Windanlage verliert Drehzahl unter Last

Wissenschaft Physik
1

Hallo und guten Tag,

meine Kollegen und ich (wir alle wenig Ahnung von E-Technik) bauen gerade eine Windenergieversuchsanordnung auf und stossen auf Probleme:

Der 3(oder 2-4-6)-Flügel-Generator (Flügelwinkel ca. 11°) erzeugt lastfrei vor einem Ventilator (als Windsimulator) rund 12V Spannung. Dann schliessen wir einige Verbraucher an (kleines Fzg mit Elektromotor und Lichtanlage mit 2 Glühlampen und 2 Leuchtdioden). Sobald diese der Reihe nach zugeschaltet werden (erst Motor, dann LED, dann Glühlampen), sinkt die Drehzahl des Generators signifikant ab, teilweise kommt der beinahe zum Stillstand, und damit auch die Verbraucher.

Ich tippe auf Selbstinduktion und Gegenspannung, kann das Problem aber nicht lösen.

Was müssen wir beachten/verändern, damit wir eine brauchbare VA erhalten?

Bitte erklärt mir das Phänomen, für Vorschläge bin ich/sind wir dankbar.

Herzlichen Dank,

Harald

2

weniger last
huhu,
interessante sache…

Ich tippe auf Selbstinduktion und Gegenspannung,
kann das
Problem aber nicht lösen.

darauf würde ich auch tippen

Was müssen wir beachten/verändern,
damit wir eine brauchbare
VA erhalten?

ich nehme ganz stark an, dass genau deswegen die windkraft so unwirtschaftlich ist. wenn das nicht so waere, haetten wir ein perpetuum mobile.
sobald man last anhaengt, fliesst strom. da das magnetfeld sich im takt aufbaut und zusammenbricht, ist der gegeninduktion nicht entkommbar.

mfg:smile:
rene

3

Welche Leistungen sind denn beteiligt?
Hi,

Der 3(oder 2-4-6)-Flügel-Generator (Flügelwinkel ca. 11°)
erzeugt lastfrei vor einem Ventilator (als Windsimulator) rund
12V Spannung.

Welche Leistung hat denn der Ventilator? Das wäre dann die absolute Obergrenze dessen, was du als Last abnehmen kannst. Da die Übertragung von Wind mit deutlichen Verlusten anheim geht, nimm mal so max. 30% Wirkungsgrad an (Bauchgefühl, wird wohl eher zu optimistisch sein).

Dann schliessen wir einige Verbraucher an
(kleines Fzg mit Elektromotor und Lichtanlage mit 2 Glühlampen
und 2 Leuchtdioden).

Welche Leistung würde denn benötigt, um diese Verbraucher zu betreiben?

mfg Ulrich

4

Hallo Harald,

wenn Du einen Generator an einem Fahrrad betreibst, wird das Treten auch schwerer wenn ein Verbraucher angeschlossen wird. Wenn es der Verbraucher immer mehr werden, wirst Du irgendwann nicht mehr treten können, weil Du nicht genug Leistung erbringen kannst.

Gandalf

5

Hallo,

Wie dimensioniere ich ein Windrad für folgende gewünschte Parameter:

  • Abzugebende Leistung
  • Spannung
  • durchschnittliche Windgeschwindigkeit
  • zur Verfügung stehende Randbedingungen, Werkstoffe, Generatoren etc.

Die Parameter müssen aufeinander abgestimmt werden. Es ist ja ähnlich, wie wenn man mit einem 200 PS-Auto im 5.Gang anfahren will. Es geht nicht. Das ist ein komplexes Problem, aber hierfür gibt es Literatur und Faustformeln. Es gibt eine optimale Drehzahl, bei der der bewegten Luft die meiste Leistung entnommen wird; es ist wirklich gar nicht so unähnlich wie bei einem Auto.

Als Elektrotechniker kennt man ähnliche Probleme von der Dimensionierung elektrischer Antriebe.

Man steckt möglichst viel der gegebenen Parameter rein, und hinten kommt ein Windrad entsprechender Konstruktion und Größe heraus.

Es gibt ja diverse Typen von Windrädern (mit sehr vielen Flügeln so wie im Westernfilm bis zu nur einem einzigen Flügel), je nach Leistungsentnahme und Drehgeschwindigkeit. Die Drehgeschwindigkeit hängt wiederum von Spannung und Windgeschwindigkeit ab, ich glaube, die vielflügeligen haben ein höheres Drehmoment dafür aber eine kleinere Drehzahl. Ich empfehle die Suche nach entsprechender Literatur, möglicherweise gibt es ja was im Internet.

Gruß
Moriarty

6

Hallo und guten Tag,

meine Kollegen und ich (wir alle wenig Ahnung von E-Technik)
bauen gerade eine Windenergieversuchsanordnung auf und stossen
auf Probleme:

Der 3(oder 2-4-6)-Flügel-Generator (Flügelwinkel ca. 11°)
erzeugt lastfrei vor einem Ventilator (als Windsimulator) rund
12V Spannung.

Da sind wir wohl in einer Leistungsgröße von 1-2 Watt!?

Dann schliessen wir einige Verbraucher an
(kleines Fzg mit Elektromotor und Lichtanlage mit 2 Glühlampen
und 2 Leuchtdioden). Sobald diese der Reihe nach zugeschaltet
werden (erst Motor, dann LED, dann Glühlampen), sinkt die
Drehzahl des Generators signifikant ab, teilweise kommt der
beinahe zum Stillstand, und damit auch die Verbraucher.

Ich tippe auf Selbstinduktion und Gegenspannung, kann das
Problem aber nicht lösen.

Nein.

Was müssen wir beachten/verändern, damit wir eine brauchbare
VA erhalten?

Bitte erklärt mir das Phänomen, für Vorschläge bin ich/sind
wir dankbar.

Es hat den Anschein, dass Du die Anlage überlastest. Da Deine Anlage wohl nicht an einem Netz hängt und auch wohl sonst keine Regelmöglichkeit (Flügelwinkelverstellung) besizt, ist die Drehzahl immer veränderlich weil Erzeugung und Abnahme im Gleichgewicht sein müssen: Leistungsmangel - Drehzahl geht in die Knie, die Verbraucher brennen weniger hell; Leistungsüberschuss - Drehzahl nimmt zu, Verbraucher leuchten stärker. Dieser Selbstregeleffekt wirkt auch bei den elektr. Netzen, nur dass da die Erzeugungsanlagen so schnell vor- und zurückgefahren werden, dass man kaum mal ein Flackern des Lichts merkt.

Kommerzielle Windanlagen hängen am Netz, daher haben sie eine starre Drehzahl: bei Leistungsüberschuss drehen sie nicht schneller, sondern schicken Leistung ins Netz; bei Leistungsmangel (kein Wind) würden sie Leistung dem Netz entnehmen ohne Drehzahlabfall.

Ich schlage vor: Lass die Anlage mit einem kleinen Verbraucher und mittlerer Drehzahl laufen und messe zuerst die elektr. Leistung an dem Dynamo oder dem Verbraucher mittels einem Strom-/Spannungsmesser aus dem Baumarkt. Wenn Du nun den Verbrauch erhöhst, wirst Du feststellen, dass die Spannung abfällt und der Strom zunimmt, die Leistung also im Rahmen der Messungenauigkeit konstant bleibt (denn dein Ventilator bringt Dir ein recht konstantes Leistungsangebot).

7

Hallo,

ich nehme ganz stark an, dass genau deswegen die windkraft so
unwirtschaftlich ist.

Wie kommst Du denn auf den Unfug? Das ist bei jedem Generator so,
egal wie er angetrieben wird.

Gruß

Fritze

8

Wie kommst Du denn auf den Unfug?
Das ist bei jedem Generator
so,
egal wie er angetrieben wird.

hab auch nichts anderes behauptet. aber je dichter die materie, desto groesser die leistung. und wuerdest du wasser, statt wind nehmen, koenntest du mehr leistung abnehmen. das meinte ich nur.

9

Hallo und guten Tag,

meine Kollegen und ich (wir alle wenig Ahnung von E-Technik)
bauen gerade eine Windenergieversuchsanordnung auf und stossen
auf Probleme:

Der 3(oder 2-4-6)-Flügel-Generator (Flügelwinkel ca. 11°)
erzeugt lastfrei vor einem Ventilator (als Windsimulator) rund
12V Spannung.

Da sind wir wohl in einer Leistungsgröße von 1-2 Watt!?

Keine Ahnung. Rechne ich nochmal nach.

Was müssen wir beachten/verändern, damit wir eine brauchbare
VA erhalten?

Bitte erklärt mir das Phänomen, für Vorschläge bin ich/sind
wir dankbar.

Es hat den Anschein, dass Du die Anlage überlastest. Da Deine
Anlage wohl nicht an einem Netz hängt und auch wohl sonst
keine Regelmöglichkeit (Flügelwinkelverstellung) besizt,

Beim Generator können wir die Rotorblätter verstellen, ebenso die Flügelzahl. 11° sind die bisher gemessene Idealneigung für max. U/min.

ist
die Drehzahl immer veränderlich weil Erzeugung und Abnahme im
Gleichgewicht sein müssen: Leistungsmangel - Drehzahl geht in
die Knie, die Verbraucher brennen weniger hell;
Leistungsüberschuss - Drehzahl nimmt zu, Verbraucher leuchten
stärker.

Warum ist das so? Bitte erkläre mir das genauer.

Dieser Selbstregeleffekt wirkt auch bei den elektr.
Netzen, nur dass da die Erzeugungsanlagen so schnell vor- und
zurückgefahren werden, dass man kaum mal ein Flackern des
Lichts merkt.

Kommerzielle Windanlagen hängen am Netz, daher haben sie eine
starre Drehzahl: bei Leistungsüberschuss drehen sie nicht
schneller, sondern schicken Leistung ins Netz; bei
Leistungsmangel (kein Wind) würden sie Leistung dem Netz
entnehmen ohne Drehzahlabfall.

Ich schlage vor: Lass die Anlage mit einem kleinen Verbraucher
und mittlerer Drehzahl laufen und messe zuerst die elektr.
Leistung an dem Dynamo oder dem Verbraucher mittels einem
Strom-/Spannungsmesser aus dem Baumarkt. Wenn Du nun den
Verbrauch erhöhst, wirst Du feststellen, dass die Spannung
abfällt und der Strom zunimmt, die Leistung also im Rahmen der
Messungenauigkeit konstant bleibt (denn dein Ventilator bringt
Dir ein recht konstantes Leistungsangebot).

O.K. werden wir machen, da sollen Schülerversuche draus werden, und die Messreihen sollen von denen nachvollziehbar werden.

Danke,

Harald

10

Hallo,

da habe ich doch noch Fragen:

Der 3(oder 2-4-6)-Flügel-Generator (Flügelwinkel ca. 11°)
erzeugt lastfrei vor einem Ventilator (als Windsimulator) rund
12V Spannung.

Welche Leistung hat denn der Ventilator? Das wäre dann die
absolute Obergrenze dessen, was du als Last abnehmen kannst.
Da die Übertragung von Wind mit deutlichen Verlusten anheim
geht, nimm mal so max. 30% Wirkungsgrad an (Bauchgefühl, wird
wohl eher zu optimistisch sein).

Der Ventilator hat auf höchster Stufe 1300 U/min., ein in 1m Abstand befindlicher Wind-Stromgenerator bei Nulllast max. 900 U/min. Die Leistung müsste ich morgen nochmal nachschauen…

Dann schliessen wir einige Verbraucher an
(kleines Fzg mit Elektromotor und Lichtanlage mit 2 Glühlampen
und 2 Leuchtdioden).

Welche Leistung würde denn benötigt, um diese Verbraucher zu
betreiben?

Wie berechne ich das genau? - Hätte ich letztes Jahrtausend in der Oberstufe genauer aufpassen sollen? *Soifz*

Schönes Wochenende wünscht

Harald

*arbeitend*

11

Hallo Gandalf,

wenn Du einen Generator an einem Fahrrad betreibst, wird das
Treten auch schwerer wenn ein Verbraucher angeschlossen wird.
Wenn es der Verbraucher immer mehr werden, wirst Du irgendwann
nicht mehr treten können, weil Du nicht genug Leistung
erbringen kannst.

Ein schönes Beispiel. Wie sind die physikalischen Prozesse, die dabei im Stromleiter auf den Gnerator rückwirken? Magst mir das erklären?

Schönes Wochenende wünscht

Harald

*immernocharbeitend*

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E-Technik war nie meine Stärke,…
Hallo zurück,

…jedenfalls nicht im letzten Jahrtausend. Aber ich bin ja lernfähig.

Gute Fragen:

Wie dimensioniere ich ein Windrad für folgende gewünschte
Parameter:

  • Abzugebende Leistung

Wie errechne ich die? P= U*I?

  • Spannung
  • durchschnittliche Windgeschwindigkeit

Kann ich beides messen.

  • zur Verfügung stehende Randbedingungen, Werkstoffe,
    Generatoren etc.

Windstille, keine nennenswerten Druck- oder Temperaturschwankungen, fällt mir aber bestimmt noch was zu ein.

Die Parameter müssen aufeinander abgestimmt werden. Es ist ja
ähnlich, wie wenn man mit einem 200 PS-Auto im 5.Gang anfahren
will. Es geht nicht. Das ist ein komplexes Problem, aber
hierfür gibt es Literatur und Faustformeln. Es gibt eine
optimale Drehzahl, bei der der bewegten Luft die meiste
Leistung entnommen wird; es ist wirklich gar nicht so
unähnlich wie bei einem Auto.

O.K.

Als Elektrotechniker kennt man ähnliche Probleme von der
Dimensionierung elektrischer Antriebe.

Man steckt möglichst viel der gegebenen Parameter rein, und
hinten kommt ein Windrad entsprechender Konstruktion und Größe
heraus.

Da hatte ich gehofft, das der Hersteller (Dipl. Ing. und Design-Oskarträger) das entsprechend aufbereitet und durchgemesen hat. Was er aber augenscheinlich nicht hat.

Es gibt ja diverse Typen von Windrädern (mit sehr vielen
Flügeln so wie im Westernfilm bis zu nur einem einzigen
Flügel), je nach Leistungsentnahme und Drehgeschwindigkeit.

Die haben wir, sollen die Kids ja durchtesten (und wir machen dös jetzt, wegen Testphase).

Die Drehgeschwindigkeit hängt wiederum von Spannung und
Windgeschwindigkeit ab, ich glaube, die vielflügeligen haben
ein höheres Drehmoment dafür aber eine kleinere Drehzahl. Ich
empfehle die Suche nach entsprechender Literatur,
möglicherweise gibt es ja was im Internet.

Ich wäre für weiterführende Links sehr dankbar.

Schönes Wochenende,

Harald