Elektronik?

[eka]

Nu börjar jag förstå vad du vill ha så då kan vi starta lite "utbildning" som du frågade efter.

Men om det du är ute efter att göra någon typ av effektbegränsning så ser jag problemet lite annorlunda.

Du har en given generator som matar ett batteri. När generatorn går för högvarv så ger den så mycket ström att den inre resistansen orsakar värme. Genom att flytta ut resistansen på utsidan så förbrukas värmen där i stället och generatorn kan gå för max. Jag kanske tänker fel men jag försöker beskriva detta så här.

Vid ett bestämt varvtal ger generatorn I = 40 Amper
När varvtalet stiger och Ubat är konstant så ökar strömen.
Men om man kopplar in ett motstånd emellan som ser till att strömmen alltid är 40 Amper (motståndet ökar i värde så att det alltid blir 40 amper)  Så kommer späninngen över generatorn att stiga men värmen blir det samma. I stället blir motståndet varmt.

Det här är en så kallad strömgenerator. Kanske denna löser ditt problem eller får du ett annat? Man kan aldrig konstruera en sådan så att resistansen är 0. Vill du i stället växla lindningarna så du från seriell till paralell och på så sätt kan få ut mer ström men med lägre förburkning. Eller vill ha 0 ohm i starten, ja då måste du ha relä.

Skall vi beskriva hur en komparatorkoppling arbetar?

[Röst i CyberSpace]

Spänningsvakt med 555an!

Ett ”Alternativ” skulle kunna vara IC kretsen ”NE555”! Den innehåller både komparatorer, flipflop och en relä dragare.
           http://www.ortodoxism.ro/datasheets/stmicroelectronics/2182.pdf

Jag skickar med en ritning på en ”Spänningsvakt” som du kan prova.
På den ena trimpotten ställer du tillslagspänningen, och på den andra hur mycket spänningen måste sjunka innan relä´t ska släppa igen. Det går ställa så att spänningen måste ner till 50% av tillslagspänningen innan det släpper.


Förklaring:
När spänningen på ”Threshold(6)” når 67% av batterispänningen(12V*0.67= 8V) så drar relä´t. Och de släpper inte förrän spänningen på ”Trigger(2)” sjunkit under 33% av batterispänningen(12V*0.33= 4V). Batterispänningen är alltså referensen.

Dioden (D2) skyddar ic-kretsen mot överspänning. Kondensatorerna (C2) och (C3) tar bort störningar, utan dom kan kretsen bli knäpp!
 Ic-kretsen ”NE556” innehåller 2 st 555or i samma kapsel, ifall du skulle behöva de.





Komponenter:

Timerkretsar  555 & 556an…
http://www.elfa.se/elfa-bin/lt.pl?lang=se&sort=&pics=&vat=0&1860017&1860019&1860065

Trimpottar…
http://www.elfa.se/elfa-bin/lt.pl?lang=se&sort=&pics=&vat=0&1720259&1720317&1720319

Monterinsplatta för svagströmmen…
http://www.elfa.se/elfa-bin/dyndok.pl?lang=se&vat=0&dok=5383.htm

[Zigge]

Vattendoktorn, vad är det du inte tror på?  

Aha, EnRöst! Då vet jag varför 555:an är så populär bland dem som bygger shuntregulatorer och tack för schemat till spänningsvakten!
Jag förstår det mesta i den, men jag har lite svårt för dioderna för jag förstår inte vitsen med dem. Den som sitter vid reläet, vad gör den för nytta? Likaså förstår jag inte vad D2 gör. Hysteresinställningen där potentiometern kopplas till kondingen, där hänger jag heller inte riktigt med.
Att frånslaget i ditt schema sker vid 4 volt är inte bra, men det gör inget för jag ska koppla samman flera likadana kretsar och tanken är att nästa krets ska bryta strömmen till den föregående.

Likriktarbryggan och glättningskondingen ser jag och spänningsdelaren (10k) med vridpotentiometern (22k) förstår jag vitsen med, men det kanske lossnar en aning om jag sätter mig in i 555:ans funktion.

eka, kurser är alltid välkomna och jag kommer strax med frågor, för jag vill förstå elektroniken också.  
Nu hade jag inte tänkt mig konstant ström från generatorn utan snarare en konstant spänning, strax över batteriets spänning. Konstant kan jag inte få den, men sågtandad kanske. Detta
för att slippa överhettningsproblem i generatorn samtidigt som man fördubblar verkningsgrad, ström och effekt.


Detta är vad bilden nedan visar.

Först problemet:
Problemet med permanentmagnetgeneratorer till vindkraftverk är att ström, spänning och effekt stiger linjärt med varvtalet, medan vindens energi stiger betydligt kraftigare vid ökad vindhastighet.

Normalt brukar man låta ett vindkraftverk starta vid 3 m/s eftersom medelvinden är ganska låg, men det betyder att man måste begränsa maxeffekten, annars stallar turbinen vid medelmåttig vind. Detta betyder också att vid en vindhastighet på 10 m/s producerar generatorn minst lika mycket värmeförluster i statorn som effekt till batterierna. Detta p.g.a. att generatorns spänning (emk) stigit till dubbla batterispänningen.

Lösning:
Genom att dela upp varje lindning (spole) i tre spolar (eller fler om man så önskar), tror jag att följande kan uppnås:
Om en av de tre spolarna i den gula rutan kopplas bort kommer spänningen att sjunka till 67% av tidigare nivå.
Eftersom resistansen samtidigt sjunker med 67% (färre antal lindningsvarv) kommer strömmen att bli oförändrad när omslaget sker.
Den lägre resistansen i lindningarna medger högre ström och effekt och en brantare stigande linjär kurva, men vid själva omslaget är strömmen densamma för en mjuk övergång.

Vid ännu hårdare vind stiger spänningen för högt igen (jämfört med batterispänningen) även med en viss del av spolen bortkopplad och ytterligare en en del av lindningen kopplas bort, varvid spänningen på nytt faller några volt. Likaså sjunker resistansen i lindningarna och den linjära effekt/ström-kurvan blir ännu brantare.

Skulle ett relä, eller någon del i elektroniken gå sönder är logiken sådan att allt faller och generatorn fungerar med samtliga lindningar inkopplade, precis som vindgeneratorer av det här slaget brukar göra. Generatorn kommer alltså fortfarande att funka, men den "svettas" och förlorar effekt vid starkare vind.

Själva tänkandet kring OP-förstärkare börjar jag förstå, men hur får jag bort ripplet från den likriktade växelspänningen. En glättningskondensator förbättrar det hela, men hur gör man det hela ännu bättre. Är det bara att koppla på fler glättningskondingar? I och för sig funkar det kanske ändå enligt schemat som EnRöst visar, men det vore bra att veta.

[eka]

Då förstår jag vad du vill uppnå. Det finns en nackdel men den har du förståss tänkt på.
Om en linning är gjord att klara t.ex. 40Amper så blir själva lindningen lika varm även om du kopplar bort den som ligger bredvid. Lidningarna måste göras så att de går i varandra så att värmen från varje lindning fördelas över hela ytan.

Jag tror att vi "öppnar" 555an och tittar vad de olika delarna gör för att få en bättre beskrivning. Får rita lite  

[eka]

Jag kanske förstör för dig men det finns en helt annan kanske mycket enklare lösning men jag kan inte exakta funktionen.

Förenklat så skulle det vara så att du i stället för att ställa om spänningen ut.
Innan du likriktar växelströmmen släpper den genom en transformator.
Tänk att du hade en vridtransformator som du hela tiden justerade utspänningen på. Då kunde generatorn ge vilken spänning den ville och du hade alltid 12V mot batteriet med små förluster.

Det lär finnas en mycket smart koppling som automatiskt balanserar utspänningen från transformatorn. Denna användes innan   man kunde styra allt med elektronik. Får forska lite efter denna.

[Tompaiuppsala]

Elektroniken hänger jag inte med på men hur menar du att spolarna ska vara lindade. Har du 3 trådar i handen då när du lindar?

[eka]

Titta på figuren. R1 och R2 bildar en spänningsdelare. Denna spänning ligger på + pinnen. en komparator är igentligen en förstärkare med oändlig förstärkning. Om inspänningen stiger över +ingången så att -ingången har en högre spänning, Då växlar utgången och drar sig låg.
tvärt om så om + är högre än - så är utgången hög.
Mattematiskt:
   (+4 -3) > 0
   (-4 +3) < 0

Nu kopplar du in R3. Detta motstånd bör vara ganska högt. (Själv börjar jag på 1Mohm)

Säg nu att inspänningen är låg. Då går utgången hög.
Du kan se det som att R1 och R3 sitter parallelkopplade medan bara R2 går mot jord.
Spänningen på + kommer att bli lite högre än om enbart R1 och R2 fanns.

När inspänningen blir hög så är utgången låg.
Då blir det som om R2 och R3 var paralellkopplade och R1 ensam mot + Inspänningen på +ingången blir då lite lägre än om R1 och R2 var ensamma.
Hur mycket beror på förhållandena mellan R1, R2 och R3.

Det betyder att om inspännigen stiger så den paserar gränsen uppåt och utgången blir låg då flyttas gränsvärdet så att man måste sänka inspänningen till ett lägre värde än tidigare innan det växlar. Har man en trimpot på R3 kan hysteresen varieras.

Varför hysteresen?
Det är mycket viktigt att ha en hysteres. Utan denna kommer en komparator att kasta mellan hög och låg på utgången när man är precis vid omslagsnivån.
Varför? Jo allting påverkar, om ett relä drar alldeles så lite så kommer matningenspänningen göra ett litet hopp. Detta påverkar referensen som kanske åker åt fel håll och då växlar utgången riktning igen. Självsvägning.

[Röst i CyberSpace]

                  Förklaring på Spänningsvakt!

Ja de är knepigt att sätta sig in i nya kopplingar, och de än om man är mycket insatt i elektronik. Ska försöka svara på funderingarna dina, så gott jag kan.




1… men jag har lite svårt för dioderna för jag förstår inte vitsen med dem. Den som sitter vid reläet, vad gör den för nytta?

1… Ett relä består av en spole och i en spole är elektronerna tröga(som en långtradare med släp). Har strömmen fått upp farten i spolen är den svår att stoppa. När ic-kretsen(NE555) bryter strömmen till spolen kan inte elektronerna tvärstanna(som en långtradare alltså). Tack vare dioden kan strömmen fortsätta genom den och runt tills elektronerna tappat fart. De här rör sig ju om tider mycket under en sekund, men ändå. Utan dioden skulle strömmen som spolen alstrar forcera in i ic-kretsens transistor och kanske förstöra den!  
   Så dioden skyddar ic-kretsens inbyggda transistor från transienter från spolen!! (som brytarspetsen i gamla bilar var skyddade med en kondensator)




2… Likaså förstår jag inte vad D2 gör.

2…Nä, jag vet att det inte är lätt att se vitsen så där på direkten!
En diod fungerar ju som en ventil i ett bildäck, men här är de elektroner istället för luft, och spänning istället för lufttryck. Den spärrar åt ena hållet och leder åt andra. Och eftersom diodens ena ända(katoden) är kopplad till 12 volt(trycket 12V) så måste spänningen(trycket) på andra ändan upp över de värdet för att dioden ska leda.
Detta kan ske om exempelvis Generatorn ger 50 volt ut. Spänningsdelningen med motstånd och trimpottar gör i och för sig att det bara blir kvar knappt 30 volt, men det är fortfarande mer än 12 volt, så därför kommer dioden att börja leda.
I själva verket kommer spänningen(”trycket”) på ”Threshold(6)” aldrig att kunna överstiga ca 12.7 volt eftersom dioden då öppnar och fungerar som en säkerhetsventil i en tryckkokare! Och tur är de, eftersom ic-kretsens ingångsspänningar aldrig får överstiga ic-kretsens matnigspänning(12 V).
   Så dioden förhindrar att spänningen på ”Threshold(6)” överstiger ca 12 volt.  




 3…Hysteresinställningen där potentiometern kopplas till kondingen, där hänger jag heller inte riktigt med.

3…De 2 kondingarna på 100 nF(0.1 uF) har egentligen inget med kopplingens funktion att göra, så dom ska du nonchalera när du analyserar schemat. Däremot bör du sätta dit dom i den riktiga fysiska kopplingen. I elektroniska sammanhang finns de fullt med såna där avstörningskondensatorer i kopplingar.
Dom ska förhindra brus(små snabba spänningsändringar) och självsvängningar och sånt kul som kan göra ic kretsar galna!
Så analysmässigt… så är potentiometern kopplad till trigger(2) ingången på ic kretsen, punkt.




4…Att frånslaget i ditt schema sker vid 4 volt är inte bra, men det gör inget för jag ska koppla samman flera likadana kretsar och tanken är att nästa krets ska bryta strömmen till den föregående

4… OBS, frånslaget sker inte när Generatorns spänning är 4 volt, utan när ”Trigger(2)” ingången är vid 4 volt.

Ett exempel…..
Säj att kretsen ska dra relä´t vid en generator spänning på 17 volt. Då vrider du på (tillslag ins…) ratten tills spänningen blir 8 volt på ”Threshold(6)”ingången just när generatorn har 17 volt. Då har samtidigt ”Trigger(2)” ingången mellan 4 och 8 volt, beroende på (hysteres ins..)rattens läge. Nu ställer vi (hysteres ins..) ratten så spänningen blir 4.2 volt, som exempel.
Alltså, läget i exemplet just nu är…
Generatorspänning= 17 V
Threshold(6)         = 8 V                             >>  8 volt betyder att relä´t just dragit
Trigger(2)             = 4.2 volt                       >> under 4 volt släpper relä´t, inte långt ifrån alltså!

Om nu Generatorspänningen i detta läge sjunker bara något, så sjunker också både Threshold(6) och Trigger(2). Det behövs inte mycket för att ”Trigger(2)” nu ska hamna under 4 volt , och därmed släpper relä´t!!
Om du istället ställt ”Trigger(2)” på 7 volt vid exemplet, så hade generatorspänningen fått sjunka mycket mer innan ”trigger(2) hamnat under 4 volt, och relä´t släppt.



                       Fakta på Spänningsvakten!
Tillslagsspänning… inställbar från ca 13.5 volt till oändlig volt.
Hysteres ……………… Inställbar från 0.01 volt till 50% av tillslagspänningen

Hysteres exempel…. Om relä´t drar vid 20 volt, så kan du ställa med ”hysteres” ratten så att relä´t släpper vid 19.99 volt, eller om du vill, att de släpper vid 10 volt!



Ps.
 Bra du frågar om saker du undrar över! De är vad Internet är bra till. Att räta ut frågetecknen!!

[Zigge]

Nu förstörde du allt, eka.  
Tack för lektionen i alla fall. I och med den börjar det ljusna lite. Jag återkommer med frågor kring detta. Magneterna är det ingen panik med. Mina projekt går ändå framåt med så lusig fart att jag i stort sett står stilla på startlinjen fortfarande.  

Jag har tänkt på nackdelen med värmen, men jag lurade mig själv genom att tänka mig all generatorspänning över batterispänningen som värmeförluster och att jag kunde trolla bort dem genom att sänka spänningen, men så enkelt blir det inte. Tar jag ut spänningen mitt i spolen som i alternativ 1, halverar jag resistans och spänning, samtidigt som jag fördubblar strömmen, men med dubbelt så hög ström får jag samma värme i en hälften så lång lindningstråd. Jag kan alltså få ström- och effektkurvan att stiga brantare genom att göra så här, men värmeproblemen kvarstår. Så kanske det blir?

Alternativ 2 borde väl funka i alla fall? Nackdelen är dubbel lindningstråd och en större spole med mer utrymmesbehov och i så fall kan jag lika gärna växla från Y-, till D-koppling vid en viss spänning.

Alternativ 3 är att köra alternativ 1, men i kombination med växling från Y- till D-koppling vid en viss spänning, men den lösningen blir mer komplicerad och då måste jag tänka om igen och det klarar jag inte just nu.  

Tompa, jag hade tänkt mig en tråd i handen, men med trådar ut från den efter ett visst antal varv. Eftersom värmeproblemen kvarstår om jag gör så återgår jag till första tanken, att köra med två trådar i handen, en grov och lite klenare. Den klenare tråden lindar jag med fler antal varv.

[Tompas11]

Jag förstår det mesta i den, men jag har lite svårt för dioderna för jag förstår inte vitsen med dem. Den som sitter vid reläet, vad gör den för nytta?

Dioden sitter där som skydd för de transienter (spänningstoppar) som alltid uppstår när strömmen genom spolen bryts. Dessa transienter kan skada övrig elektronik, i det här fallet IC 555.
Kallas ibland för frihjulsdiod eller klippdiod.

[Tompas11]

Nä, nu går jag och lägger mig, EnRöst hade ju redan svarat på denna fråga.

[Zigge]

Tack! Nu klarnar schemat och det betyder att jag kan använda det precis som det är. Jag har ju bara sett dioder som likriktare, eller som en komponent som sänker spänningen 0,7 volt. I och för sig surrar det fortfarande i huvudet, men jag känner att det är på gång nu, bara jag får studera det hela någon gång till.

En fråga till bara. Likriktaren kommer ju inte att ge en ren likspänning till 555:an och kan inte ripplet göra att den växlar läge hela tiden precis vid den spänning där tillslaget ska ske?
Vad händer om man kopplar dit fler glättningskondingar? Minskar ripplet då, eller är det mer avancerat än så att skapa ren likspänning?

[Zigge]

Tompas, det skadar inte att få höra en sak två gånger, för då kanske man kommer ihåg det. )

[eka]

När det gäller rippel så finns det två sätt .
Spole i serie och stora kondensatorer. Spolarna själ i detta fall effekt så det kan vi glömma. Alltså mer kondensatorer. Man får även tänka på att frekvensen här inte är 50 hz utan högre (tror jag  ).
Detta gör att kondensatorerena inte behöver vara så stora.

En stabiliserad likspänning kräver efterföljande elektronik.

Just därför behöver du en justerbar hysteres som ser till att reläna inte står och slår.

[Tompaiuppsala]

Jag tänke att beroende på hur du lindar finns risken att trådarna eller delspolarna hamnar olika i förhållande till magneterna.
Jag menar om du börjar med en tråd och sedan fortsätter med en annan får spolarna olika area omkrets och längd. Det kanske inte har någon betydelse men något att tänka på.

Är det enbart trådens diameter som reglerar strömmen? Ett starkare magnetfält ger det enbart högre spänning? Eller kan man laborera med lindningar på olika avstånd från magneterna?

[Zigge]

Frekvensen varierar hela tiden, men ripplet kanske inte är något större problem. Jag får skaffa mig ett oscilloskop så lär man sig lite på det också, när man ser vad som händer. Jag tror att det finns enkla program att ladda ned gratis till datorn och det skulle duga för mig.

Nu ska jag se om jag kan göra ett schema för hela generatorn och sedan göra en testspole.

[Zigge]

Tompa, jag tänkte starta lindningen med båda trådarna från början. Sedan slutar jag linda den grövre tråden efter ett visst antal varv, men den tunnare tråden lindar jag ytterligare några varv.

Den tunnare tråden kommer att uppnå laddspänning tidigare eftersom den har fler varv. Eftersom tråden är tunn och lång får den högt motstånd och ger inte så mycket ström = bra egenskaper vid svag vind.
Den kortare och grövre tråden uppnår laddspänning senare, men när den väl gör det ökar strömmen snabbare = bra egenskaper vid stark vind.
Tillsammans ger det en generator som startar vid svag vind, men som också ger hög effekt vid stark vind, det var så jag tänkt mig det hela. En generator som funkar bra vid svag vind vill gärna bli överhettad vid stark vind och det vill jag också komma ifrån.

Visst har magneterna och stålskivorna de sitter på stor betydelse, men när de bitarna sitter på plats har man bara trådarean kvar att justera strömmen med. Det är motståndet i tråden som bestämmer vilken ström som går genom den och en tunn lång tråd ger ett högre motstånd än en kort och grov tråd. Skillnaden blir som att koppla en lampa på 10 watt till båtbatteriet och att kortsluta det med en skiftnyckel.

[Röst i CyberSpace]

       Mera SpänningsVakten …


Dina Funderingar:
1...En fråga till bara. Likriktaren kommer ju inte att ge en ren likspänning till 555:an och kan inte ripplet göra att den växlar läge hela tiden precis vid den spänning där tillslaget ska ske?

1… På hysteres ratten justerar du hur mycket spänningen kan variera innan relä´t släpper igen, efter att det dragit. Om relä´t drar vid 20 volt, så kan du justera så att spänningen måste ned till, exempelvis 15 volt för att det ska släppa igen. Som max går de alltså justera ned till 10 volt(50% av 20 volt)! När relä´t väl släppt måste spänningen upp igen till 20 volt för att det åter ska dra! Så ripplet får ju inte vara större än ungefär 5 volt.


Mina Funderingar:
Jag har inte riktigt förstått, men jag gissar att generatorspolen/spolarna som du ska koppla till ”Spänningsvakten” är en enkom dragen lindning i generatorn, och som inte är kopplat och belastat av något annat. Och vars enda syfte är att mäta EMK från generatorn. För det går ju som inte komma åt att mäta EMKn när man belastar en generatorlindning, och allra minst om belastningen är ett batteri, du får ju alltid kring 12 volt(batteriet slukar ju allt över de)!


Men om de är som jag tror du har tänkt, en extra spollindning i generatorn som bara belastas av spänningsvakten, så behöver den tråden inte alls vara tjock. Spänningsvakten belastar lindningen med bara 10 Kohm(10 000 Ohm), så vi pratar alltså helt enkelt om skitströmmar!

Glättingkondensatorn efter spänningsvaktens likriktare behöver då heller inte vara stor, eftersom den knappt hinner laddas ur något mellan sinustopparna(litet rippel)! Om du sätter dit en 470 uF konding så klarar du dig ledigt.

Om du lindar den här väldigt tunna (EMK avkänningslindningen) på samma ställe och med samma varvtal som den riktiga tjocka Huvudlindningen/lindningarna(som ska belastas av batteriet) lindas, så borde avkänningslindningen få samma EMK som huvudlindningen, men i obelastat och mätbart tillstånd!


Transformatorer:
De här med olika transformatorer som kopplar in vid olika vindar(som EKA skrev om), har kanske varit en ide. Om du fick tag på transformatorer med rätta lindningsförhållandet(primär/sekundär).
De är bara vid låga varvtal(låg frekvens(Hz) ) som jag kan tänka mig att transformatorn funkar dåligt. Men vid svaga vindar får väl generatorlindningarna vara kopplade direkt till batteribelastningen, utan transformator!
Däremot vet jag inget om hur du kopplar 3 fas till transformatorer?


Men de kan nog funka med dina lindningar med olika antal varvtal också! Bara du får plats med dom.
 

[eka]

EnRöst har alldeles rätt.
Belastingen och regleringen gör att du inte kan mäta på samma lindning.
Det gör att en "pickup" lindningen enbart kommer att mäta varvtalet. Alltså kan man in stället mäta frekvensen i stället för spänning. Men det är bara ytterligare ett alternativ  

[Zigge]

Aha! Nu fattar jag vad hysteresratten har för funktion.

Min grundtanke var att göra en extra lindning just för det här ändamålet, men sedan började jag tänka fel i min iver och jag måste erkänna att min senaste tanke var att koppla rakt på de riktiga spolarna, men det går naturligtvis inte.  

Det blir en extra spole och gärna med rätt antal lindningsvarv så att jag även kan se generatorns emk, samt varvtal. Detta bl.a. för att lära mig lite mer om turbinbladen, hur mycket de bromsar in vid belastning, o.s.v. Det teoretiska kring det hela lockar minst lika mycket som att bygga vindkraftverket och få ström till stugan.

Jag hade tänkt mig det hela som på bilden nedan. Vid svag vind är det spole L1 som gäller. Den har tunnare lindningstråd och fler varv och ger bra lågvindsegenskaper.
Vid ca: 7 m/s vaknar spänningsvakten och drar reläet så att den grövre lindningen med färre varv tar över. Då får jag både högre toppeffekt och mindre värme i generatorn.

eka, jag har funderat på det där med frekvensmätning, men det här är nog så svårt.