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Consiglio per dimensionamento condensatore di filtraggio per mini turbina


Alessio Palma
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Alessio Palma

Salve a tutti...ho realizzato una piccola turbina eolica realizzata con materiali a basso costo e sarebbe il mio lavoro di tesi..vado al problema.

Ho un generatore trifase a magneti permanenti con potenza di rate di 400w tensione di rate DC28V (after retification);dovrei collegaretale generatore al rotore e verificarne le prestazioni al variare della velocità del vento..premetto  essendo laureando in ingegneria aerospaziale sono poco pratico in ambito elettrico...
Per eseguire le misurazioni avevo pensato di collegare il generatore a un sistema costituito da un
diodo raddrizzatore,un condensatore di  filtraggio messo in parallelo con una resistenza variabile
(0ohm-10ohm)..
Ora il mio dubbio è su come dimensionare il condensatore:
ho trovato questa formula on line C=1.2X (I0 corrente assorbita dal carico)/(Frequenza della tensione pulsante raddrizzata X tensione del ripple) e la seguente affermazione "Nella pratica ingegneristica, si ricorre comunemente a 10000 µF per ogni ampere di corrente richiesto all'uscita."
La mia frequenza sarà variabile,suppongo,essendo legata alla velocità di rotazione della turbina..ora dovendo alimentare semplicemente una resistenza non so quali parametri utilizzare come corrente e tensione...non dovendo appunto soddisfare una specifica richiesta...
quindi come mi devo muovere?ringrazio preventivamente per le risposte...e mi scuso se ho commesso qualche errore o imprecisione.


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salve a te,

per raddrizzare una tensione trifase non basta un diodo, ma ce ne vogliono ben sei, a formare un ponte di diodi trifase; il condensatore spannometricamente si calcola a 1.000µF per ogni ampere, e non 10.000µF, anche se in verità raddrizzando una tensione trifase, con solo ponte di diodi dovresti ottenere gia una tensione (quasi) perfettamente continua; da ultimo non puoi usare una semplice resistenza come carico, ma ti serve o un grosso reostato, od un carico elettronico...

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Alessio Palma

davo per scontato che fossero sei...avrei dovuto con più correttezza parlare di raddrizzatore..e in effetti il carico che utilizzerò è un reostato a resistenza variabile(intendevo quello con resistenza variabile),le prove infatti andranno effettuate a differenti carichi

mi scuso se sono stato un pò impreciso...non ha comunque chiarito il  mio dubbio su come dimensionare il condensatore...avendo  il dubbio su quale frequenza utilizzare nella formula di dimensionamento...e se anche volessi utilizzare il metodo dei 1.000µF per Ampere devo utilizzare:

1)la corrente relativa al carico più basso che voglio utilizzare essendo valida la relazione I=V/R?ergo se considero una resistenza di 2.5 ohm e un Vmax =28  avrei una corrente di circa 12A.

2) o invece devo utilizzare come corrente dimensionante la massima corrente erogabile dal generatore ovvero 18.65A?

 

ripeto che mi sto laureando in ingegneria aerospaziale..quindi ho basi di elettrotecnica teorica ma non ho mai realizzato un sistema di questo tipo..

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non ha comunque chiarito il  mio dubbio su come dimensionare il condensatore

 

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con solo ponte di diodi dovresti ottenere gia una tensione (quasi) perfettamente continua

 

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fai il calcolo nelle peggiori condizioni... frequenza più bassa ed assorbimento più alto... se dimensionato correttamente per questa ipotesi non può che andare bene nelle migliori...

comunque la formula è sempre per raddrizzatori monofase, non so se ne esiste una corrispondente per trifase, anche perchè come ti ho detto raddrizzando una trifase ottieni già una continua abbastanza livellata

 

bridge-rectifiers.jpg

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Livio Orsini
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grazie mille generalissimo..e se volessi inserire il condensatore come dovrei comportarmi?

 

O vai a spanne oppure calcoli applicando la formula di carica e scarica del condensatore.

Anni fa avevo fatto una specie di giochino in VB per mostrare anche graficamente l'andamento della tensione di un condensatore di filtro in funzione della frequenza e del carico.

 

Ora come suggerisce Miche considera la frequenza più bassa a cui andrai a lavorare; essendo trifase il periodo da considerare è 1/3 di quello corrispondente alla frequnza; ad esempio per 50Hz il periodo 6.666ms in luogo dei canonici 20 ms, poi dividi per 2 perchè hai raddrizzato la semionda negativa.

Considera il valore di resistenza per carico massimo ed hai il valore di resistenza di scarica.

Il tempo di carica, vista il bassisimo valore della resistenza diretta del diodo, è paraticamente indentico allìandamento sinusoidale. Arrivato al valore di picco il condensatore si scarica con tau = Rc * C. Riprenderà a caricarsi quando il valore della tensione del condensatore sarà pari a quello della sinusoide ascendente.

Usando un foglio di calcolo è più lungo da spiegare che da fare questo calcolo.

Però, a parte, la curiosità è di poca utilità pratica.

 

La via più semplice è calcolarsi il valore capacitivo secondo la formula empirica per il monofase, sapendo che a parità di condizioni, il ripple risultante è di molto inferiore.

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Alessio Palma

Il problema è che utilizzando la frequenza piu bassa che nel mio caso è circa 1.6hz vado traquillo da un punto di vista del livellamento...ho capito che c è una certa analogia con i sistemi fisici..se ad esempio penso agli ammortizzatori di una macchina dovrò filtrare la frequenza più bassa(ad esempio un grande fosse) invece delle alte frequenza (imperfezione manto stradale)..però sovradimensionare la capacità mi da il rischio di avere una certa inerzia nella fase di avvio della turbina eolica...non dimenticate che il mio generatore è mosso da un rotore eolico...ciò significa che la turbina avrà una certa difficoltà di avvio..c ho pensato a lungo...dovendo io alimentare un semplice reostato che quindi non ha esigenze di stabilità di tensione eliminerò la capacità...tanto alla fine utilizzando un buon tester il valore che andrò a misurare ai capi della resistenza sarà il valore efficace o rms..il sistema è già decisamente complesso..turbina autoscotruita  generatore reostato sistema di acquisizione dati che trasmette le informazioni tramite scheda gsm on line,batteria che alimenta il sistema di acquisizione..vi ringrazio comunque per la disponibilità siete stati davvero illuminanti

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Livio Orsini

La capacità, tanto per stare su di un'analogia meccanica, è una massa inerziale, un volano.

Più la massa volanica e grande e maggiore è l'energia che immagazzina, ma i tempi di reazione sono ovviamente più lenti.

Se la capacità è di valore elevato il filtraggio è decente anche a bassissima frequenza, però coma hai supposto c'è un ritardo significativo all'avviamento, bosogna che il condensatore si carichi.

Però questo tempo lo puoi quantificare "a tavolino".

Una volta deciso il tipo di ponte nei dati ritrovi il valore di resistenza diretta dei diodi.

Ipotuizziamo che ogni diodo abbia una resistenza diretta di 0.01 ohm, avendo in serie due diodi perchè è un ponte, la resistenza di carica del condensatore sarà di 0.02 ohm. Se la cpacità fosse di 10.000µF, la costante di tempo sarebbe pari a 200µs, ovvero dopo 200µs la tensione ai capi del condensatore sarà pari al 63% della tensione di carica; empiricamente dopo 2 ms si può considerare che la tensione del condensatore sia pari al valore di sorgente.

se vuoi vederne l'andamento con una frequenza di 1.6 Hz trifase, che corrisponde ad un periodo di 0.10416666 dopo il raddrizzamento, devi solo farti il foglio di calcolo come ti ho spiegato. Alla fine vedrai che è meno brutto di quanto pensi. per esempio con 10.000µF il ritardo sarebbe insignificante.

 

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