Windgenerator (ontwikkeling & bouw van wind-genset)

[midwoud1]

Nog een paar windturbines met aktieve bladverstelling van de internationale ontwerpwedstrijd.

Screen Shot 03-06-16 at 07.40 PM.JPG

[Adriaan Kragten]

Ik heb het artikel over de ontwerpwedstrijd in Windnieuws gelezen en het is leuk dat studenten hiermee bezig zijn. Maar het is heel wat anders studenten de vrije hand te laten om iets leuks te ontwerpen dan om een molen te ontwikkelen die in ontwikkelingslanden gemaakt kan worden. Wat dat betreft spreekt mij het concept van het team uit Bremerhaven het meeste aan. Alleen is op de foto in het artikel te zien dat zij een profiel met een zeer grote welving gebruikt hebben en een dergelijk profiel heeft veel te veel weerstand voor een snellopende rotor. Ik heb al een brief geschreven aan de auteur van het artikel waarin ik op mijn rapport KD 398 gewezen heb waarin aerodynamische en geometrische gegevens staan van gewelfde plaat profielen voor drie verschillende welvingen. Daaruit blijkt dat alleen voor de kleinste welving van 7,14 % een Cd/Cl verhouding van 0,04 gehaald kan worden. Uit de grafieken in hoofdstuk 4.3 van mijn rapport KD 35 blijkt dat de Cd/Cl verhouding niet groter mag zijn dan ongeveer 0,04 als je voor een snellopende rotor nog een redelijke Cp wilt hebben. Het verbaast me dus niets dat zij voor deze rotor maar een maximum vermogen van 40 W gemeten hebben.

Ik heb in 1978 in dezelfde windtunnel metingen uitgevoerd aan een snellopende 2-bladige rotor van 1.8 m diameter met RVS bladen met verlopende koorde die voorzien waren van een verlopend gewelfde plaat profiel. Deze rotor haalde een maximum Cp van meer dan 0,4 bij een snellopendheid van 6. De metingen staan in rapport R343D van de voormalige Wind Energie Groep van de TU-Eindhoven. Deze rotor wekte bij een tunnelsnelheid van 11 m/s meer dan 800 W op.

[m.bouwer]

Dat is precies wat wij graag willen dat het hier in dit topic over gaat:
Het bouwen van leuke energieleverende molenontwerpen.

Vanavond de voet voor het proefopstellings-statief in elkaar gelast.

[Adriaan Kragten]

Ik heb aan rapport KD 607, waarin de axial flux generator voor de VIRYA-2.2 beschreven wordt, een nieuw hoofdstuk 9 toegevoegd met een alternatief waarvoor de stalen statorschijf vervangen wordt door een kunststof statorschijf. Dit is hetzelfde idee als ook in KD 608 wordt toegepast voor de 8-polige VIRYA-1 generator. In de statorschijf wordt dan geen warmte ontwikkeld. Het magnetisch veld wordt bij een kunststof statorschijf ongeveer een factor 0,7 minder sterk maar dit effect kan gedeeltelijk gecompenseerd worden door spoelen zonder flenzen te gebruiken. Daardoor kan er meer koper in de beschikbare ruimte ondergebracht worden waardoor de generator misschien toch nog sterk genoeg is. Alleen metingen aan een prototype kunnen uitwijzen of dit voor de gebruikte magneten toegestaan is. Voor zwaardere magneten is niet genoeg plaats en de magneetkosten zouden bij zwaardere magneten ook behoorlijk wat hoger worden.

[m.bouwer]

Als je wilt kunnen we je een stalen magneetplaat volgens KD 608 tek.nr. 1603-01 toesturen om op je naaf van de mountainbike te monteren.

[m.bouwer]

Nu eerst als statief en later op de mast gemonteerd.

[Adriaan Kragten]

Als je wilt kunnen we je een stalen magneetplaat volgens KD 608 tek.nr. 1603-01 toesturen om op je naaf van de mountainbike te monteren.

Ik zie het niet als een probleem om zelf een aantal van de juiste magneten te bestellen maar ik kan alleen iets testen als ik ook de stator maak. Behalve de achthoekinge ankerplaat heb ik dan ook de zeshoekige kunststof statorplaat nodig en zes spoelkernen. Beide platen zou ik eventueel nog zelf kunnen zagen maar voor de spoelkernen is een draaibank nodig.

[m.bouwer]

We hebben hier allerlei hulpmateriaal om spoeltjes te maken. Vaak wordt een schroeftol als aandrijving gebruikt.
De spoeltjes worden dan ingebed in polyester o.i.d. Zie jij voordelen om spoelkerntjes te gebruiken?

[m.bouwer]

Hoofdas. 2 bevestigingspunten voor de stator zichtbaar.

[m.bouwer]

Hoofdas op het statief gemonteerd (voorlopig zonder kruilager)

[m.bouwer]

Naaf met bevestigingsgaten voor de magnetenschijf en wiekophanging.

[Adriaan Kragten]

We hebben hier allerlei hulpmateriaal om spoeltjes te maken. Vaak wordt een schroeftol als aandrijving gebruikt.
De spoeltjes worden dan ingebed in polyester o.i.d. Zie jij voordelen om spoelkerntjes te gebruiken?

Het ingieten van de spoelen in epoxy of polyester is een optie. Bij het generatortype zoals dat door Hugh Piggott ontwikkeld is, wordt dat zo gedaan maar ik vind het een heel gedoe. Een probleem is dat een spoel zonder kern met flenzen zich na het wikkelen wil ontrollen en dat je de spoelen niet nauwkeurig op de juiste plaats krijgt omdat ze zo maar los in de gietmal liggen. Ik heb voor mijn type axial flux generatoren gekozen voor losse spoelen die om een kern met flenzen gewikkeld worden waardoor de spoel intact blijft als je hem van de wikkeldoorn af haalt. Door de centrale bevestigingsschroef wordt de spoel nauwkeurig gepositioneerd op de statorschijf. Doordat de spoel rond is hoef je hem ook niet in een bepaalde stand te zetten.

Wat ook een punt is, is dat je bij een 3-fasenwikkeling wilt dat de spanning na gelijkrichting zo goed mogelijk constant is. In dit geval wordt een accu niet met een hoge frequentie geladen en ontladen als er gelijktijdig met het laden een belasting aangesloten is. Het met een hoge frequentie laden en opladen is ongunstig voor de levensduur van de accu. Als de opgewekte fasenspanning sinusvormig is dan zit er maar een kleine rimpel op de gelijkgerichte spanning (zie rapport KD 340). De opgewekte fasenspanning is sinusvormig als de fluxverandering door de linker- en de rechterkant van een spoel sinusvormig is. Wanneer je bij een axial flux generator magneten langs spoelen trekt dan is de fluxverandering niet sinusvormig. Wanneer rechthoekige magneten gebruikt worden en wanneer de zijkanten van de spoelen radiaal lopen, dan is het zelfs zo dat de opgewekte spanning in de linker- en de rechterkant van de spoel bijna constant is zolang de draden door de magneten overlapt worden. De spanningsvariatie in één fase is dan ongeveer blokvormig. Wanneer de drie blokvormige spanningen van de drie fasen door de gelijkrichter bij elkaar opgeteld worden dan krijg je grote pieken in de gelijkgerichte spanning als de afstand tussen de magneten kleiner of groter is dan de helft van de magneetbreedte.

In mijn eerste typen axial flux generatoren heb ik goedkope vierkante magneten gebruikt en dit effect kan dan optreden. In de latere typen heb ik ronde magneten gebruikt omdat ik inmiddels een leverancier gevonden heb die goedkope ronde magneten levert. Bij ronde magneten en ronde spoelen verandert de flux door de linker en de rechterkant van een spoel veel gelijkmatiger omdat het deel van de magneet dat een spoelzijde overlapt, steeds kleiner wordt naarmate de spoelzijde meer aan de kant van een magneet komt. Ik denk dan ook dat hierdoor de spanningsvorm van de fasenspanning veel meer op een sinus lijkt dan bij rechthoekige magneten en bij spoelen waarvan de zijkanten radiaal lopen. Ik heb nergens in wat ik op het internet over axial flux generatoren gelezen heb iets gevonden over dit onderwerp. Ik heb wel ergens een plaatje gezien van de gelijkgerichte spanning op een scoop en daarop zag je dat er grote blokvormige pieken in de DC spanning zaten.

Bij gebruikelijke axial flux generatoren steekt de flux recht over van de magneet in de voorste ankerschijf naar de magneet in de achterste ankerschijf of zoals in mijn generatoren, naar de stilstaande stalen statorschijf. Het nieuwe generatortype met een kunststof statorschijf, zoals dat in de 8-polige generator van de VIRYA-1 wordt toegepast, heeft magneetlussen van 180 graden. Ik denk dat door deze magneetlussen de spanningsvorm van de fasenspanning ongeveer sinusvormig varieert en dat het voor de spanningsvorm niet veel uitmaakt hoe ver de magneten uit elkaar staan. Het is wel zo dat de luchtspleet langer wordt naarmate de magneten verder uit elkaar staan. Om niet al te veel afname van het veld vanwege de grote luchtspleet te krijgen, moeten de magneten daarom dik zijn en niet te ver van elkaar af staan. Omdat dit type axial flux generator nog nooit gebouwd is, overweeg ik toch om zelf een set magneten te kopen en een prototype te maken en door te meten maar dat kan toch nog wel even duren.

[m.bouwer]

Het is daarom dat we een proefopstelling willen.
Je kunt dan spelen met magneten aantal en soort, spoelen, toerental enz.

[Adriaan Kragten]

Het is daarom dat we een proefopstelling willen.
Je kunt dan spelen met magneten aantal en soort, spoelen, toerental enz.

Als je een proefopstelling wilt maken dan heeft die volgens mij alleen echt zin als je het toerental en het koppel kunt meten. Alleen dan kun je het mechanisch toegevoerde vermogen en het rendement meten. De Pmech-n kromme heb je nodig om de matching met de windmolenrotor te controleren. Meting van het toerental is eenvoudig met een lasertoerenteller. Het koppel is redelijk eenvoudig te bepalen als je de generator kunt ophangen aan zijn eigen as als de as draait of aan het huis als het huis draait en als je een nauwkeurige weegschaal hebt. Het meten van het geleverde elektrische vermogen na de gelijkrichter is niet moeilijk als je twee universeelmeters hebt, één voor de stroom en één voor de spanning. De meter waarmee je de stroom meet moet minimaal 10 A kunnen meten. De opstelling waarmee ik de Chinese generator hebt doorgemeten wordt beschreven in rapport KD 595 en er staat ook een foto van deze opstelling in dit rapport. Ik heb voor de aandrijving gebruik gemaakt van een gelijkstroom PM-motor en een kettingvertraging maar dat maakt bij hoge toerentallen een hoop lawaai en het vet van de ketting vliegt in het rond. Het is beter om een zwaardere maar ook duurdere PM-gelijkstroommotor te gebruiken waar de generator direct drive aan bevestigd kan worden. Je kunt ook een asynchrone motor gebruiken als je daar een elektronische toerenregeling voor hebt.

[m.bouwer]

Zijn hier op het forum elektrotechniekers met interesse voor windenergie voor wie het generatorontwerp binnen hun kennisgebied valt?
Of kennen jullie zo iemand?