Welkom op het forum van startpagina!

Dit forum staat op alleen-lezen. Je kan hier informatie zoeken en oude berichten terugvinden, maar geen nieuwe berichten plaatsen.

Naar overzicht van alle forums
wind-energie.startpagina.nl

Molen configuratie

  • Anonymous avatar

    Gijs

    Waar ik dus mee zit is het volgende.

    Heb dus een molen gebouwd die nu dus op een voorlopige testpaal staat van 3 meter.

    De wiekdiameter is 4,2 meter en de generator is van sew met een vermogen van 3KW een een rpm van 180.

    Ik merk nu dat bij het inschakelen op het net bij wat matige wind, het toerental naar beneden gaat en de molen energie gaat vragen i.p.v leveren. Als ik hem loskoppel loopt het toerental snel op naar waardes ver boven de 200 rpm.(bij harde wind gaat het uiteraard wel goed)

    Wat ik dus vermoed is dat de generator eigenlijk te zwaar is voor deze wiek/configuratie keuze.

    Ik zit er dus aan te denken deze motor te vervangen voor eentje van zo'n 1,5 a 2 KW.

    Ik hoop hiermee te bereiken dat de molen bij een zelfde windsnelheid dan wel vermogen zal gaan leveren. Begrijp dat zijn maximale te leveren vermogen wel minder zal gaan worden.

    Weet echter niet of ik hiermee het gewenste resultaat zal bereiken.

    Mvrgr,

    Gijs

  • Anonymous avatar

    Adriaan Kragten

    Uit je verhaal maak ik op dat je een kortsluitankermotor gebruikt. Dit concept werd in het verleden veel in Denemarken gebruikt maar het heeft een aantal nadelen en één van de nadelen bent u in de praktijk tegen gekomen.

    Een asynchrone motor kan als motor en als generator gebruikt worden. Bij het nominale koppel is de slip tussen het ankertoerental en het toerental van het draaiveld in de stator ongeveer 4 %. Het toerental van het draaiveld wordt bepaald door het aantal polen en is 1500 rpm (voor 50 Hz) voor een 4-polige motor die het meest gangbaar is. Het nominale motortoerental is dan 1440 omw/min en het nominale generatortoerental is dan 1562,5 omw/min. Bij precies 1500 oww/min is het koppel nul (bij verwaarlozing van de lagerwrijving). De koppelkromme is daardoor zeer steil omdat hij over een toerengebied van 122,5 omw/min verloopt van het positieve nominale motorkoppel tot het negatieve nominale generatorkoppel.

    Wanneer er op de statorwikkeling geen spanning staat dan is er alleen een koppel nodig om de lagerwrijving te overwinnen en dat is erg laag. Bij gebruikmaking van een versnellende tandwielkast moet je ook nog het wrijvingskoppel van de tandwielkast overwinnen maar dat kan bij een goede tandwielkast met oliegesmeerde tandwielen nog wel meevallen. Stel nu dat er een toerental gestuurde schakelaar op zit die de generator aan het net koppelt zodra de generator met een toerental van 1500 omw/min draait (uitgaande van een 4-polige motor). De windsnelheid waarbij dit gebeurt noem ik Vcut-in. Zodra de veldwikkeling bekrachtigd wordt, wordt er een draaiveld opgewekt in de stator. Als het anker precies even hard draait als dit draaiveld dan lopen er geen kortsluitstromen in het anker en wordt er ook geen extra koppel gevraagd. Het toerental blijft dan constant. Omdat er verliezen in de statorwikkeling optreden kost het koppelen van het anker aan het net wel een beetje vermogen.

    Echter, zodra de windsnelheid iets lager wordt dan Vcut-in, dan daalt het toerental maar bij een lager toerental dan 1500 omw/min gaat de generator als motor werken en dus energie aan het net ontrekken. Omdat de koppelkromme van de motor zo steil is hoeft het toerental maar iets te zakken om al direct een behoorlijk koppel en dus ook een behoorlijk vermogen te vragen. Om dit te voorkomen zou de motor ook weer bij 1500 omw/min uitgeschakeld moeten worden. Het uitschakeltoerental mag echter niet gelijk zijn aan het inschakeltoerental omdat het systeem dan bij lage windsnelheden constant staat te schakelen.

    Stel nu dat we inschakelen bij 1562,5 omw/min en uitschakelen bij 1500 omw/min. Dit heeft weer als bezwaar dat er na het inschakelen meteen het nominale generatorkoppel gevraagd wordt wat een dreun geeft in de transmissie. Ook kan de molen dit koppel niet leveren als hij bijna onbelast draait. Het gevolg is dat het toerental direct na het inschakelen meteen weer zakt. De Vcut-in is een factor 1,04 hoger dan de Vcut-out. Daardoor zal het systeem nog steeds erg gevoelig zijn voor geringe variaties van de windsnelheid en daardoor vaak in- en uitschakelen. Om de koppelstoten te verminderen kun je ook voor een lager inschakeltoerental kiezen, bijvoorbeeld 1530 omw/min. Maar hierbij is de factor nog maar 1,02 het wordt het systeem nog veel gevoeliger voor windsnelheidsvariaties. Ook is een zeer nauwkeurige schakelaar nodig.

    Dit probleem werd in het verleden, naar ik me meen te herinneren, opgelost door de windsnelheid te meten en te middelen over 10 minuten. Er werd alleen ingeschakeld als het 10-minutengemiddelde boven een bepaalde waarde lag zodat er veel minder kans was dat de generator na het inschakelen niet meteen weer uitschakelde. Dus zonder een nauwkeurige in- en uitschakelaar en zonder windsnelheidsmeting werk dit systeem niet bevredigend.

    Als je een kleinere motor gebruikt is het probleem van de koppelstoten wel minder erg. Echter, als de molen geen aerodynamische beveiliging heeft, dan moet de generator een maximum koppelniveau hebben dat zo hoog is dat de generator het toerental bij elke windsnelheid kan begrenzen. Ook al overtrekt de rotor bij hoge windsnelheiden en bijna constant toerental, dan nog is een grote generator nodig. Dus verkleining van de generator geeft weer andere problemen.

  • Anonymous avatar

    Gijs

    Hallo,

    Zeer verhelderend verhaal van je.

    Een paar dingen begrijp ik echter misschien niet zo goed.

    Allereerst de aerodynamische beveiliging.

    Heb m'n molen zo gebouwd dat bij een eventuele net uitval een ups noodstroomsysteem de stuurspanning nog even tijdelijk overneemt en hij dan de wieken d.m.v een servomotor in de vaanstand kan zetten. Als dit niet functioneerd zitten er in de kop van de molen centrifugaalgewichten die er voor zorgen dat hij maar een bepaald maximaal toerental kan bereiken omdat dan de wieken open gaan.

    Dan het overtrekken van de rotor. Bedoel jij hiermee dat de wieken zo hard willen gaan draaien dat de generator het niet meer bij kan houden ? Beteken dat dan dat de generator over z'n maximale te leveren vermogen gaat ?

  • Anonymous avatar

    Adriaan Kragten

    De eerste Deense molens hadden gewoon vaste wieken en geen bladverstelling of draaibare tippen. Deze rotoren hadden een tamelijk hoge ontwerpsnellopendheid van ongeveer 8. Een dergelijke rotor heeft een Cq-lambda kromme die bij lage waarde van lambda (de snellopendheid ofte wel de verhouding tussen de tipsnelheid en de ongestoorde windsnelheid) eerst een stuk erg laag ligt. Pas bij ongeveer 3 begint hij te stijgen en het maximum ligt ongeveer bij 6,5. De onbelaste lambda is ongeveer 13. De Cq-lambda kromme ligt bij lage waarden van lambda erg laag omdat het profiel dan onder zeer grote hoeken aangestroomd wordt. Deze hoeken zijn zo groot dat de liftcoefficient veel kleiner is dan de maximale waarde die optreedt bij een hoek van ongeveer 15° (afhankelijk van het type profiel). De weerstandscoefficient wordt ook erg hoog bij grote aanstroomhoeken. Dit noemt men overtrekken. De grote weerstand van het profiel bij grote hoeken helpt om het op hol slaan van de rotor te voorkomen.

    Wanneer je met behulp van de Cq-lambda krommen de echte koppel-toerenkrommen ofte wel Q-n krommen voor diverse windsnelheden samensteltk, dan liggen deze Q-n krommen bij lage toerentallen ook erg laag hoewel ze wel steeds hoger liggen naarmate de windsnelheid hoger is. Wanneer een dergelijke molen met een kortsluitankermotor, die een erg steile koppeltoerenkromme heeft, aan het net gekoppeld wordt dan blijft het toerental van de rotor boven de Vcut-in bijna constant. Dit houdt in dat de werkelijke lambda daalt bij toenemende windsnelheid. Bij een bepaalde windsnelheid komt het snijpunt tussen de koppeltoerenkromme van de generator en de Q-n kromme van de rotor links van het maximum te liggen. Als de de windsnelheid dan nog verder toeneemt dan stijgt het rotorkoppel maar beperkt omdat de toename die het gevolg is van V^2 bijna geheel gecompenseerd wordt door de afname van de Cq. De generator moet wel zo zwaar zijn dat hij het koppel dat de rotor bij lage toerentallen maar bij zeer hoge windsnelheden levert, altijd kan opnemen.

    Een nadeel van deze constructie is dat de rotor op hol slaat als de generator doorbrandt, als het net uitvalt of als er een tand in de tandwilekast afbreekt. Latere typen Deense molens werden daarom uitgevoerd met verdraaibare tippen die tijdens het normale functioneren echter niet verdraaiden. Alleen als er iets fout ging dan verdaaiden ze in één keer naar een remstand en dit werd gestuurd door de centrifugaalkracht in de tippen. De molen moest dan met een mechanische rem stilgezet worden totdat het probleem verholpen was.

    Een ander nadeel van dit soort molens is dat er maar één windsnelheid is waarbij de rotor bij zijn optimale snellopendheid draait. Dit noemt men de design windsnelheid of Vd. Bij lagere windsnelheden dan Vd draait de rotor bij een hogere lambda en bij hogere windsnelheden dan Vd bij een lager lambda. Alleen bij Vd draait de rotor dus bij zijn ontwerplambda en heeft daarvoor de maximale vermogenscoefficient Cp. Moderne windmolens draaien bij variabel toerental en worden zodanig belast dat de rotor bij elke windsnelheid, onder de windsnelheid waarbij het vermogen begrensd wordt, nagenoeg de maximale Cp levert.

    Een ander nadeel van de direct gekoppelde asynchrone motor is dat er in het normale werkingsgebied van de rotor maar een gering toerenvariatie is. Deze toerenvariatie is te klein om een bladverstelmechanisme aan te sturen waarbij de bladstand al in het normale werkingsgebied geregeld wordt. Sommige molens waaronder ook de eerste driebladige Lagerwey maakten voor het aanstruren van de bladverstelling daarom niet gebruik van toerenvariatie maar van variatie in de axiale kracht of thrust. Maar dit had weer als nadeel dat het toerental behoorlijk hoog kon oplopen als de belasting wegviel.

    Jouw molen heeft wel bladverstelling en kan dus het toerental van de rotor bij hoge windsnelheden begrezen. Een voorwaarde voor een betrouwbaar systeem is wel dat het onder alle omstandigheden, dus ook als de stroom uitvalt, automatisch functioneert.

  • Anonymous avatar

    Adriaan Kragten

    Nog even een verdere toelichting.

    De Q-n kromme van een kortsluitankermotor is alleen een ongeveer rechte lijn tussen 0 en 4 % slip, d.w.z. tussen 1440 rpm en 1500 rpm als motor en tussen 1500 rpm en 1562,5 rpm als generator. Bij meer slip neemt het koppel minder sterk toe en bereikt een maximum van ongeveer twee maal het nominale koppel bij ongeveer 12 % slip. Dit is dus 1320 rpm bij gebruik als motor en 1704,5 rpm bij gebruik als generator. Bij nog meer slip daalt het koppel weer. Bij 4 % slip, dus bij het nominale koppel, heeft de generator nog een goed rendement van tussen de 65 % en 85 % afhankelijk van de bouwgrootte maar bij meer slip neemt het rendement snel af en bij het maximum koppel is het rendement al zo slecht dat de generator doorbrandt als hij daar langere tijd op gebruikt wordt.

    Als je de Q-n krommen van de rotor voor oplopende windsnelheid afleidt uit de Cq-lambda kromme, dan blijken deze evenredig met het toerental naar rechts te schuiven maar kwadratisch met het toerental omhoog. Wanneer je de Q-n krommen van de rotor in dezelfde grafiek tekent als de Q-n kromme van de generator, dan is er altijd een windsnelheid te vinden waarvoor de Q-n kromme van de rotor raakt aan die van de generator. Deze windsnelheid mag niet hoger zijn dan de windsnelheid die op de plaats waar de windmolen staat ooit voor kan komen. In Nederland moet je wel met 35 m/s rekenen. Als je de generator te klein kiest en deze windsnelheid ligt bijvoorbeeld bij 20 m/s, dan vindt je voor hogere windsnelheden geen snijpunt meer tussen de Q-n kromme van de rotor en die van de generator. De rotor slaat dan op hol en gaat draaien met de onbelaste lambda(tenminste als de rotor geen aerodynamische beveiliging heeft). De meeste rotoren kunnen daar bij zeer hoge windsnelheden niet tegen en bezwijken. De generator zal ook heel snel doorbranden waardoor je zelfs als de windsnelheid weer afneemt de molen niet meer kunt belasten.

    Overtrekken is dus een begrip wat slaat op de rotor wanneer die draait bij een lambda die zo laag is dat de aanstroomhoeken groter worden dan ongeveer 15° en dit moet je niet verwarren met het overbelasten van de generator want als dat gebeurt gaat de rotor zeer hard draaien en worden de aanstroomhoeken juist zeer klein.

  • Anonymous avatar

    Gijs

    Zou het mogelijk zijn om op de uitgaande as van de kortsluitankermotor die ik nu gebruik een kleine axiaal pemanent magneet generator te monteren die bestand is tegen zo'n 1600 omw/min.

    Zou dan in het windbereik waarbij het toerental van de generator nog onder de 1500 omw zit, en waarbij nog geen energie wordt opgewekt, toch nog energie kunnen gaan generen maar dan alleen met de PMG. wordt dan de windsnelheid hoger dan gaat hij gewoon weer verder in combinatie met de asynchroon generator.

  • Anonymous avatar

    Adriaan Kragten

    Of dit gaat hangt af van de koppeltoerenkromme van de PM-generator en die hangt weer af van de generatorgrootte en van het type belasting. Het functioneert alleen als de koppeltoerenkromme van de PM-generator veel vlakker is dan die van de kortsluitankermotor. Als de koppeltoerenkromme van de PM-generator ook steil is dan remt hij de molen zo sterk af dat het toerental waarbij de kortsluitankermotor inschakelt niet, of alleen bij hoge windsnelheden, bereikt wordt. De totale koppeltoerenkromme van beide generatoren is gewoon de som van beide krommen. Er zal een sterke knik in de totale koppeltoerenkromme zitten bij het toerental waarbij de kortsluitankermotor inschakelt.

    Echter, je houdt nog steeds het probleem van koppelstoten als je de kortsluitankermotor inschakelt bij een toerental dat hoger ligt dan 1500 rpm. Je houdt ook nog steeds het probleem dat de kortsluitankermotor als motor gaat werken als je hem uitschakelt bij een toerental dat lager ligt dan 1500 rpm. Ik zie dus niet dat je er wat mee opschiet door nog een extra PM-generator op de uitgaande as van de kortsluitankermotor aan te brengen. Je ontkomt er niet aan dat je de kortsluitankermotor zeer nauwkeurig moet in- en uitschakelen bij toerentallen die vlak bij elkaar liggen.

    Waar je wel wat mee op zou schieten is om de hele kortsluitankermotor weg te laten en het gehele vermogen door een PM-generator te laten opnemen maar hoe je de zaak dan aan het net moet koppelen is dan weer een heel ander verhaal. Daar heb je een netgekoppelde inverter voor nodig en daar is niet echt veel aanbod in en als je er al één kunt vinden die het maximum vermogen van jouw molen aan kan dan zal hij bijzonder prijzig zijn. Bij een 3-fasen PM-generator met een 3-fasen gelijkrichter zorgt de gelijkrichter er voor dat er geen stroom terug kan lopen als de generator onder de inschakelspanning draait. Als je een gelijkstroommotor als generator gebruikt dan moet er een diode in één van de leidingen zitten om dit te voorkomen.

  • Anonymous avatar

    Adriaan Kragten

    Je zou ook kunnen overwegen om ergens in de transmissie een éénrichtingskoppeling op te nemen zodat de windmolenrotor wel de generator aan kan drijven maar de generator niet de windmolenrotor. Een nadeel hiervan is wel dat onder een bepaalde windsnelheid de motor onbelast blijft draaien en daarom toch nog een beperkt vermogen opneemt (voor de lagerwrijving, de motorventilator en de magnetische verliezen in het statorblik) maar dit is veel minder dan wanneer hij de rotor moet aandrijven. Wanneer dit onbelast draaien van de motor een bepaalde tijd geduurd heeft dan kun je de motor alsnog elektrisch loskoppelen van het net. Hij gaat dan weer, maar nu langzamer, meedraaien met de rotor totdat hij bij toenemende windsnelheid weer opnieuw het inschakeltoerental bereikt waarvoor je nu wel precies 1500 rpm kunt kiezen. In dit geval heb je geen koppelstoot.

    Een punt waar we het nog niet over gehad hebben is of dit eigenlijk wel mag wat je aan het doen bent. Als het net uitvalt dan wil de ektriciteitsmaatschappij dat er niemand energie aan het net gaat leveren omdat ze er anders niet aan kunnen werken. Ik denk dat jouw molen niet groot genoeg is om een spanning te handhaven bij uitgevallen net, ook omdat een kortsluitankermotor niet zonder meer zelfopwekkend is maar je zou toch goed moeten weten wat er gebeurt als het net uitvalt. Je zou er eigenlijk voor moeten zorgen dat de verbinding met de generator in dat geval automatisch verbroken wordt. Maar omdat de rotor dan onbelast gaat draaien moet je weer voorkomen dat hij op hol slaat.

  • Anonymous avatar

    Gijs

    Ik bewaak continu de drie fases van m`n net.

    Als er een spanningsuitval zou zijn dan neemt direkt, zonder stuurspanningsuitval een ups de regeling (plc) voor een korte tijd over.

    Op dat moment worden de wieken d.m.v een servomotor open gestuurd en de molen wordt 90 graden uit de wind gestuurd.

    Ook wordt direkt de generator los van het net gekoppeld.

    Heb inmiddels een andere generator op de molen gebouwd (1,5KW i.p.v. 3KW) .

    Deze draait bij 1500 omw, zo`n 170 omw van de rotor.

    Merk dat hij nu bij het inschakelen niet meer zo'n toerental terugval heeft.

    De wind is helaas wat gaan liggen dus kan het nog niet helemaal optimaal testen.

    Merk wel dat het aan het net koppelen erg nauwkeurig gedaan moet worden.

    Maar heb inmiddels m`n tacho anders ingesteld (inschakelen 1540 omw, uitschakelen 1495omw) en merk dat het nu al veel beter gaat.

  • Anonymous avatar

    Adriaan Kragten

    Hij lijkt mij dat je inderdaad de nodige voorzieningen hebt aangebracht om het systeem goed te kunnen laten werken. Maar als er netuitval is waar haal je dan de energie vandaan om je upc aan de praat te houden en de motor aan te drijven die de bladverstelling bedient? Heb je daar een accubuffer voor of wekt de molen deze energie zelf op?