Ståltråd som doppvärmare

[Tompaiuppsala]

Värmeelement eller doppvärmare. Vattenvärmning med vindgenerator är vad det är frågan om.

Det har inte blåst något nämnvärt de senaste två månaderna, nästan ingenting. Idag däremot var det vind i luckan, 9 m/s enligt SMHI.
Jag parkerade bilen alldeles intill vindgeneratorn och drog in sladdarna genom bilfönstret. Bekvämt, varmt och behagligt trots kyla och hård vind utanför.

Klippte av en bit ståltråd som mätte 3,5 Ohm mellan ändarna. Anslöt den direkt till generatorn. Det blåste så pass mycket att rotorn ibland kunde varva igång själv från stillastående, annars fick man låta den varva upp och sen ansluta för att undvika stall. Då var det inget som kunde bromsa. Samtidigt som ståltråden var kopplad mätte jag växelspänningen som i de hårda vindbyarna pendlade mellan 45 och 50 Volt. Tråden blev het och fick emellanåt en mörkröd nyans och det kändes inte helt ofarligt vill jag påstå.
Smälte lite snö i en plastmugg,ca 1 dl. Sänkte ner spolen av ståltråd och vattnet kokade efter ca 8 minuter.
Bra eller dåligt, roligt var det!

ståltrådspol.jpg (13.18 KB) Visad 6061 gånger

Nästa gång tar jag med en kopp glögg och värmer med direktkopplad vindkraft.

[TonyMontano]

Nice tester hurru
men vad var de för tjocklek på tråden?

[Tompaiuppsala]

Tror den var 1 mm om jag minns rätt. Koppartråden i statorn är 0,85 mm.
Undrar hur varm den tråden blev? Den höll i 8 minuter i alla fall.

ståltrådspol.jpg (23.79 KB) Visad 6216 gånger

[TonyMontano]

De lär nog stå hur varmt de håller

[HJFF1969]

Jätteskoj, kul att se resultatet av ansträngningarna, är lite förvånad att den inte stallade hela tiden.

[Tompaiuppsala]

Att den skulle starta från noll trodde inte jag heller.

Effekten vid 45 Volt och 3,5 Ohm i tråden (om man bortser från att motståndet ökar pga värmen)
blir 45*45/3,5 = 579 Watt enligt mitt simpla sätt att räkna.

Men då bortser jag från att generatorns lindning själv har ett mostånd på ca 2 Ohm !?

Återigen, hur ska man räkna här då??

[Jonas L]

Nu hade jag förberett med en fin uträkning, men jag inser nu att du har räknat rätt. Saken är den att om du vet resistansen på det du har kopplat in, samt mäter spänningen över dess poler så har du all information du behöver för att räkna ut effekten precis som du gjorde. Detta blir även helt oberoende på om du har några andra laster inkopplade samtidigt.

Som kuriosa kan jag likabra visa den andra beräkningen. Antag att du sitter i masten med en multimeter över polerna på generatorn, och vet att du har två ohm i kabeln ner till din last som du vet är på 3,5 ohm:

I (strömmen genom lasten) = Utot/Rtot = 45 / (3,5+2) ~ 8,2 A
U (spänningen över lasten) = I * R = 8,2 * 3,5 ~ 29 V
P (effekten till lasten) = U * I = 29 * 8,2 ~ 235 W

Du kan naturligtvis använda den "färdigbehandlade" formeln P = I²R, så slipper du räkna ut spänningen.

-------------------------------------

Och...eftersom jag inte har något annat att göra idag ska du få en beräkning till (i din nuvarande uppställning, efter dina kända mätdata, antaget att inget annat är inkopplat):

I (strömmen genom generatorn samt lasten) = 45 / 3,5 ~ 12,9 A
P (effektförlusten i generatorns lindning) = I²R = 12,9² * 2 ~ 330 W
n (verkningsgraden) = Put / Pin = 579 / (579+330) ~ 64 %

Så du ser hur dessa två ohmen kommer in i beräkningarna.

[Tompaiuppsala]

Tack Jonas!! Det här uppskattas! Du ska inte ha så mycket annat att göra tycker jag

[TonyMontano]

Okey ska nog testa göra en själv har nog ståltråd om inte 0.8mm också

men har ju över 1,45 mm koppartråd efter min generator skulle de inte gå att använda den och ha den i vatten den blir ju bara varm om man inte tar bort lakningen som finns på den eller den kanske ha så låg resistans eller

[Tompaiuppsala]

Tony, välj något med lite högre resistivitet då som ger några ohm. Koppartråden har ju inte mycket motstånd. Jag testade innan med en 24Volt 75Watt glödlampa och den lasten fungerade bra i måttlig vind. Där var resistansen 24*24/75 = 7,7 Ohm.

Jonas,
När jag räknar effekt till ett batteri utgår jag enbart från generatorns resistans och batteriets resistans försummas. Praktiskt innebär det att maxeffekt fås om generatorns polerna kortslut. Dvs teoretisk max effekt ur denna generator vid detta vartal skulle då vara 45*45/2 = 1012 Watt som också skulle motsvara Pin kan jag tycka ??

(OBS. Det här är inte något påstående utan som oftast precis tvärt om, bara mina egna tankar och frågtecken som hamnar på pränt)

[Jonas L]

Okej, jag varnar för viss mängd teori relaterat till en spänningskälla med inre resistans:
1. Teoretisk maxeffekt i lasten får man när spänningskällans inre resistans är lika med lastens resistans. Då går hälften av effekten förlorad i spänningskällans inre resistans. Det skulle i ditt fall motsvara 2 ohm last.
2. Om du minskar resistansen ytterligare ökar den totala effekten, men andelen som hamnar i lasten minskar radikalt. Det ytterligaste här är den kortslutning du beskriver, där man visserligen får störst total effekt, men all den effekten går förlorad i generatorn. Tänk dock på att du inte kan mäta spänningen över en kortslutning. Du måste i så fall mäta kortslutningsströmmen istället.
3. Genom att istället öka resistansen hamnar man där man normalt vill vara ur ett verkningsgradsperspektiv. Total effekt sjunker, men man får ut större andel till lasten.

Nu ska jag dessvärre riva ner min egen teori:
Problemet med generatorer som spänningskällor är att de bara har konstant emk (obelastad spänning) vid ett konstant varvtal. Vidare är den inre resistansen beroende av temperatur och belastning på ett sätt som inte fungerar i den enkla teorin. På ett vindkraftverk är varvtalet beroende av belastningen och därmed går spänningen ner när man belastar generatorn. För att göra det mer komplicerat kan man inte ens mäta obelastad spänning i optimal vind eftersom bladen då kan flyga åt alla håll

Jag tror inte att det finns någon riktig mening med att ta fram en teoretisk maxeffekt. Det finns naturligtvis ett maxvarvtal innan något går sönder. Däremot känns det osannolikt att man kommer kunna behålla det varvtalet om man belastar så hårt man kan? Tänk också på att den termiska effekten mycket väl kan bli begränsande (alltså generatorn smälter innan bladen flyger iväg ).

[Tompaiuppsala]

Jag accepterar att teori och praktik inte stämmer och att spänningen varierar med varvtal och vindeffekt, varierade resistans pga värme och effekt osv.
Men...
om jag kortat av tråden ytterligare och hamnat på 2 ohm.
Då skulle effekten genom lasten vara maximal men verkningsgraden bara 50 % menar du.
Är det bara i teorin eller funkar det så i praktiken också?

Om jag utgår från din tidigare beräkning med 3,5 ohm i lasten.

I (strömmen genom generatorn samt lasten) = 45 / 3,5 ~ 12,9 A
P (effektförlusten i generatorns lindning) = I²R = 12,9² * 2 ~ 330 W
n (verkningsgraden) = Put / Pin = 579 / (579+330) ~ 64 %

Hur ser beräkningen ut för 2 ohm? Får inte ihop det...går det att ställa upp på samma sätt?

[Robban]

Om jag minns rätt så får man max effekt i hela systemet när strömkällans inre resistans är lika med den yttre resistansen. Inte maxeffekt i lasten, alltså.

Det här är ju inget man vill ha i praktiken, eftersom man då får en väldig förlust i generatorn. Helst ska generatorns resistans vara noll.

[Jonas L]

Det bör stämma i praktiken, men det är sannolikt att varvtalet blir lägre eftersom det totala effektuttaget ökar.

Om du fortfarande får 45 V (osannolikt) så blir strömmen betydligt högre: I=45/2=22,5 A

P_generator = 22,5² * 2 = 1013 W
P_last = 22,5² * 2 = 1013 W

Som du ser blir de lika, vilket ger en verkningsgrad på 50 %. Nu blev det tydligen bråttom här, så jag har inte tid att förklara mer ingående. Jag får ta det om en vecka eller så när jag är tillbaka.

EDIT:
Nej anpassningen ger max effekt i lasten. Kortslutningen ger max effekt i systemet (dock 100% förluster). Normalt bör man inte arbeta i detta läget nej, som jag skrev i mitt tidigare inlägg så är det bra att öka resistansen på belastningen för att öka verkningsgraden.

[Tompaiuppsala]

Det bör stämma i praktiken, men det är sannolikt att varvtalet blir lägre eftersom det totala effektuttaget ökar.

Om du fortfarande får 45 V (osannolikt) så blir strömmen betydligt högre: I=45/2=22,5 A

P_generator = 22,5² * 2 = 1013 W
P_last = 22,5² * 2 = 1013 W

Som du ser blir de lika, vilket ger en verkningsgrad på 50 %. Nu blev det tydligen bråttom här, så jag har inte tid att förklara mer ingående. Jag får ta det om en vecka eller så när jag är tillbaka.

med tillämpning av Ohms lag kanske man i testet ovan kan beräkna spänningen då motståndet i lasten minskar till 2 ohm. Spänningen är som ovan nämnts sannolikt mindre än 45 Volt och effekt i last och system påverkas