Vindgenerator utan magneter

[Zigge]

Nej, några stora effekter blir det ju inte vid låg vind. En 3,6-metersturbin (som man snickrat till själv) lär inte ge mer än 11 watt vid 1,8 m/s och bygger man även generatorn själv ska man väl inte överdriva verkningsgraden på den heller. Får man 6-7 watt ur vindkraftverket vid så låg vindhastighet får man vara glad, så varför anstränga sig och varför inte räkna på det hela innan man börjar fundera på lösningar.
Helt rätt, vi skiter i lågvindsegenskaprna.  

[Zigge]

Jag har sett trattmodeller, men de lär inte fungera så bra. Sitter tratten fram lär det vara problem att få den att vända sig mot vinden. Tunnel med tratt bakom turbinen funkar inte heller.
Kanske en svartmålad tunnel som kröker av och sticker iväg rakt uppåt, för att skapa skorstenseffekt vore något?

[eka]

Tack Zigge, är det inte så med en givande diskusion, den ene triggar den andre

Misstänker att det inte är så svårt att kicka igång generatorn.
Det kommer alltid att ligga kvar en svag permanentmagnitisering i järnet. När generatorn startar (eller hjälpgeneratorn) är lasten lågt så det minsta lilla som genereras kan återföras och växa. Är det inte så en bilgenerator fungerar?
Lindningarna som skall generara magnitiseringen bör inte blandas ihop med matningen till batteriet. Då måste de ligga och dra ström hela tiden vilket är en förbrukare.
Magnitiseringsliningarna bildar en egen krets som matar huvudgeneratorn. Huvudgeneratorns varvtal/effekt styr hur mycket som skall tillföras. Tycker det hela låter smart.

När det gäller bladens utformning och "tratt" kan jag rekommendera "Vind och vattenkraft" Hjalmar Larson Tryckt 1985 och såld via Clas Ohlson. Ett instruktivt kopendium.
Här står att läsa.
Ett fenomen som uppstår med vindturbinen är att längst ute på bladspettsen så smiter luften fel väg över kanten.
Det här kan man motverka med att sätta en ring runt hela turbinen. Den är dock väldigt svår att få i balans. Om man i stället gör en tratt. Som lämpligen bör finnas både framför och bakom. (Kallas venturierör). Så kan man lyckas öka efekten med en faktor 4. Det är däremot besvärligt med lagring vindfång och vändning mot vinden så det är billigare att göra turbinen större.

Jag har på något annat ställe läst hur man genom att placera små vingar på tvären längst ute på blanden lyckats både med att ta bort kortslutnningen och även fångat in lite luft som annars skulle paserat utanför. Kräver lite mer av den som bygger.
Jag tror annars att det här är en viktig sak för desto mer kraft man lyckas behålla längst ut desto mer lättstartad borde turbinen bli.

[ollebolle]

Det var ingen dålig turbin du bygger Zigge. 3,6 m i diameter? Den kan ge en hel del energi. Det blir väl 10 kvm vindfångande yta drygt. Du behöver inte tänka på att göra mer vindfångande åtgärder. Tvärtom. Försök att göra den så stark som möjligt istället.

Segel och vindsnurra borde väl vara jämförbara. Då kan man dra en parallell från mitt seglande:

Vi har en segelbåt med 25 hk motor. Med 52 kvm segel så går båten fortare med segel än med full maskin vid vind omkr 6-7 m/s på bästa bog som är vinden från sidan. Omräknat till 10 kvm  blir det 5 hk= 3700W. vid 12-14 m/s skulle du få ut 4 ggr så mycket=15kW.

Vid svagare vind är bästa bog när man går lite mot vinden och när det blåser säg 10-15 m/s ska helst vinden blåsa snett bakifrån. Det innebär att egentligen ska bladen vara ställbara men det blir besvärligt. Bäst är väl att ha dem fast vinklade för att få bra effekt vid svagare vind då högre vindhastigheter ändå ger så mycket effekt att det snarare kan vara bra att dämpa effekten.

Du ser vad som händer vid full storm eller orkan. 60 kW! Här krävs nödstoppsmöjlighet.

Med en kraftig generator har du möjlighet att ha elvärme!!

Kanske en vätskepump. Jag skaffade en elmotor på 15kW då jag tänkte bygga en elbil. Med motorn följde med en hydraulpump för trucklyften. Pumpen är inte större i en knytnäve och klarar 15 kW! Den skulle kunna sitta på samma axel som generatorn och utgöra bromsen vid storm. En friktionsbroms skulle behöva vara stor för att klara  60 kW om den inte orkar bromsa till stillastående. Låter du hydraulslangar gå ner till marken kan du där ha en strypventil i vattenbad och få ut energin för vattenvärmning.

[PowerMizer]

I svag vind kan du aldrig få ut någon hög effekt.

Det som är det sorgliga i låg vind (och i kraftig vind) är energin som är i kvadratiskt förhållande till vindens hastighet. Säg att turbinen ger 100W i 8 m/s. Då får man bara en fjärdedel vid 4 m/s=25W, och vid 2 m/s 6W. När vi går uppåt så blir det underbart vid 16 m/s=400 W men vid 32 m/s ger det 1600W innan det blåser sönder.

Tjabba!

Inte för att vara nån messerschmittare, men:
Om man dubblar vindturbinens _area_, ökar effekten _fyra_ gånger.
Om man dubblar _vindhastigheten_, ökar effekten _åtta_ gånger.

För att snabbt räkna på en turbin kan man använda denna något så när korrekta formeln:

Effekten=0,15*diameter^2*vindhastighet^3

Kör den i OpenOfficeCalc/MSExcel så kan man labba lite.

Ha det gott!
/P

[ollebolle]

Enligt mina teorier skulle du få ut betydligt större effekt än vad du kalkylerar med! Eller har jag missuppfattat storleken 3,6 m? vid 3 m/s borde du få ut 600 W och vid 1,5 m/s 150 W men där kommer friktioner in som kan dra ner.

Eller är jag helt fel ute när jag jämför segel och vindrotor? Det borde inte vara en tiopotens fel i alla fall!

Eller vad tror ni?

[PowerMizer]

Hej på er!

Här kommer lite info om magnetisering, närmare bestämt hur man inom kraftindustrin använder tyristorer för att likrikta _och_ reglera magnetiseringsströmmen.

"Tyristorströmriktare

Strömriktaren, en fullstyrd enkelströmriktare, består i huvudsak av en tyristorbrygga, styrpuls utrustning och nödvändig utrustning för övervakning och kylning.
Tyristorbryggan är utförda i 6-puls 2-vägs koppling. Denna koppling möjliggör att strömriktaren kan fungera både som likriktare och växelriktare.
Tyristorerna skyddas av snabbsäkringar (gren- eller fassäkringar) och RC-kretsar (efterledningsskydd). För effektiv kylning av tyristorerna är dessa inmonterade i kylkroppar, vilka i sin tur kan erhålla forcerad kylning
med hjälp av fläktar.

Strömriktaren styrs av regulatorn via styrpulsutrustningen. Med hjälp av styrpulsutrustningen omvandlas regulatorns styrsignal till styrpulser med lämpliga faslägen i förhållande till strömriktarens matningsspänning. Anslutningsspänningen bestäms av önskad topplikspänning från tyristorströmriktaren, och anpassas till
maskindata i varje enskilt fall. Toppspänningen är avgörande för magnetiseringsutrustningens förmåga till snabb reglering av maskinspänningen, och därmed maskinens bidrag till spänningshållningen i nätet vid störningar. Typisk toppspänning är 1,6 gånger nominell fältspänning. Strömriktaren dimensioneras för att klara den kontinuerliga fältström som erfordras för märklast och garanterade överlaster på maskinen. Dessutom skall den kortvarigt kunna leverera den forceringsström som erhålls vid toppspänning enligt ovan. Normal forceringstid är 5-10 sekunder.
För att erhålla högre tillgänglighet kan magnetiseringsutrustningen förses med redundanta strömriktarbryggor. Redundansen utförs antingen som som ett 1+1 system där en brygga är inkopplad och den andra ligger driftklar för omedelbar inkoppling eller som ett n-1 system där minst tre bryggor ingår varav en kan kopplas bort. Vid 1+1 system är varje brygga dimensionerad för märklast och vid n-1 är bryggorna dimensio nerade för märklast med en brygga bortkopplad."


Lite fikonspråk kanske, men förhoppningsvis av intresse...

Bifogar ett blockschema för ovanstående text.

Ha det gott!
/P

[ollebolle]

Wetternisse heter det väl! Han säger så här:

PowerMizer, om det du säger är sant så skulle jag inte våga segla. Jag skulle få 4 ggr så mycket energi av dubbla segelytan och 8 ggr med dubbla  vindhastigheten. Det skulle det göra 32 ggr så kraftigt. Någonstans är det fel.

Formeln har diametern i kvadrat vilket ju blir svepta ytan. Alltså inte ytan i kvadrat. Och energin är i kvadratiskt förhållande till vindhastigheten. Men det räcker för att det ska bli kraftigt i stag och mast.

Dubbel yta och vind ger alltså 8 ggr så stor energi. Inte skit heller.

[eka]

Jo det liknar vad jag tänkte på. Men med extra lullull som inte behövs när man skall generera 24V till ett batteri och inte kraftnät.
Det jag var inne på när jag skrev om tyristorer var att man kan vänta med tillslaget till magnitiseringen tills snurran fått lagom fart. Även att vid låga varvtal se till att man i alla fall fick ut något litet utan att överlasta. Det går nog även att lösa med reläer men de kräver lite kraft även dessa.
Som du säger "KISS" Din lösning håller bra.

Räknade oxo på Zigges svar #20 och får samma resultat om man gissar på 50% verkningsgrad inget orimligt.
Olle du kan inte omvandla effekten från motorn direkt till segelyta. Du har så mycket förluster innan motorn faktiskt driver båten frammåt. Sedan kan propellerstigningen(utväxlingen) slutligen göra att båten inte går fortare vid maxvarv trotts att du inte tar ut all effekt.

[ollebolle]

Nej det blir mycket förlustfel här. I flera led - men en bra grund tycker jag det bör vara. Det är bra att ha lite praktiska referenser. Då blir det i alla fall inte tiopotenser fel. Eller tre nollor fel som när journalister skriver om något.

[Zigge]

Verkningsgraden för turbiner man snickrar själv brukar ligga runt 25-35% och jag räknade med 25% i mitt exempel och 60% verkningsgrad för generatorn. Lite blygsamt kanske, men bygger man grejerna själv ska man nog inte vara alltför optimistisk. Att jag räknade på en 3,6-metersturbin, betyder inte att jag kommer att bygga en sådan.

0,5 x luftens densitet i liter/m³  x sveparea² x vindhastighet³ x turbinens verkningsgrad x generatorns verkningsgrad =>
0,5 x 1,2 x 3,6² x 1,8³ x 0,25 x 0,6 = 6,8 watt

Att jämföra en vindsnurra med ett segel är nog inte riktigt rätt. Seglet utgör ju en vägg för vinden och här kommer man nog i närheten av 59% verkningsgrad. Att båten går fortare än vinden är heller inte så konstigt, när båten går snett i förhållande till den. Seglar man snett i förhållande till vinden har man ju alltid vind i seglen, men seglar man i vindriktningen går det ju inte att överskrida vindhastigheten. Vindturbinens blad ligger också snett mot vinden och det är inga problem att få dem att gå 10 ggr vindhastigheten.

Vill man trots allt bygga vindkraftverk för svaga vindar är det stor sveparea som gäller och många turbinblad för bra vridmoment vid låg vind. Man ska heller inte skruva bladen så mycket, eftersom de inte kommer att gå så fort ute vid vingspetsarna.
När det gäller vingspetsarna, kan man klippa dem snett, i alla fall för att minska den turbulens som uppstår just där.

När det gäller bilgeneratorer (växelströmmare) så behöver de ström i batteriet för att börja ladda. När laddningslampan slocknar, då har generatorn tagit över genererar själv sin magnetiseringsström. Försök rulla igång en bil som fått batteriet helt tomt p.g.a. att lyset stått på, så lär man märka att den inte kommer att starta. Den lilla restmagnetism som finns är inte tillräcklig, inte utan att hjälpa upp spänningen med kondensator.

Så där ja, nu har jag också besserwessat lite.  
Har jag fel, får ni gärna rätta mig.

[ollebolle]

Jo det ser nog bra ut från min horisont.

[eka]

Om man då stoppar in en eller två magneter som startmagneter? Då har man kanske det fält man behöver. Generatorn är nu inte magnetfri men de behöver nog inte vara så stora. Jag tänker mig då att generatorn skall gå helt utan last och all den minsta lilla ström som alstras i magnitiseringslinningarna återkopplas. likriktningen kräver sina 2*0.6 V så där kan det bli problem. Används tyristorer så blir det lägre men för att tända dem krävs tillförd energi.

[ollebolle]

Egentligen ser vi seglet som en vinge. Den bukt som på seglet ligger på första tredjedelen liknar sprygelformen på vingens främre del. Den utbuktningens främre del får vinden att gå fortare där då vinden får ta längre väg=blir ett undertryck. Det är det undertrycket som drar båten framåt.

På motsvarande sätt fungerar rotorbladet. På de gamla vindmöllorna satt också segel även om det var mot en ribbad vinge. I sydliga länder har jag sett vindmöllor eller pumpar med endast små spända segel som drivande rotorn utan den ribbade vingen.

Jag kanske får ge mig när det gäller kuben på vinden fast det låter farligt att energin ökar så brant. Kanske ska sluta segla. Vågar inte längre rent teoretiskt. Alla seglare säger att kraften i vinden ökar kvadratiskt men vi tänker kanske inte på energin utan på kraften.

Förlåt att jag blandar in segling i detta - hoppa över mina spekulationer vetja.  

[ollebolle]

Egentligen ser vi seglet som en vinge. Den bukt som på seglet ligger på första tredjedelen liknar sprygelformen på vingens främre del. Den utbuktningens främre del får vinden att gå fortare där då vinden får ta längre väg=blir ett undertryck. Det är det undertrycket som drar båten framåt.

På motsvarande sätt fungerar rotorbladet. På de gamla vindmöllorna satt också segel även om det var mot en ribbad vinge. I sydliga länder har jag sett vindmöllor eller pumpar med endast små spända segel som drivande rotorn utan den ribbade vingen.

Jag kanske får ge mig när det gäller kuben på vinden fast det låter farligt att energin ökar så brant. Kanske ska sluta segla. Vågar inte längre rent teoretiskt. Alla seglare säger att kraften i vinden ökar kvadratiskt men vi tänker kanske inte på energin utan på kraften.

Förlåt att jag blandar in segling i detta - hoppa över mina spekulationer vetja.  

[Bo]

Rörelseenergin i watt är 0,5 gånger massan gånger hastigheten i kvadrat.

Massan blir ju den svepta ytan gånger vindhastigheten.

[Zigge]

Någon sådan formel känner jag inte till, men å andra sidan är det inte mycket jag vet.  

Jag vill nog påstå att enerin i vinden skrivs som:
0,5 x luftens densitet x arean i kvadrat x vindhastigheten i kubik
Brukar det kanske inte hända att masten på segelbåtar bryts av vid mycket kraftig vind? Att inte båten flyger iväg i 300 knop beror väl på båtens egen massa och tröghet i vattnet.

Den kinetiska energin i vatten är betydligt mer imponerande efterson vatten har 850 ggr större densitet än luft och formeln är den samma, men värdet 1,2, för luftens densitet, byts ut mot 1000 när det handlar om vatten.
Vid en vattenhastighet  på 1 m/s är det inte farligt att stå i vatten till midjan, men jag gissar att läget är kritiskt för den som hamnar i vatten som har en hastighet av 3 m/s och vid 7-8 m/s är det väl inget som står emot längre.

[ollebolle]

Arean i kvadrat låter för bra. Ska det inte vara radien eller diametern i kvadrat. Skulle annars bli fyra ggr bättre med dubbel yta. Så bra är det ju inte att öka svepta ytan.

[eka]

Tänkte ge mig med vindenergi för att inte förstöra PowerMizer's tråd men som notorisk "besserwesser" och argumetationsglad pajas kan jag inte låta bli.

Det som tydligen tolkas fel är D^2. vilket är en förenklad ytberäkning.
Om man tänker i bilder. Ytan = längd * bredd, felet blir hörnen i kvadraten där cirkeln inte når.

Vi tar det matematiskt.
Formen för cirkelyta är (pi*r^2)
Denna kan omskrivas till (pi * Diameter ^2 / 4)
Om man säger att (3.14/4) är ungefär 1 så kan man nöja sig med (D^2). Ingen kvadrat av arean alltså.

Formelns resultat bli den totala energi som finns i luftens rörelse.

Det är omöjligt att få ut 100%, då skulle vinden efter turbinen stå stilla och det är ju omöjligt, den måste bort. Å andra sidan blir detta den effekt som trycker på ett stillastående segel. Men rör det sig inte får man inte ut någon energi.

Om man bara tar vindtrycket så kan man maximalt få ut 43.2%
Lägger man där till lyftkraften som fås med vingformen i en propeller ökar värdet till 59.3%
Utifrån detta värde beräknar man sedan turbinens verkningsgrad.

Seglet i sig arbetar något annorlunda vid sidvind . Här drar man nytta av luftens tröghet när den måste vika av från ytan.
Samma avvikning sker på baksidan. Det kan helt enkelt inte bli lufttomt där och resulterar i ett sug. Det är bland annat detta som gör att man kan färdas snett mot vindriktningen.

[eka]

sjutsingen oxo. De där gubbarna i slutet skulle inte kommit med....