Resistans i dioder och batterier

[Zigge]

Hur ska man se på dioders resistans egentligen?
I backriktning är resistansen oändlig, men hur stor är den i framriktning och hur räknar man på det hela egentligen? Om strömmen i en krets med generator, likriktare och batteri är 10 ampere, då säger ju ohms lag att resistansen över en likriktarbrygga = U/I = 1,4/10 = 0,14 ohm

Spänningsfallet över en likriktarbrygga är alltid ca: 1,4 volt, trodde jag, men tittar man på Elfa´s hemsida tolkar jag spänningsfallet som 1,1 volt för dessa likriktarbryggor.

http://www.elfa.se/elfa-bin/setpage.pl?http://www.elfa.se/elfa-bin/dyndok.pl?lang=se&vat=0&dok=1535.htm

Hur stor är resistansen i ett 12-volts fritidsbatteri (bly)? Är den mindre än 0,001 ohm?

Att jag frågar beror på att jag försöker räkna ut effekten i en krets med generator, likriktare, kabel till batteri och batteri. Har man stora förluster i kabeln mellan generator med likriktare och batteriet fungerar kabeln som ett seriemotstånd och förutsättningarna förändras helt. Är det inte så?

Förstår jag detta och att jag sedan också lyckas förstå vingarnas termodynamik och Betz lag som säger att mest energi kan utvinnas ur vinden om den bromsas med 2/3 och hur detta påverkar vingarnas rotationshastighet i förhållande till deras vingprofil, ja då kanske jag kan komma fram till slutmålet, att kunna räkna ut koppartrådens diameter i statorlindningarna.

[Tompaiuppsala]

Det där var många tunga men intressanta och adekvata frågor.

Ett nyladdat batteri har låg impendans. Ju mer det laddar ur desto högre blir impedansen? Kan man utifrån effekt och andra parameterar räkan ut valet av koppardiameter?
Finns det inte alltför många faktorer som påverkar det beräknade värdet?  Där tex både magnets och stators egenskaper påverkas av temperatur.

Flera frågor än svar, av en novis...

[Ulric Eriksson]

Hur ska man se på dioders resistans egentligen?

Man skall inte se på det som resistans. Det är ett strömberoende spänningsfall som inte är linjärt. Se databladet, sid 2, diagrammet nere till höger:

http://www.elfa.se/pdf/70/07004542.pdf

[ollebolle]

Helt rätt att det nyladdade batteriet har lågt inre motstånd (likströmsimpedans).

Ett urladdat batteri har högre inre motstånd.

Alltså blir det mindre inre motstånd när man laddar det.

Däremot inverkar kemin i batteriet på så sätt att batteriet får en annan tomgångsspänning (obelastat).

Polernas material förändras från att vara samma material bly-bly=0V.

Men du har rätt i att vid laddning till fullt ökar spänningen långt över de 12,7V som är fulladdat tillstånd, så på så vis (vid laddning) verkar det som inre motståndet ökar.

[Zigge]

Givetvis är det mycket som påverkar. Hög ström i statorns lindningar gör den varm och resistansen ökar.

Resistansen i statorns lindningar förhåller sig till arean på tråden och därför blir ju trådarean mer eller mindre vad som bestämmer generatorns effekt, upp till ett visst varvtal när den börjar bli varm.

Med för grov tråd (lågt motstånd = hög ström och hög effekt) riskerar ju generatorn att få för hög effekt i förhållande till den effekt turbinbladen ger och turbinen orkar därför inte driva generatorn när den belastas. Turbinen tappar fart, mister lyftkraft och stallar.

Med för tunn tråd (låg ström = lågt motstånd och låg effekt) blir generatorn underdimensionerad och turbinen skenar....tror jag, är det kanske bäst att tillägga.  

Samtidigt är det en sak till man ska tänka på och det är att klen tråd blir varm och därför rekommenderar "proffsen" så grov tråd som möjligt och som får plats på varje spole utan att den blir för bred, så att luftgapet mellan rotorskivorna ökar (= lägre spänning, ström och effekt).

Detta har jag svårt att bara acceptera. Jag vill ha en formel för hur det hela ska beräknas, så att man inte behöver gissa sig till trådarean, men jag har förstått att det är många faktorer att ta hänsyn till.

En annan grej är att vinden helst ska bromsas upp så att den bara har 1/3 av hastigheten bakom turbinen, jämfört med vindhastigheten in i turbinen.
Samtidigt är turbinbladen designade för ett viss löptal (tsr), men när generatorn belastas tappar turbinen i hastighet, vilket låter logiskt, men då tappar också turbinbladen lyftkraft (vinden "släpper" från bladets böjda ovansida och det blidas turbulens) och turbinen riskerar stalla.

Allt detta tillsammans är tydligen vad som bestämmer trådarean, som i sin tur bestämmer generatorns effekt.

Eftersom turbinbladens rotation kommer att bromsas vid belastning anser jag att turbinen ska vara en aning "överdimensionerad", eftersom den inte når upp i det varvtal man förutsätter när man bara fördubblar vartvalet i ett diagram, eller med matematiska beräkningar.

Jag får huvudvärk när jag tänker på det här så nu går jag och bowlar en stund istälet.  

[Zigge]

Jag kollar in databladet och läser på om dioder.

Har jag förstått det hela rätt är batteriets inre motstånd så lågt att man helt kan borse från det.

Enligt mina egna beräkningar har jag kommit fram till att trådarean i en stator till ett 12-voltsverk med diametern 2,4 meter ska vara runt 0,5 mm, men proffsen lindar den med 3x1,6 mm...en viss skillnad alltså.

[Hemikring]

Den första principen är att resistansen i ledningar och lindningar ska vara så låg som möjligt, för då blir förlusterna minsta möjliga. Man gör ju försök med supraledande ledningar, generatorer och motorer, för då är resistansen noll.

När man lindar en generator bestämmer man först vilken spänning man vill ha, för detta bestämmer hur många varv det ska vara i lindningen. Sedan tar man så grov tråd som bara är möjligt.

Det är inte lindningens resistans som bestämmer vilken effekt du får ut ur generatorn. Effekten bestäms av turbinens storlek och vindhastigheten.

[Zigge]

Hemikring, hur kan det stämma att resistansen ska vara så nära noll som möjligt, när P = U²/R och hur kan man överhuvudtaget effektmärka generatorer när man inte vet drivkällans effekt?

Visst är det så att klen tråd orsakar värme, men i fallet med vindgeneratorer som laddar batterier, så är också spänningsskillnaden mellan generator och batterier något som orsakar stora värmeförluster.

[ollebolle]

Effektmärkning är inte det lättaste. Ibland sätter man en effekt men anger hur mycket man får använda generatorn. Några minuter kan går bra men sen blir den för varm och kan brinna upp. I andra fall vet man att användningen är kontinuerlig och sätter då kanske bara en tiondel som märkeffekt.

Nästan alla asynkronmotorer monteras med ett motorskydd som skyddar mot överhettning. Skyddsbrytaren värms på motsvarande sätt som motorn (bimetall) och slår ifrån om det blir för hett (som motorn förmodas bli samtidigt).

För att få så låga förluster och därmed värme är alltså så lågt motstånd som möjligt i lindningarna att föredra. Men det är en platsfråga som sagts ovan. Sen är det ju kanske inte minst järnets magnetförluster (om man har järn med i konstruktionen) som ger värme. Speciellt vid högre frekvens brukar järnet protestera. Det blir varmt av att ständigt ändra riktning. Lit emagnetism blir kvar och det går åt energi att putta det i andra riktningen. (järnets hystereskurva har jag för mig man pratade om i skolan).

Så märkningen av en generator blir den effekt som man kan köra den med kontinuerligt utan att den brinner upp då den ju ska klara åtskilliga timmars drift. I permanentmagnetgeneratorer kan även magneterna bli en gräns för hur mycket man kan få ut. Där kan magneternas flöde bli gränsen om det inte är trådens värme som begränsar. Med tjockar tråd får man ju ut mer effekt då den tunnare tråden även har motsåndet som både ger ökad värme och som ligger som ett seriemotstånd med lasten. Man kan ju rita trådens motstånd som ett motsånd som ligger utanför generatorn om man tycker det blir enklare att renodla kretsschemat. Har man då t.ex en ström på 1 A och ett motstånd på 10 ohm så får man ett spännngsfall på 10 V sm måste kompenseras med fler varv vilket måste kompenseras med tunnare tråd som.......  

[ollebolle]

P=U2/R

Om R går mot noll går effekten mot oändligheten, dvs en trevligare och trevligare  generator.

Har man alltså 0 ohm som inre resistans blir generatorn oändligt kraftig. Sen gäller det att vinden är stark förstås.

Begränsande blir ju även magnetflödet och uppvärmning i dem. För det blir väl så även med permanentmagneterna att de kommer att påverkas av det magnetfält som strömmen i lindningarna åstadkommer. Det kan ju bli stort med ökande ström.

[Hemikring]

Hemikring, hur kan det stämma att resistansen ska vara så nära noll som möjligt, när P = U²/R

Den här formeln används i praktiken bara för att beräkna den utvecklade effekten i en resistans, t ex ett värmeelement.

[Zigge]

Om jag istället vänder på frågan och ställer den så här:

Vi säger att generatorn ger 20 volt vid ett visst varvtal och att den har resistansen 1 ohm.
Generatorn kopplas till ett 12-voltsbatteri som ska laddas.
Strömmen från generatorn blir då (20V - 12V)/R = 8/1 = 8 ampere

Generatorns effekt blir P = U x I = 20 x 8 = 160 watt
Effekten till batteriet blir 12V x 8A = 96 watt
Värmeförluster i generatorn blir (20V - 12V) x 8A = 64 watt

Så långt ser allt bra ut, men vad händer om vindturbinen bara ger 110 watt vid samma varvtal?  Den orkar ju inte driva generatorn, alltså måste generatorn vara överdinemsionerad, eller?

Genom att öka resistansen i statorn till 1,5 ohm, vilket man gör genom att linda den med klenare tråd, får man strömmen I = (20V - 12V) / 1,5 =  5,33 ampere.
P = U x I ger då 20V x 5,33A = 106 watt

Vips ligger generatorns effekt i nivå med vad vinturbinen orkar ge och man har anpassat generatorn till turbinen, det är så jag vill se på det hela.

---------------------------------------------------------------------------

En generator som ger konstant spänning, låt säga 14,4 volt, där kommer strömmen att minska ju högre spänningen blir i batteriet. När batteriet når 14,4 volt kommer strömmen att vara 0 och batteriet laddas inte längre. För den här typen av generatorer är det naturligtvis viktigt att resistansen är låg, annars skulle strömmen också bli låg med så liten spänningsskillnad mellan generator och batteri.

I en vindgenerator stiger spänningen hela tiden ju mer det blåser och därmed stiger också strömmen, oavsett hur fulladdat batteriet är. I det här fallet kommer batteriet att suga i sig all ström det får, även om det så visar 16 volt.

Detta gör ju att vindgeneratorn får ge sitt max vid alla varvtal, men vid lågt varvtal är inte spänning och ström så hög och värmeförlusterna blir små. Vid höga varvtal (stigande spänning och ström) blir blir värmeförlusterna så stora att  statorn riskerar brinna upp,  eftersom skillnaden mellan generatorns spänning (Emk) och battierispänningen är stor, vilket ger hög ström. Nu skulle det vara bra att ha låg resistans i statorlindningarna för att kunna ta han om all denna ström, men det är en annan sak och en baksida man får tackla på annat sätt.

Visst måste resistansen ha betydelse för generatorns effekt? Resistansen reglerar ju strömmen och därmed påverkar den också effekten.

Vid mycket kraftig vind brukar man dessutom koppla bort batteriet och kortsluta generatorn så att turbinen bromsas.

Om en 2-metersturbin ger 80 volt vid 20 m/s och man finner det bäst att bromsa den, då är strömmen (80V - 12V) / 1 ohm = 68 ampere. Vid kortslutning får man istället 80V / 1 ohm = 80 ampere. Skillnaden är inte så himla stor, men tillräcklig för att en skenande turbin ska stanna och det tyder på att dimensionering av generator i förhållande till turbinstorlek är ganska känslig.

Eftersom man använder samma magneter till vindturbiner på 1,2 meter och 5 meter är det inte med magneterna man reglerar strömmen med. Vad magneterna påverkar är spänningen, om jag förstått det hela rätt.

Jag kan fortfarande inte förstå att resistansen ska vara nära noll för att undvika värme i tråden. Värmen är en oönskad effekt som man får försöka lösa på annat sätt och att komma åt problemet genom att använda så grov tråd som möjligt, det gör ju bara att ström och effekt blir för stor och att generatorn blir överdimensionerad.

[Zigge]

Hemikring, om watt i det ena fallet inte är samma som watt i det andra fallet, oavsett om det handlar om kinetisk energi, eller elektrisk energi, då är ju perpetuum mobile möjlig.

[Bo]

som ger värmeförluster skall alltid minimeras. Det är det elektromotoriska motståndet man får försöka reglera optimalt.

[Tompaiuppsala]

Tunna trådar är inte bra, det är heller inte bra om det blåser för mycket, om man inte kan bromsa rotorn.

vem vill ha en sån här härdsmälta, även om det skulle vara en liten hemmabyggd snurra??

[Tapio]

Halaj!

Har bara skummat igenom tråden, men jag tycker att det saknas en storhet: impedans.

Det pratas bara resistans här, men man har ju en induktiv kapacitans i en lindning. denna kan ju inte vara försumbar?

//T

[Hemikring]

Det pratas bara resistans här, men man har ju en induktiv kapacitans i en lindning. denna kan ju inte vara försumbar?

Det heter reaktans och den kan vara induktiv eller kapacitiv. Lägger man till resistans så får man impedans. Här är länkar som förklarar mycket bättre än jag kan göra:
http://sv.wikipedia.org/wiki/Reaktans
http://sv.wikipedia.org/wiki/Impedans

[Tapio]

Halaj!

Jo, tanken snubblade.

Impedans beräknas enligt:
Z = (R²+ (Xi - Xc)²)^1/2

Där:
Z:impedans
Xi:induktiv reaktans
Xc: kapacitiv reaktans

//T

[Zigge]

Alla säger att tråden ska vara så grov som möjligt, för värmens skull, men en grov tråd gör ju också att strömmen blir oerhört stor och därmed blir effekten större än vad turbinbladen kan ge. Om detta fungerar strider det mot energiprincipen. Jag kan helt enkelt inte förstå att det fungerar. Jag tror att generatorn måste dimensioneras efter turbinens storlek och om man inte gör den dimensioneringen med trådarean, då förstår jag inte hur det går till.

[Zigge]

Reaktansen brukar de som bygger sådana här generatorer bortse ifrån, det blir för krångligt annars.  

Jag ska läsa igenom vad som står i de där länkarna, sedan åter kommer jag med impedans- och reaktansfrågor.

Det börjar kännas som om det underlättat om man varit civilingenjör nu och inte gått ut gymnasiet med 1:or i alla ämnen utom gymnastik. En silvermedalj i kulstötning från skolmästerskapen har jag ingen större glädje av just nu, inte heller att jag har plågat mig igenom Stockholm Marathon.