... och nu: "fix o trix med Rotorn"

hellojs!

Var till Östberga Återvinningscentral idag för att leta lite delar till kraftverket.
Kom precis i otid; de tömde metallkontainern när jag anlände, så jag fick inga nya delar med mig hem....

Satte dock upp rotorn (buntbandade fast rotorbladen i hjulet), och satte upp den på vår ställning.

OBSOBSOBS!!! VÄLDIGT PRELEMINÄR LÖSNING!!!

Detta är skitfult, jagvet.. tar absolut ingen creds för detta... men vi får se om rotorn funkar iaf!
ska blir spännande att se... hewhew

balanserade den dessutom (rotorn alltså), för den ena vingen var lite tyngde än den andra...
löstes med muttrar, brickor och massor av silvertejp.
Tråkigt att få obalans i rotorn när den snurrar med ett par hundra rpm... xD

Hursomhelst, här är tre fina bilder... svårt att ta bra bilder i mörkret, men de är iaf bilder (:

rotorbladen

här är en bild på rotorbladen!

Rotorbygge

Äntligen börjat bygga!
Idag har vi fixat vingarna till rotorn.
Innan vi började bygga ville vi skaffa oss en överblick på hur det skulle bli i praktiken när vi skulle kapa till vingarna. Därför prövade vi först att rita ut mallar på ett par toapappersrullar.
(se bild)

Detta var resultatet!
Det var lite pyssligare än väntat, men vi löste det tillslut genom att (se bild) rita vinklarnas tangenter och använda dessa för att härleda "ritningen" för de riktiga vingarna.




Vi använde oss av en vinkelslip för att kapa till vingarna utifrån ett PVC-rör.
På grund av att röret alltid har en "statisk" lutning, alltså att lutningen inte planar ut i slutet av röret som på en riktig vinge, var vi tvungna att lägga ritningen lite snett (och kapa vingen) så att vintippen fick en så liten tordering som möjligt.

Se att de två tejpremsorna inte ligger parallellt med varandra, utan smalnar till ju längre "upp" (ut) man kommer påvingen.

PVC-rör och skissad ritning. Vingarnas längd är 0.5m.

Vi när vi kapat vingarna, filade vi till dem så att de fick en bättre aerodynamisk profil med en slipmaskin (se bild).

Såhär ser det ut om man ritar det schematiskt!
Dock stämmer inte måtten överhuvudtaget, för denhär bilden har vi tagit från "http://www.thekevdog.com/projects/wind_generator/", tillsammans med idén om hur vi ska kapa till vingarna.
Vi har iofs förfinat resultatet (med avseende på vingtippens tordering)...



Såhär se vingarna ut när vi fäste dem på cykelhjulet!

Grovt underdimensionerade för att kunna rotera cykelhjulet!
Så vi byggde ett par större vingar:





Samtidigt som detta inlägg skrivs torkar vingarna (har spraymålat dem i vitt o rött), så bilder kommer väll upp någongång senare ikv!
//t

Inför bygget i helgen

Vi har bestämt att vi ska bygga vårt vindkraftverk nu på lördag. Vi har fixat fram det mesta materialen och vet nästan hur vi ska bygga allting. 

 Det som vi har kvar att komma på är hur vi ska koppla våra lampor för att ha en tillräcklig stor resistans och inte för stor effektutveckling som har sönder lamporna. 

 Det vi behöver fixa fram inför helgen är:

x antal glödlampor, 1,5 V

Plywood ca 0,5 kvm till fenan

Fyrkantsstålrör

Sen är det bara att bygga efter våra ritningar och uträkningar.

Studiebesök: The Aftermath

Var i Uppsala i måndags och mötte vår handledare / kontakt (Doktorand Magnus S) på UU:s institution för vind-, våg- och vattenkraft.

Vi fick veta mer om historien bakom de olika typerna av kraftverk och varför dem ser ut som de gör, vilket var väldigt intressant!

Framemot eftermiddagen började vi diskutera vårt projekt, och hur Henning och jag har tänkt bygga vårt kraftverk.
Vi fick god kritik av Magnus, men det var dock en (stor) grej som vi hade förbisett: man vill ju använda ALL den elektriska energin som man alstrar i kraftverket, och inte bara, säg 20% (som det förmodligen skulle bli, utan hjälp av Magnus).

Grejen är denna; för att kunna använda all den elenergi som alstras vid en viss vindhastighet, säg 5m/s, måste man ha ett antal lampor som förbrukar all den energin som skapas.
Det låter enkelt; "kötta på med några lampor liksom", skulle man kunna tro, men då får man ytterligare problem.

Scenario 1: För få lampor
Motorn i ett kraftverk är rotorns broms. Hur mkt motorn(generatorn) bromsar beror på hur mycket energi som utvinns ur den ström som produceras; dvs hur stor lasten (resistansen) är i den krets som generatorn arbetar i.

Man får tänka på rotorn och generatorn (m krets) som ett förhållande, där det ultimata förhållandet är: F(elproducerande) = F(broms), dvs den kraft som påverkar rotorn (blir sedan till den elskapande kraften i generatorn) är lika stor som den bromsande kraften i generatorn.
Då blir förhållandet: 1:1, vilket är ett resultat av Newtons första lag.
"Ett föremål förblir i vila eller i likformig rörelse så länge inga yttre (netto)krafter verkar på föremålet."


Om nu den bromsande kraften från generatorn är för liten (orsakad av för liten last i kretsen) kommer rotorn börja snurra snabbare och snabbare, vilket tillslut kommer leda till att man inte kan kontrollera den effekt som generatorn generar, vilket i sin tur kommer förstöra känsliga saker i kretsen, t.ex. våra lampor.

Scenario 2: För många lampor
Tvärtom kommer för många lampor leda till att den bromsande kraften (F(my)) är något större än den kraften som får rotorn att snurra, vilket orsakar ett behov av en högre vindhastighet för att rotorn skall kunna starta(börja rotera). Då kommer vi inte heller kunna utvinna den maximala vindenergin, eftersom vår rotor snurrar alltför långsamt.

Scenario 3: Prefekt antal lampor
Här har vi lyckats matcha den önskade effekten i kretsen, med antalet elförbrukande enheter (resistorer/ laster, vilket i vårt fall kommer vara glödlampor).
Dock finns det problem: vi har ju endast anpassat lasten i kretsen till en effekt som vi antagit varit statisk, vilket den ALDRIG kommer vara i vårt bygge, eftersom vindstyrkan varierar.
Lösningen är att vi vill räkna fram den last som ger högst verkningsgrad för den vindhastighet som vi tror är medelvinden.
Det innebär att resistansen är fast, fastän spänningen och strömmen kommer variera.
Alltså måste vi ha en fast last i kretsen, men kunna variera strömmen, så att inte våra lampor går sönder.

DET är vad vi funderar på just nu. Hur gör man det ???

Rotor och generatorn

Här är lite värden som gäller för vår rotor och lite tankar om hur vi ska använda generatorn.

Rotorn:

Bladen ska vara vridna eftersom vinkeln ska bli lika stor mot den resulterande vinden.

Den resulterande vinden påverkas av två faktorer, den egentliga vinden och den vind som skapas då rotorbladen roterar.

 Den egentliga vinden är alltid lika stor medans den fartvind som skapas blir större ju längre ut på bladet man kommer, därför så måste man anpassa vinkeln så att det inte bildas för mycket motstånd längst ut på spetsen.

Hur många blad man ska ha beror mest på antalet rpm och hur mycket material man vill ha. Det bästa är att ha så många blad som möjligt. 3 blad ger 3 % mer energi än 2 blad men 2 blad snurrar snabbare. Ju högre löptal desto snabbare och en 2 bladig rotor ska ha löptalet 9. Vi använder 2 blad då löptalet 9 är det högsta.

Desto mindre rotor desto högre varvtal då radien minskar och löptalet ska fortfarande vara detsamma. Därför är det både av ekonomiska skäl så tar vi 0,5 m och eftersom vi inte är ute efter att få ut så stor effekt. Radien på vår rotor är 0,5 m.

 För att få fram en vinkeln mot det roterande planet så ska vi få fram två värden, ena värdet är värdet för anfallsvinkeln mot vinden och andra för bladvinkeln mot det roterande planet. För anfallsvinkeln så är vi ute efter att lyftkraften ska bli så stor som möjligt och att motståndskraften ska bli så liten som möjligt. Detta kan man få fram från data i vindtunnlar. Anfallsvinkeln är oberoende av vindens hastighet. Den ska inte heller vara för stor så att det skapas turbulens och då minskar effekten, men detta kan man utnyttja för att bromsa vindkraftverket. Vinkeln ska max vara 15 grader men för att vara på den säkra sidan så använder man 7 grader så att också motståndskraften blir så liten som möjligt. Anfallsvinkeln är 7 grader.

 Sedan ska vi få fram den andra vinkeln, bladvinkeln. Denna är olika för olika delar på bladet. Då vinkeln mot det roterande planet=anfallsvinkeln+bladvinkeln så kan man få fram vad vinkeln mot det roterande planet är i förhållande till radien med hjälp av trigonometri. Då får man att vinkeln är detsamma som tan^-1(2R/3r*löptalet). Då kan man räkna ut bladvinkeln från det då man tar -7 grader för anfallsvinkeln från det värde man får av vinkeln mot det roterande planet. Löptalet är 9 för 2 blad. Vi har räknat ut R som är radien, vilken är 0,5 m medan r är där man vill räkna ut just den punkt där man vill räkna ut vinkeln. Här är bladvinkeln för fem punkter på bladet:

r=0,2R, 13,323 grader

r=0,4R, 3,49 grader

r=0,6R, 0,038 grader

r=0,8R, -1,71 grader

r=R, -3,468 grader

Vinkeln mot det roterande planet är den relevanta vinkeln att få fram och det får vi fram av ovan givna värden + 7 grader. Här är dessa vinklar:

r=0,2R, 20,323 grader

r=0,4R, 10,49 grader

r=0,6R, 7,038 grader

r=0,8R, 5,29 grader

r=R, 4,2364 grader

Sedan ska vi räkna ut bredden. Bredden beror på betz lag då man ska bromsa 2/3 av vindens hastighet. Detta gör man genom att öka vält-kraften vilken är den motsatta kraft till den egentliga vindens kraft. Den beror på lyftkraften ...

 Till slut får man fram en generell formel, att bredden på bladen i de yttre delarna är C=(16piR(R/r))/(9*löptalet^2*blad). Vi vet R=0,5 m, löptalet=9 och bladen=2. Då blir det C=(4pi/r)/1458. Då får vi följande bredd:

r=0,2R, 4,3 cm

r=0,4R, 2,155 cm

r=0,6R, 1,436 cm

r=0,8R, 1,077 cm

r=R, 0,862 cm

 Bladet ska inte vara för tjockt för då blir det för mycket motstånd. För att få bäst flöde av luften så ska den vara tjockast 1/4 från den sida som möter vinden och max 12 % av bredden. Tjockleken blir då från mitten ca: 0,5-0,1 cm

Vi måste också veta vad för varvtal vi får ut då vi har en radie på 0,5 m. Funktionen för varvtalet är n=60v/pi. 

v=1 n=172 rpm

v=3 n=516 rpm

v=5 n=859 rpm

v=7 n=1203 rpm

v=9 n=1547 rpm

Generator:

En synkrongenerator arbetar med ett fast varvtal och används oftast i byggen av mindre vindkraftverk. 

Detta kräver att vi ska ha ett fast varvtal. Eller?

Då måste vi ha en motorbroms. 

Ovan får vi antalet rpm vi får ut vid vindhastigheter på under 10 m/s vilket mest sannolikt kommer att råda då vi testar vårt vindkraftverk. Med vår generator fick vi ut 2,3 V vid 1100 rpm. Så vi borde få följande spänningar ifall (2,3/1100)*rpm V.

v=1 n=172 rpm U=0,36 V

v=3 n=516 rpm U=1,032 V

v=5 n=859 rpm U=1,718 V

v=7 n=1203 rpm U=2,4 V

v=9 n=1547 rpm U=3,094 V

12-volts systemet, använder dem batterier?

Kan vi ladda ett (bil-)batteri med olika spänning?

Vi behöver ett batteri som laddas mellan 1-3 volt

Studiebesök bestämt

I fredags så bestämde vi med vår kontaktperson på Uppsala Universitet att vi ska dit på studiebesök för att se hur deras arbete går till och fråga lite frågor om det vi kört fast med.

 Studiebesöket är måndagen den 4 februari kl 14.00, samma dag som vi har hemstudiedag. 

Detta bör vi göra innan studiebesöket:

- Se hur vi ska åka dit och planera resan

- Göra en ritning över vindkraftverket

- Skriva ihop alla våra uträkningar och data

- Förbereda massor med frågor!!!