Hallo,
Ich habe vor eine elektronische Steuerung fuer mein Windrad zu bauen und
habe auch schon so meine Vorstellungen, wie das ganze werden soll. Ich
bin mir aber nicht sicher ob das Ganze so moeglich ist wie ich mir das
vorstelle oder ob es vielleicht hier und da bessere Loesungen gibt.
Zu dem Windrad, dass ich nun mit hilfe eines Mikrocontrollers steuern
will: Das Windrad erzeugt 1,5kW mit einem mit Kondensatoren umgebauten
380v 3p Elektromotor, hat einen Rotordurchmesser von 5,6m und ist auf
einem 9,3m hohem Mast montiert. Bisher wurde es von einem Lego NXT
Roboterset gesteuert, was auch funktieoniert hat, ich nun aber eben
durch einen Mikrocontroller ersetzen will.
Was gesteuert werden soll:
-erstens soll es sich automatisch mit einem Elektromotor in den Wind
stellen. (hat schon mit dem Lego setup funktioniert)
-zweitens soll die Rotationsgeschwindigkeit mit Hilfe einer
Fluegelverstellung realisiert werden. (wurde vorher mit elektronischem
rausdrehen des Rotors aus dem Wind vom Lego NXT geregelt)
-des weiteren wer eine geregelte Ladeelektronik fuer eine
Autobleibatterie erstrebenswert, die in einem weiten Spannungsband von
am besten 12-230v die 12v Batterie laed.
Ich stelle mir vor entweder einen Arduino Duemilanove oder einen UNO als
Basis zu nutzen.
Fuer die Steuerung des Rotors in den Wind wollte ich einen Magnetencoder
http://at.farnell.com/austriamicrosystems/as5045-assu/encoder-magnetic-rotary-10bit-16ssop/dp/1630801
unter eine kleine Windfahne setzen, um so die Windrichtung im
Verhaeltnis zum Rotorkopf feststellen zu koennen, um dann ueber einen
Elektromotor den Rotor dem Wind nachfahren zu koennen.
Den Motor wollte ich mit einer H-bruecke
http://www.watterott.com/de/Dual-Motor-Steuerung-9A-VNH2SP30-MD03A ueber
den Arduino ansteuern, genauso den Motor, der die Fluegel verstellen
soll.
Bei dem zweiten Punkt bin ich mir noch nicht so ganz sicher, bisher habe
ich vor, einen Elektromotor, am besten einen Servomotor an die
rotierenden Rotoren zu montieren, der ueber Schleifringe/kontakte
versorgt werden soll.
um die Rotorachsgeschwindigkeit zu ermitteln hatte ich vor, wieder einen
magnetischen Encoder zu benutzen, mit dessen Hilfe der Arduino dann die
Fluegelstellung errechnen und korriegieren kann.
Mit der Batterieladung habe ich noch keinen konkreten Plan da ein
normales Ladegeraet wohl nur bei 230v funktieoniert und nich bei weniger
und sonst gibt es ja noch PC-Netzteile die man umbauen kann aber wie das
genau geht weiss ich leider auch nicht...
Ich hoffe ihr koennt euch in etwa vorstellen, was ich vorhabe und koennt
mir sagen ob das so funktieonieren kann. Ich waere auch sehr dankbar
fuer bessere Loesungsansaetze!
Wie ist das eigentlich mit Servomotoren, die kann man ja auch
winkelgenau steuern, aber ich habe noch nie groessere als die kleinen
aus dem Modellbau gesehen bzw gefunden, wie viele kabel Brauchen die?
Diese kleinen haben ja nur 3 wie ist das mit groesseren 12v Servomotoren
und wo bekommt man die? Und sind die dann eigentlich billiger als ein
normaler plus Encoder oder Poti plus 2 weitere Schleifringe?
Ist das dein Einzelprojekt oder besteht bereits eine Usercommunity dafür
bzw. wäre es interessant und gewollt eine solche aufzubauen?
Ich könnte mir gut vorstellen, dass ein Open Source / Open Hardware
Projekt einige freiwillige Mitarbeiter anziehen kann, die zu den von dir
beschriebenen Teilaufgaben etwas beisteuern möchten.
Und die Zusammenfassung der Beschreibung, Pläne, Aktivitäten z.B. in
einem Wiki wäre langlebiger als in einer Diskussion im Tagesgeschäft.
Technisch gesehen...
...kann man das Motorsteuerboard natürlich nicht bewerten, wenn man die
technischen Daten des Motors nicht hat. Möglicherweise ist die direkte
Motorsteuerung überhaupt nicht erforderlich, sondern der Controller
(jetzt Lego NXT, später µC) steuert selbst über ein digitales Protokoll
(bekannt?) nur die vorhandene Steuerungsplatine des Motors an.
...ist eine Flügelanstellwinkelsteuerung nur machbar, wenn die Mechanik
an den Flügeln dafür vorhanden ist bzw. gebaut wird. Hast du Daten zu
der max. Achslast, die ein Flügel ausüben kann? Ich bezweifele, dass
eine typ. 6mm Achse eines Schrittmotors die direkt aufnehmen kann. Wenn
das Windrad an sich eine kommerzielle Konstruktion ist, könnte die
gesamte Statikberechnung durch den Umbau hinfällig werden und neu
berechnet werden müssen.
...kann ein Bleiakku mit fast allem geladen werden, die entsprechende
Ladeelektronik vorausgesetzt. Eventuell kann man getrennte, optimierte
Ladeelektroniken per Relais schalten z.B. wenn der Windernter geringe
Spannungen liefert und eins, wenn das Ding "brummt".
...Schrittmotoren sind industrielle Artikel. Die bekommst du in allen
Leistungsklassen zu kaufen. D.h. du musst wissen, welche Leistungsklasse
du brauchst. Technische Werte sind: Wie muss/kann der Schrittmotor
versorgt werden und was muss er bringen, d.h. Schrittweite, Drehmoment.
Ein Tip zur Fügelverstellung:
Ich halte die Idee, da einen Stellmotor in den Rotorkopf zu setzen für
problematisch und unnötig. Du musst die Ansteuerleitungen über
Schleifringe führen und dann auch noch wiederum eine Lage-Rückmeldung,
um den Anstellwinkel zu kontrollieren. Das sind zwei Problemstellen
(Gewicht und Bauraum des Motors mit Getriebe, Schleifringe), die sich
durch eine andere Anordnung vermeiden lassen.
Weit einfacher wäre es, auf die Rotorachse einfach eine Schiebehülse
aufzusetzen, die eine umlaufende Nut hat. So kannst Du sie mit einem am
Stator montierten Stellmotor nach vorne und hinten schieben. Und die
Lage der Schiebehülse verstellt direkt über Hebel die Rotorblätter. So
hast Du den Motor vom Rotor runter und brauchst auch keine Schleifringe.
Grüße
Also im Moment arbeite ich daran zusammen mit meinem Nachbarn, der
ehmaliger Schlosser ist, das Ding ist, dass ich schon gerne an Allem
beteiligt sein moechte, da ich dabei ja lernen will, wie die
"Baugruppen", von denen ich bisher noch nicht soviel ahnung habe,
funktionieren, sodass ich das neu erworbene Wissen spaeter auch auf
andere Projekte uebertragen kann. Dennoch bin ich fuer jede Hilfe offen
und werde sie wohl auch bei elektronischen und vorallem
programmiertechnischen Dingen dringend benoetigen.
Des Weiteren bin ich am ueberlegen, ob ich dieses Projekt auch mit in
mein Abitur mit einfliessen lassen sollte aber das werde ich wohl erst
spaeter entscheiden, dafuer waehre so ein Open Source Projekt jedenfalls
sicher interessant.
Um erstmal zu den Motoren zu kommen, der Motor, der den Rotor in den
Wind stellt, ist ein ehemaliger Anlasser also ein recht durchzugsstarker
12v Motor ohne jegliche Steuerelektronik, die ich direkt ansteuern
koennte. Die genauen Werte liegen mir im Momet nicht vor jedenfalls
koennen die ganz schoen Leistung aufnehmen. Der motor ist aber auch
stark untersetzt da die Gondel nur langsam gedreht werden muss und somit
kein staerkerer (grosserer) Motor noetig.
Zur Fluegelverstellung:
Das mit der Schiebehuelse usw ist technisch einiges schwieriger zu
loesen zumal es mit einer einfachen Nut, woman dran ziehen und druecken
kann nicht getan ist, es wehren schon spezielle Lager von noeten usw. Um
eine weitere Moeglichkeit gleich einmal mit auszuschliessen, man koennte
auch eine Hohlwelle nehmen und darin eine weitere Welle haben mit der
man die Fluegel verstellt, welches so ziehmlich das gleiche Prinziep
ist. Allerdings braucht man da erstmal eine Hohlwelle, die einen
umsogroesseren Durchmesser nach sich fuehrt und somit riesige lager
benoetigt dann noch lager fuer die Welle in der Hohlwelle und und und
das ist ein riesiger Technischer und vorallem Finanzieller Aufwand.
Das Gestaenge zu bauen, um von einer rotierenden Achse eines Motors zur
gleichzeitigen Stellung/Drehung dereier Rotorblaetter, ist nicht das
Problem, das bekommen wir schon hin. Damit dieser Motor nicht allzuviel
Kraft benoetigt, dachte ich auch hier an eine relativ starke
Untersetzung gegebenenfalls ein Schneckengetriebe, welches die Belastung
auf den Motor so gering wie moeglich haelt und die Fluegel auch ohne
Motor (also nur das Getriebe) im Wind fest haelt. Dazu muss man auch
sagen, das die Achse der Rotorblaetter mittig liegt und somit kein
grosses Drehmoment auf die Rotorachse wirken sollte.
Durch die Untersetzung muesste der Motor fuer die Fluegelstellung auch
einige Umdrehungen machen um die extem Fluegelstellungen zu erreichen,
kleine Servomotoren aus dem Modellbau machen so viel ich weiss ja wenn
ueberhaupt nur sehr wenige Umdrehungen oder gibt es da auch andere?
Ausserdem habe ich gehoert, dass Schrittmotoren eine geringe
Durchzugskraft haben im verhaeltnis zu "normalen" Motoren gleicher
Groesse, in wie weit stimmt das?
Ich bin mir halt nicht sicher, welche Art von Motor-Sensorkombination
hier am besten vom Preisnutzenverhaeltnis ist. So ein digitales
Protokoll ist mir uebrigens nicht bekannt.
Die Batterie ist uebrigens nur fuer die Steuerung zustaenig sprich fuer
die Motoren und den Mikrocontroller. Der eigentliche Strom wird
natuerlich nicht in Batterien eingespeist, geplant ist erstmal, die
Leistung ueber Heizstaebe in warm Wasser zu stecken, da Heizstaeben egal
ist was fuer Strom sie bekommen, da bei geringerem Wind die Rotor- und
somit Generatordrehzahl sienkt bzw schwanken kann, bekommt man keinen
normal brauchbaren Strom geliefert, da Spnannung und Frequenz eben von
der Umdrehungszahl abhaengen.
Deine Bauteile sind um den Faktor 10 zu teuer,
es tut ein einfachster AVR Microprozessor wie ATtiny13,
zwei einfachste Hallsensoren wie TLE4905,
um die beiden Motoren zu steuern nach Wind und Akkustand.
Wenn du zusätzlich technische Daten anzeigen willst,
wie Dreh-/Windgeschwindigkeit, -richtung, Stromerzeugung,
Ladezustand dann sollte der uC genug Ausgänge haben um
ein Display (z.B. 2 x 16 Zeilen Text) anzusteuern.
Als (Blattverstellungsantrieb) ist ein Servo angemessen,
er braucht nur 3 Anschlüsse (Plus, Masse und Impuls)
aber die Modellbauservos sind nicht für jahrelangen
Dauerbetrieb ausgelegt (Kunststoffgetriebe), such
eventuell bei eBay nach professionelleren Teilen.
Du solltest die Mechanik aber so bauen, daß sich der
Servo nicht mitdreht.
Zur Rotation tut es ein Getriebemotor auf einen Zahnkranz,
ein 1kW Anlasser um ein 1.5kW Rad zu drehen ist aber oversized,
das Getriebe bringt schliesslich Kraftzuwachs. Achte auch
hier auf lange Haltbarkeit. Wenn du keinen Anlasser nimmst,
tut es auch eine kleinere H-Brücke, wie BTS7741 (Pollin).
Du solltest nicht so viel Geld für runimentäre Teile wie
uC und Sensor ausgeben, sondern mehr Geld in solide Gehäuse,
solide Getriebe, denn du willst daß das 10 Jahre lang und
länger funktioniert - sonst ist der gewonnene Strom zu
teuer wenn man jedes Jahr wochenlang basteln muss.
Hallo!
Für Anfänger / Selberbauer ist der Savonius-Rotor eine Überlegung wert.
Er funktioniert bereits bei kleinen Windgeschwindigkeiten, ist von der
Windrichtung unabhängig, überlastsicher (braucht nicht aus dem Wind
gedreht werden) und mit einfachen Mitteln zu bauen. Außerdem ist er
optisch unauffälliger und für Vögel ungefährlicher.
Nachteil: "relativ" geringe Drehzahlen - also passender Generator oder
Übersetzung nötig.
hm,
also der Arduino ist ja nun nicht allzu teuer bzw. seine Anschaffung
wert, die H-bruecken allerdings schon das ist mir auch ein Dorn im Auge.
Der Anlasser hat auch nicht ganz so viel Leistung, der stammt ja nicht
aus einem Automotor, sondern eher aus einem Rasenmaehertreckermotor.
Zu Route_66: Anfaenger sind wir sicher nicht mehr und mit dem Bau der
der mechanischen Komponenten haben wir auch keine Probleme, es hapert
lediglich an mangelden elektronischen und programmiertechnischen
Kenntnissen. Ich brauche also Loesungsmoeglichkeiten fuer die
steuerelektronische Seite, denn das Windrad selbst existiert ja bereits
und wird nur zur Steuerung angepasst.
Hier mal ein Link zum Windrad:
http://picasaweb.google.com/lh/photo/Vm_SAiwze23UlzX97qS5ow?feat=directlink
Das Photo zeigt zeigt zumindest, dass niemand gefaerdet wird...
Ich denk auch, dass ein Mega32 passender wie ein 32bitter waere. Ein
32bitter ist fuer einen Anfaenger zu schwierig.
Im Prinziep muss ich die Motoren ja nur in zwei Richtungen und Stopp
steuern koennen, die Motorsteuereinheiten koennen ja aber zusaetzlich
auch die Drehzahl regeln, was ich ja garnicht brauche. Koennte man dann
nicht auch Schuetze oder Relais nehmen, die man direkt mit dem
Mikrocontroller ansteuern kann, die dann die Arbeitsstromkreise fuer die
Motoren schliessen? Ich habe eben mal nach solchen gesucht finde aber
irgendwie nich die richtigen Teile...
Ich habe heute mal den Motor, der die Gondel in den Wind drehen soll,
getestet. Er zieht im Leerlauf 10A bei 12V und unter Last zieht er etwa
15 bis 20A!
Ich denke dieses Steuermodul ware dafuer passend:
http://www.watterott.com/de/Motor-Steuerung-20A-IRF7842PBF-24v20
allerdings ist das nur fuer einen Motor und dafuer recht teuer...
koennte man also vielleicht doch iregendwie eine Schuetz/Relai oder eine
ganz ander Loesung finden?
Des weiteren finde ich ueberhaupt keine Servos in passender Groesse fuer
die Blattverstellung!? Kann mir einer mal ein Link geben wo es sowas
gibt? Oder wenigstens einen Tip? Danke
Wie steuer ich den Servomotor dann eigentlich? Gibt es dafuer wieder
spezielle Steuerplatinen oder reicht auch ein "einfaches"
H-Brueckenmodul wie fuer einen normalen Motor?
der Anlaufstrom liegt bei etwa 15A blockiert hab ich den Motor noch
nicht bekommen, das Problem ist, dass mein Messgeraet nur bis 20 Amper
anzeigt... :(
der Wiederstand betraegt 0.3 Ohmen also zieht er maximal 40A! Ob die
Messung allerdings genau ist weiss ich nich ich werde sie am Wochenende
nochmal mit einem besseren Ampermeter ueberpruefen.
Weil knapp 5 Jahre nach dem Threadbeginn die ganze Sache vermutlich
längst wegen totaler Unwirtschaftlichkeit und hohem Wartungsaufwand
begraben ist... :-)
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