Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Vrij Technisch Instituut
Leenstraat 32-58
8800 Roeselare
Tel. 051 20 02 88 – Fax 051 20 39 81
www.vtiroeselare.be
Geïntegreerde proef
2013 – 2014
Alternatieve Energie
Leerling: Lucas Deruyter
Klas: 6TIW
Klassenleraar: R. Feys
Gipcoördinator: R. Feys
Gipmentor: J. Vanhaverbeke
Ind
us
trië
le W
ete
nsc
ha
pp
en
1
Woord vooraf :
Ik ben Lucas Deruyter, en ik volg de richting Industriële Wetenschappen aan het VTI
van Roeselare. Mijn gipopdracht is het bestuderen van alternatieve energiebronnen en
het ontwerpen van een windturbine. Dit eindwerk heeft zowel mechanische, wiskundige,
chemische, elektrische en elektronische onderdelen. Doordat deze opdracht
vakoverschrijdend is wordt hij zeer interessant.
Ik wens uitdrukkelijk mijn dank te betuigen aan iedereen die heeft meegeholpen aan
mijn eindwerk. De directie voor de administratieve begeleiding. Mevrouw Feys als
gipcoördinator. De heren Nyffels,Vandamme en Mestdagh voor de uitleg over de
elektrische en elektronische aspecten van energieomvorming. De heren Vanhaverbeke
en Vynckier voor de hulp bij de mechanische aspecten en de realisatie. De volledige
klasgroep waarmee ik samen heb gewerkt om deze opdracht tot een goed eind te
brengen. Mijn ouders voor het nalezen van deze gipmap. Mijn broers voor enkele
praktische tips. De jury waarvan ik in januari nog vragen en advies heb gekregen. En tot
slot meneer Pauwelyn en mevrouw Renier voor de hulp op het gebied van taal.
2
1 Inhoud
Woord vooraf : ............................................................................................................... 1
Inleiding .......................................................................................................................... 4
2 Administratie gip ................................................................................................... 5
2.1 Opdrachtenblad ............................................................................................ 5
2.2 Planningsrooster .......................................................................................... 6
2.3 Logboek ......................................................................................................... 7
2.4 Evalueren .................................................................................................... 13
2.4.1 Evaluatiecriteria ................................................................................. 13
2.4.2 Evaluatieformulieren taal ................................................................... 15
1.4.3 Voorstelling en remediëring: januari .................................................... 17
3 Uitwerking gip ..................................................................................................... 18
3.1 Algemene opbouw van de realisatie ......................................................... 18
3.2 Duurzame energiebronnen ........................................................................ 18
3.2.1 Vormen van hernieuwbare energie ................................................... 19
3.3 Zonnepaneel................................................................................................ 19
3.3.1 soorten zonnecellen .......................................................................... 19
3.3.2 Werking en bouw van een zonnecel .................................................. 20
3.3.3 Schakelen en belasten van zonnecellen ........................................... 20
3.3.4 Keuze van een zonnepaneel ............................................................. 22
3.3.5 Meting op het zonnepaneel ............................................................... 23
3.4 Windturbine ................................................................................................. 27
3.4.1 Opbouw van een windturbine ............................................................ 27
3.4.2 Soorten windturbines ......................................................................... 27
3.4.3 Keuze van een windturbine ............................................................... 36
3.4.4 Vermogensberekening windturbines ................................................. 37
3.4.5 Berekeningen aan de hand van meetresultaten ................................ 43
3.5 Generators .................................................................................................. 43
3.5.1 De synchrone generator .................................................................... 43
3.5.2 De asynchrone generator .................................................................. 46
3.5.3 De grootte van de Elektromotorische kracht (EMK)........................... 52
3.5.4 Regeling van de alternator ................................................................ 53
3.5.5 Keuze van een type alternator ........................................................... 53
3.6 Eigenschappen van de gebruikte generator ............................................ 54
3.6.1 Uitgangskarakteristiek bij nullast ....................................................... 54
3
3.7 De spanningsomvorming ........................................................................... 57
3.7.1 Schematische voorstelling van de onderdelen .................................. 57
3.7.2 3-fasige gelijkrichting ......................................................................... 58
3.7.3 De DC/DC omvormer ........................................................................ 64
3.8 Uitwerking en realisatie van de windturbine ............................................ 95
3.8.1 Schetsen en ontwerpen van het prototype ........................................ 96
3.8.2 Realisatie van het prototype .............................................................. 97
3.8.3 3D tekenen van de definitieve turbine ............................................... 97
3.8.4 Materiaallijst ...................................................................................... 98
3.8.5 2D tekeningen ................................................................................... 99
4 Besluit ................................................................................................................ 109
5 Literatuurlijst: .................................................................................................... 110
4
Inleiding
Als leerling van het laatste jaar in het VTI van Roeselare wordt er van mij verwacht om
een eindejaarsproject zo goed als mogelijk uit te werken. Met alle opgedane kennis en
vaardigheden heb je een jaar lang de tijd om de gip te bestuderen en te realiseren.
Dit jaar gaat onze gip over alternatieve energiebronnen, in het bijzonder over
windenergie. Naar aanleiding van de stijgende problemen in verband met
energievoorzieningen en het klimaat willen wij als klasgroep alternatieve
energiebronnen bespreken en een windturbine ontwerpen en realiseren.
De windturbine die we willen ontwerpen is bedoeld om kleine energieverbruikers op
verschillende plaatsen te voorzien van elektrische energie. Door de kleine afmetingen
van de turbine, moet deze zo ontworpen zijn dat deze energie kan opwekken op
plaatsen waar de wind niet stabiel is. Bijvoorbeeld door omliggende
gebouwen,bomen,.... We willen de turbine volledig binnen de school realiseren
waardoor we ook rekening moeten houden met de machines die aanwezig zijn op
school, de verkrijgbare materialen en de kostprijs.
Door de weinige kennis die we bezitten over aërodynamica moeten sommige
onderdelen na veel opzoekwerk gevoelsmatig worden ontworpen of proefondervindelijk
worden verbeterd.
Natuurlijk moet de opgewekte energie nog omgezet worden naar een vorm van
bruikbare energie. De mechanische energie wordt omgevormd naar elektrische energie
omdat deze enorm veel gebruiksdoeleinden heeft.
5
2 Administratie gip
2.1 Opdrachtenblad
Schooljaar: 2013-2014 Klas: 6TIW
Klassenleraar: R. Feys
Gipcoördinator: R. Feys
Gipmentor: J.Vanhaverbeke
Taalmentor: E. Pauwelyn
Onderwerp – Thema – Project
Alternatieve energie
Windenergie en zonnepanelen als voeding van een interactief scherm.
Korte omschrijving van: onderwerp, thema en project
Het is de bedoeling een scherm te voeden met wind- en zonne-energie.
Het scherm zou autonoom kunnen werken en is batterij gebufferd.
Bij duisternis of donkere perioden zouden batterijen of windturbine zorgen voor de
energievoorziening.
Tijdens daglicht zouden zonnepanelen en of de wind de batterijen opladen en het
scherm kunnen voorzien van energie.
In eerste instantie is het de bedoeling om een studie te maken hoeveel energie we
moeten voorzien om een scherm te laten werken. Een ontwerp maken van een kleine
windturbine. Eventueel uitvoeren van de turbine en operationeel maken om het scherm
te voeden. De link met het zonnepaneel en de batterijen zou zeker worden uitgevoerd.
6
INBRENG VAN DE VORMINGSCOMPONENTEN (vakkenintegratie)
VAK MOGELIJKE INBRENG
Klik hier als u tekst wilt invoeren. Klik hier als u tekst wilt invoeren.
Klik hier als u tekst wilt invoeren. Klik hier als u tekst wilt invoeren.
Elektriciteit De werking van een generator en
spanningsregeling
GEMP Opstellen en bespreken elektrisch
dossier (Andy Nyffels)
GEMP Studie van een ontwerp, aangeboden
door Luc Vandamme via een gevolgde
workshop, van een windturbine
(Günther Vinckier)
GEMP uitvoeren turbine (Günther Vinckier)
MAIWE Toeg.Mechanica Een studie van de krachtwerking bij een
windmolen; Het bepalen van het
mechanisch vermogen
Elektronica sturingen De spanningsomvorming ( 3-fasige
gelijkrichter + oplaadcircuit batterijen)
uitvoeren en bespreken
Klik hier als u tekst wilt invoeren. Klik hier als u tekst wilt invoeren.
7
2.2 Planningsrooster
8
2.3 Logboek Leerling:
Klas: 6TIW Schooljaar: 2013-2014
Begin Einde
21/10/'13 14/11/'13
02/11/'13 02/11/'13
03/11/'13 03/11/'13
14/11/'13 23/11/'13
14/11/'13 14/11/'13
23/11/'13 23/11/'13
28/11/'13 09/01/'14
29/12/'13 29/12/'13
08/01/'13 08/01/'13
15/05/'14 17/05/'14
15/05/'14 15/05/'14
17/05/'14 17/05/'14
20/05/'14 20/05/'14
Thema - OpdrachtDatum
Planning - Stappen - Opmerkingen Paraaf
Lucas Deruyter Gipmentor: J. Vanhaverbeke
Gipcoördinator: R. Feys
Elektriciteit
Uitgangskarakteristiek Motor Verwerken meetresultaten.
Uitgangskarakteristiek Motor
Meten op het zonnepaneelMeting zonnepanelen
Verslag over Greenbridge
Synchronisatie van een generatorVoorbereiding van de meting voor op de
voorstelling
Uitgangskarakteristiek Motor
Meting zonnepanelen Verwerken van de meetresultaten
Studie 3-fasige generator
Studie 3-fasige generatorOpzoekwerk : Bouw en werking van de
alternator.
Studie 3-fasige generatorOpzoekwerk : Grootte van de EMK en de
regeling van de alternator.
Opmeten van de karakteristiek
Verslag over GreenbridgeVerwerken informatie van het studiebezoek in
verband met warmtepomen, zonnepanelen en
windmolens.
Meting zonnepanelen
Verslag over Greenbridge Aanpassen en uitbreiden van het verslag.
9
Leerling:
Klas: 6TIW Schooljaar: 2013-2014
Begin Einde
20/09/'13 29/09/'13
20/09/'13 20/09/'13
27/09/'13 27/09/'13
29/09/'13 29/09/'13
18/10/'13 22/11/'13
18/10/'13 18/10/'13
08/11/'13 08/11/'13
15/11/'13 15/11/'13
22/11/'13 22/11/'13
29/11/'13 24/01/'14
29/11/'13 29/11/'13
10/01/'14 10/01/'14
11/01/'14 11/01/'14
22/01/'14 22/01/'14
14/03/'14 14/03/'15
21/03/'14 21/03/'15
25/04/'14 25/04/'15
28/02/'14 28/02/'14
16/05/'14 16/05/'14
Thema - OpdrachtDatum
Planning - Stappen - Opmerkingen Paraaf
Lucas Deruyter Gipmentor: J. Vanhaverbeke
Gipcoördinator: R. Feys
GEMP
Realiseren van het prototype Praktische besprekingen en materiaalkeuze.
3D Tekening windturbine Aanpassen turbine, zonder CNC freeswerk
Onderzoek types windturbines
Bespreking verbeteringen aan het prototype.3D Tekening windturbine
Realiseren van het prototype Onderdelen maken.
3D Tekening windturbine 3D tekenen .
3D Tekening windturbine 3D tekenen + 3D assemblage.
Realiseren van het prototype
3D Tekening windturbineBespreking mechanische overbrenging en
mechanische montage.
Onderzoek types windturbines
Onderzoek types windturbines Opzoekwerk over windturbines.
Onderzoek types windturbines Studie en voorontwerp winturbine.
Verwerking van de informatie over windturbines.
Realiseren van het prototype Vervolg onderdelen maken.
3D Tekening windturbine
Realiseren van het prototype Prototype assembleren.
2D Tekening windturbine Aanpassen 2D tekeningen
3D Tekening windturbine Aanpassen turbine, zonder CNC freeswerk
3D Tekening windturbine Aanpassen turbine, kleinere schaal 1:2
2D Tekening windturbine Maken 2D tekeningen en bematen
10
Leerling:
Klas: 6TIW Schooljaar: 2013-2014
Begin Einde
15/01/'14 23/01/'14
15/01/'14 15/01/'14
16/01/'14 16/01/'14
23/01/'14 23/01/'14
24/01/'14 24/01/'14
Thema - OpdrachtDatum
Planning - Stappen - Opmerkingen Paraaf
Lucas Deruyter Gipmentor: J. Vanhaverbeke
Gipcoördinator: R. Feys
Mechanica
Mechanische vermogensberekening
Mechanische vermogensberekening
Mechanische vermogensberekening
Mechanische vermogensberekeningOpstellen formule voor het vermogen van de
windturbine.
Mechanische vermogensberekeningOpstellen formule voor het vermogen van de
windturbine.
Opstellen formule voor het vermogen van de
windturbine.
Verwerking van de mechanische berekeningen.
11
Leerling:
Klas: 6TIW Schooljaar: 2013-2014
Begin Einde
24/11/'13 13/01/'14
04/01/'14 04/01/'14
05/01/'14 05/01/'14
12/01/'14 12/01/'14
10/03/'14 10/03/'14
23/04/'14 23/04/'14
24/05/'14 24/05/'14
19/05/'14 25/05/'14
19/05/'14 19/05/'14
25/05/'14 25/05/'14
19/05/'14 25/05/'14
19/05/'14 19/05/'14
25/05/'14 25/05/'14
10/05/'14 10/05/'14
10/05/'14 10/05/'14
Thema - OpdrachtDatum
Planning - Stappen - Opmerkingen Paraaf
Lucas Deruyter Gipmentor: J. Vanhaverbeke
Gipcoördinator: R. Feys
Elektronica
Batterijlader Uitleggen werking van de lader
Batterij Vergelijken soorten batterijen
Opstellen van het Blokschema
DC/AC omvormer
Batterijlader Wijzigingen aan het laadcircuit
DC/AC omvormer uitleggen werking van de omvormer
Batterij
Batterijlader
DC/AC omvormer bespreking in de les
Opstellen van het Blokschema
Opstellen van het Blokschema Tekenen van het blokschema.
Opstellen van het Blokschema Verwerken Gelijkrichter.
Verwerken DC/DC omvormer.
uitleggen werking van de omvormer
DC/DC omvormer
DC/DC omvormer
DC/DC omvormer bespreking in de les
12
Leerling:
Klas: 6TIW Schooljaar: 2013-2014
Begin Einde
15/03/'14 26/03/'14
15/03/'14 15/03/'14
26/03/'14 26/03/'14
26/03/'14 26/03/'14
Thema - OpdrachtDatum
Planning - Stappen - Opmerkingen Paraaf
Lucas Deruyter Gipmentor: J. Vanhaverbeke
Gipcoördinator: R. Feys
Nederlands
Inleiding Schrijven van de inleiding
Besluit Schrijven van het besluit
Slot Schrijven van het slot
13
2.4 Evalueren
2.4.1 Evaluatiecriteria
14
15
2.4.2 Evaluatieformulieren taal
2.4.2.1 Evaluatieformulier leerkracht Nederlands/PAV
16
2.4.2.2 Evaluatieformulier taalmentor
Datum
nazicht Opmerkingen
Handtekening
taalmentor
Handtekening
leerling
17
1.4.3 Voorstelling en remediëring: januari
Leerling(e): Lucas Deruyter
Klas: 6TIW Datum: 29/01/2014
Dit document wordt ter ondertekening aan de leerling voorgelegd.
Presentatie & voorkomen A B C D
Remediëring:
Aanpak A B C D
Remediëring:
Planning A B C D
Remediëring:
A: zeer goed B: goed C: net voldoende D: onvoldoende
Conform de evaluatiecriteria die aan de leerlingen werden overhandigd! Dit resultaat heeft geen invloed op het eindresultaat maar is enkel sturend.
Bijkomende opmerkingen:
Alle bovenstaande beoordelingen en commentaren worden integraal overgenomen op het tussentijds rapport van januari/februari !!! Gipcoördinator Beoordelingscommissie
Leerling(e)
18
3 Uitwerking gip
3.1 Algemene opbouw van de realisatie
Het is de bedoeling om een willekeurige verbruiker op 230 V~ met een beperkt
vermogen te voeden door alternatieve energiebronnen.
Als alternatieve energiebronnen wordt gebruik gemaakt van een windturbine en een
zonnepaneel. De overtollige energie tijdens zonnige periodes en periodes met veel wind
wordt opgeslagen in een batterij. Bij een tekort aan daglicht of wind zal de opgeslagen
energie de verbruiker voeden.
3.2 Duurzame energiebronnen
Duurzame of alternatieve energie is energie die afkomstig is van bronnen die nog voor
zeer lange tijd beschikbaar zijn en waarbij het leefmilieu niet wordt benadeeld door het
gebruik ervan.
19
3.2.1 Vormen van hernieuwbare energie
- Bio-energie wordt gemaakt van biologische producten.
- Geothermische energie wordt geproduceerd door het winnen van warmte uit de
aardbodem.
- Zonne-energie wordt bekomen door het zonlicht om te zetten in bruikbare
energievormen.
- Windenergie wordt bekomen door de kinetische energie van de wind om te zetten in
bruikbare energievormen.
- Waterkrachtenergie wordt bekomen door de kinetische energie of de potentiële
energie van het water om te zetten in bruikbare energievormen.
- Lichaamskracht is een omzetting van chemische energie uit voedsel naar andere
bruikbare energievormen.
3.3 Zonnepaneel
Een zonnepaneel is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Een
zonnepaneel is vooral opgebouwd uit zonnecellen en deze zijn gemaakt van silicium.
Silicium komt heel veel voor in de aardkorst, waardoor deze grondstof haast
onuitputtelijk maar echter wel onzuiver is.
3.3.1 soorten zonnecellen
We onderscheiden 3 soorten zonnecellen :
- Monokristallijn : hierbij bestaat de zonnecel uit 1 kristal, deze structuur wordt bekomen
door het silicium zeer traag en gecontroleerd te laten stollen zodat er 1 kristal ontstaat.
Door deze structuur te gebruiken behalen de zonnepanelen het hoogste rendement.
- Polykristallijn : hierbij bestaat de zonnecel uit meerdere kristallen, deze structuur wordt
bekomen door het silicium te laten stollen in de vorm van de zonnecel. Bij deze
methode wordt er een iets lager rendement behaald.
- Amorf : hierbij bestaat de zonnecel niet uit kristallen, hierdoor zijn panelen zeer
buigzaam. Deze structuur wordt bekomen door het vlug te laten afkoelen van het
silicium. Hier is het rendement nog een stuk lager.
20
3.3.2 Werking en bouw van een zonnecel
Bij de productie van een zonnecel wordt het silicium met specifieke materialen
verontreinigd, zo wordt er een n-type silicium en een p-type silicium bekomen.
Door deze samen te voegen wordt er een PN-junctie
gevormd. Tussen de beide lagen bevindt zich een
elektrisch veld die zich als een halfgeleider gedraagt.
De stroom wordt er geleid slechts in 1 richting.
Het n-type silicium staat gericht naar de lichtbron (de
zon) . Door het invallen van de fotonen afkomstig
van de lichtbron botsen deze met de elektronen in
het n-type silicium. Deze elektronen zullen loskomen
waardoor er een potentiaalverschil ontstaat. Er zullen
dus elektronen vloeien via de elektrische geleider die
aangesloten is tussen het n-type en het p-type
materiaal, naar het p-type silicium. Door het teveel aan elektronen in het p-type zal er
inwendig een elektronenstroom vloeien van basis naar emitter.
3.3.3 Schakelen en belasten van zonnecellen
Door de werking van een zonnecel is een zonnepaneel een stroombron. Naarmate de
belasting stijgt zal de spanning over de klemmen toenemen om de nominale stroom te
bereiken, dit tot aan het MPP (Maximum Power Point (PMAX)). Daarna daalt de stroom
omdat het paneel overbelast is.
In de praktijk zorgt de omvormer voor een optimale belasting.
21
Een zonnecel levert slechts 0,5 V tot 0,7 V en enkele tientallen mA. In een zonnepaneel
plaatst men verscheidene zonnecellen in serie, om de spanning te verhogen en deze
serieschakelingen parallel ten opzichte van elkaar om de stroom te verhogen.
Het in serie schakelen van meerdere zonnecellen brengt enkele problemen met zich
mee.
- Door een gedeeltelijke beschaduwing van een zonnepaneel kan er een groot
vermogensverlies optreden. De niet-belichte zonnecellen werken namelijk de
gehele serieketen tegen.
- Bij een defect aan één zonnecel kan de gehele seriekring niet meer
functioneren.
Deze problemen worden verholpen door het
plaatsen van bypassdiodes antiparallel (omgekeerd
gepolariseerd) over de zonnecellen. Als een
zonnecel correct functioneert dan spert de diode
door de opgewekte spanning . Indien een zonnecel
mankeert wordt deze als het ware overbrugd door
deze diode waardoor deze de werking ze de
andere cellen niet tegenwerkt.
Om de prijs te drukken worden de diodes slechts
geplaatst op groepen zonnecellen.
.
22
3.3.4 Keuze van een zonnepaneel
We gebruiken 2 polykristallijnne zonnepanelen met een vermogen van 100 W en een
uitgangspanning van 24 V (DC).
Gegevens
- Rendement van het paneel : 11,1%
- Maximum uitgangsvermogen : 100W
- Spanning op maximaal vermogen : ± 34,4 V
- Maximale kortsluitstroom : 3 A
- Maximale open lus spanning : 43 V
23
3.3.5 Meting op het zonnepaneel
Om de belastingscurve van het zonnepaneel op te stellen, belasten we het
zonnepaneel met een regelbare vermogensweerstand. Hierbij meten we steeds de
spanning en de stroom.
Meetresutaten
Stroom Spanning Vermogen Belastingsweerstand
I (mA) U (V) P(W) R(Ω)
0 42,7 0,00 Oneindig
66 40,42 2,67 612,42
100 40,29 4,03 402,90
126 40,15 5,06 318,65
152 40,04 6,09 263,42
200 39,84 7,97 199,20
225 39,68 8,93 176,36
250 39,53 9,88 158,12
300 39,33 11,80 131,10
325 39,19 12,74 120,58
350 39,04 13,66 111,54
24
400 38,8 15,52 97,00
500 38,57 19,29 77,14
550 38,17 20,99 69,40
600 37,83 22,70 63,05
650 37,63 24,46 57,89
700 37,49 26,24 53,56
750 37,34 28,01 49,79
800 37,11 29,69 46,39
850 36,97 31,42 43,49
900 36,74 33,07 40,82
950 36,56 34,73 38,48
1000 36,4 36,40 36,40
1100 36,08 39,69 32,80
1150 36,35 41,80 31,61
1200 36,26 43,51 30,22
1250 35,91 44,89 28,73
1300 35,45 46,09 27,27
1350 35,35 47,72 26,19
1400 35,12 49,17 25,09
1450 34,91 50,62 24,08
1500 34,67 52,01 23,11
1550 34,5 53,48 22,26
1600 34,25 54,80 21,41
1650 33,95 56,02 20,58
1700 33,7 57,29 19,82
1750 33,45 58,54 19,11
1800 33,3 59,94 18,50
25
1850 33,15 61,33 17,92
1900 33 62,70 17,37
1950 32,77 63,90 16,81
2000 32,4 64,80 16,20
2050 32,19 65,99 15,70
2100 31,88 66,95 15,18
2150 31,59 67,92 14,69
2200 31,2 68,64 14,18
2250 30,8 69,30 13,69
2300 30,42 69,97 13,23
2350 30 70,50 12,77
2400 29,56 70,94 12,32
2450 29 71,05 11,84
2500 28,55 71,38 11,42
2550 27,8 70,89 10,90
2600 27,2 70,72 10,46
2650 26,05 69,03 9,83
2700 24,67 66,61 9,14
2750 18,2 50,05 6,62
2800 2,2 6,16 0,79
2850 0 0,00 0,00
26
- Openlusspanning : 42,7 V
- Kortsluistroom : 2,85 A
- Vermogen bij MPP (maximal power point) : 71,38 W
MPP (maximal power point)
27
3.4 Windturbine
Het doel van een windturbine is het omzetten van de bewegingsenergie van de lucht
(wind) in rotatie-energie (mechanische energie). Vroeger werden windturbines vooral
gebruikt voor het malen van graan of het verplaatsen van water. Wij leggen ons toe op
windturbines om elektriciteit te produceren.
3.4.1 Opbouw van een windturbine
De principewerking van een windturbine is eenvoudig. Het rotorblad wordt zo
aerodynamisch mogelijk gemaakt zodat het de hoofdas doet draaien. Deze as drijft een
reductie aan die op zijn beurt een generator aandrijft. Natuurlijk wordt de hoofdas
voorzien van de nodige lagers.
3.4.2 Soorten windturbines
We onderscheiden 2 grote soorten binnen de windturbines, namelijk de horizontale as
windturbines (HAWT) en de verticale as windturbines (VAWT).
Horizontale as windturbine Verticale as windturbine
28
3.4.2.1 De horizontale as windturbine.
Binnen de horizontale as windturbines hebben we turbines van 'Upwind' en het
'Downwind' type.
3.4.2.1.1 Upwind
De term 'Upwind' is afkomstig van 'upstream' wat wil zeggen
tegen de stroom in. Met andere woorden deze windturbine
staat dus gericht naar de wind toe.
Voordelen:
- ongeremde windstroming op de wieken;
- minder lawaai door de luchtstromingen.
Nadelen:
- meestal actieve sturing nodig om de windturbine juist te richten;
- meer speling in de oriëntatie (mogelijkheid dat de turbine niet juist georiënteerd is door
de actieve sturing);
Bij een actieve sturing wordt de windsnelheid en windrichting gemeten en deze
informatie wordt naar een verwerking- en besturingseenheid gestuurd. Deze stuurt de
kruimotor aan, die het rotoroppervlak in de ideale positie draait voor het vangen van
wind. Ook de positionering van de wieken ten opzichte van de hoofddrager wordt
geregeld via servomotoren.
29
3.4.2.1.2 Downwind
De term 'Downwind' is afkomstig van 'downstream' wat wil
zeggen met de stroom mee. Met andere woorden deze
windturbine staat dus gericht van de wind weg.
Voordelen:
- perfecte oriëntatie;
- passief systeem (geen actieve sturing nodig voor het
richten van de turbine).
Nadelen:
- aerodynamische belasting door afwijkende
luchtstromingen;
- meer lawaai door de luchtstromingen.
Bij een passief systeem wordt door de luchtstroming langs een windvaan de
windturbine correct gepositioneerd.
3.4.2.1.3 Opbouw van een horizontale as windturbine
Naar aanleiding van de plaatsing van 5 windturbines in
Roeselare brachten we een werfbezoek bij het plaatsen
van de windturbines van de firma 'Nordex'. Van de 5
turbines worden er 2 geplaatst door de firma 'Sterckx' en
zijn er 3 gefinancierd door de firma 'Eeckhout'.
Situering
De 5 winturbines worden geplaatst nabij de firma 'Sterckx'
aan de oprit van de A17.
30
a) Funderingen
Als steun voor de windturbine wordt er een grote en diepe klomp beton gegoten als
fundering en deze wordt nogmaals versterkt door paalfunderingen.
b) Opbouw van de mast
De mast bestaat uit verschillende onderdelen die men op elkaar plaatst en aan elkaar
vastbout.
31
c) De gondel
De gondel is bevestigd op de mast enaan de gondel is de hub bevestigd.
De gondel bestaat uit
- een reductiekast;
- een alternator;
- het meet -en regelsysteem ;
- positioneringsysteem van de gondel met kruimotoren.
Reductiekast
Alternator
Meetsysteem
Positioneringsysteem
32
d) De hub
Aan de hub zijn de 3 wieken van de windturbine bevestigd. In de hub zitten motoren
waarmee de stand van de wieken kan geregeld worden. De hub is bevestigd aan de
reductiekast in de gondel.
33
e) De wieken
De wieken zijn bevestigd aan de hub en deze zijn zo aerodynamisch mogelijk gemaakt
zodat er liftkrachten ontstaan die een moment uitoefenen op de hoofdas van de
windturbine.
Opmerkingen
- Aan de wieken zijn er plaatjes haaks gemonteerd om het geluid iets te reduceren.
- Op het uiteinde van de wieken zijn er ledlichtjes ingewerkt om het vliegverkeer te
waarschuwen.
34
3.4.2.2 De verticale as windturbine.
Voordelen:
- lage opstartsnelheid, er is minder wind nodig om energie op te wekken;
- veel minder gevoelig voor wisselende wind in sterkte en windrichting;
- vangt wind in alle richtingen, deze moet niet naar de wind gericht worden;
- eenvoudige en stevige opbouw;
- minder slagschaduw.
Nadelen:
- lage vermogens, vooral geschikt voor mechanische aandrijvingen;
- pulserend draaimoment door wisselende wind.
Binnen de categorie van de verticale as windturbine onderscheiden we nogmaals 2
soorten:
- het Darrieustype.
- het Savoniustype.
35
3.4.2.2.1 Het Darrieustype
Het Darrieustype windturbine werkt volgens het principe van de liftkrachten.
Vereenvoudigde werking
Door de vorm van de schoepen is de windsnelheid aan de buitenkant van de schoep
groter dan deze aan de binnenkant van de schoep. Hierdoor is aan de buitenkant van
de schoep de druk lager dan aan de binnenkant van de schoep. Door dit drukverschil
ontstaat er een liftende kracht. Door de vorm van de schoep is deze kracht georiënteerd
zodat deze een rotatie veroorzaakt.
36
3.4.2.2.2 Het Savonius type
Het draaien van een Savoniustype windturbine wordt veroorzaakt door een verschil in
luchtweerstand tussen de ronde kant van de schoep en de open kant van de schoep.
Door de botsing van de wind met de ronde kant van de schoepen ontstaat er een groot
vermogensverlies, waardoor de efficiëntie niet erg groot is.
3.4.3 Keuze van een windturbine
In onderstaande grafiek wordt de efficiëntie vergeleken bij verschillende types
windturbines.
37
Wij kozen voor het Savoniustype rotor , hoewel deze de laagste efficiëntie heeft van alle
types turbines.
We kozen dit type omdat deze een wisselende wind toelaat, wat noodzakelijk is
aangezien deze windturbine relatief laag tegen de grond zal geplaatst worden.
De Savoniusrotor is praktisch veel gemakkelijker te realiseren door de eenvoudige vorm
van de schoepen ten opzichte van andere types rotoren.
3.4.4 Vermogensberekening windturbines
Een windturbine maakt gebruik van de kinetische energie (bewegingsenergie) van de
wind en zet deze om naar mechanische energie waarmee elektrische energie wordt
opgewekt.
Algemene formule voor kinetische energie : 𝑬k = 𝟏
𝟐 .𝒎 .𝒗
met :
Ek : de kinetische energie van de wind;
m : de massa van de wind;
v² : de snelheid van de wind.
𝑃 = 𝐸
𝑡 →
1
2 .𝒎
𝒕.𝑣2
Stel 𝒎
𝒕= 𝒎′
met :
m' : het massadebiet van de wind
dan bekomen we
𝑃 = 1
2 .𝑚′.𝑣²
38
Situatieschets.
Het massadebiet is constant.
→ 𝑚′1 = 𝑚′
2 = 𝑚′3 = 𝑚′
𝑚′ = 𝜌.𝐴 .𝒔
𝒕 𝑚𝑒𝑡
𝑠
𝑡= 𝑣
𝑚′ = 𝜌 .𝐴 . 𝑣
De windsnelheden ter hoogte van 1, 2 en 3.
We gaan er van uit dat de windsnelheid lineair afneemt.
𝑣1 = 𝑣wind
𝑣2 = 𝑣wind − 𝑎. 𝑣wind = 𝑣wind . (1 − 𝑎)
𝑣3 = 𝑣wind − 2.𝑎. 𝑣wind = 𝑣wind . (1 − 2𝑎)
met a = de differgentie coëfficiënt.
m'3
m'2
m'1
1 2 3
39
Het nuttig vermogen voor het opwekken van elektrische energie is dan
𝑃Nuttig = ∆𝑃3,1 = 𝑷1 −𝑷3
𝑃1 =1
2.𝑚′ . 𝑣1²
→ 𝑃1 =1
2 𝑚′ . 𝑣wind²
𝑃3 =1
2.𝑚′ . 𝑣3²
𝑚𝑒𝑡 𝑣3 = 𝑣wind . (1 − 2𝑎)
→ 𝑃3 =1
2.𝑚′ . 𝑣w². (1 − 2𝑎)²
𝑃Nuttig = 𝑃1 − 𝑃3
𝑃N = 1
2.𝑚′ . 𝑣wind² −
1
2.𝑚′ . 𝑣wind². (1 − 2𝑎)²
=1
2 𝑚′ . 𝑣wind². [1 − 1 − 2𝑎 2]
=1
2 𝑚′ . 𝑣wind². [1 − 1 − 4𝑎 + 4𝑎2 ]
=1
2 𝑚′ . 𝑣wind². (4𝑎 − 4𝑎2)
=1
2 𝑚′ . 𝑣wind². 4𝑎. (1 − 𝑎)
40
= 2 𝑚′ . 𝑣wind².𝑎. 1 − 𝑎 (1)
Het massadebiet (m') wordt gegeven door de volgende formule :
𝑚′ = 𝜌.𝐴. 𝑣2
→ 𝑚′ = 𝜌.𝐴. 𝑣wind . (1 − 𝑎)
invullen in (1)
𝑃N = 2. 𝜌.𝐴. 𝑣wind . 1 − 𝑎 . 𝑣wind².𝑎. (1 − 𝑎)
𝑃N = 2.𝜌.𝐴. 𝑣wind3.𝑎. (1 − 𝑎)²
𝑃N =1
2.𝜌.𝐴. 𝑣wind
3.𝟒𝒂 𝟏 − 𝒂 𝟐 → 𝟒𝒂 𝟏 − 𝒂 𝟐 = 𝑪𝒑
Bepaling van de a via het rendement (Ƞ)
𝜂 =𝑃Nuttig
𝑃Toegevoegd=
2.𝜌.𝐴. 𝑣wind3.𝑎. (1 − 𝑎)²
12 .𝜌.𝐴. 𝑣wind³
→ 𝜂 = 4𝑎 1 − 𝑎 2 = 4𝑎 − 8𝑎² + 4𝑎³
41
Bepaling van het maximale rendement (Betzlimiet)
Bij een relatief maximum van een derdegraadsfunctie is de afgeleide functie gelijk aan
0.
Dus : 𝞰 is maximaal als D(4𝑎 − 8𝑎² + 4𝑎³) = 0
𝜂′ = 4 − 16𝑎 + 12𝑎² = 0
4 − 16𝑎 + 12𝑎² = 𝑎 − 1 . 12𝑎 − 4 → 𝑎 = 1 𝑜𝑓 12𝑎 − 4 = 0 → 𝒂 =𝟏
𝟑
a = 1 is onmogelijk want dan is v2 = 0
𝑣2 = 𝑣wind − 𝑎. 𝑣wind = 𝑣wind . 1 − 𝑎 = 𝟎
Het maximale rendement van een windturbine is dan :
𝜂 = 4𝑎 − 8𝑎² + 4𝑎³ = 4.1
3− 8.
1
3²+ 4.
1
3³= 59% (= 𝑏𝑒𝑡𝑧 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑒𝑡)
42
3.4.5 Theoretische berekening van het uitgangsvermogen
We hebben een totale oppervlakte(A) van 1,20 m².
We weten dat de Cp waarde van ons soort windturbine tussen de 0 % en 15% ligt. We
schatten een waarde van 10 %.
De massadichtheid van lucht is 1,26 kg/m³.
Volgens de formule die we afgeleid hebben kunnen we nu het vermogen berekenen
afhankelijk van de windsnelheid.
𝑃N =1
2.𝜌.𝐴. 𝑣wind
3.𝐶𝑝 → 𝑃N =1
2 .1,29 .1,2 .0,10 . 𝑣wind
3 = 0,0774 . 𝑣wind3
1 m
1,20 m
Windsnelheid m/s Benaming Opgewekte vermogen
0 Stil 0
2 Zwakke wind 0,6192
4 Matige wind 4,9536
6 Matige wind 16,7184
8 Vrij krachtige wind 39,6288
10 Vrij krachtige wind 77,4
12 Krachtige wind 133,7472
14 Harde wind 212,3856
16 Harde wind 317,0304
18 Stormachtig 451,3968
20 Stormachtig 619,2
22 Storm 824,1552
24 Storm 1069,9776
26 Zware storm 1360,3824
28 Zware storm 1699,0848
30 Zeer zware storm 2089,8
32 Zeer zware storm 2536,2432
34 Orkaan 3042,1296
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 10 20 30 40
Me
chan
isch
ve
rmo
gen
(W
)
Windsnelheid (m/s)
Mechanisch vermogen
P (W)
43
3.4.6 Berekeningen aan de hand van meetresultaten
Theoretisch ligt de Cp-waarde van een savoniustype rotor tussen de 0 % en de 15 %.
Later zullen we aan de hand van metingen de Cp-waarde kunnen bepalen.
(dit onderdeel kan niet worden afgewerkt aangezien we geen afgewerkt geheel hebben
kunnen maken.)
3.5 Generators
Een generator is een machine die mechanische energie, afkomstig van een draaiende
beweging, omzet in elektrische energie.
We onderscheiden 2 soorten generatoren :
- een wisselspanning generator (een alternator) : driefasig of monofasig;
- een gelijkspanning generator (een dynamo).
Een alternator bestaat uit volgende onderdelen:
- een rotor (het roterende gedeelte) ;
- een stator (het stilstaande gedeelte) ;
- koolstofborstels en sleepringen (enkel bij een elektromagnetische rotor) ;
- een mechanische koppeling , behuizingen en lagers.
3.5.1 De synchrone generator
3.5.1.1 De rotor
Deze kan afhankelijk van het type (en grootte) van de alternator bestaan uit permanente
magneten of uit een elektromagneet, waarbij men dan koolstofborstels nodig heeft om
deze elektromagneet te voeden.
met elektromagneet met permanente magneet
44
3.5.1.2 De stator
Deze bestaat uit wikkelingen en een kern van gelamelleerd ijzer.
De rotor draait rond in de stator.
45
3.5.1.3 Werking van een driefasige synchrone generator
Door de rotor te laten roteren middenin de stator, ontstaat er een wisselend magnetisch
veld in de spoelen van de stator. Door een wisselend magnetisch veld aan te brengen
in een spoel ontstaat er in die spoel inductiespanningen.
Het wisselend magnetisch veld ontstaat door een elektromagneet of een permanente
magneet te laten roteren.
De drie fasen worden bekomen door 3 spoelen onder een hoek van 120° ten opzichte
van elkaar te plaatsen in de stator.
Bij het gebruik van een elektromagneet als rotor heeft men koolstofborstels en
sleepringen nodig om een gelijkspanning op de spoel te plaatsen terwijl de rotor aan
het draaien is. Bij het gebruik van permanente magneten als rotor moeten er geen
elektrische contacten gemaakt worden met de rotor.
In beide gevallen wordt de elektrische energie in de stator opgewekt.
46
Opmerking
Er bestaan ook types generatoren waarbij de stator bestaat uit permanente magneten
of elektromagneten. De rotor is hier dan voorzien van wikkelingen en er wordt in de
rotor spanning geïnduceerd. Dit type wordt een buitenpoolmachine genoemd, dit type
wordt niet gebruikt bij grote generatoren wegens de grote vermogensafvoer van de rotor
via de koolstofborstels.
3.5.2 De asynchrone generator
Bij grote winturbines wordt er vaak gebruik gemaakt van een asynchrone generator.
In windturbines vinden we volgende opstellingen terug :
- Asynchrone generator met kooianker
- Asynchrone generator met een bewikkelde rotor en rotorweerstanden
- Dubbelgevoedde asynchrone generator
- Assynchrone motor gebruikt als synchrone motor
Elke van deze opstellingen heeft zijn voor -en nadelen. Aan de hand van het type
windturbine wordt er een van deze opstellingen gekozen.
47
3.5.2.1 Asynchrone generator met kooianker
Bouw
Een asynchrone generator met kooianker is hetzelfde als een inductiemotor.
De rotor van deze asynchrone generator bestaat is een kooirotor. Deze is opgebouwd
uit staven, deze zijn aan de beide uiteinden verbonden met elkaar met kortsluitringen.
De stator bestaat hier opnieuw uit statorwikkelingen met een kern van gelamelleerd
ijzer.
Werking
De rotor gedraagt zich als een kortgesloten spoel. Door de wisselstroom die in de
statorspoelen vloeit zal er een wisselend magnetisch veld worden opgewekt in de
statorwikkelingen. Door het wisselend magnetisch veld dat aanwezig is in de kooirotor
zal deze een spanning opwekken. De rotor en stator gedragen zich als primaire en
secundaire van een transformator.
Door de spanningen in de kooirotor zullen er inductiestromen vloeien in de rotor.
48
De rotor wordt gemagnetiseerd door de stator.
Als de rotor niet aangedreven wordt zal deze ten gevolge van de lorentzkrachten
beginnen draaien in de stator. De machine werkt nu als inductiemotor.
Als de rotor aangedreven is en sneller draait dan het draaiveld in de stator zal het
oversynchroon draaiend magnetisch veld een spanning induceren in de stator
Er wordt dus een reactief vermogen aan het net onttrokken om de rotor te
magnetiseren.
Opmerkingen
- Om elektrische energie in het net te injecteren moet de rotor dus een vast
oversynchroon toerental draaien.
Bij variërende windsnelheden zal de turbine niet altijd op het toerental draaien met het
hoogste rendement.
Een oplossing kan zijn om polenparen in de stator in -en uit te schakelen zodat het
synchroon toerental groter of kleiner wordt zodat de turbine toch zo efficiënt mogelijk
kan energie opwekken.
In dit voorbeeld is te zien dat bij een vaste rotatiesnelheid van 40rpm van de turbine , er
bij een lage windsnelheid een zeer laag rendement zou optreden.
49
Voordelen :
- onderhoudsvriendelijk (geen sleepringen of commutator)
- eenvoudige constructie
- goedkoop
- hoge beschermingswaarde (IP waarde)
- eenvoudig aan te sluiten
Nadelen :
- energie van windstoten kan moeilijk in kinetische energie van de turbine omgezet
worden door vast toerental
- door het vast toerental draait de turbine niet altijd of volle efficiëntie
3.5.2.2 Asynchrone motor met bewikkelde rotor en rotorweerstanden
Bouw
De kooirotor is nu vervangen door een bewikkelde rotor die bestaat uit spoelen met een
kern van gelamelleerd ijzer. De uiteinden van de rotorspoelen worden naar buiten
gebracht via sleepringen.
Werking
Door een weerstandbatterij aan te sluiten op de rotorwikkelingen wordt de rotorstroom
beperkt, de magnetisatie van de rotor wordt dus ook beperkt. Hierdoor zal de rotor
sneller draaien voor eenzelfde geïnjecteerd vermogen. We bekomen dus dankzij dit
systeem een breder werkgebied van de generator.
Er zal echter wel warmteverliezen in de weerstandbatterij ontstaan.
Voordelen
- een breder werkgebied van de generator
- bij windstoten kan de energie opgevangen worden
in de vorm van kinetische energie van de turbine
50
Nadelen
- veel onderhoud door sleepringen en koolstofborstels
- warmteverliezen in de weerstandsbatterij
- hoge kostprijs van de motor en de weerstandbatterij
3.5.2.3 Dubbelgevoedde asynchrone motor
Bouw
Om te vermijden dat er energie verloren gaat in warmte in de weerstandbatterij, kunnen
we door middel van een elektronische omvormer deze energie die door de weerstanden
opgenomen wordt in het net injecteren op de nominale frequentie.
Werking
Deze omvormer regelt de rotorstroom en frequentie. Overige energie kan worden
geïnjecteerd in het net. Hierdoor kan de rotorsnelheid nog breder geregeld worden met
nagenoeg geen verlies.
Voordelen
- hoog rendement (geen verlies in de weerstandsbatterij)
- brede snelheidsvariatie waardoor de turbine steeds kan draaien met maximaal
rendement.
- bij windstoten kan de energie opgevangen worden in de vorm van kinetische energie
van de turbine (versnelling van de turbine)
Nadelen
- veel onderhoud door koolstofborstels
en sleepringen
- duurste systeem
51
3.5.2.4 Asynchrone motor gebruikt als synchrone motor
Werking
Door een DC spanning te plaatsen op de rotorwikkeling wordt deze magnetisch met een
vaste polariteit. We bekomen nu een synchrone generator, die bestaat uit een vast
magnetische kern en een statorwikkeling.
Er is echter wel een frequentieomvorming noodzakelijk met een DC tussenkring om een
mooie 50Hz wisselspanning te bekomen die kan geïnjecteerd worden op het net.
Voordelen
- toerental volledig regelbaar
- tandwielkast kan eventueel weggelaten worden
Nadelen
- dure frequentieomvormer om te kunnen injecteren op het wisselstroomnet.
- grote mechanische belasting op de generator bij lage toerentallen (hoog koppel)
52
3.5.3 De grootte van de Elektromotorische kracht (EMK)
De grootte van de EMK wordt bepaald door :
- de sterkte van het magnetisch veld
Volgens de formule voor inductiespanning (U) :
𝑈 = −𝐵. 𝑙. 𝑣 𝑜𝑓 𝑈 = 𝑁.𝑑𝜙
𝑑𝑡
1) Hoe groter de fluxdichtheid , hoe groter de inductiespanning.
2) Hoe groter het verschil in magnetische flux, hoe groter de inductiespanning.
- De lengte van de wikkelingen.
Volgens de formule voor inductiespanning (U) :
𝑈 = −𝐵. 𝑙. 𝑣
Hoe groter de lengte (l), hoe groter de inductiespanning.
- Het aantal wikkelingen
Volgens de formule voor inductiespanning (U) :
𝑈 = 𝑁.𝑑𝜙
𝑑𝑡
Hoe groter het aantal wikkelingen (N), hoe groter de inductiespanning.
- De snelheid waarmee het magnetisch veld ten opzichte van de wikkelingen beweegt.
Volgens de formule voor inductiespanning (U) :
𝑈 = −𝐵. 𝑙. 𝑣 𝑜𝑓 𝑈 = 𝑁.𝑑𝜙
𝑑𝑡
1) Hoe groter (v) hoe groter de inductiespanning
2) Hoe groter de snelheid, hoe kleiner dat het tijdsinterval zal zijn dus hoe groter de
inductiespanning.
De grootte van de frequentie (f) wordt bepaald door het toerental van de rotor (n) bij
een stilstaande stator en het aantal polenparen van de stator (p).
53
𝑓 = 𝑝.𝑛
3.5.4 Regeling van de alternator
Het regelen van een alternator houdt in:
- het regelen van de uitgangspanning;
- het regelen van de rotorstroom ( indien het een elektromagneet is).
Het regelen van de uitgangspanning is nodig om een aangesloten verbruiker niet te
beschadigen bij overspanning, en de spanning hoog genoeg te houden zodat het
apparaat goed werkt.
Door het regelen van de rotorstroom, indien deze bestaat uit een elektromagneet, kan
men de uitgangspanning regelen.
3.5.5 Keuze van een type alternator
We kozen voor een synchrone permanentmagneetmotor die we gebruiken als
generator.
De grote voordelen van deze generator zijn dat deze zeer onderhoudsvriendelijk is, en
geen koolstofborstels zijn.
Een groot nadeel in onze toepassing is dat zolang de generator draait deze spanning
zal genereren. Indien er aan het elektrisch gedeelte moet gewerkt worden zal de
windturbine elektrisch moeten ontkoppeld of mechanisch geblokkeerd worden. Maar
door de beperkte grootte van deze uitvoering zal dit geen probleem vormen. In
tegenstelling tot een synchrone elektromagneetgenerator, waneer men daar de
rotorstroom weglaat, zal er geen spanning meer geïnduceerd worden.
54
3.6 Eigenschappen van de gebruikte generator
3.6.1 Uitgangskarakteristiek bij nullast
Om het spanningsverloop in functie van het toerental weer te geven maken we de
uitgangskarakteristiek bij nullast in functie van het toerental van de generator.
3.6.1.1 Proefopstelling
We koppelen een motor waarvan we het toerental kunnen regelen aan de hand van en
frequentiesturing mechanisch aan de alternator. We laten de motor stapsgewijs in
toerental toenemen waarbij we telkens de uitgangsspanning en frequentie van de
generator opmeten.
3.6.1.2 Meetresultaten
Frequentie motor (Hz) Toerental motor (Tr/min) Toerental generator (Tr/min) Ugenerator (RMS) Frequentie Generator (Hz)
1 30 25
1,5 45 37,5 2,5 15
2 60 50 4,5 31
2,5 75 62,5 6 41
3 90 75 8 50
3,5 105 87,5 9 60
4 120 100 10,5 70
4,5 135 112,5 12 80
5 150 125 13,5 80
5,5 165 137,5 15 100
6 180 150 16 109
6,5 195 162,5 17,6 119
7 210 175 19 130
7,5 225 187,5 20,5 138
8 240 200 22 147
8,5 255 212,5 23,6 156
9 270 225 25 166
9,5 285 237,5 26 175
10 300 250 27,5 185
10,5 315 262,5 29 194
11 330 275 30,6 204
11,5 345 287,5 32 213
12 360 300 33 223
12,5 375 312,5 34,5 232
13 390 325 36 242
13,5 405 337,5 37,5 250
14 420 350 38,9 260
14,5 435 362,5 40,1 270,2
15 450 375 41,5 280
55
Als we het spanningsverloop uitzetten in functie van het toerental van de alternator
bekomen we punten die ongeveer op een rechte liggen. De uitgangspanning is dus
recht evenredig met het toerental van de generator.
Aan de hand van de formule bepaald door lineaire regressie kunnen we deze gebruiken
om bij een willekeurig toerental van de generator de uitgangspanning te berekenen.
3.6.1.3 Berekeningen
- We gebruiken voor deze proef een motor met als nominaal toerental 1500 tr/min op
een nominale frequentie van 50 Hz. Voor het berekenen van het toerental bij een lagere
frequentie maken we gebruik van de regel van drie. Het toerental van de motor wordt
gegeven door de formule
𝑁motor =1500
𝑡𝑟
𝑚𝑖𝑛
50 𝐻𝑧 . 𝑓motor.
- Er is een riemoverbrenging tussen de motor en de generator en de diameters van
beide riemschijven zijn niet gelijk.
𝑛1
𝑛2=
𝐷2
𝐷1→ 𝑛2 = 𝑛1.
𝐷1
𝐷2=
100 𝑚𝑚
120 𝑚𝑚 .𝑛1 =
5
6 .𝑛1
Met
D2 en D1 : de diameters van de riemschijven.
n1 en n2 : de toerentallen van de riemschijven.
56
- Aan de hand van de frequentie en het toerental van de generator kunnen we het
aantal polenparen in de generator berekenen met de formule
𝑓 = 𝑝.𝑛 ↔ 𝑝 =𝑓
𝑛.
Hierin is
f : de frequentie in Hz.
n : het toerental in Tr/s.
p : het aantal polenparen van de generator.
Als we het gemiddelde nemen van het aantal polenparen, in elke stap berekend, dan
komen we uit op 40 polenparen.
57
3.7 De spanningsomvorming
3.7.1 Schematische voorstelling van de onderdelen
We willen de 3-fasige wisselspanning afkomstig van de alternator en de gelijkspanning
afkomstig van het zonnepaneel opslaan in een batterij. Vervolgens terug omvormen
naar de gebruikelijke netspanning. Hierop kunnen we eender welke verbruiker
aansluiten bijvoorbeeld een interactief scherm.
Algemene werking
De alternator levert een 3-fasige wisselspanning, die door een 3-fasige gelijkrichter
omgevormd wordt naar een gelijkspanning. Deze spanning is te groot en te instabiel om
een batterij op te laden. We plaatsen vervolgens dus een gepaste DC/DC omvormer.
Deze wordt aangesloten op een regelcircuit die een batterij oplaadt. Vervolgens wordt
deze batterijspanning, zijnde een DC-spanning terug omgevormd naar een AC-
spanning met de gewenste amplitude en frequentie door middel van een inverter
(wisselrichter).
Als optie kan een zonnepaneel de batterij helpen voeden.
58
3.7.2 3-fasige gelijkrichting
Een 3-fasige gelijkrichter is een component die van een 3-fasige wisselspanning een
gelijkspanning maakt.
Wiskundig kan aangetoond worden dat de gemiddelde waarde van de spanning na de
gelijkrichting 3 2
𝜋≈ 1,35 keer groter is dan de effectieve waarde van de lijnspanningen
voor de gelijkrichting.
𝑈DC = 1,35 .𝑈L(RMS) = 2,34 .𝑈𝑓RMS
Opbouw van de gelijkrichter
Een 3-fasige gelijkrichter is opgebouwd uit 6 dioden.
De volledige schakeling is verkrijgbaar in 1 behuizing, maar kan eenvoudig nagemaakt
worden door de 6 dioden te schakelen volgens het onderstaande schema.
Werking van de gelijkrichter:
Voor de
gelijkrichting
Na de gelijkrichting
59
Momentopname 1
Op klem 3 staat de grootste positieve spanning. waardoor diode C zal geleiden en
diode F zal sperren. Er komt een positieve spanning te staan aan de kathodes van
diodes A en B die ong. 0,7 V kleiner is dan deze op klem 3 op dat ogenblik. Diodes A en
B zullen dus sperren. De grootst positieve spanning wordt dus altijd doorgelaten naar
de + klem.
Op klem 2 staat de grootst negatieve spanning. Waardoor diode E zal geleiden en
diode B zal sperren. Er komt een negatieve spanning te staan aan de anodes van
diodes D en F die ong. 0,7 V kleiner is dan deze op klem 2 op dat ogenblik. Diodes D
en F zullen dus sperren. De grootst negatieve spanning wordt dus altijd doorgelaten
naar de - klem.
Momentopname 2
1 A B C
2
3
D E F
O
M
N
60
Punt M volgt de grootst positieve spanning die wordt doorgegeven aan de +pool.
Punt N volgt de grootst negatieve spanning die wordt doorgegeven aan de -pool.
Het verschil tussen beide polen geeft de gelijkspanning weer , en wordt weergegeven
door punt O.
Opmerkingen
- De uitgangspanning is geen perfect constante gelijkspanning. Voor onze toepassing is
dit niet nodig omdat de DC/DC omvormer geen constante spanning vereist aan de
ingang.
- Bij de keuze van een gelijkrichter moet rekening gehouden worden met de maximale
spanning en met de maximale stroom.
M
N
O UOut(gem)
Uf(RMS)
61
3.7.2.1 Wiskundige afleiding van de spanningsverhouding.
We kunnen besluiten dat de gelijkspanning aan de uitgang van de gelijkrichter het
verschil is tussen de grootst positieve spanning en de grootst negatieve spanning.
Omwille van symmetrie en periodiciteit beschouwen we enkel het interval 0,𝜋
6 .
Stel
f : de gelijkspanning ;
h : de spanningscurve aan de +pool ;
g : de spanningscurve aan de -pool.
f(x) = h(x) - g(x)
Als we beide leden integreren bekomen we :
𝑓 𝑥 𝑑𝑥
𝜋6
0
= 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥
𝜋6
0
Door de lineariteit van de integraal bekomen we :
𝑓 𝑥 𝑑𝑥
𝜋6
0
= (𝑥)𝑑𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥
𝜋6
0
𝜋6
0
UOut(gem)
Uf(RMS)
62
De bepaalde integraal is gelijk aan de oppervlakte tussen de spanningscurve aan de +
pool en deze aan de - pool.
De oppervlakte onder de kromme die de grootst positieve spanning
weergeeft over het interval 0,𝜋
6 is de oppervlakte onder de kromme
h 𝑥 = = Ûf sin(𝑥 +2𝜋
3)
𝐴I = Ûf sin 𝑥 +2𝜋
3
𝜋6
0
𝑑𝑥 = −Ûf cos 𝑥 +2𝜋
3 0
𝜋6 = Ûf
3
2−
1
2 =
3−1
2. Ûf ≈ 0,37 . Ûf
De oppervlakte onder de kromme die de grootst negatieve spanning
weergeeft binnen het interval 0,𝜋
6 is de oppervlakte boven de kromme
𝑔 𝑥 = Ûf sin(𝑥 +4𝜋
3)
𝐴II = Ûf sin(𝑥 +4𝜋
3)
𝜋6
0
𝑑𝑥 = − Ûf cos(𝑥 +4𝜋
3) 0
𝜋6 = Ûf 0 −
1
2
= −1
2 . Ûf
De oppervlakte onder de gelijkspanningskromme over het interval 0,𝜋
6 is het verschil
van AI en AII.
AGelijkspanning = 3−1
2−
−1
2 . Ûf =
3
2. Ûf
De gemiddelde waarde van de gelijkspanning kunnen we berekenen met behulp van de
middelwaardestelling van de integraalrekening.
63
Middelwaardestelling :
Is f continu in 𝑎, 𝑏 dan bestaat er een c 𝜖 𝑎, 𝑏 (met f(c) : de gemiddelde waarde)
waarvoor geld :
𝑏 − 𝑎 .𝑓 𝑐 = 𝑓 𝑥 𝑑𝑥𝑏
𝑎
In dit geval :
c 𝜖 0,𝜋
2
𝜋
6− 0 .𝑓 𝑐 = 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 =
3
2.
𝜋2
0
Ûf
↔ 𝑈𝑑𝑐 = 𝑓 𝑐 =
32𝜋6
=3 3
𝜋 . Ûf
𝑢𝑖𝑡 ∶ 𝑈𝑓RMS =Ûf
2 𝑣𝑜𝑙𝑔𝑡 𝑈DC =
3 6
𝜋 𝑈𝑓RMS
𝑢𝑖𝑡 𝑈L(RMS) = 3.𝑈𝑓RMS 𝑣𝑜𝑙𝑔𝑡 𝑈DC = 3 2
𝜋 𝑈𝐿RMS
Besluit :
𝑈DC = 1,35 .𝑈L(RMS) = 2,34 .𝑈𝑓RMS
64
3.7.3 De DC/DC omvormer
Afhankelijk van de rotatiesnelheid van de windturbine levert de alternator een andere
uitgangspanning. Deze variërende spanning zal zich doorvoeren naar de DC-spanning.
Enkele voorbeelden :
- bij een toerental van 125 tr/min hebben we een DC-spanning van 18,2 V.
- bij een toerental van 350 tr/min hebben we een DC-spanning van 52,5 V.
Om deze grote verschillen op te vangen plaatsen we een DC/DC-converter, met een
breed ingangsbereik. Als uitgangspanning kiezen we 15 V DC. Een ideale spanning om
een batterij van 12 V voorzien van batterijlader op te laden.
Over de DC/DC omvormer
Een DC/DC omvormer heeft een veel hoger rendement dan een lineaire
spanningsregelaar. Een lineaire spanningsregelaar slokt de overige spanning op en zet
deze om in warmte. Ook is deze omvormer kortsluitbesteding. Er zijn verscheidene
uitgangspanningen te kiezen.
65
3.7.3.1 Vermogensdissipatie in de DC/DC converter
Door de omzetting naar een lagere spanning ontstaat er een zeker vermogensverlies.
Dit vermogensverlies wordt binnenin de omvormer omgezet in warmte-energie. Bij een
te grote dissipatie van warmte, kan de omvormer oververhit raken.
Het opgenomen vermogen door de omvormer wordt door de volgende formule
weergegeven :
𝑃D =𝑃Out
Ƞ− 𝑃Out
met POUT : het uitgangsvermogen in Watt;
PD : het opgenomen vermogen door de omvormer in Watt;
Ƞ : het rendement van de omvormer.
Om de opwarming van de omvormer te berekenen kunnen we gebruik maken van deze
formule :
𝑅TH = ∆𝑇
𝑃D 𝑒𝑛 ∆𝑇 = 𝑇operationeel− 𝑇omgeving
↔ 𝑇operationeel = 𝑇omgeving + (𝑃D.𝑅TH)
met RTH : de thermische weerstand van het component tot de omgeving;
∆𝑇 : het temperatuursverschil;
PD : het opgenomen vermogen van de omvormer;
Tomgeving : de omgevingstemperatuur;
Toperationeel : de temperatuur binnen in het component.
66
2.7.3.2.1 Werking van een lineaire spanningsregelaar
Aan de hand van de werking van een spanningsregelaar kan verklaard worden waarom
de lineaire spanningsregelaar een laag rendement heeft bij grote vermogensoverdracht.
Werkingsschema :
Aan UIN wordt een veranderlijke spanning aangesloten, die wordt doorgeschakeld naar
de belasting via een transistor.
Aan de basis van de transistor staat een basisweerstand die de stroom door de
transistor begrenst. De spanning van de basis wordt geregeld door een opamp die
geschakeld is als comparator. Aan de inverterende klem van de opamp staat een
spanningsdeler die verbonden is met de uitgangsklem van de regelaar. Er staat dus een
spanning op de invertertende klem van de opamp die evenredig is met de
uitgangspanning. Aan de niet-inverterende klem staat een referentiespanning.
Als de regelaar ingeschakeld wordt zal er geen spanning op de uitgang staan en zal
VREF groter zijn dan de spanning aan de inverterende klem van de opamp hierdoor zal
er spanning aan de basis van de transistor komen te staan.
De transistor zal geleiden en de spanning aan de uitgang zal stijgen. Hierdoor zal de
spanning aan de inverterende klem hoger worden dan VREF. Dit gebeurt wanneer de
uitgangspanning van de regelaar groter wordt dan de nominale waarde.
Hierdoor zal de comparator omklappen en zal de basis van de transitor naar massa
worden getrokken en gaat de transistor sperren.
67
De spanning aan de uitgang zal terug dalen, waardoor de comparator terug zal
omklappen en de transistor opnieuw zal gaan geleiden. Door de snelheid van het
regelcircuit wordt de spanning aan de transistor geregeld tot er een stabiele toestand
zich voordoet.
Door deze wisselwerking wordt de spanning aan de uitgang van deze regelaar geregeld
naar een gewenste waarde. De spanningsval over de regelaar staat volledig over de
transistor waardoor deze bij grote vermogensoverdracht, veel vermogen dissipeert. Er
is dus veel verlies in dit component bij hoge stromen en, of bij een te hoge
ingangspanning.
2.7.3.2.2 Werking van een geschakelde DC/DC omvormer
Een geschakelde DC/DC omvormer slaat de overige spanning inductief (onder de vorm
van een magnetisch veld) en capacitief op in plaats van deze om te zetten in warmte.
Er zijn 4 soorten van deze omvormers :
- Buck (Step-down)
- Boost (Step-Up)
- Buck-Boost (Inverter)
- Flyback
Buck of Step-down convertor.
Deze omvormer verlaagd de ingangspanning tot de gewenste uitgangspanning.
Dit is het type omvormer dat wij gebruiken om de ±40 Volt te converteren naar ±15 Volt.
68
Werkingsschema :
Als de MOSFET geleid, zal er een stroom vloeien (1) door de belasting vanuit VIN. De
spoel zal de stroomverandering tegenwerken door een magnetisch veld te creëren.
De condensator aan de uitgang zorgt voor een constante uitgangspanning.
Als de MOSFET spert, zal er een inductiespanning gegenereerd worden in de spoel om
de stroomverandering tegen te werken. Het magnetisch veld wordt gebruikt om de
stroom te behouden. De inductiespanning is omgekeerd gepolariseerd waardoor het
punt A dienst doet als massapunt door de diode die nu in geleiding is. Er zal dus een
stroom vloeien (2) in de zelfde zin vanuit de spoel.
De stuurpin (Gate) van de MOSFET is bediend door een PWM-signaal (puls with
modulation) . Het controle circuit stuurt een PWM-singaal met een hoge frequentie
zodat de uitgangspanning stabiel is.
RLA
ST
1
2 - +
+ -
A
69
Het controle circuit
Het controlecircuit stuurt een PWM-signaal uit met een duty cycle die afhankelijk is van
de uitgangspanning van de omvormer.
Verschilversterker
Door een spanningsdeler wordt een deel van de uitgangspanning aangeboden aan het
controle circuit.
Het verschil van deze spanning met een referentiespanning wordt aangeboden aan een
opamp die geschakeld is als comparator (VERR).
Deze spanning wordt vergeleken met de spanning van oscilator die een
zaagtandvorminge spanning levert.
De uitgangsspanning van deze comparator is een PWM-signaal met een veranderlijke
duty cycle.
Als de uitgangspanning van de convertor stijgt zal de duty cycle dalen.
Als de uitgangspanning van de convertor daalt zal de duty cycle stijgen
70
Boost of Step-up convertor.
De omvormer zal de ingangspanning omvormen naar een uitgangspanning die altijd
groter is.
Werkingsschema :
De schakelaar is een elektronisch schakelcomponent die aangestuurd wordt door een
controle circuit afhankelijk van de uitgangspanning.
Als de schakelaar gesloten is, zal de spoel inductief opladen, er wordt een magnetisch
veld gecreëerd. Door de diode zal de spanning kan er geen stroom terugvloeien van
aan de uitgang van de omvormer.
Als de schakelaar open is, zal de spoel een inductiespanning genereren. Deze
spanning verhoogd de ingangspanning. Diode zal nu geleiden, er zal dus een spanning
komen te staan aan de uitgang die steeds groter is dan de ingangsspanning.
+ -
- +
71
Buck-boost convertor (invertor).
Deze omvormer zet de ingangspanning om naar een uitgangspanning die kleiner is en
geïnverteerd.
Werkingsschema :
De schakelaar is een elektronisch schakelcomponent die aangestuurd wordt door een
controle circuit afhankelijk van de uitgangspanning.
Als de schakelaar gesloten is, zal de spoel inductief opladen, er wordt een magnetisch
veld gecreëerd. Door de diode zal de spanning kan er geen stroom kan vloeien naar de
uitgang van de omvormer.
Als de schakelaar open is, zal de spoel een inductiespanning genereren. Deze
spanning omgekeerd gepolariseerd. Diode zal nu geleiden, er zal dus een negatieve
spanning komen te staan aan de uitgang.
+ -
- +
72
De Flyback converter.
Deze omvormer werkt op hetzelfde principe als de buck-boost convertor, maar in plaats
van een spoel word een speciaal soort transformator gebruikt omdat een gewone
transformator niet genoeg energie opslaat. Hierdoor is de uitgangspanning geïsoleerd
van de ingangspanning (galvanische scheiding).
3.7.3.2 De batterijlader
De batterijlader is gebaseerd op een loodaccu laadcontroller. Deze is ook voorzien van
een uitleeseenheid die met een microcontroller wordt aangestuurd.
De accu lader chip (UC3906N) heeft als voordelen :
- optimale controle voor een maximale capaciteit
en levensduur;
- interne laadcontroller bied twee laadstappen;
- controleert de temperatuur van de batterij;
- controleert laadspanning en laadstroom;
- laag verbruik in 'stand-by' van 1.6 mA.
73
De laadstappen
1) 'high current bulk-charge state'
Bij deze stap wordt de accu geladen met een hoge constante laadstroom (maximum
10% van de capaciteit van de batterij) tot een bepaalde ingestelde spanningswaarde is
bereikt. De accu is nu 75% tot 90% opgeladen. De batterijlader gaat nu over in de
druppel modus.
2) 'holding charge' (druppel modus)
Als de hogestroom laadstap beëindigd is zal de laadstroom dalen tot een veel lagere
laadstroom (1% van de capaciteit van de batterij). Als de batterij ontladen wordt door
een belasting, zal de lader opnieuw met de volledige stroom laden. Als de spanning nog
steeds blijft dalen dan zal de controller terug overgaan naar stap 1.
Laadschema
INGANGSPANNI
NG
ACCUSPANNIN
G
LAADSTROOM
Fase 1 Fase 2 Fase 1
74
Schema van de batterijlader
75
Uitleg bij het schema van de batterijlader
1) Meting van de laadstroom
De laadstroom wordt gemeten aan de hand
van de weerstand R9.
De meetweerstand is aangesloten aan de
ene kant op pin 3 en aan de andere kant
aan pin 2 en pin 4.
Aan de hand van het blokschema kunnen we de werking verklaren.
De ingang van weerstand R9 is verbonden met +VIN en de uitgang van de weerstand is
verbonden met pin 4 van de laadcontroller. In de controller is een comparator
geschakeld waarbij +VIN geschakeld is aan de niet-inverterende klem van de
comparator en pin 4 is aan de niet-inverterende klem geschakeld met in serie een
spanningsbron van 250 mV.
R9
76
Als er geen stroom door de weerstand vloeit is de spanning aan klem 4 gelijk aan +VIN.
Door de spanningbron in serie met klem 4 zal de grootste spanning dus op de niet-
inverterende klem staan. Hierdoor zal |USAT-| op de uitgang van de comparator staan.
Naarmate dat de stroom door de weerstand R9 toeneemt zal de spanningsval over de
weerstand toenemen. Als de spanningsval over de weerstand groter wordt dan 250 mV
dan wordt de spanning kleiner aan de inverterende klem van de comparator. hierdoor
zal |USAT+| op de uitgang van de comparator staan.
Als de comparator uitgang hoog is zal de NPN transistor A geleiden waardoor de basis
van NPN transistor B aan massa wordt gelegd. Deze kan dus niet meer geleiden
waardoor PNP transistor C geen stroom kan afvoeren en deze zal dus ook sperren.
De spanningsval over de weerstand R9 gelijk zijn aan 250 mV vooraleer de comparator
omklapt.
Volgens de wet van ohm :
𝑅 = 𝑈
𝐼 ↔ 𝑈 = 𝐼 .𝑅 𝑚𝑒𝑡 𝐼max = 10%.𝑄batterij
0,25 𝑉 = 1%.𝑄batterij.𝑅 → 𝑅9 = 2,5
𝑄batterij
A
C
B
77
Tussen de pinnen 2 en 3 staat er een opamp als comparator. Als er geen stroom door
R9 vloeit dan is de spanning op pin 2 en 3 gelijk, door de spanningspron in serie met
pin 2 zal de spanning aan de inverterende klem 25 mV groter zijn dan aan de niet-
inverterende klem waardoor |USAT-| aan de uitgang van de comparator zal komen te
staan. De NPN transistor zal dus niet geleiden en pin 1 dus niet verbonden is met
massa.
Naarmate de stroom door de weerstand R9 stijgt zal de spanning op pin 2 stijgen ten
opzichte van de spanning aan pin 3 door de spanningsval over de weerstand. Als deze
spanning meer dan 25mV groter is dan aan pin 3 zal de comparator omklappen en
|USAT+| zal aan de uitgang van de comparator komen te staan. Waar de NPN transistor
gevoed wordt en de transistor zal geleiden zodat pin 1 met massa verbonden is.
Door pin 1 al dan niet met massa te verbinden wordt er een signaal gegeven aan de
laadcontroller die de laadstroom bij het druppelladen weergeeft. De laadstroom bij het
druppelladen is maximaal 1% van de capaciteit van de batterij.
De spanningsval over de weerstand R9 gelijk zijn aan 25 mV vooraleer de comparator
omklapt en de controller signaal geeft.
Volgens de wet van ohm :
𝑅 = 𝑈
𝐼 ↔ 𝑈 = 𝐼 .𝑅 𝑚𝑒𝑡 𝐼max = 1%.𝑄batterij
0,025 𝑉 = 1%.𝑄batterij.𝑅 → 𝑅9 = 2,5
𝑄batterij
2) ledindicatie van de laadstatus
De 2 indicatie leds worden van voedingspanning
voorzien aan de hand van een drukknop die
ingedrukt moet worden om de status te bekijken. Dit
doen we om onnodig energieverbruik door de leds
en voorschakelweerstanden te vermijden.
De leds worden van massa voorzien door de
laadcontroller.
PIN 9
PIN 7
78
3) Weerstanden voor de drempelspanningen
Aan het schema zijn nog weerstanden toegevoegd die de
klemspanning van de batterij terugbrengen naar de laadcontroller. De
controller kan aan de hand hiervan de laadstroom regelen.
Door R7 en R8 wordt de helft van de klemspanning teruggebracht naar
de laadcontroller
Door R5 en R6 wordt 1/6 van de klemspanning teruggebracht naar de
laadcontroller, dit is juist de celspanning aangezien de batterij bestaat
uit 6 in serie geschakelde cellen.
4) Spanningsmeting van de batterij met de PIC
De klemspanning wordt aan de hand van een spanningsdeler
verbonden met een analoog kanaal van de microcontroller.
Berekeningsvoorbeeld
Bij een batterijspanning van 11,7 V en de potentiometer volledig ingeschakeld.
𝐼 = 𝑈
𝑅totaal=
11,7𝑉
100𝑘 + 51𝑘 + 5𝑘=
11,7
156000 𝑑𝑢𝑠 ∶ 𝑈Bat =
11,7
156000. 56 000 = 4,2 𝑉
Om de microcontroller te beveiligen is een diode toegevoegd naar massa en een diode
naar de +5 V. Zodat de analoge waarde steeds tussen de -0,7 V en de +5,7 V blijft. Dit
is een beveiliging tegen omgekeerd polariseren en tegen overspanning.
79
5) Temperatuursmeting met de PIC
Om de batterij te beveiligen tegen oververhitting tijdens
het laden wordt de batterijtemperatuur gemeten.
We meten de temperatuur met een LM35, deze levert 10
mV/°C.
bv. bij 45 °C levert de LM35 een spanning van 450 mV
De temperatuur van de batterij zal in normale omstandigheden nooit boven de 100 °C
zijn. De uitgangstemperatuur van de LM35 zal dus nooit boven 1 V stijgen.
Om nauwkeuriger te kunnen meten leggen we aan de VREF klem een spanning van 1
Volt met behulp van een spanningsdeler.
De 1024 mogelijke variabelen worden nu verdeeld onder een spanningsbereid van 0 tot
1 Volt. Waardoor de analoog naar digitaal conversie 5 keer nauwkeuriger gebeurt.
6) De voeding van de microcontroller
De microcontroller wordt gevoed met +5 V. De klemspanning van de batterij kan tot 12
V bedragen, we gebruiken dus een lineaire spanningsregelaar om over te gaan naar +5
V. Er worden nog condensators geplaatst naar de massa om de 5 V lijn af te vlakken en
om hoogfrequente ruis weg te werken.
De microcontroller wordt slechts gevoed als schakelaar S2 ingedrukt is. Dit voorkomt
verspilling van energie.
80
7) De microcontroller en het lcd display.
Het lcd display is in 4 bits modus aangesloten aan de microcontroller voor
gegevensoverdracht.
Met de potentiometer R11 kan het contrast van het scherm worden geregeld.
De schakeling aan MCLR (master clear ) klem geeft een automatische reset bij het
opstarten van de controller. Na enkele ms is de condensator opgeladen en staat er +5V
op de klem.
Om de microcontroller te programmeren maken we gebruik van ICSP (in circuit serial
programming) met behulp van een PICKIT.
Deze is aangesloten via een connector op :
- ICSP CLK (RA1) = clock
- ICSP DAT (RA0) = data
- VPP (RA2) = hier komt de 'hoogspanning ' op ±13 V (high voltage
programming)
- VDD = +5 V (voeding vanuit de USB-poort van de computer)
- VSS = 0 V
81
8) Het programma ingeladen in de microcontroller
1: /*******************************************************************************
******************************************************************************** ************************
2: Project verticale windmolen GIP 6 TIW
3: opdracht: uitlezen van de celspanning en batterijspanning, temperatuur van de
4: batterij en omgevingstemperatuur via ADconversie en dit op een LCD plaatsen.
5: Met behulp van een drukknop worden de verschillende parameters achtereenvolgens
6: getoond.
7: materiaal: PIC 16F690 op PCB "battery_charger_3906"
8: compiler : mikroCPRO van MikroElektronica
9: programmer : ICSP via PICKIT2 v2.50
10: programmeur: Cottignies Pieterjan 6TIW nr: 03
11: 13-05-14 V 0.3 extended program
12: ********************************************************************************
******************************************************************************** ************************/
13: // LCD connections
14: sbit LCD_RS at RC2_bit;
15: sbit LCD_EN at RC3_bit;
16: sbit LCD_D4 at RC7_bit;
17: sbit LCD_D5 at RC6_bit;
18: sbit LCD_D6 at RC4_bit;
19: sbit LCD_D7 at RC5_bit;
20: sbit LCD_RS_Direction at TRISC2_bit;
21: sbit LCD_EN_Direction at TRISC3_bit;
22: sbit LCD_D4_Direction at TRISC7_bit;
23: sbit LCD_D5_Direction at TRISC6_bit;
24: sbit LCD_D6_Direction at TRISC4_bit;
25: sbit LCD_D7_Direction at TRISC5_bit;
26: //drukknop connections
27: sbit Switch at RB4_bit;
28: //define button Switch parameters
29: #define Switch_Pin 4
30: #define Switch_Port PortB
31: #define Debounce_Time 30
32: unsigned short count;
33: // Messages LCD
34: char message0[] = "LCD configured";
35: char message1[] = "Celvolt. Batvolt";
36: char messageV[] = "V";
37: char message2[] = "GIP 6 TIW";
38: char message3[] = "Vert. windmolen";
39: char messageTB[] = "Temp. batterij";
40: char messageTA[] = "Temp. omgeving"; 41:
42: //variables
43: unsigned long VoltValue; //hierin komt het 10bits resultaat AD conversie
44: unsigned long VoltCalc; //hierin komt de berekende ingangsspanning op AN0
45: unsigned long BatCalc; //hierin komt de berekende batterijspanning
46: unsigned long CelCalc; //hierin komt de berekende celspanning
47: unsigned short ADreg; //hierin komt de ADCON0 instelling voor de 3 ADC's
48: unsigned int tempinC; //hierin komt de berekende temperatuur
49: //strings , pointers
50: char *Voltage = "0.000"; // Used to display voltage on LCD
51: char *Battery = "00.00"; //used to display Battery Voltage on LCD
52: char *temp = "000.0"; //used to display temperature on LCD
82
53: //functions
54: void Lcd_init1() 55:
56: Delay_ms(100);
57: Lcd_Cmd(_LCD_Clear); // clear LCD
58: Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // cursor off 59: Lcd_Out (1,4,message2);
60: Lcd_Out(2,2,message0); // display "lcd configured" 61: Delay_ms(2000);
62: Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
63: LCD_Out(1,1,message3);
64: LCD_Out(2,4,message2);
65:
66: //End LCD
67: void Display_Volts() 68: LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);
69: Voltage[0] = CelCalc/1000 + 48; //extract thousands
70: Voltage[2] = (CelCalc/100)%10 + 48; //extract hundreds
71: Voltage[3] = (CelCalc/10)%10 + 48; //extract tens
72: Voltage[4] = (CelCalc/1)%10 + 48; //extract units 73: Battery[0] = BatCalc/10000 + 48;
74: Battery[1] = (BatCalc/1000)%10 + 48;
75: Battery[3] = (BatCalc/100)%10 + 48;
76: Battery[4] = (BatCalc/10)%10 + 48;
77: Lcd_Out(2,2,Voltage); //display voltage 78: Lcd_Out(2,11,Battery);
79: Lcd_Out(1,1,message1); //displays message1
80: Lcd_Out(2,6,messageV); // displays V for volts 81: Lcd_Out(2,16,"V");
82: Lcd_Out(2,1,"=");
83: Lcd_Out(2,10,"=");
84:
85: void display_temperature() //convert temp to characters 86:
87: if(tempinC/1000) //als MSB een "1" oplevert 88: temp[0]=tempinC/1000+48;
89: else temp[0]= ' ';
90: temp[1] = (tempinC/100)%10 + 48; //extract tens digit
91: temp[2] = (tempinC/10)%10 + 48; //extract ones digit
92: temp[4] = (tempinC)%10 + 48; //extract tenths digit
93: //print temperature on LCD 94: Lcd_Out(2,1,temp);
95:
96: void measure_voltage(unsigned short con0 ) 97:
98: ADCON0 = con0;
99: ADCON0.ADON = 1; // AD conv on
100: Delay_us(20); //acquisition time with margin
101: ADCON0.GO = 1; // start conversion
102: while (ADCON0.GO) continue; // wait until conversion complete 103: VoltValue = ADRESL;
104: VoltValue = VoltValue + (ADRESH<<8);
105: VoltCalc = VoltValue*5000/1023; //neem als voorbeeld 1000 als resultaat in
VoltValue
106: CelCalc = VoltCalc*485/1000; //uit meting bepaald = verhouding c
celspanning (Vsense pin 13) t.o.v. ingangsspanning AN0
107: BatCalc = VoltCalc*291/100; //uit meting bepaald = verhouding batt
terijspanning t.o.v. spanning aan ingang van AN0
108: if ((BatCalc & 0x0000000F) >= 5) 109:
110: BatCalc = BatCalc + 1;
111:
83
112:
113: void measure_temp(unsigned short con0 ) 114:
115: ADCON0 = con0; //stel het te meten kanaal in
116: ADCON0.ADON = 1; // AD conv on
117: Delay_us(20); //acquisition time with margin
118: ADCON0.GO = 1; // start conversion
119: while (ADCON0.GO) continue; // wait until conversion complete 120: VoltValue = ADRESL;
121: VoltValue = VoltValue + (ADRESH<<8); //gemeten spanning 0...1000mV op 10 bits
122: tempinC = VoltValue * 1000/1023; // omrekening 10mV = 1°C 123: Lcd_Chr(2,7,223);
124: Lcd_Chr(2,8,'C');
125:
126: void main()
127: OSCCON = 0x70; //interne oscillator op 8 MHz; we werken in
128: //INTOSCIO mode (zie CONFIG settings)
129: ANSEL = 0x0F; //enkel AN0...AN3 als analoge ingang
130: ANSELH = 0; //RC6 en RC7 moeten digitaal worden gezet! (LCD)
131: ADCON1 = 0b01010000; // clock fosc/16
132: TRISB = 0b00010000; //enkel RB4 als input 133: count = 0;
134: Lcd_Init();
135: Lcd_init1();
136:
137: do
138: if (Button(&Switch_Port,Switch_Pin,Debounce_Time,0)) //debounce switch active 0 139:
140: if (!Switch) //als drukknop is ingedrukt 141: count++;
142: if (count==4) count = 1; 143:
144: while(!Switch); //wacht tot drukknop wordt losgelaten 145:
146: switch (count)
147: case 1:
148: ADreg = 0b10000000;//right justified,voltage reference(=VDD),
149: //channel select(AN0), GO/Done = 0, ADON=0
150: measure_voltage(ADreg); //we meten op AN0 de spanning 151: Display_Volts();
152: break;
153: case 2: 154: LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);
155: ADreg = 0b11001000;//right justified,voltage reference(=Vref),
156: //channel select(AN2), GO/Done = 0, ADON=0
157: measure_temp(ADreg); //we meten op AN2 de batterij temp. 158: display_temperature();
159: Lcd_Out(1,1,messageTB); //display Battery Temp.
160: break;
161: case 3: 162: LCD_Cmd(_LCD_CLEAR);
163: ADreg = 0b11001100; //right justified,voltage reference(=Vref),
164: //channel select(AN3), GO/Done = 0, ADON=0
165: measure_temp(ADreg); //we meten op AN3 de omgevingstemperatuur 166: display_temperature();
167: Lcd_Out(1,1,messageTA); //display Ambient Temp.
168: break; 169:
170: Delay_ms(50);
171: while(1);
172: //end main
84
3.7.3.3 De batterij
Oplaadbare batterijen zijn elektrochemische cellen die stroom kunnen leveren, en die
door het aansluiten op een spanningsbron zich kunnen opladen door de chemische
processen in omgekeerde richting te doorlopen.
3.7.3.3.1 Soorten oplaadbare batterijen
- loodaccu (Pb) ;
- nikkel-cadmium (Ni-Cd) ;
- nikkel-metaalhydride (NiMH) ;
- nikkel-waterstof (NiH2) ;
- lithium-ion (Li-ion) ;
- lithium-ion polymeer (Lipo) ;
- natriumzwavel (NaS) ;
- lithium-zwavel (Li-S) .
3.7.3.3.1.1 De loodaccu
Energie per massa-eenheid : 30 à 40 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : 180W/kg
Zelfontlading = 3 - 20%/maand
aantal laadcycli : 600-800
laadefficiëntie tot 92%
85
De loodaccu heeft als voordelen
- een zeer eenvoudige accu bestaande uit water,zwavelzuur en lood ;
- ze kunnen een hoge elektrische stroom leveren ;
- relatief goedkoop ;
- gemakkelijk te recuperen, recycleren ;
- hoge celspanning van 2,0 volt per cel.
nadelen
- lage energie per massa-eenheid;
- corrosieve werking van zwavelzuur;
- explosiegevaar door knalgas bij overladen;
- zelfontlading;
- vaste oriëntatie.
Opmerking
Een gelaccu is een variant op de loodaccu deze is iets duurder, maar kan gebruikt
worden in elke oriëntatie, heeft minder zelfontlading, maar is gevoeliger voor
overladen.
86
Werking van de accu
Een accucel bestaat uit 2 loden (Pb) platen in een vloeistof met 37% H2SO4
(zwavelzuur) en 63% zuiver water (H2O).
Aan de kathode (- pool) :
bij het ontladen vindt de volgende reactie plaats :
Pb (s) + SO42− (aq) → PbSO4 (s) + 2 e− ∆𝐸 = −0,356 𝑉
bij het opladen wordt de reactie uitgevoerd van rechts naar links, zodat de
oorspronkelijke reactieproducten opnieuw bekomen worden.
Aan de anode (+ pool) :
bij het ontladen vindt de volgende reactie plaats :
PbO2 (s) + SO42− (aq) + 4 H+ + 2 e− → PbSO4 (s) + 2 H2O (l) ∆𝐸 = 1,685 𝑉
bij het opladen wordt de reactie uitgevoerd van rechts naar links, zodat de
oorspronkelijke reactieproducten opnieuw bekomen worden.
Door de reacties die tegelijk plaatsvinden is de is de celspanning het
potentiaalverschil bij beide reacties.
UCEL = 1,685V + (-0,356V) = 2,041V
3.7.3.3.1.2 De nikkel-cadmium accu (Ni-Cd)
Dit is een droge accu op basis van nikkel en cadmium.
Energie per massa-eenheid : 40 à 60 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : 150W/kg
Zelfontlading = 10%/maand
aantal laadcycli : 2000
laadefficiëntie tot 90%
87
Voordelen
- lange levensduur;
- lage productiekosten;
- bestand tegen hoge temperaturen, lange belasting, veel laadcycli
Nadelen
- geheugeneffect*;
- onderhoud nodig;
- giftige stoffen (cadmium);
- lage energiedichtheid.
*geheugeneffect : bij het herhaaldelijk gedeeltelijk ontladen zal de capaciteit
afnemen, de capaciteit die overblijft is de daadwerkelijk gebruikte capaciteit.
3.7.3.3.1.3 De nikkel-metaalhydride accu (NiMH)
Dit is een accu op basis van nikkel en een metaalhydride (een binding van een
metaal met waterstof, maar ze vertonen het eerder gedrag van een legering tussen
2 metalen)
Energie per massa-eenheid : 30 à 80 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : 250-1000 W/kg
Zelfontlading = ± 30%/maand
aantal laadcycli : 500-1000
laadefficiëntie tot 66%
88
Voordelen
- kunnen goed tegen wisselende belastingen;
- hoge vermogensdichtheid;
- milieuvriendelijk;
- minder geheugeneffect.
Nadelen
- kortere levensduur;
- hoge zelfontlading.
3.7.3.3.1.4 De nikkel-waterstof (NiH2)
Een nikkel-waterstof accu (NiH2) is een accu op basis van nikkel en waterstof. Het
verschil met een nikkel-metaalhydrideaccu is het gebruik van waterstof in een tot
82,7 bar gevuld drukvat.
Energie per massa-eenheid : ±75 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : 220 W/kg
Zelfontlading : zeer klein
aantal laadcycli : 20.000
laadefficiëntie tot 85%
3.7.3.3.1.5 De lithium-ion accu (Li-ion)
Dit type accu wordt heel vaak gebruikt vanwege de hoge energiedichtheid.
Energie per massa-eenheid : 160 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : 190-1200 W/kg
Zelfontlading = 5 à 10%/maand
aantal laadcycli : 1200
laadefficiëntie tot 80 à 90%
89
Voordelen
- hoge energiedichtheid;
- geringe zelfontlading;
- geen geheugeneffect;
- hoog vermogen;
- milieuvriendelijk.
Nadelen
- hoge kostprijs;
- explosiegevaar bij hoge temperaturen.
3.7.3.3.1.6 De lithium-ion polymeer (Lipo)
Deze accu wordt veel gebruikt vanwege de hele hoge energiedichtheid. Ze heeft
voornamelijk de eigenschappen van een (Li-ion). Door de lage inwendige weerstand
kan deze een hoge stroom leveren. Deze soort accu's mogen echter nooit
onderladen worden.
Energie per massa-eenheid : 130-200 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : max. 2800 W/kg
Zelfontlading = ± 5 %/maand
aantal laadcycli : >1000
laadefficiëntie tot 99,8%
3.7.3.3.1.7 De natriumzwavel accu (NaS)
Dit type accu is voornamelijk grootschalig gebruikt, deze maakt gebruik van vloeibaar
natrium en zwavel waardoor deze constant op de hoge temperatuur moet gehouden
worden van ±350°C.
90
Voordelen
- onbeperkt laden en ontladen zonder dat de levensduur vermindert;
- hoge energiedichtheid ;
- goedkope grondstoffen.
Nadelen
- hoge corrosiviteit van het vloeibaar natrium;
- hoge temperatuur.
3.7.3.3.1.8 De lithium-zwavel-accu (Li-S)
Dit type accu heeft heel erg grote energiedicht en zijn ook relatief licht. Dit is echter
nog een nieuw soort accu.
Energie per massa-eenheid : 350 Wh/kg
Vermogen per massa-eenheid : max. 1750 W/kg
Zelfontlading = < 5 %/maand
2.7.3.3.2 Keuze van de accu
We hebben nood aan een oplaadbare batterij die een hoge stroom kan leveren, die
een hoge laadefficiëntie heeft en herhaaldelijk gedeeltelijk mag ontladen worden
(geen geheugeneffect) .
We kozen voor een loodaccu, door de vaste opstelling is de lage energiedichtheid en
de vaste oriëntatie geen belemmering. We gebruiken een batterijlader die we
beveiligen tegen overladen om explosiegevaar te voorkomen. Dit type accu kan een
hoge stroom leveren en is relatief goedkoop.
91
3.7.3.4 De DC/AC omvormer (inverter)
Om de 12 Volt gelijkspanning van de batterij om te vormen naar een 230V
sinusoïdale wisselspanning gebruiken we een wisselrichter (inverter).
Eigenschappen van de omvormer :.
- Merk : Eminent
- Type : EM3991
- Uitgangsvermogen : 150 W (continu) 300 W (piekvermogen)
- Ingangspanning : DC 12 V
- Uitgangspanning : AC 220-240 V
- Frequentie : 50 Hz ± 3 Hz
- Beveilinging : overspanningsbeveiliging, laagspanningsbeveiliging, zekering
Werking van een DC/AC omvormer
Een inverterschakeling is opgebouwd uit : een H-bridge van elektronische
schakelcomponenenten, een PWM-module (Puls Breedte Modulatie) , spoelen en
een condensator.
92
In de eerste halve periode zullen Q1 en Q4 geleiden, Q3 en Q2 sperren.
In de tweede halve periode zullen Q2 en Q3 geleiden, Q1 en Q4 sperren.
Hierdoor zal de stroom in de belasting omgekeerd vloeien in de tweede halve
periode t.o.v. de eerste. We bekomen dus een wisselspanning.
RLA
ST R
LAST
93
Omdat de wisselspanning ook mooi sinusoïdaal zou zijn wordt het PWM signaal
gemodelleerd. We proberen het verloop van een sinus na te bootsen met een PWM
signaal. Om dit signaal te maken vergelijken we een sinusvormig signaal met een
draaggolf met een bepaalde frequentie. Zo bekomen we een signaal die het
spanningsverloop van een sinus nabootst.
Ook worden er 2 spoelen (L1 , L2) geplaatst om een sinusoïdale stroom te bekomen,
en een condensator op een sinusoïdale spanning te bekomen.
Opmerkingen
- De schakelcomponenten Q1 en Q2 (of Q3 en Q4) mogen nooit samen in geleiding
zijn, anders ontstaat er een kortsluiting.
- Het PWM signaal wordt afwisselen op Q1/Q4 en Q2/Q3 geplaatst. Opdat alle
schakelcomponenten gelijk zouden gebruikt worden en om de levensduur te
verlengen.
- IGBT's zijn zeer goede schakelcomponenten voor deze omvormers, ze kunnen snel
schakelen zoals een MOSFET en ze kunnen veel stroom geleiden zoals bipolaire
transistoren.
94
3.7.3.5 De verbruiker
Na omvorming hebben we van een wisselspanning met veranderende amplitude en
frequentie een sinusoïdale wisselspanning gemaakt met een frequentie van 50 Hz en
met een amplitude van ±230 Volt.
Hierdoor kunnen we alle Europese toestellen die werken op deze spanning en
frequentie aansluiten op de windturbine en zonnepaneel.
95
3.8 Uitwerking en realisatie van de windturbine
Na het vergelijken van verschillende types windturbines besloten we het Savonius
type rotor te ontwerpen.
We gingen proefondervindelijk te werk bij het ontwerpen van de windturbine.
Aan de hand van een voorstudie maakten we een eenvoudig prototype op schaal
1:2.
Aan de hand van het prototype wordt het definitieve eindontwerp gemaakt.
96
3.8.1 Schetsen en ontwerpen van het prototype
Naarmate de ontwerpen vorderen worden deze steeds meer concreet en van
afmetingen voorzien.
97
3.8.2 Realisatie van het prototype
Het volledige prototype werd in ijzer gemaakt om de kostprijs van dit tussentijds
model laag te houden.
In 6 lesuren werd een prototype gemaakt van waar we kunnen vertrekken om
verbeteringen door te voeren en het definitieve ontwerp te tekenen.
3.8.3 3D tekenen van de definitieve turbine
Bij de constructie van het definitieve model werden de schoepen aangepast en er
werd ook een ophanging uitgetekend voor de generator en een steun voor de
volledige constructie .
98
3.8.4 Materiaallijst
STUKLIJST GIP -WINDTURBINE- GROEP 1
Onderdeel Stuks Maat lengte volume (in mm²) gewicht/stuk (kg) totaalgewicht (kg) kostprijs zonder BTW (euro) kostprijs met BTW (euro) werkuren
alu plaat rond 2 Ø1200x3 - 1699156 4,7 9,4 23,51 28,45
alu as (vol) 1 Ø50 2250 4417848 12,2 12,2 30,55 36,97
borgmoer 8 M18 -
draadstang 4 M6 1102 31158 0,1 0,3 0,86 1,04
alu buis vierkant 3 40x40x3 440 183460 0,5 1,5 3,81 4,61
alu plaat rond 2 Ø230x5 - 190720 0,5 1,1 2,64 3,19
alu buis vierkant 3 40x40x3 1000 426240 1,2 3,5 8,84 10,70
alu plaat rechthoek 3 80x120x3 26520 0,1 0,2 0,55 0,66
bout inbus 8 M18x35
alu plaat rond 1 Ø140x5 75719 0,2 0,2 0,53 0,64 0,5
borgmoer 2 M12
moer 1 M12
bout inbus 18 M3x40
borgmoer 18 M3x40
alu plaat rechthoek 1 60x10 160
alu plaat rechthoek 1 60x10 231
alu plaat rechthoek 1 60x10 155
alu plaat rechthoek 1 60x10 320
alu plaat rechthoek 12 262x2 1000 525770 1,5 17,5 43,65 52,82 1
alu plaat rechthoek 1 120x180x2
alu as ( vol) 1 Ø110x48
Moeren, bouten, lagers en riem 45
Montage Windmolen 3
8430358 48,3 120,84 191,22 10
steunschijven voet
poten voet
steunvoetjes
479179 1,3
Prijs per kilo (alu)
2,5
Prijs/werkuur
75
Totaal
941,22750
3,32 4,01
2,59 3,13plaatje koppelstuk
as koppelstuk
motorsteun met sleuf, boven
motorsteun, schuin tegen as
motorsteun , recht
motorsteun hoofdlat, plat
schoep
1,3
374588 1,0 1,0
1
2
2
0,5
Kost aan werkuren
moeren flens + motor
flens motor
boutjes flens + motor
hoofdschijven
as
draadstangen
verstevigingsbalk voet
99
3.8.5 2D tekeningen
Om te onderdelen van de turbine te laten maken moeten er duidelijke bemaatte 2D
tekeningen gemaakt worden zodat de ruwe materialen van op de materiaallijst
kunnen bewerkt worden tot de benodigde onderdelen.
3.8.5.1 2D tekeningen van de generatorsteun
De steun bestaat uit 4 onderdelen die samengelast worden.
100
//steunstuk deel 1 2D
101
//steunstuk deel 2 2D
102
//steunstuk deel 3 2D
103
//steunstuk deel 4 2D
104
//steunstuk afstandsmaten
105
3.8.5.2 2D tekeningen van de windturbine steunpoot
106
// poot
107
// verstevigingsbalk voet
108
3.8.5.3 Boven -en onderplaat en schoepen
De bovenplaat, onderplaat worden gelazerd waardoor er geen 2D tekeningen nodig
waren, er werd enkel een universeel (.dxf) bestand doorgestuurd van de onderdelen.
3.8.5.4 De schoepen
Van de schoepen werd een .dxf bestand gemaakt van de sheetmetal om de
plooibank in te stellen.
3.8.5.5 Assemblage
Door de afwezigheid van Dhr. Vynckier heeft de praktische realisatie enkele
maanden stil gelegen. We kwamen in tijdsgebrek. Door besparingen mochten we de
turbine niet maken op deze schaal. We moesten hem maken op kleinere schaal, door
deze wijziging hebben we turbine niet volledig kunnen afwerken.
109
4 Besluit
Mijn gip was voor mij een hele uitdaging. Het volledige project uit het niets beginnen
ontwerpen was helemaal niet vanzelfsprekend. Stap per stap kwamen we tot ons
definitief ontwerp waarin we met de volledige klasgroep onze insteek in hebben.
Alle ideeën die aangebracht werden, werden door de klasgenoten besproken en
samen met de groep werd er beslist om het idee al dan niet te gebruiken. Na het
realiseren van het prototype kwamen er nog enkele problemen naar boven. We
bedachten op elk probleem een oplossing en verdeelden het werk om het definitieve
ontwerp te tekenen. Bij problemen konden we altijd terecht bij klasgenoten en
technische leraars.
Ook leerden we samenwerken in team. Door iedereen z'n eigen inbreng te laten
doen, was het mogelijk om het prototype nog veel te verbeteren. Een goede
groepsgeest was hier onmisbaar.
Hoewel de vorderingen voor de gip slechts op gang kwamen als het schooljaar reeds
een hele tijd bezig was, vind ik dat alles vrij vlot verlopen is. Ik ben tevreden met het
eindresultaat dat we bereikt hebben.
110
5 Literatuurlijst:
- VAN WIJK, M., 'Dynamo' , internet, 2013-11-07,
(http://www.marcovw.nl/Motor/Dynamo/dynamo.htm)
- WIKIPEDIA, 'Generator (energietechniek), 2014-03-10,
(http://nl.wikipedia.org/wiki/Generator_(energietechniek)#Alternator_of_dynamo)
- WIKIPEDIA, 'Alternator', 2013-04-17, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Alternator)
- MILES, 'ES DIY Motor Challenge', 2009-12-05, (http://endless-
sphere.com/forums/viewtopic.php?f=28&t=14484&start=75 )
- HOWSTUFWORKS, 'How alternators work', 2013-11-07,
(http://auto.howstuffworks.com/alternator2.htm )
- ADRYL ELEKTROTECH LTD., 'Alternator Stators/ Fields', 2005, (http://www.adryl.com/p-
excitermotors.html)
- WIKIPEDIA, 'Stator', 2013-05-13, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Stator)
- WIKIPEDIA, Simpel 3 faset generator', 2007-12-12
(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simpel-3-faset-generator.gif)
- WIKIPEDIA, Inductie (elektriciteit), 2013-10-09, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Inductie_(elektriciteit))
- FRIGO-TECHNIEK, 'Warmptepomp', 2013-11-07, (http://www.frigo-
techniek.be/warmtepomp.html)
- WIKIPEDIA, 'Warmtepomp', 2014-05-23, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Warmtepomp)
- DAIKIN, 'Warmtepompen' 2013-11-07', (http://www.daikin.be/nl/warmtepompen/index.jsp)
- LOK INSTALLATIETECHNIEK, 'Voordelen en werking warmtepomp', 2013-11-07,
(http://www.lokinstallatietechniek.nl/koeling/?id=31)
- ECN, 'Van zonnestraal tot zonnestroom', 2013-28-11,
(https://www.ecn.nl/fileadmin/ecn/units/zon/docs/psp00068.pdf)
- ONBEKEND, 'Fotovoltaïsche of PV-zonnepanelen en dakpan zonnepanelen', 2009,
(http://www.zonnepanelen-bedrijven.be/fotovoltaische-zonnepanelen.html)
- GREENBRIDGE, 'Green bridge wetenschapspark: innovatiepool', 2014,
(http://www.greenbridge.be/wetenschapspark)
- WIKIPEDIA, 'Amorf' , 2013-09-03, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Amorf)
- WIKIPEDIA, 'Windmolen', 2014-04-14, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Windmolen)
111
- BIEMANS C., 'Avances in New en Sustainable Energy Conversion en Storage Technologies',
2004-09-24, (http://www.kennislink.nl/publicaties/perspectieven-van-windenergie)
- WIKIPEDIA, 'Driefasensysteem', 2007-03-15,
(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Driefasensysteem.jpg)
- POWER ONE, 'Cooling DC-DC converters', 2014-01-25, (http://www.power-
one.com/sites/power-one.com/files/coolingcnvrts.pdf)
- TRACO, 'DC/DC converters', 2014-01-25, (http://www.tracopower.com/products/dc-dc-
converters/)
- ONBEKEND, 'Upwind and downwind defined', 2014-01-21,
(http://www.theweatherprediction.com/habyhints/32/)
- GERARD J.W. , 'Wind energy', 2008-10-01,
(http://www.mstudioblackboard.tudelft.nl//duwind/Wind%20energy%20online%20reader/)
- MATHEW. S., 'Stand-alone wind energy conversion system with maximum power transfer
control', 2009-09-11, (http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-
33052009000300006&script=sci_arttext)
- ONBEKEND, 'Types of wind turbines vawt', 2014-01-21,
(http://verticalwindturbines.blogspot.be/2013/03/types-of-wind-turbines-vawt.html)
- MAXIM INTEGRATED, 'DC-DC converter tutorial', 2001-11-29,
(http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/2031)
- WIKIPEDIA, 'Active rectification', 2013-03-23,
(http://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_rectification)
- WIKIPEDIA, 'DC to DC converter', 2014-03-21, (http://en.wikipedia.org/wiki/DC-to-
DC_converter#Switched-mode_conversion)
- ECPROJECTS, 'Switch mode power supply/ regualtor', 2014-01-04,
(https://www.youtube.com/watch?v=jwjkOXWu2zk)
- KHBO, 'Windenergie: generatoren', 2014-05-06,
(http://users.khbo.be/peuteman/windenergie2/5sessie2machines.pdf)
- PEUTEMAN J., 'Generatoren in windturbines', 2014-05-03,
(file:///C:/Users/Lucas/Downloads/2392010132222-Generatoren%20in%20windturbines.pdf)
- WIKIPEDIA, 'Driefasige asynchrone motor' , 2013-11-29,
(http://nl.wikipedia.org/wiki/Driefasige_asynchrone_motor)
- WIKIPEDIA, 'Kooianker', 2013-12-22, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Kooianker)
- GALLON, 'Lagers voor lagerblokken', 2014-05-25,
(http://download.gallon.be/default.aspx?cid=19_009)
112
- SKF, 'Bepaling van de lagergrootte', 2014-05-06, ('http://www.geers-
industrie.be/upload/file/SKF%20-%206000NL%20-%2000%20-%2003%20-
%20Selection%20of%20bearing%20size.pdf)
- BUSSE L., 'ZF wind power', 2012-06,
(https://doks.khlim.be/do/files/FiSe40288a2237bb06990137bcf3370d03f2/E12_S_ENT_01_Buss%
E9Len_De%20BalWietse;jsessionid=A22772ADDF40DD295EF279E07CD01C0F?recordId=SIWT
40288a2237bb06990137bcf3370d03f1)
- WIKIPEDIA, 'Oplaadbare Batterij', 2013-11-27, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Oplaadbare_batterij)
- WIKIPEDIA, 'Loodaccu', 2014-02-28, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu)
- WIKIPEDIA, 'Nikkel-cadmium-accu', 2013-06-04, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Nikkel-cadmium-
accu)
- WIKIPEDIA, Nikkel-metaalhydrideaccu, 2014-05-10, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Nikkel-
metaalhydrideaccu)
- WIKIPEDIA, Nikkel-waterstof-accu, 2013-09-11, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Nikkel-waterstof-
accu)
- WIKIPEDIA, Lithium-ion-accu, 2014-03-26, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-accu)
- WIKIPEDIA, Lithium-ion-polymeer-accu, 2014-03-27, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-
polymeer-accu)
- WIKIPEDIA, Natrium-zwavelaccu, 2013-03-14, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Natrium-zwavel-accu)
- WIKIPEDIA, Lithium zwavel-accu, 2013-03-15, (http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-zwavel-accu)