¿Cuál de los siguientes motores se adapta mejor como generador de viento? [cerrado]

Cotización de Hugh Piggott

  

Potencia de la cuchilla = 0.15 x Diámetro ^ 2 x velocidad del viento ^ 3
  = 0.15 x (2.4 metros) ^ 2 x (10 metros / segundo) ^ 3
  = 0.15 x 6 x 1000 = 900 vatios aprox.   (Rotor de 2.4 m de diámetro a 10 metros / seg o 22 mph)

Conectando tus números:

(1) 0.7m de diámetro
= 0.15 x (0.7 metros) ^ 2 x (10 metros / segundo) ^ 3
= 0.15 x 0.5 x 1000 = 75 vatios aprox.

(2) m de diámetro
= 0.15 x (1 metros) ^ 2 x (10 metros / segundo) ^ 3
= 0.15 x 1 x 1000 = 150 vatios aprox.

Esta es la potencia disponible del viento. Si hace lo mismo con 11 mph (5 m / s), debería encontrar que 1/8 de la potencia está disponible, o que se reduce a 10 y 20W. No nos ha dicho cuál es su perfil de velocidad del viento local, por lo que tendrá que revisar este cálculo usted mismo.

Ahora, antes de que podamos averiguar cómo extraer algo de ese poder, necesitamos saber qué tan rápido giran las cuchillas.

  

Rpm = velocidad del viento x tsr x 60 / circunferencia
  = 3 x 7 x 60 /(2.4 x 3.14) = 167 rpm

Suponiendo que sigue su recomendación de una relación de velocidad de punta de 7, y no está interesado en velocidades por debajo de 5 m / s (11 mph) donde hay menos de 10W disponibles:

(1) 0.7m de diámetro  = 5 * 7 * 60 / (0.7 * Pi)  = 954 rpm

(2) 1m de diámetro  = 5 * 7 * 60 / (1.0 * Pi)  = 668 rpm y estas velocidades potencialmente se duplican a 11 m / s.

Ahora podemos ver uno de sus motores: CA-80-80, primero en su lista

Esto tiene Kv = 160 rpm / V y una resistencia del motor de 0.011 ohmios.

Kv = 160 significa que, impulsado directamente, debe generar 954/160 = 6V (AC) desde el rotor de 0.7 m.

Como Kv se define en términos del voltaje de CC de conducción, esto puede resultar ser el voltaje de CA pico generado, en lugar del voltaje de RMS. Lo que obtienes no está claro de las especificaciones del motor. Si es así, obtendrás unos 5V después del rectificador, pero si ese 6V es el voltaje RMS, el pico de CA es de 8,3V y verás aproximadamente 7V después de la rectificación.

Desde el rotor de 1 m obtendrá 668/160 = 4.1V (CA) a 5 m / s (se aplican las mismas consideraciones).

Ahora 10W a 6V significa que puede extraer 1.66A, configurando la resistencia de carga a 3.6 ohmios. Tomar más corriente que eso simplemente detendrá las cuchillas. Alternativamente, 20W a 4V significa que puede extraer 5A con una carga de 0.8 ohmios.

Perderá algo de poder en la propia resistencia del motor: a 5A, perderá I ^ 2 * R = 25 * 0.011 = 0.275W (de 20W: despreciable).

Para interés, veamos cómo funciona el rotor de 1 m a 10 m / s: la velocidad será 1336 rpm, voltaje 8.35V. La potencia disponible es de 150W, por lo tanto, corriente = P / V = 18A. Entonces, para extraer toda la potencia, necesita ajustar la resistencia de carga a 8.35 / 18 = 0.46 ohms y perderá 3.5W en la resistencia del motor.

Afinar la resistencia de la carga para extraer mejor la potencia disponible está fuera del alcance de esta respuesta: generalmente lo haría un convertidor de conmutación, como un controlador de batería inteligente, como los cargadores "MPPT" en sistemas de energía solar. Pero para demostrar la generación de energía, simplemente puede activar y desactivar las resistencias de potencia del circuito y medir el voltaje y la corriente.

Claramente, este motor funcionará, de manera bastante eficiente, para extraer la potencia disponible de cualquier velocidad de viento razonable con los tamaños de rotor que sugiera. Igualmente claro, a £ 99.53 es una forma escandalosamente costosa de generar 10-150W. Como un motor, se califica fácilmente por encima de 30 V y 100 A, por lo que es apenas el 5% de su calificación.

Pero ahora puede repetir este ejercicio con los parámetros clave para los otros motores y ver si otro se ajusta a su definición de "mejor" o mejor valor.

(Un punto sobre los "alternadores" de los escritos de Hugh Piggot: nos recuerda que, debido a que no están basados en imanes permanentes, requieren potencia para generar el campo magnético. Alrededor de 40 W en el caso de los alternadores de automóviles, lo que los hace menos atractivo para aplicaciones de aerogeneradores más pequeños)

El "mejor" es el que puede producir más watts continuamente. Watts = voltios * amperios, y ninguna de las especificaciones enumera esto bajo condiciones de carga, por lo que es imposible de determinar. Tal vez podría probar uno más pequeño como prueba inicial, por ejemplo, en eBay . Tome algunas medidas, haga algunos cálculos y luego tendrá una idea de cómo funcionará un generador más grande. Pero la conclusión es en vatios: si desea usar este generador para alimentar algo, se necesita una cierta cantidad de vatios promediados en el transcurso de tantas horas (vatios-hora). Por lo tanto, el generador necesita reponer más de esos vatios. -horas a lo largo del día, para mantener las baterías cargadas.

Vale la pena señalar que no todos los motores funcionarán como generadores. Los motores de imán permanente funcionarán, pero la "inducción" y el "sin escobillas" podrían no funcionar. Un moderno alternador (como el que se usa en automóviles) está diseñado específicamente para este propósito, pero es más difícil usar. En lugar de tener un imán permanente, tienen un electroimán. Entonces, necesitan un poco de energía aplicada inicialmente a este "devanado de campo" para comenzar a generar electricidad. Y esto en la actualidad se hace generalmente desde la computadora de la ECU del vehículo, que introduce demasiada complejidad. ¿Pero es posible? Por supuesto. Un alternador de automóvil de pasajeros típico puede entregar 50-70A a 14v, o 700-1000 vatios.

Una de las ventajas de los alternadores es la falta de un imán permanente. Los imanes permanentes perderán todo su magnetismo (permanentemente) si se calientan demasiado. Los alternadores también tienen un límite de temperatura, pero puede ser más alto. Algunos de esos motores de aeronaves tienen mayores clasificaciones de vataje, por lo que podrían funcionar mejor, pero tienen imanes permanentes, por lo que su temperatura tendrá que ser monitoreada.