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.
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...
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.
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
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 ;-)
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.
