Svenska ElektronikForumet

Jag och en grupp studenter håller för närvarande på med ett projektarbete där vi ska tillverka en stirlingmotor och därefter generera ström till elnätet. Detta innebär stora problem för oss genom att DC-spänningen från stirlingmotorns generator blir så låg i förhållande till vad en inverter för inkopplning till elnätet kräver. Har sökt länge nu, men kan enbart hitta en inverter som kostar runt 18000, men uppfyller kraven, WINDY BOY 1100LV. http://www.sma.de/en/products/wind-ener ... rters.html
Billigare inverterare verkar också behöva en högre DC-inspänning.

Har ni några förslag hur man skulle kunna öka spänningen från generator till inverter? Viktigt att veta är att spänningen generator ger, som troligtvis blir en 24 volts likströmgenerator, kommer att variera kraftigt då solljuset också varierar. Generatorn är också tänkt att användas som startmotor för att ge stirlingmotorn en liten knuff så att den snurrar igång.
Nedan finns en liten fundering på hur det ska kopplas in. Bildens inverter är den för 18000:- Tanken är att generatorn ska styras av en IMSE-box, (men detta ligger inte på denna gruppens bord.)
Tacksam för svar!
MVH Håkan

Du har ritat in ett batteri mellan generator och inverter, då kan ju inte spänningen variera så särskilt mycket. Borde funka fint med en inverter för 24 V. Sedan kommer nästa problem att utspänningen måste vara i fas med nätspänningen. Då låter den du hittat för 18k billig som fixar allt detta.

Om det är en generator med inbyggd laddningsregulator så kommer den att ladda batteriet eller inte, lite förenklat uttryckt.
Om den inte laddar batteriet så har den ingen last och kommer att snurra fortare tills den börjar att ladda batteriet och då kommer det en last så att varvtalet kommer vara konstant (nästan) men belastningen på er motor kommer att variera.
Om ni stoppar in en "step-up" omvandlare innan batteriet så kan ni hamna i läget att det aldrig startar för att step-up regulatorn lastar så hårt att motorns vridmoment inte räcker till.
Dubbla reglerloopar är svårare att styra/kontrollera relativt en enkel reglerloop.

Tack för svaren!

@limpan4all: En inbyggd laddningsregulator i generatorn verkar smart, svårigheterna blir troligtvis att hitta en generator som passar in till stirlingmotorn för att den ska kunna gå på ett effektivt varvtal, men ändå generera den spänning som behövs för att ladda batteriet. Vi vet heller inte vad denna stirlingmotor kommer att ge för vridmoment förrän den är byggd. Skulle man kanske klara sig utan batteriet? Hur fungerar denna "step-up"-omvandlare? Blir det stora förluster?


@peter555: De inverterare vi tittat på uppfyller alla de krav för att få användas till att skicka ström till elnätet med avseende på fas, "finhet" på strömmen och nån sorts CE-märkning, och vi har hittat billigare inverterare för en kostnad på 4k, men då med inspänningen 75V DC och uppåt. Problemet vi har är väl egentligen att kunna "tranformera" upp spänningen samtidigt som vi vill behålla DC-generatorn för att slippa annat krångel. En tanke vi hade var enligt bilden nedan med en växelströmsmotor istället. Då skulle kostaden gå ner betydligt på invertern, men det krävs många mellansteg. Solcellerna är tänkt att användas för att "boosta" upp spänningen. Finns det inverterare som har 24 V inspänning och är godkända för att kopplas till elnätet för "elförsäljning"?

DC-generator är ju väldigt ineffektivt. Det finns en anledning att dom flesta generatorer är trefas växelström. Kolla tex hur en bilgenerator är konstruerad. Obelastad så ska dom ge över 50V om dom inte reguleras, dom bör gå att linda om om man vill ha andra spänningar.

På 24volt.eu så visar dom hur man själv bygger en generator som fungerar vid låga varvtal.

Tar inte en sterlingmotor och kör en kolv in och ut(du fattar)
Borde inte den rörelsen genom ett magnetfält räcka för att generera ström utan att ansluta den till en roterande genrator?

Att switcha upp spänningen till 220 volt är nästan en utmaning större än att bygga en soldriven sterlingmotor.
Alternativet annars är att försöka få sterlingomotrn att gå med konstant varvtal, driva en 220 generator och synka in sig korrekt på nätet.
Tror det blir svårt att använda "standardprodukter". Verkningsgraden kommer i inte att bli bra.

Men jag är spänd på att se hur det går.
När får vi se bilder?

Varför slösa pengar på en inverter som går att nätansluta?
Det kostar ändå bara en massa tid och pengar att få tillstånd, elmätare, säkerhetselektronik m.m.
Även om ni kör hela grejen fristående och bara driver en glödlampa eller nått annat med en vanlig billig 12-220v inverter med fyrkantvåg så ser man ju principen.
Och så sparar ni måååånga sköna slantar.

Hur stor (i fysiska mått) är en soldriven sterlingmotor som kan utföra lite nyttigt arbete?

Hej Haklid !

Har inte så mycket att tillföra till den tekniska diskutionen för tillfället, men här kommer lite inspiration !!!

Keep up the good work !!

Soldriven Sterling

///Ducke

Det var intressant att läsa kommentarerna där. Filmen gjordes alltså 2003, och de har ännu inte nån vettig kommerisell produkt?

Hej och tack för svaren!

@Dennis_F: En del av själva uppgiften gruppen fick var just att kunna leverera till elnätet. Problemet ligger inte i tillstånd, då vi inte skickar direkt till ett elbolag utan går genom ett företags elnät här på Luleås universitet. Problemen kommer då vi lyckas "vända" deras elmätare, men kan bli lite svårt då de gör av med el för 40k i månaden

Vi har för närvarande fått sponsring för en 4.5m2 parabol med spegelfilm för stirlingmotorns värme, och vi har också fått ett antal solpaneler. Eftersom projektet är tänkt att använda sig av en stirlingmotor och inte behöva förlita sig på solpaneler för el, hade vi huvudsakligen tänkt använda dessa för styrning av parabolen och uppstarten av motorn. (Vi ringde om inverterarsponsring, men fick solpaneler )

Vi känner att många problem skulle lösas om man använde en DC-generator för låga varvtal tillsammans med en laddningsregulator. Det verkar finnas ett fåtal generatorer som kan leverera 12V vid ca 350rpm.

@mrfrenzy: Hur stor och tung skulle denna trefas generator bli? Då vi ska sätta motorn tillsammans med generator framför parabolen krävs en relativt liten storlek och tyngd på denna

@pere76: En egenbyggd linjärgenerator integrerad i stirlingmotorn kom upp på tal ganska tidigt, men stirlingmotorn var tänkt att tillverkas separat från allt annat + att vi i början tänkte att fabrikstillverkade delar borde höja effektiviteten in i inverteraren (?). Bilder får du nog vänta några veckor på, men alla som har vägarna förbi Teknikens Hus om 1,5 månad kan se vår utställning. En websida är också på väg att konstrueras, men ha en del kvar innan den fungerar.

http://stugan.ath.cx

Hur stort det blir beror väl på vilken effekt man väljer, dom har inga direkta måttangivelser på sidan förutom detta för deras 300W vindkraftverk:

Med hjälp av en jigg av plywood var det lätt att placera magneterna på rotorskivorna, som är laserskurna i 8 mm tjockt stål. Diametern på dessa är 300 mm.

Första momentet är att uppskatta hur mycket effekt stirlingmotorn ger när allt är intrimmat, både i avseende total effekt och moment och även dellastkaraktär (när det inte skiner så mycket) - är det bara 45 Watt så kan ni lägga ner projektet då denna effekt kommer gå åt bara för att dra runt alltihop med utväxlingar, remmar, fläktkylning etc.

när det gäller varavtal innan den ger hög spänning nog för laddning så har det ingen betydelse om det är likström eller växelströmsgenerator. Utan det är tillgänglig magnetflöde * area, rotationsvarvtal och antal varv lindning koppartråd som gäller - att man använder växelströmsgeneratorer idag i bilar beror bl.a på att den går att växla upp för högre varvtal vid tomgångsvaravtal och ge hyffsad ström redan där och utan att sprängas när motorn senare gasar på maxvarvtal - vilket var likströmsgeneratorn svaghet, utväxlades lägre och därmed laddade dåligt vid tomgångsskörning.

'en bättre fungerande generatorlösning är det som man har i motorcyklar med permanentmagneter' - men även här står likriktarbryggan och regulatorn för en stor del av totalförlusten.

Sedan skall man inte glömma växelriktarens och ev. stepuppkonverterns verkningsgrad och tomgångsström - bara en enkel 300W sinusväxelriktare för koppling till 12 Volt har 6 Watt tomgångsförbrukning... har du bara 300 W input i mekanisk kraft som bäst så blir det snart inte mycket kvar...

---

Likriktardioder kostar ca 1.4 Volt * ampere = W i förlust, något man slipper med likströmsgenerator - men å andra sidan så är det friktion när borstarna gnider mot kollektorn (gäller iofs. också. växelströmsgeneratorn också för att mata rotorn med magnetiseringsström) .

Matning av fältmagneter på likströmsgeneratorn och rotorn på växelströmsgeneratorn kan stå för 10% av generatorns totala strömproduktion - därför bör man välja PM-generator [1], men startmomentet kan istället vara hög på en sådan innan den börja stega över polerna och snurra (tänk stegmotor - fast i större skala och färre poler).

---

Med andra ord är bilgenerator oavsett sort olämplig referens för effektiv generator då dessa sällan är över 50% verkningsgrad för att de är optimerade för hög ström/effekt på liten storlek samt kunna hantera stor varvtalsdynamik - en bra fungerande generator behöver inga kylflänsar eller fläktar - i allafall inte om den ligger på 97% verkningagrad...

Skall man jaga verkningsgrad så bör man titta på PM-generatorer[1] - helst direktdrivet till aktuell varavtal, använda aktiva likriktare ((FET)transistorer som fungerar som likriktare för lägsta möjliga spänningsfall när det väl skall leda och generöst med koppararea i lindningar på generatorn för att hålla nere Ohmska förluster till uttagen ström.

Men innan man kan titta på passande generator så måste man med bromsbänk kolla hur mycket stirlingmotorn faktiskt kan ge ut i effekt - startmoment, optimal varvtal för högsta uteffekt och _därefter_ börja titta på lämplig passande generator - helst direktkopplat utan varvtalsväxling.



[1]
PM = permanentmagnet

haklid skrev:Hej och tack för svaren!

@Dennis_F: En del av själva uppgiften gruppen fick var just att kunna leverera till elnätet. Problemet ligger inte i tillstånd, då vi inte skickar direkt till ett elbolag utan går genom ett företags elnät här på Luleås universitet. Problemen kommer då vi lyckas "vända" deras elmätare, men kan bli lite svårt då de gör av med el för 40k i månaden

Hmm. Bara så ni vet så får man inte koppla in en ej godkänd generator på elnätet oavsett var på nätet det är.
Även om det är bakom företagets elmätare så är du ju ändå kopplad mot allmänna elnätet. Om elbolaget (eller en elektriker som ska koppla in nått på företaget ni håller till hos) bryter strömmen och er generator fortsätter mata ström så blir det ju inte så roligt för den personen om man nu råkar peta lite på trådarna.
Så tillstånd (och godkända prylar) krävs oavsett vad ni gör om ni inte håller er till ett avskilt elnät som inte är förbundet med det allmänna.

När vi lekte med generatorer på elkraftkursen så varvade vi bara upp tills infasningslamporna slocknade, slog därefter om switchen och vips så var de inkopplade rakt på det allmänna nätet.