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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messen der Generatordrehzahl an einer Phase


Autor: chrisrock (Gast)
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Hallo,

eine bekannter von mir möchte die drehzahl seinse windrades messen. da 
die spannungssfrequenz abhängig von der drehgeschwindigkeit ist, würd 
ich gerne wissen ob das messen der drehzahl direkt an einer phase 
möglich ist.

als ausgang hätte er gerne ein pwm signal. microkontrollerschaltungen 
sollen nicht das problem sein.
eine einfachere lösung ist natürlich auch herzlich willkommen 
(diodenschaltung oder so)

im anhang hätt ich eine ausgangsschaltung, mit der ich die frequenz bis 
1000v abgreifen kann.

danke schon mal im voraus

Autor: holger (Gast)
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>als ausgang hätte er gerne ein pwm signal.

Ich würde die Frequenz direkt messen, und nicht von hinten
durch die Brust ins Auge.

Autor: HildeK (Gast)
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chrisrock schrieb:
> im anhang hätt ich eine ausgangsschaltung, mit der ich die frequenz bis
> 1000v abgreifen kann.

Schon, aber hast du auch einen 100W-10k-Widerstand?

Autor: chrisrock (Gast)
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ich will die leistung nicht am widerstand verbraten, sondern nur die 
frequenz messen!
der generator soll so gut wie nicht belastet werden, also strom über 
wiederstand soll klein sein
der generator liefert eine max spannung von 400 volt.

Autor: chrisrock (Gast)
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@holger

ich will schlussendlich auf die drehzahl kommen, damit das windrad im 
endeffekt geregelt werden kann!
dafür braucht er eine pwm signal, dass die drehzahl wiederspiegelt

Autor: Kurt (Gast)
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Naja, immerhin 16 Watt ...

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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chrisrock schrieb:
> ich will die leistung nicht am widerstand verbraten,

Brauchste auch nicht, das macht der Widerstand ja schon für dich.

Autor: chrisrock (Gast)
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@ Simon K.

lach
naja, mit 16 watt werd i da net viel braten können ;-)

im ernst, vielleicht eignet sich diese schaltung gar net - andere 
vorschläge?

Autor: HildeK (Gast)
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chrisrock schrieb:
> ich will die leistung nicht am widerstand verbraten, sondern nur die
> frequenz messen!

Das war auch unser Anliegen! Deshalb noch was konstruktives:

10k verbraten nunmal diese Leistungen. Dein Vorwiderstand lässt immerhin 
noch 40mA bzw. 100mA (bei 1kV) Strom fließen. Das ist viel zu viel für 
die Aufgabe. Du solltest mal eher an 500k oder 1MegOhm denken. Und ein 
Lastwiderstand parallel zur Diode verbesser die Qualität des 
Ausgangssignals - ich würde so ca. 50k ... 100k wählen.
Aber auch bei R1=500k sollte dieser ein 0.5W-Typ (hast du 400Veff oder 
Vss?) sein. Bei den recht hohen Spannungswerten muss auch die 
Spannungsfestigkeit berücksichtigt werden - teile besser den R1 in zwei 
oder drei in Reihe geschaltete auf. Dann reichen auch 1/4W-Typen.

Autor: ChrisRock (Gast)
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@ HildeK

Danke für deinen vorschlag

ich denke, das beim generator 400Vss gemeint sind. er bekommt eine 3 
phasen spannung raus.

Autor: HildeK (Gast)
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HildeK schrieb:
> Und ein
> Lastwiderstand parallel zur Diode verbesser die Qualität des
> Ausgangssignals - ich würde so ca. 50k ... 100k wählen.

Nach weiterer Überlegung: 10k ... 20k sind besser.

ChrisRock schrieb:
> er bekommt eine 3
> phasen spannung raus.

Aber hoffentlich mit Sternpunkt?
Ansonsten wirds etwas problematisch und gefährlich, denn den GND wäre ja 
dann keine garantierte Erde, sondern irgendwas zwischen 0 und 400V - je 
nach Last. Da wäre dann ein entsprechend gut isolierter Optokoppler 
dringend zu empfehlen!

Autor: HildeK (Gast)
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HildeK schrieb:
> Aber hoffentlich mit Sternpunkt?
Aber hoffentlich mit Sternpunkt an Erde!

Autor: Harry G. (Gast)
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Wie wäre es mit der guten alten  Glimmlampe + Fototransistor/Diode? Hat 
den Vorteil, daß diese kaum Strom benötigt. "Blinken" tut sie mit der 
doppelten Frequenz.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wie wäre es mit der guten alten  Glimmlampe + Fototransistor/Diode?
In der aktualisierten Version ist das der handelsübliche 
Nulldurchgangsdetektor mit Optokoppler...
So etwa wie im Beitrag "Re: Zero-Cross-Detection"
Wenn du nur die Frequenz willst, kannst du einen der OK weglassen, und 
stattdessen eine normale Diode einbauen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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HildeK schrieb:
> chrisrock schrieb:
>> im anhang hätt ich eine ausgangsschaltung, mit der ich die frequenz bis
>> 1000v abgreifen kann.
>
> Schon, aber hast du auch einen 100W-10k-Widerstand?

Es werden nur 50 W am Widerstand frei .-))

Kurt schrieb:
> Naja, immerhin 16 Watt ...

auch hier nur 8 Watt .-)

Autor: HildeK (Gast)
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Andrew Taylor schrieb:
> HildeK schrieb:
>> chrisrock schrieb:
>>> im anhang hätt ich eine ausgangsschaltung, mit der ich die frequenz bis
>>> 1000v abgreifen kann.
>>
>> Schon, aber hast du auch einen 100W-10k-Widerstand?
>
> Es werden nur 50 W am Widerstand frei .-))

Iss ja schon gut :-)
Er bräuchte trotzdem ein etwas größeres Exemplar und eine Idee, wie er 
die Wärme los wird ...

Autor: Meinereiner (Gast)
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wie wäre es einfach mit einem Trafo 400V-> Kleinspannung daraus könntest 
du dann a) die Frequenz bestimmen b) evt den µC mit Spannung versorgen.
Die Phasenverschiebung durch den Trafo dürfte bei einer nicht zu 
schnellen Regelung kein Problem sein.

BTW: Wie genau willst du eigentlich die Frequenz messen? oder was später 
mit der Generatorspannung machen ?

Autor: chrisrock (Gast)
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der generator ist an einer hausanlage mit batteriebuffer angeschlossen
die variable spannung vom generator wird mittels gleichrichter auf 48V 
herungergeregelt (mit variablen strom). diese gepufferten 48V werden 
dann wieder wechselgerichtet und ins netz eingespeißt.

es ist wichtig, dass das windrad bei geringer belastung geregelt, sprich 
abgebremst wird. hierzu braucht er irgendwie die drehzahl des 
generators. ich dachte mir, man könnte einfach über die frequenz einer 
phase auf die drehzahl rückschließen.

wäre eine induktive lösung möglich? ein paar windungen draht über eine 
phase und mit einer OP schaltung verstärken.

am besten wär für ihn, dass am ende ein strom (0-20mA) die drehzahl 
wiederspiegelt.

vorschläge?

Autor: Stephan (Gast)
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chrisrock schrieb:
> es ist wichtig, dass das windrad bei geringer belastung geregelt, sprich
> abgebremst wird.

Das ist doch jetzt mal ne sehr wichtige Info, die leider erst extrem 
spät kommt. Da hätteste uns nicht mit "bis 1000V" und ohne 
Mindestspannung aufs Glatteis führen müssen.

Vermutlich wird für die Begrenzung auch die Spannung reichen. Die wird 
mit steigender Drehzahl wohl auch höher werden.

Und wenn du die Frequenz messen willst, evtl mit kapazitivem 
Spannungsteiler nach Art Kondensatornetzteil.

Autor: kljdsghökh (Gast)
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Und wie wird das Rad gebremst?

Gast

Autor: chrisrock (Gast)
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tut leid für die spärliche info!!

der generator erzeugt eine max spannung von ca 380V

@Stephan
>Und wenn du die Frequenz messen willst, evtl mit kapazitivem
>Spannungsteiler nach Art Kondensatornetzteil.

schaltung??

Autor: Stephan (Gast)
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chrisrock schrieb:
> der generator erzeugt eine max spannung von ca 380V

lt. Datenblatt oder in der Praxis (z.B. in dem Fall der vermieden werden 
soll)?

chrisrock schrieb:
> @Stephan
>>Und wenn du die Frequenz messen willst, evtl mit kapazitivem
>>Spannungsteiler nach Art Kondensatornetzteil.
>
> schaltung??

Schwer zu finden ist das ja nicht grade. Ich bin aber mal nicht so:
z.B. so in der Art: Beitrag "Dimensionierung Kondensatornetzteil"
Die Siebung am Ausgang entfällt für dich natürlich.

In dem für die Zielsetzung relevanten Bereich 300-500V kannst du aber 
auch bei der Widerstandslösung bleiben. Nur mit deutlich höheren Werten 
(wg. Verlustleistung). 3x150k in Reihe dürften funktionieren.
Störsignale können da zwar auftreten, die lassen sich aber im µC 
rausfiltern (Totzeiten, Plausibilisierung, etc.). Die Frequenz ändert 
sich ja nicht in 200ms von 10Hz auf 1kHz.

chrisrock schrieb:
> es ist wichtig, dass das windrad bei geringer belastung geregelt, sprich
> abgebremst wird.

Darüber solltest du auch noch in anderer Hinsicht nachdenken:
Alles was bislang gesagt wurde bezog sich auf die "Messung der Frequenz" 
(in einem Testaufbau, zur Datenerfassung, ...).
Es geht aber eher um eine kritische Aufgabe (das hast du uns bislang 
vorenthalten). Akkus, Windrad, Generator, Wechselrichter, etc. irgendwas 
geht wohl kaputt wenn die Drehzahl zu hoch wird.

Was passiert wenn der µC abstürzt? Ein Widerstand durchbrennt, ...
Läuft das Rad dann ohne Kontrolle? Die Akkus im Keller explodieren, der 
Wechselrichter raucht, das Haus brennt, beim nächsten Sturm fliegen die 
Flügel davon und durchbohren den Nachbar, ...

Deine Frage nach dem Schaltplan eines Kondensatornetzteils lässt mich 
nicht grade vermuten, dass die Sache durchdacht ist.

Autor: chrisrock (Gast)
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@ Stephan

Danke für deine Antwort.
Die Anlage die mein Bekannter betreibt ist gegen Überspannung durch den 
Generator geschützt. Auch die Akkus sind dementsprechend gesichert. Also 
nix mit Haus abbrennen ;-)

Es geht um den Schutz des Windrades, bei geringer Belastung. Die 
Drehzahl wird als Eingang zur "Schutzregelung" benötigt.

Zum Thema Absturz des µC -> da könnte man ja 2 µC's hernemen, die sich 
gegenseitig den Watchdog resetten - das alle beide ausfallen ist dann 
eher unwahrscheinlich. Mann könnte auch sagen -> 0mA am Ausgang = 
Totalstopp des Windrades. Werden zb. 4mA ausgegeben, heißt das für den 
Regler, das die µC's arbeiten und die Drehzahl richtig daherkommt.

Autor: Stephan (Gast)
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chrisrock schrieb:
> Also
> nix mit Haus abbrennen ;-)

chrisrock schrieb:
> Es geht um den Schutz des Windrades, bei geringer Belastung.

Der Nachbar ist aber immer noch tot wenn dar Rad durchdreht. Da ist ein 
nicht brennendes Haus ja ein gewisser Trost.
Die Gerichte werden den vermiedenen Feuerwehreinsatz sicher adäquat 
bewerten...

Die Aufgabenstellung scheint mit nicht grade neu. Sowas gibts sicher 
fertig und mit allen Zulassungen, kostet aber wohl zuviel.
Vmtl. ists nur eine Abwälzung der Risiken (ohne nennenswerte Vergütung) 
auf dich.

Du musst die Sache in jedem Fall belastbar vertraglich mit deinem 
Bekannten regeln, oder er lötet sich das ganze nach Deinen Hinweisen 
selbst zusammen.

Wenn ich - für mich - sowas bauen würde, dann nur mit "vielen" 
unabhängigen Systemen. Crowbar am Generator, Mindestlast, Akku voll > 
Widerstand, Drehzahlmessung > Widerstand, ...
Und ich könnte immer noch nicht gut schlafen.

Autor: hp-freund (Gast)
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Warum klebst Du nicht einen Mangnet (oder drei) auf die Welle des 
Generators oder an einen Flügel und ermittelst die Drehzahl mit einem 
Hall-Sensor? Dann hast du auch schon so etwas wie ein PWM-Signal.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Solarzellen haben auch keine Drehzahl. Dennoch kann man den 
Maximum-Power-Point bestimmen... sollte es sich hierum "drehen"?

Autor: chrisrock (Gast)
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hp-freund schrieb:
> Warum klebst Du nicht einen Mangnet (oder drei) auf die Welle des
> Generators oder an einen Flügel und ermittelst die Drehzahl mit einem
> Hall-Sensor? Dann hast du auch schon so etwas wie ein PWM-Signal.

Der Strom wird mittels Schleifkontakt abgegriffen, und er will am 
Generator nichts herumbasteln. Deshalb die etwas kompliziertere Lösung 
mit der Frequenz an einer Phase.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Hmm, eine mechanische Lösung hätte aber den Charme, daß sie auch dann 
funktioniert, wenn -warum auch immer- am Generator die Sicherungen 
auslösen.
Alternativ hätte man 2 unabhängige Systeme zur Drehzahlüberwachung, eine 
mechanische und die 2. Über die Generatorfrequenz.

Autor: dfsbyxvc (Gast)
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Was immer noch nicht beantwortet ist:

Was will er mit dem Messwert?

Gast

Autor: Stephan (Gast)
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dfsbyxvc schrieb:
> Was immer noch nicht beantwortet ist:
>
> Was will er mit dem Messwert?

Ja das wär schön, wenn wir es doch noch erfahren dürften...

Generatorspannung geht evtl. doch nicht, wenn der Generator die Spannung 
schon regelt und den Erregerstrom runter fährt. Dann geht das Rad durch.

Muss sich wohl um einen Eigenbau handeln. Ich kann mir kaum vorstellen, 
dass der Fall bei einem ordentlichen Windrad nicht geeignet - mehrfach - 
abgesichert ist.

Autor: chrisrock (Gast)
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hier weitere infos

der generator hat einen permanentmagnet.
die frequenz soll im endeffekt die drehzahl wiederspiegeln.
diese wird weiterverarbeitet - mittels µC oder Analogschaltung
raus kommen soll ein 0 - 20mA Signal, das einem vorhandenen Regler 
zugeführt wird, der dann mittels bekannter drehzahl das windrad bei 
geringer belastung vor zu hoher drehzahl schützt in dem er den generator 
sozusagen kurzschließt (verheizen der leistung an widerständen - Ja 
leistungswiderständen ;_) )

Autor: Stephan (Gast)
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Ist der Generator permanenterregt und die Ausgangsspannung ungeregelt 
oder hat er den Permanentmagneten z.B. in einer Erregermaschine?
Was ist eigentlich die Nennspannung des Generators? Max. hast du mit 
380V angegeben.
Um welche Leistung gehts eigentlich?

Für mich macht die Sache noch keinen Sinn, bzw. die Angaben sind sowas 
von löchrig...
Mit max 380V über nen Gleichrichter auf 48V-Akkus und dann wieder 
wechselrichten und Netzeinspeisung??? Das lohnt doch erst ab mehr als 
ein paar Watt.
Wo ist der Trafo/Switcher/Laderegler?

Für bessere Vorschläge / einfache Alternativen musst du uns den Aufbau 
noch einiges genauer erklären. Auch Spannungen, Ströme, Nenndrehzahlen, 
kritische Drehzahlen, ...

Wenn es wirklich permanenterregter Generator -> Gleichrichter -> Akku 
(48V) ist sollte eine einfache Spannungsbegrenzung mit Parallelregler 
reichen. Der belastet das Rad wenn die Spannung zu hoch wird (und das 
wird sie bei einem unbelasteten, zu schnell drehenden, permanent 
erregtem Generator).
2 Transistoren, ne Z-Diode, ein paar Widerstände und ein Kühlkörper. 
Sinnvoll ausgelegt kaum anfällig für Fehler und sehr preiswert 
aufzubauen.

Die Leute hier helfen gerne bei solchen Fragen, brauchen dafür aber auch 
die relevanten Daten und nicht nur Fragmente eines - möglicherweise 
schlechten/unnötig komplizierten - Lösungsansatzes.

Autor: chrisrock (Gast)
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Danke mal für alle Vorschläge!!!
ich werde mich mit meinem bekannten zusammensetzen und die geforderten 
daten hier bekanntgeben ;-)

Danke noch mal

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