Hallo,
ich würde gerne eine einfache Schaltung bauen welche den erzeugten Strom
einer Kleinwindkraftanlage möglichst effizient in Wärme umwandelt.
Hier mal kurz ein paar technische Details und der derzeitige Stand:
- 3 phasiger Generator
- Leerlaufspannung ~130V
- ~2kW max.Leistung
- 2x Heizpatronen mit jeweils 3 Heizelementen im Warmwasserspeicher
Zur Zeit erfolgt die Lastanpassung mit einer SPS. Die Spannung wird
gleichgerichtet und mit der SPS gemessen. Dann wird je nach anliegender
Spannung ein Laststufe geschaltet (mittels Relais, 5 verschiedene
Kombinationen von Stern/Dreieckschaltung)
Allerdings sind halt Relais nicht so das Wahre bei böigen Wind und
häufigen Lastwechseln.
So jetzt meine Fragen:
Lässt sich das ganze nur mit Halbleitern aufbauen? Lässt sich sowas evt.
mit einer PWM machen?
Oder ganz allgemein: Wie würdet ihr eine stufenlose Lastanpassung
aufbauen?
Schonmal danke für eure Vorschläge.
Ja das lässt sich evtl. mit MOSFETs oder Ähnlichem machen. Hierbei
sollte man natürlich die Verluste im Vorraus durchkalkulieren. Die PWM
ist auch kein falscher Ansatz.
Was ich noch nicht ganz mit habe:
Brauchst du Wechselstrom (wird nur für die Spannungsmessung
gleichgerichtet ?) oder hast du generell eine Gleichrichtung drin und
deinen Heizpatronen laufen auf DC ?
Ja. PWM macht eine stufenlose Lastanpassung. Die Frage ist, ob das der
optimale Weg ist. Wieviel die Waerme wert ist. Mit einem Widerstand
bekommt man im optimalen Fall 100% Waerme. Mit einer Waermepumpe kann
man aber 300% bekommen. Eine Waermepumpe wuerde man aber nicht ab
Windrad betreiben, sondern ab Netz. Und das Windrad dann ans Netz.
> Und das Windrad dann ans Netz.
Das würde ich mir 5x überlegen, denn sobald man ins Netz einspeist
bekommt man Geld von irgendwo her, somit ist man automatisch Unternehmer
und braucht einen extra Steuerberater und muss monatlich eine
Umsatzsteuervoranmeldung machen usw.
Man muss ja nicht unbedingt Verguetungsmaessig einspeisen. Sondern um
den Kompressor ruhiger laufen zu lassen. Moeglicherweise hat es am
Standort des Posters konstanten Wind. Hier ist er eher boeig. An boeigem
Wind kann man keinen Kompressor laufen lassen. Die Steuerung kann den
Kompressor ja so steuern, dass die Einspeisung netto gleich Null ist.
Prinzipiell braucht man als erstes mal eine Einrichtung, die die Last so
regeln kann, dass die maximale Leistung erzielt wird. Das nennt man
MPP-Tracking.
Dieser MPP-Tracker gibt also vor, wie stark man die Maschine belasten
soll, damit man den höchsten Ertrag hat. Die richtige Belastung der
Maschine kann man durch Stufenschaltung oder Pulsen erreichen, beides
lässt sich mit Halbleitern realisieren. Wichtig ist nur, dass der Rotor
die richtige Drehzahl erreicht, bei der Ertrag maximal ist.
Eine Leistungsanpassung könnte man auch durch Verstellen der
Maschinenerregung erreichen, wenn das dort technisch möglich ist. Das
wäre, wenn außer der Heizung nichts am Generator angeschlossen ist, die
effizienteste Methode. Damit wird die Spannung des Generators verstellt.
Weil hier nichts gepulst wird, entsteht kein zusätzlicher
Drehmomentrippel, der eventuell die Mechanik beschädigt. Zudem hat die
Maschine so im Niedriglastbereich einen besseren Wirkungsgrad.
Grüße,
Peter
Das Ding hat einen Drehstromgenerator, ich wüsste nicht, was man da mit
einem MPP-Tracker will, das ist doch keine Solarzelle, Wasserkraftwerke
haben auch keinen MPP-Tracker.
Je mehr Leistung der Wind auf den Propeller gibt, um so mehr Strom
fliesst, wohin sollte die Leistung auch sonst gehen ? Die Spannung
bleibt, nach einer Anlaufphase, weitestgehend konstant.
Was bei einer Windanlage eher das Problem ist, ist die Effizienz des
Propellers. Die ist drehzahlabhängig, es kann also sinnvoll sein, die
Belastung so zu wählen, daß bei bestimmter Leistung eine bestimmte
Propellerdrehzahl vorherrscht um aerodynamisch den optimalen
Wirkungsgrad zu haben.
Bei Kleinwindanlagen kommt mir das aber ziemlich überflüssig vor. Meiner
Meinung nach erträumt sich Sid ein Problem, welches er gar nicht hat.
Natuerlich braucht man einen MPP Tracker fuer ein nicht netzsynchrones
System. Allerdings keinen fuer eine Solarzelle. Eine Solarzelle ist
beliebig schnell. Ein Windrad ist eine langsame Differentialgleichung,
die muss man dann eben nachbilden.
Ich würde hier einfacherweise einen gesteuerten Gleichrichter nehmen:
Stichwort B6C-Brücke. Gibts auch schon fertig als Gleichstromsteller zu
kaufen. Die kleinsten Geräte haben ca 30A Nennstrom.
Die Last einfach an die Gleichstromseite hängen.
Grüße
OR
Peter Diener schrieb:> Prinzipiell braucht man als erstes mal eine Einrichtung, die die Last so> regeln kann, dass die maximale Leistung erzielt wird. Das nennt man> MPP-Tracking.
Nein, der wird das Ding nur "abwürgen". Ohne eine Generatorkennlinie
braucht man gar nicht anfangen. Ebenfalls muss eine gewisse
Anlaufintelligenz vorhanden sein.
MaWin schrieb:> Das Ding hat einen Drehstromgenerator, ich wüsste nicht, was man da mit> einem MPP-Tracker will, das ist doch keine Solarzelle, Wasserkraftwerke> haben auch keinen MPP-Tracker.
Es gibt Umrichter für Kleinwindenergieanlagen, die sich außer einem
Gleichrichter nicht weiter von einem PV Wechselrichter unterscheiden.
Die haben dann noch einen MPP-Tracker drin, ist aber überholt
inzwischen.
MaWin schrieb:> Die Spannung bleibt, nach einer Anlaufphase, weitestgehend konstant.
Leider nein, wie jede Spannungsquelle hat auch ein Generator einen
Innenwiderstand. Es handelt sich zwar um Synchronmaschinen, aber unter
Last geht auch die Spannung in die Knie.
Gruß Knut
Sid schrieb:> Zur Zeit erfolgt die Lastanpassung mit einer SPS.
Soll die Generatorspannung gleich bleiben oder ist es besser wenn die
Generatordrehzahl gliech bleibt?
Wenn man die Drehzahl regelt, besteht keine Gefahr von Abwürgen.
Ist dann ein einfacher P Regler ab einer bestimmten Drehzahl.
Gleichrichter, dicker FET und alle Widerstände parallel.
Axel
Ich schrieb
> Je mehr Leistung der Wind auf den Propeller gibt, um so mehr Strom> fliesst, wohin sollte die Leistung auch sonst gehen ? Die Spannung> bleibt, nach einer Anlaufphase, weitestgehend konstant.
Hmm, O.. oha Jetzt meinst
> Es gibt Umrichter für Kleinwindenergieanlagen, die sich außer einem> Gleichrichter nicht weiter von einem PV Wechselrichter unterscheiden.> Die haben dann noch einen MPP-Tracker drin, ist aber überholt> inzwischen.
das ist es wohl nicht, aber Ingo L.'s
> Natuerlich braucht man einen MPP Tracker fuer ein nicht netzsynchrones> System.
hab ich übersehen. Klar, wenn die Windanlage nicht ans Netz gekoppelt
ist sondern imm Inselbetrieb an ohm'scher Last mehr Strom fliessen soll,
müsste die Spannung steigen, aber sie steigt beim Drehstromgenerator
kaum.
Man müsste bei steigender Drehzahl die Spannung steigen lassen damit man
den Strom im Zaum hält und die Leistung abnehmen kann.
MaWin schrieb:> Ich schrieb>>> Je mehr Leistung der Wind auf den Propeller gibt, um so mehr Strom>> fliesst, wohin sollte die Leistung auch sonst gehen ? Die Spannung>> bleibt, nach einer Anlaufphase, weitestgehend konstant.>> Hmm, O.. oha Jetzt meinst>>> Es gibt Umrichter für Kleinwindenergieanlagen, die sich außer einem>> Gleichrichter nicht weiter von einem PV Wechselrichter unterscheiden.>> Die haben dann noch einen MPP-Tracker drin, ist aber überholt>> inzwischen.>> das ist es wohl nicht, aber Ingo L.'s>>> Natuerlich braucht man einen MPP Tracker fuer ein nicht netzsynchrones>> System.>> hab ich übersehen. Klar, wenn die Windanlage nicht ans Netz gekoppelt> ist sondern imm Inselbetrieb an ohm'scher Last mehr Strom fliessen soll,> müsste die Spannung steigen, aber sie steigt beim Drehstromgenerator> kaum.>> Man müsste bei steigender Drehzahl die Spannung steigen lassen damit man> den Strom im Zaum hält und die Leistung abnehmen kann.
??? Was ??? Außerdem hast du Ingo L. und O..oha Jetzt! vertauscht
Gruß Knut
> Ingo L. und O..oha Jetzt! vertauscht> Gruß Knut
Offenbar nicht so schlimm,
wenn selbst Ingo L seinen Namen nicht kennt.
Der Punkt ist wohl bei Windkraft mit Drehstrommotor im Inselbetrieb, daß
er bei steigender Drehzahl kaum in der Spannung steigt also an ohm'scher
Last nicht mehr Leistung abgeben kann also steigt die Drehzahl immer
weiter, er 'dreht durch'.
Ich hatte beim Drehstromgenerator nur an den Synchronbetrieb im
Stromnetz gedacht, wo bei mehr Drehmoment der Strom einfach ansteigt
weil das Netz ihn schon abnimmt, da man das Netz nicht so leicht in der
Frequenz "durchdrehen" lassen kann.
Du hast einen Denkfehler:
Ein Generator wird nie direkt für die Erzeugung von Inselspannungsnetzen
verwendet. Immer über einen Inselnetzumrichter.
Dieser richtet die Geeratorspannung gleich, Enegie geht in einen
Zwischenkreis, dann Potentialtrennung und dann Endstufe Synchron aufs
Netz.
Alles Andere gäbe Chaos.
Gruß Knut
Er will nur über Widerstände heizen,
er will gar keine konstante Zwischenkreisspannung oder gar
frequenzstabiles Wechselstromnetz, das ist alles Overkill.
Die Frage ist also, wie man das am einfachsten hinbekommt,
PWM wäre möglich, derzeit ist es stufenweise durch Umschaltung.
MaWin schrieb:> Er will nur über Widerstände heizen
Aha, und wann weiß er, wann welche Leistung zur Verfügung steht?
Schon braucht er einen Zwischenkreis und ne Strommessung, denn damit
lässt sich die Leistung berechnen. Und dann kann mittels PI Regler die
Leistung die lt. Kennlinie zur Verfügung steht über PWM verheizt werden.
Stufenlose Umschaltung halte ich nicht für sinnvoll, da die Stufung bei
3 Widerständen viel zu grob ist. Und mechanische Schaltkontakte eignen
sich für so was eh nicht.
Drehstrom lässt sich nunmal sehr bescheiden regeln, daher ist ein
DC-Zwischenkreis das Einfachste.
Gruß Knut
Hier hat sich ja schon einiges getan. Danke für eure Antworten.
Also um mal noch etwas zum aktuellen Stand zu sagen:
Das Windrad hat keinen Drehzahlmesser, die Generatorspannung wird als
"Drehzahlmesser" benutzt.
Zur Zeit ist es so das von 0 bis ca. 40V Leerlauf bzw. Anlauf ist.
Danach kommen dann die einzelnen Laststufen (in 10-20V Abständen) mit
etwas Hysterese um ein flackern der Relais zu vermeiden.
Die Schaltzyklen sind bei normalen Wind ungefähr 1 mal pro Minute, bei
starken Wind und Böen werden auch mal Laststufen übersprungen und es
schaltet dann auch öfter. Die Drehzahl liegt dabei geschätzt zwischen 60
und 500 Umdrehungen/min.
@Düsendieb
Ziel ist es möglichst die Drehzahl konstant zu halten.
@MaWin
Würde man nur eine große Last ranschalten würde das Windrad nicht
anlaufen.
Bei zu niedriger Last läuft es zwar an kommt dann aber schnell in den
roten Drehzahlbereich.
Die Lastwechsel müssen ähnlich wie beim Auto möglichst schnell und ohne
großes Moment passieren.
@Lehrmann Michael
Die Heizpatronen laufen mit AC. Die Gleichrichtung wird nur benutzt um
für die SPS eine Eingangsgröße im Bereich von 0-10V DC zu haben.
@hacky
Die Einspeisung ins Netz ist eigentlich nicht geplant. Dazu bräuchte man
dann noch einen eignen Zählerplatz, Abschaltung bei Netzausfall usw.
Der Aufwand lohnt sich da nicht wirklich.
Eine Wärmepumpe ist zwar schon installiert, die läuft allerdings über
das normale Netz und dient als primäre Heizquelle.
Das Windrad ist sozusagen nur Unterstützung.
Da hier öfters von Gleichrichtung gesprochen wird: Welchen Vorteil
bringt eine Gleichrichtung? Wäre es nicht günstiger das ganze sofort als
AC-Strom zu verheizen? bzw. kann ich überhaupt mit MOSFETs
Wechselspannung schalten?
Noch ein paar Fragen zur Realisierung:
Gibt es Halbleiterelemente welche man direkt an einen Ausgang einer SPS
einsetzen kann? Sozusagen als Relaisersatz?
Und lässt sich mit einer SPS auch eine PWM realisieren?
Es hat Netz und eine Waermepumpe ? Dann sollte man die 1.5kW ins Netz
speisen, auch ohne Zaehler. Der normale Zaehler zaehlt rueckwaerts, dh
es bibt keine Ueberhoehung. Aber man bekommt von 1.5kW Strom 4.5kW
Waerme.
Sid schrieb:> Ziel ist es möglichst die Drehzahl konstant zu halten.
Da nur Wärme erzeugt werden soll und die Widerstände mit dem Generator
nicht zerstört werden können würde ich die Spannung mit einer B6 Brücke
gleichrichten. Die Gleichspannung wird dann gepulst mit einem oder
mehren FET auf die Widerstände gespeist
Die Höhe der Gleichspannung ist dann die Führungsgröße für die PWM. So
habe ich das bei meinem Bremsshopper für den Frequenzumrichter gemacht.
[[Frequenzumrichter_mit_Raumzeigermodulation#Einspeisung_und_Bremschoppe
r]]
man kann aber auch Triacs in Wellenpaketsteuerung ähnlich ansteuern.
Axel
Sid schrieb:> kann ich überhaupt mit MOSFETs Wechselspannung schalten?
Nein, das geht nur mit Thyristoren oder Triacs.
Sid schrieb:> Welchen Vorteil bringt eine Gleichrichtung?
Das du mit PWM in sehr feiner Stufung deine Leistung abführen kannst.
Normalerweise sind solche Heizpatronen auch DC-tauglich.
Eine SPS ist optimiert auf Automatisierung. Du kannst mit einem
Schneepflug auch keine Formel1-Rennen gewinnen.
>Gibt es Halbleiterelemente welche man direkt an einen Ausgang einer SPS>einsetzen kann?
Mir sind keine bekannt
Sid schrieb:> Und lässt sich mit einer SPS auch eine PWM realisieren?
Hmm.. ich bezweifele das du eine "echte" SPS hast, sonst würdest du
sowas nicht fragen. Mit einem Logo!-verschnitt ist das soweit ich weiß
bedingt möglich, jedoch sehr aufwändig.
O.. oha Jetzt ! schrieb:> Dann sollte man die 1.5kW ins Netz speisen, auch ohne Zaehler.
Dann sind se weg. Das wird dir das EVU nicht zulassen, du benötigst
dafür einen extra Zähler.
O.. oha Jetzt ! schrieb:> Aber man bekommt von 1.5kW Strom 4.5kW Waerme.
Du weißt, das ein Wirkungsgrad > 1 nicht möglich ist?!
Düsendieb schrieb:> Da nur Wärme erzeugt werden soll und die Widerstände mit dem Generator> nicht zerstört werden können würde ich die Spannung mit einer B6 Brücke> gleichrichten. Die Gleichspannung wird dann gepulst mit einem oder> mehren FET auf die Widerstände gespeist
So würde ich es auch machen, ZK-Elko nicht vergessen, sonst is das
unnotig Stress für den Generator...
Gruß Knut
Ja das würde gehn. Aber man kann ernsthafte Probleme vom
Energieversorger bekommen wenn man schwarz einspeist. 2kW sind zwar
nicht viel aber wenn das Netz zB. bei Wartungen mal wirklich
spannungsfrei sein soll ist es ungünstig für die Techniker wenn da noch
irgendwo Spannung anliegt.
Bei Solaranlagen ist es soviel ich weiss Pflicht das bei Netzausfall die
Wechselrichter auch vom Netz trennen.
Das 2. Problem ist: der Wind liefert ja nicht ständig 4.5kW
Heizleistung. Bei mehreren Tagen Flaute gibts dann nur noch kaltes
Wasser.
Oh Mann, MaWin und allen voran Knutinator überbieten sich wieder mal im
Quatsch-Schreiben.
Sid, wenn Du bereits eine ausreichend starke Wärmepumpe hast, ist der
Vorschlag von Autor: O.. oha Jetzt ! (hacky) Datum: 29.12.2010 14:13
noch der beste.
Was das EVU nicht weiß, macht es nicht heiß.
> @Düsendieb> Ziel ist es möglichst die Drehzahl konstant zu halten.
Ich denke, Ziel ist, möglichst hohe Leistung zu erzeugen/ernten.
>>Gibt es Halbleiterelemente welche man direkt an einen Ausgang einer SPS>>einsetzen kann?>Mir sind keine bekannt
Noch nie von einem Solid State Relais gehört?
>> Aber man bekommt von 1.5kW Strom 4.5kW Waerme.>Du weißt, das ein Wirkungsgrad > 1 nicht möglich ist?!
Schon mal verstanden, was eine Wärmepumpe ist?
Kraftwerker schrieb:> Sid, wenn Du bereits eine ausreichend starke Wärmepumpe hast, ist der> Vorschlag von Autor: O.. oha Jetzt ! (hacky) Datum: 29.12.2010 14:13> noch der beste.> Schon mal verstanden, was eine Wärmepumpe ist?
Da der TE aber keine Wärmepumpe hat und dies nur eine theoretische
Disskusion war, ist die ganez Welle die Du da machst überflüssig
Kraftwerker schrieb:>>>Gibt es Halbleiterelemente welche man direkt an einen Ausgang einer SPS>>>einsetzen kann?>>Mir sind keine bekannt> Noch nie von einem Solid State Relais gehört?
Im Zusammenhang mit ner PWM sollte ein SSR ne schlechte Alternative
sein.
Düsendieb schrieb:> Da der TE aber keine Wärmepumpe hat und dies nur eine theoretische> Disskusion war, ist die ganez Welle die Du da machst überflüssig
So ist es, Ausgangspunkt ist/war, dass eine KWEA vorhanden ist, die
irgendwie Wasser warm machen soll. Von ner Wärmepumpe ist überhaupt gar
nicht die Rede gewesen.
Kraftwerker schrieb:> Was das EVU nicht weiß, macht es nicht heiß.
damit haste MaWin und Mich aber locker abgehängt im Quatsch schreiben.
Kraftwerker schrieb:> Ich denke, Ziel ist, möglichst hohe Leistung zu erzeugen/ernten.
Wovon reden wir die ganze Zeit?
Gruß Knut
> Oh Mann, MaWin und allen voran Knutinator überbieten> sich wieder mal im Quatsch-Schreiben.
Und Kraftwerker wollte das nun wohl noch toppen.
Er HAT keine Wärmepumpe.
Also lass dein Quatschen, geh wieder zurück ins Körbchen.
MaWin schrieb:> Er HAT keine Wärmepumpe.
doch, guck ma:
Sid schrieb:> Der Aufwand lohnt sich da nicht wirklich.> Eine Wärmepumpe ist zwar schon installiert, die läuft allerdings über> das normale Netz und dient als primäre Heizquelle.> Das Windrad ist sozusagen nur Unterstützung.
Gruß Knut
Das löst nun trotzdem noch nicht das Problem des MPP-Trackings. Und das
ist hier schon notwendig. Es gibt in dem System 3 wesentliche
Kennverhalten, die dazu berücksichtigt werden müssen:
1. Die Rotorkennlinie, bzw. Dynamik
2. Die Generatorkennlinie (abhängig von der Erregung)
3. Die Lastkennlinie (ohmsch, eventuell stufengeschaltet)
Es gibt beim Betrieb zwei Extrema:
1. Betrieb ohne Belastung:
Hohe Drehzahl, erzielte Leistung ist Null
2. Betrieb mit Volllast:
Sehr niedrige Drehzahl, erzielte Leistung ist fast Null
Dazwischen gibt es eine Rotordrehzahl, bei der die abgegebene Leistung
maximal ist, und es wird ein Regler benötigt, der die Last so einstellt,
dass dieser Betriebspunkt stabil gehalten wird.
In einem Inselnetz verstellt man die Leistung am einfachsten über die
Spannung, wenn man an der Last nichts ändern möchte. Die Spannung lässt
sich in weiten Bereichen mit dem Generator einstellen, wenn es eine
fremderregte Synchronmaschine ist.
Die Frage ist also: Ist es eine fremderregte Maschine oder ist sie
selbst- oder permanentmagneterregt.
Durch Steuerung der Fremdderregung spart man sich sämtliche
Leistungselektronik im Lastpfad.
Wenn die Maschine selbst- oder permanenterregt ist, muss man doch am
Lastpfad regeln. Ich würde das, wenn ich nur eine SPS hätte, über
Pulspaketsteuerung mit 3-Phasen Solidstate-Relais machen. Besser wäre
Phasenanschnittsteuerung, das geht aber nicht mit jeder SPS.
Wie auch immer die Laststeuerung aussieht, wichtig ist, dass die
Rotordrehzahl so geregelt wird, dass der Rotor bei der aktuellen
Windsituation mechanisch die höchstmögliche Leistung liefert. Dass
dieser Regler die Maschine nicht abwürgt und keine Anlagenteile
außerhalb der Spezifikation fährt, ist eine zusätzliche Anforderung.
Grüße,
Peter
Peter Diener schrieb:> Wenn die Maschine selbst- oder permanenterregt ist, muss man doch am> Lastpfad regeln. Ich würde das, wenn ich nur eine SPS hätte, über> Pulspaketsteuerung mit 3-Phasen Solidstate-Relais machen. Besser wäre> Phasenanschnittsteuerung, das geht aber nicht mit jeder SPS.
Also der Generator ist permanenterregt. Da lässt sich leider nichts
machen.
Ich hab nochmal ins Handbuch der SPS(Mitsubishi Alpha) geschaut. Die ist
von der Ausstattung her ziemlich mickrig. Ich glaube damit geht keine
Pulspaketsteuerung.
Ich hab mal etwas gegoogelt nach SolidstateRelais, es gibt direkt
3-phasige Leistungssteller die per Digitalausgang über ein simples
Protokoll angesteuert werden können.
Die Frage ist dann ob der Leistungsteller auch mit Frequenzen ausserhalb
der üblichen 50/60Hz klarkommt.
OR schrieb:> Ich würde hier einfacherweise einen gesteuerten Gleichrichter nehmen:> Stichwort B6C-Brücke. Gibts auch schon fertig als Gleichstromsteller zu> kaufen. Die kleinsten Geräte haben ca 30A Nennstrom.> Die Last einfach an die Gleichstromseite hängen.
@ OR
Ich hab auch hier mal versucht zu googeln wo sowas als fertige Baugruppe
angeboten wird. Allerdings habe ich da nichts gefunden.
Kannst du mir evt. einen Link schicken bzw. ein Schlagwort wonach man
direkt suchen kann?
@ Knut und Düsendieb
Habt ihr Vorschläge wie man die B6-Brücke aufbaut? Macht man das diskret
oder gibt es da auch schon fertige Bausteine?
Und wie sieht es mit der Dimensionierung der Bauteile (FET,Kondensator,
Dioden) aus?
Lässt sich die ganze PWM-Regelung dann von einem AVR aus direkt
ansteuern oder bräuchte ich dann noch einen Treiber welcher den großen
FET durchschalten kann?
Was mir natürlich noch gut gefallen würde ist, wenn die Stromversorgung
der PWM-Regelung gleich mit über die DC-Seite passieren würde.
Allerdings bräuchte ich dann noch einen DC-DC Konverter der mir die
ziemliche hohe Spannung auf 5V runtersetzt.
Sid schrieb:> @ Knut und Düsendieb> Habt ihr Vorschläge wie man die B6-Brücke aufbaut? Macht man das diskret> oder gibt es da auch schon fertige Bausteine?
Ich würde einen normale ungesteuerte B6 Brücke aufbauen (6 Dioden oder
schon verbaut in einem Block). Dann einen Zwischenkreiskondensator.
> Und wie sieht es mit der Dimensionierung der Bauteile (FET,Kondensator,> Dioden) aus?
Bis jetzt hast Du uns noch nicht die Werte der Widerstände verraten.
Leistung, Spannung, Stern oder Dreieck? Welche Spannung soll der
Generator haben?
> Lässt sich die ganze PWM-Regelung dann von einem AVR aus direkt> ansteuern oder bräuchte ich dann noch einen Treiber welcher den großen> FET durchschalten kann?
2 KW an 100V macht 20A. Das ist nicht die Welt. Ein AT-Tiny, dann ein
IR2109 und dann ein N Fet z.B. IRFP150N Der geht bis 150 V. Vielleicht
doch einen mit etwas höherer Spannungsfestigkeit
> Was mir natürlich noch gut gefallen würde ist, wenn die Stromversorgung> der PWM-Regelung gleich mit über die DC-Seite passieren würde.> Allerdings bräuchte ich dann noch einen DC-DC Konverter der mir die> ziemliche hohe Spannung auf 5V runtersetzt.
Woher holst Du jetzt die Spannung für die SPS? Da geht ein
Weitbereichsnetzteil für Laptops. Die arbeiten auch mit DC von 110V an.
Oder ein anders Computernetzteil.
Selber bauen ist nicht so einfach.
Grüße
Axel
Axel Düsendieb schrieb:> Bis jetzt hast Du uns noch nicht die Werte der Widerstände verraten.> Leistung, Spannung, Stern oder Dreieck? Welche Spannung soll der> Generator haben?
Also es sind insgesamt 6 Heizelemente die zusammen 2kW bei 110V haben.
Beschaltung kann man beliebig wählen.
Spannung am Generator würde ich mal mit 40-60V ansetzen. Aber da könnte
man da ja per Software noch den idealen Punkt bestimmen.
Axel Düsendieb schrieb:> 2 KW an 100V macht 20A. Das ist nicht die Welt. Ein AT-Tiny, dann ein> IR2109 und dann ein N Fet z.B. IRFP150N Der geht bis 150 V. Vielleicht> doch einen mit etwas höherer Spannungsfestigkeit
Wie sieht es bei den MOSFET mit Kühlung aus?
Wenn ich mich nicht verrechnet hab komme ich auf eine max.
Verlustleistung von 22W ohne Schaltverluste.
Axel Düsendieb schrieb:> Woher holst Du jetzt die Spannung für die SPS? Da geht ein> Weitbereichsnetzteil für Laptops. Die arbeiten auch mit DC von 110V an.> Oder ein anders Computernetzteil.> Selber bauen ist nicht so einfach.
Bis jetzt ist da ein normales 24V Netzteil dran.
Ok lassen wir die eigene Spannungsversorgung erstmal aussen vor.
Hi Sid,
also 2KW / 6 = 333W pro Widerstand
I=P/U = 333W/110V = 3A pro Widerstand (wenn man die an 110V schaltet)
Da würde ich zwei Treiber IR2109 oder ähnlich nehmen, an jeden einen
IRFP 150N und da drann jeweils drei Widersrände parallel. Dann macht
jeder FET die halbe Verlustleistung. Da reicht ein kleiner Kühlkörper.
Schlachte ein paar alte Computer aus, da hast Du
Zwischenkreiskondensatoren aus dem Netzteil und die Kühlkörper evtl von
der CPU
Zur Steuerung dann doch ein Mega88, dann kann man noch ein LCD
anschließen und sieht die Messwerte.
Der Mega88, die zwei IR2109 und die IRFP 150 kosten je 3€ Das ist eine
überschaubare Investion.
So jetzt erst mal einen guten Rutsch
Axel
Pulspaketsteuerung kann jede SPS, dafür braucht man nur einen
Digitalausgang und Solidstate-Relais mit Nullspannungsschalter. Für das
Relais ist die Frequenz nahezu egal.
Man verwendet einfach einen Timer in der SPS, um zu entscheiden, wie
lange man von einem festen Zeitintervall eingeschaltet lässt. Übliche
SPSen habe eine Zykluszeit von 10 ms, die Timer kann man in ganzzahligen
Vielfachen davon nutzen.
Dass das nicht auf die Frequenz des Generators aufsynchronisiert ist,
macht dabei nichts, den dadurch entstehenden Jitter in der Leistung kann
man durch geeignete Reglerauslegung leicht wegregeln.
Wenn das nicht geht, kann man es immernoch auf die Nulldurchgänge
synchronisieren.
Ich würde die Heizungen immer symmetrisch schalten, also keine
Schieflast erzeugen. Wenn man dann noch in weitere Gruppen aufteilen
kann, würde ich das machen, dadurch kann man in mehreren Stufen
modulieren, wodurch die Drehmomentschwankungen nicht so hoch sind.
Einen Gleichspannungszwischenkreis würde ich nicht aufbauen, aus zwei
Gründen:
1. Die Gleichrichtung erzeugt Verzerrungsblindleistung (Ströme sind
nicht mehr sinusförmig) im Generator, dadurch wird er thermisch stärker
belastet, was auch den Wirkungsgrad verschlechtert.
2. Die Gleichrichterbrücke hat unnötigen Spannungsabfall.
Wenn es eine Lösung sein soll, die die Leistung kontinuierlich ohne
Paketsteuerung steuert, dann würde ich das über Phasenanschnitt machen.
Das erzeugt zwar auch Verzerrungsblindleistung, aber im oberen
Teillastbereich lang nicht so stark wie eine Brückengleichrichtung.
Jede Art von höherfrequenter PWM erzeugt bei so großen Installationen
EM-Abstrahlung, die man vermeiden muss.
Grüße,
Peter
Ich wünsch erstmal allen die sich hier beteiligt haben ein gutes neues
Jahr!
@Peter und Axel
Wie wäre es denn mit einer Kombination aus beidem?
Ich habe dieses SolidStateRelais gefunden:
http://www.mercateo.com/p/115-411040/RJ3A60D20_Halbleiterrelais_dreiphasig_5_32_VDC.html
bzw. den kleinen Bruder davon.
Wenn ich das Datenblatt richtig gelesen habe, lässt es sich auch mit 5V
DC ansteuern. Da müsste eigentlich ein normaler AVR-Ausgang ausreichen
oder?
Der AVR hätte halt den Vorteil das man sich dann softwaretechnisch
richtig auslassen kann und einfach mehr Möglichkeiten hat als mit der
SPS.
Dazu müsste ich dann lediglich die Schaltung für den ADC-Eingang auf 5V
anpassen.
Peter Diener schrieb:> Pulspaketsteuerung kann jede SPS, dafür braucht man nur einen> Digitalausgang und Solidstate-Relais mit Nullspannungsschalter. Für das> Relais ist die Frequenz nahezu egal.
Die Betriebsfrequenz des Relais macht mir etwas Bauchschmerzen. Im
Datenblatt ist sie mit 45-65Hz angegeben. Je nach Drehzahl des
Generators kommen aber schonmal ganz andere Frequenzen zustande.
Funktioniert die Nullspannungsschaltung dann trotzdem noch?
Wenn da aus dem Generator Wechselstrom raus kommt, dann würde ich den
einfach nur gleich richten, ohne Kondensator.
Die Widerstände würde ich mit Thyristoren schalten.
Ist evt. günstiger und sicherer. Die Thys gibt es günstig mit 600V/16A.
Wenn jetzt der Gleichrichter auch noch 600V verträgt, dann geht
garantiert wegen Überspannung nichts kaputt, sollte mal was nicht so
schalten wie gewünscht.
Zudem würde ich eine elektronische Sicherung einbauen, dass wenn die
Spannung >200V ist, dass dann die Thys schalten. (unabhängig von der
CPU, denn die kann mal hängen bleiben oder ein nicht vorhergesehenes
Ereignis legt das Programm lahm)
Ein gutes neues Jahr allen zusammen!
Ob bei genau diesem Relais die Nullspannungsschaltung außerhalb der
spezifizierten Frequenz funktioniert, weiß ich nicht.
Zur Not kann man auch ein SSR ohne Nullspannungsschalter verwenden.
Ansonsten würde ich das einfach ausprobieren.
Bei meinen SSRs ist es so, dass unterhalb einer bestimmten Spannung (ca.
30 V) immer gezündet werden kann, also auch bei DC Last. Mit mehr als 50
Hz hab ich die aber noch nicht ausprobiert.
Wenn es ganz sicher funktionieren soll, dann muss man die SSRs von Hand
aufbauen, also Triacs mit Optotriacs ansteuern.
Ich müsste mal nachsehen, ob ich noch drei geeignete SSRs da habe, die
könnte ich dann mal bezüglich der Frequenz durchtesten.
Wenn das ein AVR steuert, kann man auch gleich Phasenanschnitt damit
machen, das ist natürlich viel komfortabler als auf einer SPS.
Von jeglicher Gleichrichtung würde ich auf jeden Fall abraten, das
erzeugt immer zusätzliche Verlustleistung im Generator, so dass er keine
Volllast mehr kann. Außerdem ist Gleichstrom nicht ungefährlich,
besonders weil Lichtbögen sehr schlecht löschen.
Grüße,
Peter
Peter Diener schrieb:> Ich müsste mal nachsehen, ob ich noch drei geeignete SSRs da habe, die> könnte ich dann mal bezüglich der Frequenz durchtesten.
Nur mal so aus Neugier, was nimmst du dann zum Messen?
Frequenzgenerator+ Oszi?
Ich hab mir jetzt einige Gedanken zum Messen mit dem ADC-Eingang
gemacht.
Zur Zeit werden 2 Phasen gleichgerichtet, geglättet und mit
Spannungsteiler gemessen.
Für Phasenanschnitt und Drehzahlauswertung wäre die Auswertung nur einer
(gleichgerichteten) Phase sinnvoller.
Mit nur einer Diode und einem Spannungsteiler müsste ich doch eine
auswertbare Halbwelle hinbekommen oder?
Damit hätte man Schaltzeitpunkt, Spannung und Drehzahlauswertung.
Zum Erzeugen der Spannung hab eich an einen Fluke 5100B mit
nachgeschaltetem Impedanzwandler gedacht. Normalerweise ist das ein
Kalibriergerät für (Spannungs-)Messgeräte. Zum Kalibrieren des
AC-Bereichs kann man damit auch Wechselspannungen bis 1000 V mit
einstellbarer Frequenz von DC bis 50 kHz erzeugen.
Als Impedanzwandler kann man ein Netzteil mit Emitterfolgern in
Push-Pull-Schaltung nehmen, das hab ich mir noch nicht so genau
überlegt, was ich da genau nehme.
Und dann seh ich mir am Oszi an, wie die SSRs eine ohmsche Last daran
schalten.
Welcher Spannungs- bzw. Frequenzbereich wäre denn interessant?
Zusätzlich zu der Spannungsmessung würde ich eine
Nulldurchgangserkennung mit einem Schmitt-Trigger aufbauen, die einen
Interrupt auslöst. So bekommt man für einen Phasenanschnitt viel
genaueres Timing. Das Ausgangssignal würde ich dann über einen
Optokoppler potentialgetrennt zum Mikrocontroller übertragen.
Den ADC würde ich so beschalten, dass er positive und negative
Spannungen messen kann. Also mit einer Spannungslupe z.B. -200 V bis
+200 V auf 0 V bis 5 V am ADC abbilden.
Das geht z.B. sehr gut (und insbesondere POTENTIALFREI) mit kleinen
Trafos (z.B. 0,5 VA), die man mit der einen Seite sekundär an eine 2,5 V
Referenz anschließt und dann entsprechend runterteilt, so dass der
Messbereich vom ADC richtig ausgenutzt wird.
Der Trafo verfälscht zwar die Phasenlage ganz minimal, aber die
Phaseninformation würde ich ohnehin über die obige
Nulldurchgangserkennung gewinnen. Wenn der Trafo für die Nennspannung
des Generators oder mehr bei 50 Hz geeignet ist, geht er für alle
Spannungen und Frequenzen, die der Generator erzeugen kann.
Grüße,
Peter
Peter Diener schrieb:> Zusätzlich zu der Spannungsmessung würde ich eine> Nulldurchgangserkennung mit einem Schmitt-Trigger aufbauen, die einen> Interrupt auslöst. So bekommt man für einen Phasenanschnitt viel> genaueres Timing. Das Ausgangssignal würde ich dann über einen> Optokoppler potentialgetrennt zum Mikrocontroller übertragen.
Mach ich auch so:
Beitrag "Optokoppler an Generatorphase"
Wobei ich die Durchgangserkennung nur zum MPPT verwende, ein AVR steuert
dann einen MOSFET in einem Spannungswandler. Das Problem mit Überlastung
hab ich zum Glück nicht (Vertikalrotor), ich nehmen nur dann Leistung
vom Generator wenn ich sie brauch, ansonsten ist er unbelastet.
Peter Diener schrieb:> Welcher Spannungs- bzw. Frequenzbereich wäre denn interessant?
Also Spannung wäre interessant für den Bereich von 40-160V.
Die Frequenz kenn ich leider nicht und ich hab auch leider nichts zum
Messen da. Hab von meinen Vater erfahren das der Generator mal als
Servomotor lief. Da müsste eigentlich ein Typenschild dran sein, so dass
man die Polzahl rausbekommt.
Peter Diener schrieb:> Das geht z.B. sehr gut (und insbesondere POTENTIALFREI) mit kleinen> Trafos (z.B. 0,5 VA), die man mit der einen Seite sekundär an eine 2,5 V> Referenz anschließt und dann entsprechend runterteilt, so dass der> Messbereich vom ADC richtig ausgenutzt wird.> Der Trafo verfälscht zwar die Phasenlage ganz minimal, aber die> Phaseninformation würde ich ohnehin über die obige> Nulldurchgangserkennung gewinnen. Wenn der Trafo für die Nennspannung> des Generators oder mehr bei 50 Hz geeignet ist, geht er für alle> Spannungen und Frequenzen, die der Generator erzeugen kann.
Das hab ich jetzt nicht ganz verstanden. Die 2.5V sind sozusagen ein
Offset, dass die negative Halbwelle unterhalb und die positive überhalb
liegt?
An welcher Stelle wird dann die Spannung geteilt?
Wie erzeugt man am besten die Referenzspannungs?
Dann gibts noch ein anderes Problem. Ich bekomme nur 3 Phasen ohne Null.
Was nimmt man dann als Nullreferenz?
Maik M. schrieb:> Wobei ich die Durchgangserkennung nur zum MPPT verwende, ein AVR steuert> dann einen MOSFET in einem Spannungswandler. Das Problem mit Überlastung> hab ich zum Glück nicht (Vertikalrotor), ich nehmen nur dann Leistung> vom Generator wenn ich sie brauch, ansonsten ist er unbelastet.
Das sieht ja richtig gut aus!
Welche von den beiden Schaltungen hast du jetzt im Betrieb?
Und welche Drehzahl und Leistung erreichst du mit deinem Vertikalrotor?
Wenn das mal ein Servo war, dann hat der vermutlich 230 V Nennspannung
(im Dreieck).
Wenn die Spannung nur bis 160 V ausgenutzt wird, gehe ich davon aus,
dass die Frequenz nicht wesentlich über 50 Hz liegt.
Damit sollte eigentlich fast jedes SSR funktionieren.
>Das hab ich jetzt nicht ganz verstanden. Die 2.5V sind sozusagen ein>Offset, dass die negative Halbwelle unterhalb und die positive überhalb>liegt?
Ja.
>An welcher Stelle wird dann die Spannung geteilt?>Wie erzeugt man am besten die Referenzspannungs?
Ich würde einfach von den 5 Volt einen 1:1 Spannungsteiler verwenden und
über einen OPV (Impedanzwandler) puffern.
>Dann gibts noch ein anderes Problem. Ich bekomme nur 3 Phasen ohne Null.>Was nimmt man dann als Nullreferenz?
Den Messtrafo einfach zwischen zwei Phasen anschließen. Das ist ja der
Vorteil an der Trafoschaltung, dass man anschließen kann, wo man möchte,
weil sie potentialfrei ist.
Eine Nullreferenz wird also nicht benötigt.
Das gleiche gilt für die potentialfreie Nulldurchgangsmessung. Die
schaltet man auch zwischen zwei Phasen, man muss dann nur das Timing
berücksichtigen, da der Nulldurchgang im Dreieck gegen den im Stern um
60 Grad verschoben ist.
Grüße,
Peter
Hab jetzt mal eine kleine Schaltung simuliert:
Als Trafo hab ich mir einen kleinen Printtrafo mit 0.5VA, 230V primär
und 10.8V sekundär(Leerlauf) rausgesucht.
In der Simulation komme ich dabei mit 160V 2-phasig auf eine
Sekundärspannung von 15V.
Als 2.5V Referenz bin ich durch Zufall auf den LT1009 gestossen.
Die Nulldurchgangserkennung würde ich dann gleich mit dem
Analogkomparator des AVR machen. Dabei könnte ich die 2.5V als Refernz
nehmen. Zusätzlich kann ich das ganze dann noch mit dem ADC messen.
Ist die Schaltung so ok? Gibts noch Verbesserungsvorschläge?
Die Schaltung ist soweit ok. Ich würde nur nicht ganz so stark
aussteuern am ADC. Es könnten ja auch mal mehr als 160 V kommen, die
sollte man auch noch sauber messen können.
Den ADC kann man auch im differential mode laufen lassen, dazu würde ich
den entsprechenden Negativeingang der Differenzmessung auf die 2,5 V mit
draufhängen.
Das hat zwei Vorteile.
1. Man bekommt ein vorzeichenbehaftetes Ergebnis und muss die 2,5 V
nicht abziehen.
2. Man kann den Programmable Gain Amplifier benutzen und bis zu einem
Faktor 200 (glaube ich) zusätzlich verstärken, so dass man auch niedrige
Spannungen mit hoher Auflösung messen kann.
Die Nulldurchgangserkennung würde ich nicht über diesen Trafo machen.
Besser eine potentialfreie Versorgung mit einem weiteren Trafo aufbauen,
dort mit einem Schmitt-Trigger den Nulldurchgang erfassen und mit einem
Optokoppler an den µC übertragen. Das liefert viel genaueres Timing.
Grüße,
Peter
Hallo Peter, danke für den Tipp mit der differentiellen Auswertung, das
war mir bis jetzt neu. Ist ja ne tolle Sache, dass man da gleich mit
verstärken kann.
Für die Nulldurchgangserkennung würde ich dann einen Trafo mit etwas
höherer Ausgangspannung nehmen. (24V) So müsste auch bei kleinerer
Eingangsspannung noch was verwertbares für den Optokoppler rauskommen.
Dann eine Diode -> TL137 als Konstantstromquelle -> und dann den
ACPL4800 als Optokoppler mit integrierten Schmitt-Trigger.
Würde das so gehen?
Nochmal ein paar Fragen zur Phasenanschnittsteuerung.
Ich hab jetzt einiges zum Thema SSR gelesen. Also die mit
Nullspannungsschaltung sind dann ja nicht geeignet.
Wie ist das mit sofort schaltenden SSR? Habe gelesen das auch die immer
bis zum nächsten Nulldurchgang gezündet bleiben.
Ist es dann besser für jede Phase ein einzelnes SSR zu nehmen und die
auch getrennt zu schalten?
Die SSRs müssen für Phasenanschnitt getrennt und sofort zündbar sein,
also ist es sinnvoll 3 getrennte zu nehmen.
Unter der Nulldurchgangserkenneung kann ich mir gerade nichts
vorstellen, kannst du das mal aufzeichen?
Der Trafo soll auf jeden Fall nur zur Versorgung da sein, die
Netzspannung wird hochohmig (einige MOhm) an den Schmitt-Trigger
geschaltet, der Opto überträgt dann auf die Steuerungsseite.
Grüße,
Peter
Ich habs mal schnell gezeichnet aber die Bauteilbezeichnungen stimmen
nicht.
LT1086=LT317
CNY17-1=ACPL4800
Es ist eigentlich diesselbe Schaltung wie aus dem anderen Thread, ich
verwende nur eine andere Konstantstromquelle.
Ich würde halt gern beim Aufbau so wenig wie möglich an Schaltung
"rundrum" haben, sozusagen das KISS-Prinzip.
Damit hab ichs dann beim Hardwaredebuggen und Platinenlayout leichter.
Hast du evt. eine kleine Zeichnung wie du es aufbauen würdest?
Wenn ich 3 SSRs nehme, macht es dann auch Sinn 3x denn Messaufbau zu
machen?
Oder kann man die Phasenlage der 2 anderen Phasen auch anders bestimmen?
Ne, so funktioniert das nicht richtig. Der Schmitt-Trigger-Eingang muss
über Vorwiderstände direkt ans Netz, sonst stimmt die Phasenlage nicht
richtig.
Ich zeichne das mal auf, wenn ich Zeit hab.
Grüße,
Peter
