerade einspeisen ist mit simpelster Technik möglich. Doppelspannungsmesser, Doppelfrequenzmesser und für die Phasenlage ein Synchronoskop oder die klassische Dunkelschaltung, mit der es bereits vor hundert Jahren möglich war, den Generator manuell zu synchronisieren. Das Problem dürfte eher sein, dass den EVU so ein Eigenbau nicht gefallen wird, es sind eine ganze Menge Auflagen zu erfüllen, um einspeisen zu müssen, so darf z.B. nicht mehr eingespiesen werden, wenn das Versorgungsnetz wegfällt. amateur schrieb: > Ich glaube nicht, dass mit normalem Aufwand eine Masse wie Deine > Turbine/Generator Netzsynchron zu bekommen ist. Es geht dabei um > Bruchteile von einem Grad, die praktisch ohne Verzögerung eingehalten > werden müssen. Ein leichtes, einen Synchrongenerator mit dem Netz zu synchronisieren. Einfacher jedenfalls als einen einspeisefähigen Wechselrichter zu konstruieren oder eine Inselanlage vernünftig zu regeln, solange die größenbedingte Trägheit fehlt. Max C. schrieb: > Das machen wir bei uns im Kraftwerk mit einem 500kW Nebenaggregat > (Dampf-Entspannungsturbine) auch so. Du hoffentlich nicht. Dafür schreibst du definitiv zu viel Bullshit. Und nein, nach der Synchronisation ist keine Regelung der Spannung und der Frequenz mehr nötig.
vn nn schrieb: > Du hoffentlich nicht. Dafür schreibst du definitiv zu viel Bullshit. Warum? Habe mich das letzte mal vor einem Jahr mit dem Ding beschaeftigt. Abor so ungefaehr habe ich es in Errinerung. Wenn der Generator dem Netz zugeschaltet wird, dann rappelt er auch ganz schoen auf seinem Sockel. Klaer mich bitte auf, musste mich damals zwar mit der ET beschaeftigen, habe aber bis dato mit den Dickstroemern nicht viel am Hut gehabt. Was ich noch vergessen habe, ist noch das Stellventil an der Turbine selbst und deren Regelung.
Wo ist das Problem, sowas elektronich zu regeln? Preis des Wechselrichters? Also spontan würde ich sagen: Strom vom Generator gleichrichten (wie von PV-Anlage) und den Rest die Elektronik machen lassen, bei frei drehender Turbine ... Ist vlt. nicht dsa Biligste, aber aus zeitgemäßer Sicht das Einfachste.
Hallo! Ich habe mir jetzt mal eine S7 SPS zugelegt mit der ich das Regeln erstmal versuchen möchte. Gibt es wo ein gute Beschreibung wo man einen PID-Regler realisieren kann ... SPS 3152DP 16 DI´s 16 DO´s 4 AI 14bit Danke! Eingang: Drehzahlsignal von einem Hallgeber Spulentemperatur (Generator) Lagertemperatur (Generator) Analogwert Wassermenge (0-10V) Ausgang: Leitwerk 1/3 3Phasenmotor über Schütze linkslauf/rechtslauf Leitwerk 2/3 3Phasenmotor über Schütze linkslauf/rechtslauf habe ich was vergessen?
Es gibt einen fertigen Baustein von Siemens. FB4 glaube ich. Die F1-Hilfe für diesen Baustein ist recht ausführlich. Den Baustein in einem OB 100ms aufrufen (weiß grad nicht, welcher dsa ist) oder über einen Taktmerker am EN-Eingang. Geht auch ;-)
Johannes schrieb: > habe ich was vergessen? Ja, Bilder :-) Les dir mal das hier durch, ist eine recht ordentliche Übersicht über die ganze Regelproblematik: http://www.rn-wissen.de/index.php/Regelungstechnik
gibt es denn mittlerweile Bilder? Würde mich doch interessieren, wie das Ganze aussieht ;-)
Max C. schrieb: > Warum? > Habe mich das letzte mal vor einem Jahr mit dem Ding beschaeftigt. Abor > so ungefaehr habe ich es in Errinerung. Wenn der Generator dem Netz > zugeschaltet wird, dann rappelt er auch ganz schoen auf seinem Sockel. > Klaer mich bitte auf, musste mich damals zwar mit der ET beschaeftigen, > habe aber bis dato mit den Dickstroemern nicht viel am Hut gehabt. Der Generator läuft nicht am Netz hoch. Hochlaufen, synchronisieren, zuschalten. Und das nicht nur, weil Synchronmaschinen so ihre Anlaufprobleme haben.
Da haben wir uns falsch verstanden. Ich habe mich allerdings auch schlecht asgedrueckt. Manchmal denke ich mehr als ich tippe ;) Also bei der ET wird - die Turbine mit Generator auf 1500 Touren (4poliger Generator) an der Motorwelle hochgefahren (zwischen Generator und Turbine ist ein Getriebe zwischengeschaltet), natuerlich vom Netz getrennt. - bei 1500 Touren wird dann zum Netz synchronisiert, was allerdings nicht sehr exakt ist. Deshalb rappelt sie auch ordentlich beim Zuschalten. - die weitere Regelung laeuft ueber das Stellventil der Turbine und die Polradspannung Mit dem Hochfahren vom Netz meinte ich das etwas anders. Wir haben eine 4MW Gasturbine, welche ueber einen Anlassermotor hochgefahren wird. Jetzt ist eine Gasturbine keine Wasserturbine, klar. Aber trotzdem kann man einiges sich abgucken. Um sich bei der Wasserturbine die genauere Drehzahlregelung beim Hochfahren/Synchronisieren zu sparen, kann man den Generator als Anlassermotor missbrauchen. Dazu kann man die Kurzschlusswicklung zum Hochlaufen des Motors missbrauchen oder das Polrad kurzzeitig im Kurzschlussbetrieb schalten, sodass man praktisch einen Asynchronmotor erhaelt. Funktioniert dann aehnlich einem Schleifringlauefer ohne Anlasserwiderstaende. Ist die Drehzahl nahe der Netzfrequenz, kann man ueber ein langsames Oeffnen des Stellventils der Wasserturbine in den synchronen Betrieb springen und die Drehzahl wird vom Netz gehalten. Man benoetigt also eine gute Drehzahlueberwachung und Generatorsteuerung. Aber keine aufwendige Drehzahlregelung zum Hochfahren/Drehzahl halten waerend des Betriebs. Das ist zwar nicht die feine englische Art, aber bei 5kW sollte das meiner Meinung nach noch machbar sein. Ach ja, das sag ich gleich noch dabei: diese Methode verwenden wir nicht bei uns im Kraftwerk. Es ist nur ein Vorschlag, um sich in der Größenordnung 5kW viel Arbeit zu sparen. Der Netzbetreiber wird die Variante auch nicht lieben, aber er muss es ja nicht wissen.
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