Работа генератора на зарядку АКБ

[Александр]

Сообщение от BenGunn

я просто хочу понять, как характеристики генератора будут влиять на КПД

Да очень просто. КПД= 100*Rнагрузки/(Rгенератора+Rнагрузки)
И если у нас 12-ти-вольтовый генератор имеет сопротивление 1 Ом, то чтобы получить КПД в 90 процентов, мы должны грузить его на сопротивление 10 Ом. А вообще-то, для такого низковольтного генератора сопротивление должно быть, как минимум, на порядок меньше. У меня 300-вольтовый генератор имеет сопротивление 2,9 Ома.
Чтобы работать с высокой эффективностью (а только это и имеет смысл), грузить генератор нужно не на равное ему сопротивление, что все пытаются упорно делать, а на сопротивление в восемь, как минимум, раз большее, чем внутреннее генератора. А для этого генератор должен быть соответствующим. Не нужно пытаться нагрузить выше всяких мыслимых пределов не подходящий для этого генератор, а затем удивляться его низкой эффективности.
Выбрасывайте из употребления постулат об условиях передачи максимальной мощности от источника к нагрузке. Этот теоретический постулат неприменим в силовой электротехнике. Он применяется исключительно в высокочастотной технике и имеет тому разумное объяснение. Мало где-то прочитать некую теорию. Нужно её ещё и хорошо понимать, в том числе и границы её применимости. Что же касается генерирующих энергию устройств, то тут никто и никогда не оперирует понятием "максимальная мощность". Здесь применяется понятие "номинальная мощность" или, что то же самое в англоязычной литературе, - "Rated Power". А номинальная мощность, как раз и определяется из условия нагрузки таким образом, чтобы КПД был разумным (обычно не ниже 80%, если он ниже - то это уже не разумно) и уж никак не составлял 50%.
Это приобретает исключительную важность для ветряка, где каждый ватт даётся очень дорого как в смысле затрат денежных, так и в смысле затрат труда. Поэтому, если уж и тратить труд и деньги, то тратить их нужно правильно. И поэтому не нужно экономить на генераторе - эта мнимая экономия потом вылезет боком.
Теперь про ШИМ.
Если у нас на батарею подаётся 10 ампер при, скажем, 12-ти вольтах, а с генератора идёт, скажем, 120 вольт и КПД преобразователя 98% (что вполне реально для таких мощностей), то ток в обмотках будет на два процента больше, чем один ампер.

Добавлено через 33 минуты
Тут, пожалуй, стоит упомянуть ещё и о линии передачи. Она ведь тоже не их сверхпроводника. И не имеет нулевой длины. Это обычно метров 30 провода с вполне разумным сечением. И имеющей вполне реальное сопротивление. И гнать по этой линии 10 - 20 - 30 ампер при 12-ти вольтах, согласитесь, неразумно. Сколько упадёт на линии? Да до половины, если только у вас не будут протянуты сварочные провода... Вот это ещё один аргумент в пользу высокого напряжения генератора, которого, непонятно почему, но все так боятся...
Ну, у себя я тоже несколько раз во время осенних штормов наблюдал ток на выходе выпрямителя в 10 ампер. Правда, напряжение чуточку просело - до 240 вольт. На линии потерялось около пары вольт. Но согласитесь, потеря двух вольт при общем напряжении в 240 - это одно, но та же самая пара вольт при общем напряжении в 12 - это нечто совсем другое...
Сейчас на дворе 21-век с его высокими технологиями, в том числе и в области источников питания на основе высокоэффективных преобразователей. И широкий доступ к деталям и схемам имеется благодаря Интернету. А мы всё пытаемся применить технологии сороковых - пятидесятых годов прошлого века...

[Александр]

Илья МГУ, Это сложное устройство не настолько сложно для маленького ветряка яхты, чтобы его нельзя было сделать абсолютно герметичным. Ремонтировать его "в антисанитарных условиях" не нужно - достаточно иметь запасной комплект, тем более, что весит он, от силы, граммов сто, занимая места, примерно, с гранёный стакан. И заложником тут никто не станет.
Если не хочется гнать в балласт, хотя в стационарных условиях балласт вполне себя оправдывает (у меня при ветрах более пяти метров в секунду ветряк умудряется отапливать помещение площадью около 30-ти квадратов, да так, что температура в нём держится на уровне +19 градусов, при этом все остальные источники тепла можно просто отключить).
Замыкание генератора мощным полевиком можно делать, но нужно это делать через дроссель с большой индуктивностью и малым сопротивлением. Тогда в момент короткого замыкания дроссель начинает намагничиваться, при этом ток через него нарастает достаточно плавно, постепенно тормозя генератор. Когда дроссель полностью намагнитится - ток достигнет максимальной величины, но винт при этом уже почти остановится. Про таком способе торможения не возникает удара по винту и остановка происходит очень плавно, но в то же самое время достаточно быстро. Я у себя один раз, в порядке эксперимента, попробовал тупо закоротить фазы при вращающемся винте. И хоть винт вращался совсем не быстро, было такое ощущение, что какой-то дурак (возможно, даже и я) со всей дури в винт воткнул лом... После чего я дал себе слово так больше не делать.

[Александр]

Сообщение от BenGunn

Имеется ввиду полное отключение генератора от нагрузки?

Нет, Илья, видимо, имел ввиду замыкать генератор накоротко для остановки. Как это делать - я рассказал выше.

Сообщение от BenGunn

Александр, можете объяснить (или дать ссылку на литературу), как добавление дросселя и конденсатора приводит к тому, что ток на обмотках генератора становится значительно меньше, чем ток на АКБ.

Теория линейных электрических цепей. Не советую заниматься её изучением, (хотя сам, в своё время, её изучал и даже сдавал соответствующий экзамен, да и не только её...). Дело не в этом.
Это можно даже на пальцах объяснить. Даже и без дросселя можно обойтись, конечно, но конденсатор обязателен. Что он делает? Он в себе накапливает энергию от генератора. Затем, когда ключ на короткое время откроется и затем захлопнется, то некоторое количество этой энергии от конденсатора будет перенаправлено в нагрузку. А поскольку сопротивление конденсатора весьма мало, то импульс тока будет значительным. Однако, ток от генератора, который потечёт для восстановления заряда будет невелик и будет соответствовать отобранной энергии. Поэтому, если мы в коротком импульсе, допустим, 1/10 от макимума, взяли ток в 50 ампер, то от генератора на ёмкость потечёт ток всего в 5 ампер. Главное, чтобы ключ был рассчитан на величину такого импульсного тока. А чтобы этот импульсный ток не приобретал такую зверскую величину, ставится дроссель, который, грубо говоря, размазывает этот импульс по времени намагничиваясь, и затем возвращает запасённую энергию нагрузке (через импульсный диод, стоящий из точки соединения ключа и дросселя на землю) размагничиваясь. При этом ток в нагрузке имеет некоторые пульсации, но они относительно невелики. А по отношению к самому генератору - сопротивление конденсатора при его заряде будет определяться степенью его разряженности и иметь вполне благоприятное значение, что не позволит генератору работать с низким КПД.

[Илья МГУ]

Сообщение от Александр

Нет, Илья, видимо, имел ввиду замыкать генератор накоротко для остановки.

Нет, Бен всё правильно понял. Именно отрубать гену от нагрузки. Такая вот оппортунистическая идея. Почему бы и нет?

[Александр]

Илья МГУ, Для Вашего ветряка можно и так, а можно и замыкать. Ключи не боятся высокого напряжения. Я у себя применяю IRFP460, он рассчитан на постоянный прямой максимальный ток 20 ампер и максимальное напряжение 500 вольт, имеет сопротивление канала в открытом состоянии 0,27 Ома, максимальный импульсный ток 80 ампер. Пока мне не удалось его сжечь, хотя и пытался...

[Илья МГУ]

Сообщение от Александр

[b] Я у себя применяю IRFP460, он рассчитан на постоянный прямой максимальный ток 20 ампер и максимальное напряжение 500 вольт, имеет сопротивление канала в открытом состоянии 0,27 Ома, максимальный импульсный ток 80 ампер. Пока мне не удалось его сжечь, хотя и пытался...

Я попутно рассматриваю возможность использовать могучий полевик в качестве балласта. Т.е. не делать ТЭН а рассеивать на полевике всю ненужную мощность. Есть вот такое чудовище: http://www.chipdip.ru/product/irfp4668pbf/, так на него можно отвести аж полкило. У меня столько и не будет И управление балластом становится простейшим, без всякой генерации. Поставить его на радиатор, пусть ветром охлаждается. Получится?

[Александр]

Сообщение от BenGunn

Получается так, генератор небольшим током заряжает конденсатор, а тот потом выдает большой ток на нагрузку. Правильно?
Получается, что за счет такого преобразователя, мы можем заставить генератор работать на разные нагрузки с одним и тем же КПД, так?

Да. Или почти да. КПД генератора немного будет изменяться, но эти изменения будут небольшими и не выйдут за рамки допустимого при условии, что генератор имеет более высокое напряжение, чем того требует нагрузка. И чем он выше, тем меньший ток будет через обмотки и линию передачи при большом токе в нагрузке.

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от Илья МГУ

Поставить его на радиатор, пусть ветром охлаждается. Получится?

Всё-таки, лучше бы хоть небольшой резистор поставить. Хоть кусок толстого нихрома, где-то на 0,25 - 0,5 ома.

[Александр]

BenGunn, если у Вас получается, что разгруженный ротор уменьшает сопротивление потоку, значит, где-то в расчёты вкралась серьёзная ошибка. Илья абсолютно прав.

[sergik]

Сообщение от Александр

Чтобы работать с высокой эффективностью (а только это и имеет смысл), грузить генератор нужно не на равное ему сопротивление, что все пытаются упорно делать, а на сопротивление в восемь, как минимум, раз большее, чем внутреннее генератора.

Убедился в этом на собственном еще небольшом опыте: поскольку мой генератор ветряка выдает 14 вольт только хорошо разогнавшись, решил попробовать сделать наоборот, т.е. сначала даю ему раскрутиться без нагрузки до открывания полевика(около 4в), который включает балласт(нихром сопротивлением 4*Rген) и ветряк спокойно работает на эту нагрузку при слабом ветре. При усилении ветра и достижения напряжения превышающего напряжение АКБ, идет зарядка и АКБ является неплохим тормозом от чрезмерного разгона. Пробовал всякие удвоители, повышатели, эффект не тот. Следующий генератор буду делать более высоковольтным.

[Alex]

Сообщение от Илья МГУ

Я попутно рассматриваю возможность использовать могучий полевик в качестве балласта. Т.е. не делать ТЭН а рассеивать на полевике всю ненужную мощность. Есть вот такое чудовище: http://www.chipdip.ru/product/irfp4668pbf/, так на него можно отвести аж полкило. У меня столько и не будет И управление балластом становится простейшим, без всякой генерации. Поставить его на радиатор, пусть ветром охлаждается. Получится?

Получится, у меня такая хрень полгода на даче отработала без нареканий

Сообщение от Александр

Всё-таки, лучше бы хоть небольшой резистор поставить. Хоть кусок толстого нихрома, где-то на 0,25 - 0,5 ома.

Как вы метко заметили: провода идущие от ветряка имеют какое-то сопротивление, полевик душит напругу возле акб, а для ветряка нагрузка сразу после моста получается, если конечно мост вверху возле генератора, вот и получается, что генератор на к.з. не работает, а тупо греет провода.

Добавлено через 2 минуты
BenGunn, Спасибо за расчёт, у меня примерно также получалось, погоняю гену, и определюсь с винтом окончательно.