"Guten Morgen zusammen, ich habe an einen permanenterregten Gleichstrommotor eine kleine Druckluftturbine angebracht, um mithilfe von Druckluft Energie zu gewinnen. Die Turbine funktioniert nach dem Prinzip eines Verdichterrads, jedoch in umgekehrter Richtung. Bezüglich des Wirkungsgrades möchte ich anmerken, dass ich mir darüber im Klaren bin, dass die Erzeugung von Druckluft und die Rückgewinnung von Strom daraus ineffizient ist. Dennoch ist dies in meinem Fall eine einfache Möglichkeit, vor Ort an Strom zu gelangen. Meine Herausforderung besteht nun darin, die Energie aus dem Generator abzugreifen. Es ist klar, dass ein Brückengleichrichter verwendet werden muss. Allerdings stoße ich auf das Problem, dass die Turbine bzw. die Kugellager nicht über 55.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) gehen sollten, da dies die Lebensdauer stark beeinträchtigt. Ich habe zwei Ansätze in Betracht gezogen: 1.Die Drehzahl über den Fluss zu begrenzen. 2.Die Drehzahl über die Last zu reduzieren. Der zweite Ansatz gefällt mir besser, da ich dabei mehr Leistung abgreifen kann. Nach meinen Untersuchungen habe ich einen Arbeitspunkt identifiziert: 4,2A @ 2V, gemessen bei einem 2-Ohm-Lastwiderstand. Nun zu meiner eigentlichen Frage: Hat jemand eine Idee, wie ich dauerhaft 7-8W aus der Turbine entnehmen und in einen Supercap laden kann? Ich habe bereits an einen MPPT-Regler gedacht, jedoch bisher keinen im Bereich von 2V gefunden und wenn ich einen gefunden habe war dieser für >20A ausgelegt. Als Alternative überlege ich, einen Spannungsregler am Ausgang des Brückengleichrichters anzuschließen und dei überschüssige Energie bei nachlassender Last über eine Z-Diode oder Ähnliches abzuleiten. Leider hab ich in diesem Thema nicht viel Erfahrung, bin aber hochmotiviert, mehr darüber zu lernen. Über jeden hilfreichen Denkanstoß freue ich mich sehr. Mit freundlichen Grüßen, David
David schrieb: > Hat jemand eine Idee, wie ich dauerhaft 7-8W aus der Turbine entnehmen > und in einen Supercap laden kann? Geht nicht, weil der irgendwann voll sein wird. Oliver
:
Bearbeitet durch User
David schrieb: > Gleichstrommotor [...] > Es ist klar, dass ein Brückengleichrichter verwendet werden > muss. Du willst den Kommutator durch Schleifringe ersetzen?
David schrieb: > 4,2A @ 2V, gemessen bei einem 2-Ohm-Lastwiderstand. Ich sehe einen Messfehler. Denn 2V und 2 Ohm ergeben nach einem Naturgesetz von Georg Simon Ohm zwangsweise nur 1A. > Hat jemand eine Idee, wie ich dauerhaft 7-8W aus der Turbine entnehmen > und in einen Supercap laden kann? Du kannst nur dann dauerhaft 8W in einem Supercap laden, wenn dessen Spannung unendlich hoch werden darf. > jedoch bisher keinen im Bereich von 2V gefunden Kannst du nicht einen Motor/Generator anbauen, der da eine vernünftig hohe Spannung ausgibt? > Ich habe bereits an einen MPPT-Regler gedacht Du willst aber ja gar keinen Punkt maximaler Leistung suchen, sondern ganz im Gegenteil einen Punkt, in der so viel Leistung entnommen wird, dass die Drehzahl nicht zu hoch ist. Dein Ansatz ist also, einen Punkt mit konstanter Leistung zu verwenden. Du brauchst demnach einen CPT einen "constant power tracker". Leider habe ich mir den grade erst ausgedacht, den müsste man also auch erst mal bauen. Aber eigentlich solltest du doch eigentlich die Leistungsentnahme abhängig von der Drehzahl regeln...
:
Bearbeitet durch Moderator
Oliver S. schrieb: > Gar nicht, weil der irgendwann voll sein wird. Hallo Oliver, ja, das ist natürlich richtig, darüber habe ich mich noch nicht geäußert. Meine Idee war es, den Supercap im Bereich von 1-3τ zu betreiben, da ich dort ein relativ lineares Verhalten habe. Sobald der Zustand "Voll" erreicht ist, soll die Turbine über ein Ventil von der Druckluft getrennt werden und somit keine Energie mehr erzeugen bzw. umwandeln. Vielen Dank für den Hinweis. Beste Grüße, David
David schrieb: > und dei überschüssige Energie bei > nachlassender Last über eine Z-Diode oder Ähnliches abzuleiten. Nimm ein paar dicke LED (parallel nur mit Symmetrierwiderständen), die ab 2,4V anfangen zu leuchten. Das bremst den Lüfter deutlich und wäre nicht zu übersehen. Rote oder gelbe LED, wenn die 2,4V zu hoch sein sollten.
Lothar M. schrieb: > Ich sehe einen Messfehler. Denn 2V und 2 Ohm ergeben nach einem > Naturgesetz von Georg Simon Ohm zwangsweise nur 1A. Ja sehr richtig, ich habe mich verschrieben. Es sind 4V und 2A. Lothar M. schrieb: > Kannst du nicht einen Motor/Generator anbauen, der da eine vernünftig > hohe Spannung ausgibt? Nein leider kann ich keinen anderen Generator anbauen. Lothar M. schrieb: > Aber eigentlich solltest du doch eigentlich die Leistungsentnahme > abhängig von der Drehzahl regeln... Ja eigentlich schon. Aber das bedarf wieder einem aufwändigen Regelkreis. Das hätte ich gern umgangen. Lothar M. schrieb: > Du willst aber ja gar keinen Punkt maximaler Leistung suchen ja und nein. meine Idee war, dass das MPPT das i.d.R. nach der Spannung einer Solarzelle schaut, eben die Spannung des Generators Überwacht. Da Die Spannung Proportional zur Drehzahl ansteigt dachte ich, dass ich es so auf einem gewissen Wert halten kann. Grüße, David
David schrieb: > Dennoch ist dies in meinem Fall eine einfache > Möglichkeit, vor Ort an Strom zu gelangen. So ein Druckluft-Energievernichter dürfte auch nicht kleiner und leichter sein als ein passender LiFePo-Akku. 50AH (=600Wh) wiegen knapp 6kg, damit versorgst du dein 7-8W länger als 60 Stunden, und das dazu völlig geräuschlos. Oliver
Was willst du versorgen? Also welche Leistung brauchst du und für welchen Zeitraum? Akkus zuhause laden und vor Ort nutzen ist keine Option? Welche Spannung benötigt deine Last? Ich würde für den ersten Prototypen einen Fensterbetrieb vorsehen. Smart und relativ einfach. Deine Turbine lädt einen Akku, der Akku versorgt deine Last. Ist der Akku zu voll, schaltet die Turbine ab (Magnetventil zu), ist er zu leer, schaltet sie wieder zu. Die Steuerung versorgt sich aus dem Akku, das Magnetventil auch. Durchfluss regelst du mit einem Einstellventil einmal ein, oder gibt es bei deiner Druckluftquelle sehr starke Druckschwankungen? Eine Sicherung sichert dir den max. Ladestrom zum Schutz des Akkus ab. Alternativ macht das deine Steuerung mit, ist aber etwas aufwändiger. Drehzahl wird per Hall-Sensor oder optisch abgenommen und alle 20ms auf über 55K RPM abgefragt. Drehzahl zu hoch, Ventil auf. Solange wie der Akku nicht geladen wird, schläft deine Schaltung und wacht nur alle x Sekunden auf, um den Akkustand zu checken. Für einen zweiten Prototypen kannst du dann den Durchfluss steuerbar machen und dann auf Laständerungen reagieren. Gib uns noch mal paar Infos, dann lässt sich sicher ein gangbarer Weg finden.
Vielen lieben Dank, Paul. Das ist eine gute Idee, genau in diese Richtung möchte ich gehen – möglichst einfach. Wie gesagt, möchte ich es so umsetzen, wie du gesagt hast. Also die Spannung des Speichers abfragen und dann je nach Pegel das Magnetventil schalten. Am Ende möchte ich einen Verbraucher mit 24V und 46 mA (1,1W) versorgen. Ich würde das Ganze gerne in einem Supercap speichern und nicht in einem Akku. Jetzt könnte man sich ja auch fragen, wieso ich überhaupt zwischenspeichern möchte. Das hat zwei Gründe: 1. Die Turbine ist nicht sonderlich angenehm anzuhören, und ich würde das gerne auf ein Minimum beschränken. 2. Bei höherer Last bekomme ich einen besseren Wirkungsgrad. Also, du meinst, ich sollte einfach mal die Spannungs-Ventil-Steuerung umsetzen und dann im Feldversuch die Druckluft so drosseln, dass ich mit allen Werten im Rahmen bleibe? Grüße,
David schrieb: > Am Ende möchte ich einen Verbraucher mit 24V und 46 mA (1,1W) versorgen. OK, wie kommst du auf die 24V? Boost Regler? Supercaps haben sehr hohe Innenwiderstände, ich würde vermuten das die GoldCaps nicht die Leistung liefern können damit der Boost Regler sauber läuft. Oder du hast halt sehr viele davon parallel, dass könnte dann gehen. Noch dazu musst du von 2V auf 24V, dass ist Faktor 12. Du ziehst also 550mA für deine Last aus dem Speicher + Steuerung + Magnetventil + Verluste. Da kommt ganz schnell 1A zusammen. Ich würde zu Akkus tendieren, aber dein System, du entscheidest. Was ist die max. Spannung die deine Turbine ohne Last liefern kann und ohne dabei die 55K RPM zu übersteigen (Leerlaufspannung)? Was ist der maximale Strom den du ziehen kannst, bis die Spannung auf sagen wir 80% der Leerlaufspannung einbricht? Ziel ist es, eine möglichst hohe Spannung aus dem System zu ziehen. Danach richtet sich dann die Wahl des Speichers, des Boost Wandlers und der Überwachungselektronik. Je höher die Spannung aus der Turbine, desto preiswerter die Komponenten. (Von 5V auf 24V ist deutlich billiger als von 2V)
Paul B. schrieb: > Was ist die max. Spannung die deine Turbine ohne Last liefern kann und > ohne dabei die 55K RPM zu übersteigen (Leerlaufspannung)? > Was ist der maximale Strom den du ziehen kannst, bis die Spannung auf > sagen wir 80% der Leerlaufspannung einbricht? Das müsste ich mal noch herausfinden. Ich würde morgen mal eine Messung dazu machen und dann wieder berichten. Danke schon mal. Grüße, David
David schrieb: > meine Idee war, dass das MPPT das i.d.R. nach der Spannung einer > Solarzelle schaut, eben die Spannung des Generators Überwacht. Genau das tut ein guter MPP-Tracker nicht. Denn die höchste Spannung ist garantiert im Leerlauf. Und dort ist die Leistung minimal, weil 0.
David schrieb: > ich habe an einen permanenterregten Gleichstrommotor eine kleine > Druckluftturbine angebracht, > Allerdings stoße ich auf das Problem, dass die Turbine bzw. > die Kugellager nicht über 55.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) > gehen sollten, Und der Motor fliegt bei 55t Umdr. nicht auseinander? Wenn nicht sofort, wie lange mag der halten? Bei so hohen Drehzahlen nimmt man besser Öldruck beaufschlagte Gleitlager.
Rainer D. schrieb: > Und der Motor fliegt bei 55t Umdr. nicht auseinander? Hallo Rainer, Grenzdrehzahl sind lt. Datenblatt 65K rpm. Sollte er denke ich vertragen. Grüße David
Und der Motor macht bei 55kRPM nur 4 Volt? Bilder, Infos, Typen... 😃
David schrieb: > "Guten Morgen zusammen, > > ich habe an einen permanenterregten Gleichstrommotor eine kleine > Druckluftturbine angebracht, um mithilfe von Druckluft Energie zu > gewinnen. Die Turbine funktioniert nach dem Prinzip eines > Verdichterrads, jedoch in umgekehrter Richtung. Bezüglich des > Wirkungsgrades möchte ich anmerken, dass ich mir darüber im Klaren bin, > dass die Erzeugung von Druckluft und die Rückgewinnung von Strom daraus > ineffizient ist. Dennoch ist dies in meinem Fall eine einfache > Möglichkeit, vor Ort an Strom zu gelangen. > Unter Tage oder was? Das ist der einzige Ort auf diesem Planeten der mir einfällt, wo es Druckluft satt gibt, aber kein Licht und kein Strom und wo eine Turbine betrieben werden könnte... Du möchtest 7..8W? Wie lange? pack dir ne Powerbank oder zwei ein, ist praktikabler... > ... > > Der zweite Ansatz gefällt mir besser, da ich dabei mehr Leistung > abgreifen kann. Nach meinen Untersuchungen habe ich einen Arbeitspunkt > identifiziert: 4,2A @ 2V, gemessen bei einem 2-Ohm-Lastwiderstand. > Dann baue dir einen Laderegler, der dir genau den Arbeitspunkt ansteuert. Oder nimm was fertiges: https://www.analog.com/en/parametricsearch/11503#/ Die haben viele nette Spielzeuge, für energy harvesting. Manche spucken hinten sogar gleich deine Wunschspannung aus. Egal was vorn rein geht. An anderer Stelle haben die auch MPPT-Tracker. Roland
:
Bearbeitet durch User
Man kann eine Turbine so auslegen, dass sie auch ohne Last eine bestimmte Drehzahl nicht überschreitet, und durch Abnahme von Drehmoment sinkt dann die Drehzahl etwas. Aber leider rückst du ja keine Details zu Turbine und Generator raus.
So, jetzt spekulier ich mal rum. Du schreibst du würdest einen Brückengleichrichter brauchen, ich folgere daraus daß dein Generator Wechsel- oder Drehstrom abgibt. Also vermutlich irgendein Brushless oder so. Vielleicht könnte man ja einen sinnvoll dimensionierten Kondensator parallel zum Generator schalten. Dessen Wechselstromwiderstand nimmt mit der Frequenz ab, und begrenzt so die Drehzahl durch einen drehzahlabhängigen Kurzschluss.
Nils B. schrieb: > So, jetzt spekulier ich mal rum. Du schreibst du würdest einen > Brückengleichrichter brauchen, ich folgere daraus daß dein Generator > Wechsel- oder Drehstrom abgibt. Also vermutlich irgendein Brushless oder > so. David schrieb: > einen permanenterregten Gleichstrommotor
Ja, da ist ein Widerspruch in den Angaben. Mal schauen ob David uns noch aufklärt.
:
Bearbeitet durch User
Paul B. schrieb: > OK, wie kommst du auf die 24V? Boost Regler? Supercaps haben sehr hohe > Innenwiderstände, ich würde vermuten das die GoldCaps nicht die Leistung > liefern können damit der Boost Regler sauber läuft. Oder du hast halt > sehr viele davon parallel, dass könnte dann gehen. Das ist nun genau der Punkt der mir keine Sorgen nmacht. Ja, der TO ist etwas sparsam mit Details. Aber Supercaps, genau Doppelschichtkondensatoren gibt es außer als Goldcaps auch für Leistung gezüchtet. So etwa 3V, 3000F und einen Innenwiderstand von unter 10mOhm. Und ja, der Strom kommt auch wirklich da raus, ich habe da letztens über 10kA gemessen.
Benjamin K. schrieb: > So etwa 3V, 3000F und einen Innenwiderstand von unter 10mOhm. > Und ja, der Strom kommt auch wirklich da raus, ich habe da letztens über > 10kA gemessen. David schrieb: > Am Ende möchte ich einen Verbraucher mit 24V und 46 mA (1,1W) versorgen. > Ich würde das Ganze gerne in einem Supercap speichern und nicht in einem > Akku. Da hilft ein Leistungs-Supercap natürlich ungemein weiter. Oliver
So guten Morgen zusammen, Jetzt versuche ich mal alle offenen Fragen zu beantworten. Roland E. schrieb: > Oder nimm was fertiges: > https://www.analog.com/en/parametricsearch/11503#/ Vielen Dank Roland, das werde ich mir mal genauer anschauen. Nils B. schrieb: > Also vermutlich irgendein Brushless oder > so. Hey Nils, vielen Dank für deinen Einwand. Beim Verfassen war ich leider wohl schnell im schreiben und leider etwas langsamer im Denken. Da hast du natürlich recht. Ich habe einen Brushless Generator/Motor Nenndrehzahl 50k rpm @ 9V; Drehzahlkonstante 6k rpm/V; 1 Polpaar und drei Phasen. Ich hoffe das sind die Infos die du brauchst zum Generator. Die Turbine ist Marke Eigenbau (additive manufacturing). Nils B. schrieb: > Dessen Wechselstromwiderstand nimmt mit > der Frequenz ab, und begrenzt so die Drehzahl durch einen > drehzahlabhängigen Kurzschluss. Das ist auch eine sehr smarte Idee. Aber geht der Kondensator dann nicht schnell kaputt? Paul B. schrieb: > Was ist der maximale Strom den du ziehen kannst, bis die Spannung auf > sagen wir 80% der Leerlaufspannung einbricht? So das habe ich nun auch mal getestet. Um die Drehzahl auf 55k rpm einzustellen habe ich die Zuluft gedrosselt. So habe ich 10V Leerlaufspannung erreicht. Dann habe ich den Generator belastet bis ich bei 8V war und habe dann einen Strom von 0,1A heraus bekommen.
Klingt irgendwie so als hättest du die ungünstigste Motor/Turbinenkonstellation ausgesucht, die du finden kannst. Je hochdrehender, desto schneller kaputt und desto lauter. Ein Generator der extrem viel Drehzahl braucht um etwas Spannung zu erzeugen. Und die erzeugte Leistung dann in einen Supercap puffern, statt eines Akkus, der eine deutlich bessere Spannung/Ladezustand Kennlinie hätte und auch ein besseres Kapazität zu Gewicht bzw. Volumen Verhältnis.
Ja das mag sicherlich sein :/ Aber es war schon ein langer Prozess: Entwickeln - testen - Verbessern dass die Kombination überhaupt so gut läuft wie sie es jetzt tut. Daher würde ich gerne das Thema Generator als gegeben annehmen und versuchen diese Kombi so zu nutzen wie sie ist. Grüße, David
David schrieb: > Aber es war schon ein langer Prozess: Entwickeln - testen - Verbessern > dass die Kombination überhaupt so gut läuft wie sie es jetzt tut. > > Daher würde ich gerne das Thema Generator als gegeben annehmen und > versuchen diese Kombi so zu nutzen wie sie ist. Hoffentlich kein Modellbau BLDC. Der dürfte bei der Drehzahl dann demnächst das zeitliche segnen. Link zum Motor bzw. Datenblatt? Auch wenn es noch so lange gedauert hat: Eine Schnapsidee muss man trotzdem verwerfen. Sonst dauerts am Ende noch viel länger.
Stephan schrieb: > Eine Schnapsidee muss man trotzdem verwerfen. Aber einmal muss jeder diese Erfahrung machen. David schrieb: > Nenndrehzahl 50k rpm @ 9V; Wenn die generatorische Gegenspannung nur bei 4, vielleicht 5V im Leerlauf habe, dann waere das kein berauschender Wirkungsgrad.
Benjamin K. schrieb: > Das ist nun genau der Punkt der mir keine Sorgen nmacht. Na das ist doch schon mal gut zu wissen, dann sollte es mit den Caps auch gehen. Hast du nen Link zu so einem Cap? Würde gern mal einen zum Probieren bestellen :). David schrieb: > So habe ich 10V > Leerlaufspannung erreicht. Dann habe ich den Generator belastet bis ich > bei 8V war und habe dann einen Strom von 0,1A heraus bekommen. Hmm, dass ist nicht direkt viel wenn man den Energieeinsatz bedenkt der dafür nötig ist. 0,8W, da verbraucht ja das Magnetventil schon mehr um den Apparat am Leben zu erhalten. Also müssen wir deinem Arbeitspunkt doch näher kommen, da kam ja das 10-fache aus der Maschine raus. David schrieb: > Es sind 4V und 2A. Bisher ging ich von 2V aus dem Eingangspost aus, mit 4V sieht die Welt schon viel besser aus. Macht also 8W. Damit kann man schon was anfangen. 4V passen auch sehr gut zu einem Lithium Akku. Oder eben zwei Super Caps in Reihe, wobei ich nicht einschätzen kann in wie weit dann der Zusatzaufwand mit dem Balancen dazukommt. Dazu kann Benjamin sicher eher was sagen. Ich fahr jetzt mal den Akku Pfad weiter ab, ob du das dann so machst bleibt ja dein Ding. Zwei Akkus parallel mit 2A geladen, entspannt für die Akkus. Überwachung per Schutz IC für die Sicherheitsgrenzen des Akkus, die gibts wie Sand am Meer für Single Li Zellen. Balancing fällt weg, da keine Reihenschaltung vorliegt und Buck-Boost Wandler in der Range gibts auch. Zudem koten die Zellen ein Bruchteil der Caps, eventuell auch nicht zu vernachlässigen. Deine Steuerung greift natürlich vor erreichen der Sicherheitsgrenzen ein und schaltet bei z.B. 4V ab und bei 3.2V wieder zu. Somit hast du bei 3Ah pro Akku insgesamt 22,2Wh zur Verfügung. Wenn wir für deine Last + Steuerung + Verlust mit grob geschätzt 2,22W rangehen, kommst du knapp 10h hin bis die Turbine wieder anspringt und sie muss dann 3h laufen um den Akku wieder aufzuladen. Wäre aus meiner Sicht ne brauchbare Sache. Für die Caps siehts wahrscheinlich ähnlich aus, aber davon hab ich zu wenig Plan um sinnvoll mitzureden.
:
Bearbeitet durch User
David schrieb: Um die Drehzahl auf 55k rpm > einzustellen habe ich die Zuluft gedrosselt. So habe ich 10V > Leerlaufspannung erreicht. Dann habe ich den Generator belastet bis ich > bei 8V war und habe dann einen Strom von 0,1A heraus bekommen. Dann nimmdoch mal eine komplette Kennnlinie auf, wo duden den Generator schrittweise von Leerlauf bis Kurzschluss belastest, dann kannst du dir den Punkt der besten Leistung raussuchen und kennst auch die Kennlinie deiner Kombination.
David schrieb: > Die Turbine ist Marke Eigenbau (additive manufacturing). 55.000 rpm mit einem per "additive manufacturing" hergestellten Turbinenrad. Mutig. Da das ganze aber nach wie vor ein xy-Problemdiksussion mit einem nicht unerheblichen Trollfaktor ist, beschreib doch mal, was das eigentliche Problem ist. Wie lange willst du in deiner stromfreien Druckluftwildnis deine Last betreiben? Weiß der Druckluftbereitsteller davon, daß du da was abzapfen willst? Oliver
Oliver S. schrieb: > 55.000 rpm mit einem per "additive manufacturing" hergestellten > Turbinenrad. Mutig. War auch mein Gedanke. Stichwort "auswuchten". Kann eigentlich ohne feinwuchten nicht gut gehen.
warum muss es denn ein Supercap sein? Ich würde zusehen, dass man da einen passenden Akku laden kann. Egal, wie der Strom nun generiert wird. Ein Akku stellt die Elektronen viel gleichmässiger bereit als ein Kondensator. Der lässt sich auch viel gleichmässiger laden und ist, wenn leer, nicht erstmal als Kurzschluss anzusehen
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.