Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Planering och tankar kring eventuella framtida projekt.
turbotobbe
Inlägg: 4
Blev medlem: 26 oktober 2021, 08:56:22

Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av turbotobbe »

Hej.

Jag skulle behöva lite hjälp med att förstå hur en generator fungerar.
Jag har förstått att en el-motor en en generator i princip är samma sak, med skillnaden att man en motor driver axeln och en generator alstrar energi när något externt snurrar på axeln. t.ex. ett vattenhjul.
En vattenhjuls-generator med en konstant fors av vatten (samma hastighet på hjulet) genererar vad jag förstår samma effekt under hela tiden den är igång.

Ok, så det jag skulle vilja förstå är hur man räknar på energin i de olika delarna. Istället för ett vattenhjul använder jag följande exempel.
en generator sitter fast 2 meter upp i luften.
på axeln hänger en 3kg tyngd.
axeln har en radie på 40 cm.

Så släpper man tyngden som faller till marken vilket driver generatorn.

Lägesenergin = 3kg x 9.82 x 2m = 59W
Säg att generatorn har en verkningsgrad på 90%

Här kommer de övergripande frågorna jag är intresserad av:

Betyder det att den kommer att generera 59 x 0.9 = 53W?
Hur reagerar generatorn på den accelererande hastigheten?
Går det att reglera generatorn så att den bromsar accelerationen till en hastighet som låter generatorn arbeta på sitt optimala varvtal?
Kan man reglera hastigheten så att falltiden blir 10 sekunder? Vad händer isf med den genererade energin?

Det här är så klart ett teoretiskt räkneexempel och det finns säkert praktiska detaljer som man måste ta hänsyn till.
Men jag är mest nyfiken på hur man räknar på detta och ber om ursäkt i förväg för mina bristande kunskaper.

Mvh TT
Användarvisningsbild
Klas-Kenny
Inlägg: 11291
Blev medlem: 17 maj 2010, 19:06:14
Ort: Växjö/Alvesta

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av Klas-Kenny »

Lägesenergin = 3kg x 9.82 x 2m = 59W
Säg att generatorn har en verkningsgrad på 90%

Betyder det att den kommer att generera 59 x 0.9 = 53W?
Nej. Skilj på energi och effekt.
Enheten för lägesenergin är tokig.

Lägesenergin är 59 J, eller 59 Ws, WattSekunder (1J = 1Ws).
Således räcker energin till att generera effekten 59W i en sekund, eller 1W i 59 sekunder.
Minus verkningsgrad då, där är du rätt ute.

För att räkna ut effekten som (teoretiskt) går att ta ut så är dock varken höjden eller axelradien särskilt relevant.
En startpunkt kan vara att mekanisk effekt kan beräknas som P=F*v, där F är kraft och v är hastighet.

Absolut skulle det gå att reglera generatorn så att falltiden alltid blir 10s. Den genererade energin får man ju ta hand om någonstans, elda upp den i form av värme eller ladda ett batteri eller något. Du styr generatorns "bromsverkan" med hur mycket du belastar den. Har du ingen belastning på generatorn så bromsar den ingenting, kortsluter du generatorn så kommer den att tvärlåsa sig (rent teoretiskt då, på någon slags ideal generator).

Man får väl då låta tyngden falla (mer eller mindre) fritt första biten, sen när den uppnått rätt hastighet så att falltiden blir den önskade kopplar man på belastning på generatorn.
Belastningen på generatorn måste vara lagom för att helt enkelt ta ut tyngdaccelerationen, vilken drar ner vikten med F=m*a ≈ 30N. Beroende på hur mycket fart tyngden hunnit få blir effekten då enligt P=F*v.




I praktiken får man också ta hänsyn till vilket varvtal generatorn måste ha för att kunna generera en viss effekt, en massa mekaniska förluster osv.

Välkommen till forumet förresten. :)
turbotobbe
Inlägg: 4
Blev medlem: 26 oktober 2021, 08:56:22

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av turbotobbe »

Tack Klas-Kenny!

Ursäkta mitt slarv med enheten på lägesenergin. Nu är jag med på noterna!

Väl beskrivet! Tyvärr dyker det upp lite nya frågetecken.
Det kanske är så att ett rimligare räkneexempel är bättre.

Jag tänkte istället utgå från den här motorn https://www.malmbergs.com/Products/3561055
Och vänder på den för att använda som generator istället.

Det jag förstår av den är detta
Effekt: 2.2kW
Effektivitet: 83,2 %
Varvtal 2880 r/min.

Så om jag vill att den här ska generera 2.2kW i 1 sekund så måste jag kanske justera parametrarna lite.
Vikt: 15 kg
Höjd: 20 m
Lägesenergi: 2946 J (Ws)

Jag låter vikten falla fritt i 1 sekund. då har den hastigheten 10m/s
sen får den falla med konstant fart i 1 sekund i samma hastighet. (här vill jag generera energi med min generator)
sen säger det duns så småning om. Jag hoppas att genererings-sekunden är över innan markkontakt.

Så nu petar jag inte lite siffror i P-formeln. P = F * v = 150N * 10 = 1500 Nm/s => 1.5 kW ?
Och så effektivitet på det. 1.5*.832=1.2w kW

Och så kopplar jag på ett batteri som ska laddas så det finns bra med motstånd.

Ah, det känns som det är mycket jag inte förstår här och att det gömmer sig massa fel.
Vad hände med varvtal?
Hur reglerar jag igentligen generator att hålla den här bromseffekten?
Och framför allt, vad skulle hända om jag gjorde detta i verkligheten?

Har du mer tid att förklara för en novis Klas-Kenny (eller någon annan) så skulle jag blir himla glad!

/ TT
Användarvisningsbild
Klas-Kenny
Inlägg: 11291
Blev medlem: 17 maj 2010, 19:06:14
Ort: Växjö/Alvesta

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av Klas-Kenny »

Nu låter det som att du är mer rätt på bollen. :)
I grova drag tror jag du är rätt så rätt med de siffrorna.

Sen kanske man ska lägga på lite större marginaler på de flesta siffror om man vill komma nära verkligheten, när man lämnar den teoretiska ideala världen.
Exempelvis så kommer förmodligen inte tyngden att accelerera med 9,82m/s² eftersom där ett rep, en vinch, kanske generatorn (om du inte mekaniskt kopplar i/ur den) som ska snurra med.

Vad hände med varvtal?
Det kommer i nästa steg..
För att generatorn ska kunna generera tillräckligt med effekt, måste den upp i tillräckligt högt varv.
Ska man få upp generatorn i nästan 3000 rpm (50varv/sekund) när tyngden faller i 10m/s får dess axel som repet är uppsnurrat kring ha en diameter på omkring 6,3 cm (omkrets på 20cm).

Hur reglerar jag igentligen generator att hålla den här bromseffekten?
I sin allra enklaste form skulle man bara kunna ha ett *stort* effektmotstånd, som kopplas in vid rätt tillfälle.
Men för en mer intelligent reglering och särskilt om det ska användas till att ladda ett batteri, så krävs en del kraftelektronik. Finns många sätt att göra det hela på.

Och framför allt, vad skulle hända om jag gjorde detta i verkligheten?
Jadu, vid de första försöken skulle det antagligen sluta med en rejäl smäll när vikten ramlar i marken. :mrgreen:
Innan man fått rätt på alltihopa.
Wihelm
Inlägg: 588
Blev medlem: 18 juni 2019, 17:30:19
Ort: Nybro

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av Wihelm »

Mycke rep blir det.
Användarvisningsbild
grym
EF Sponsor
Inlägg: 16719
Blev medlem: 16 november 2003, 12:22:57
Ort: i det mörka småland

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av grym »

finns flera motsvarande saker i verkligheten

från att dom försöker utnyttja gruvor som inte används, bara en tuuung vikt och lagom winsch
är det kopplat mot elnätet och man har asynkronmotor och rätt utväxlat är det inga problem

elöverskott / låga priser, winscha den uppåt
elunderskott höga priser låt den falla, med en asynkronmotor inkopplad mot nätet så kommer den agera som generator om varvtalet är över synkront varvtal

finns ju något projekt med belysning i uländer där man drar upp ett lod förhand som har en lagom högt utväxlad generator som driver lysdioder

ska man ladda batteri och man funderar på regleringen så är det ganska lätt att prova
ta en bilgenerator, koppla loss magnetiseringen, ha ett labbagg som mankan ställa spänningen och ha generator inkopplad mot batteri och kör generatorn med borrmaskin, reglera magnetiseringen så känner man hur mycket motstånd det blir

valet av generator är av betydelse hur man kan reglera effekten och då fallhastigheten
turbotobbe
Inlägg: 4
Blev medlem: 26 oktober 2021, 08:56:22

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av turbotobbe »

Tack för era intressanta svar allihopa!

ja, det är precis det du pratar om, grym, som jag är intresserad av.
Och då är det inte bara hur det fungerar utan även hur man räknar på det.

jag får nog läsa på lite om vad en asynkron generator är (och vad en synkron generator är)
Har du några tips på modeller som skulle kunna lämpa sig till mitt lilla experiment måntro?

Det är inte heller ett batteri jag tänker att jag ska använda som konsumerande system, utan kanske alla mina prylar i sommarstugan som jag vill använda på kvällen.

Hur som helst, åter till ämnet. vinsch var det. den här tänker jag är lagom stor för att hänga upp en liten bil i eller nåt. det borde ju generera en del kräm gissar jag. (ursäkta mitt velande om olika premisser)
https://www.bauhaus.se/vinch-warrior-wi ... escription
Några intressanta detaljer i beskrivningen
  • Dragkraft: 907 Kg
  • Kabelns längd: 15 m
  • Motoreffekt: 1,7kW /2,3hk
  • Trummans diameter: 31,5 mm
så säg att jag lägger på lite vikt nu då, då skulle lägesenergin bli
900 kg * x 9.82 * 15 m = 139 000 J (Ws)

En sak jag funderar över nu är växlingen mellan vinsch och generator (om dom inte vore sammanbyggda så här)
säg att jag har ett generator-kugghjul som är 40mm i omkrets och att man har ett vinsch-kugghjul som är 800mm i omkrets.
Då får man en utväxling på 20 gånger. (mina kunskaper här baserar sig mest på drevade mopeder i ungdomen, dom gick fort, men hade lite ax :lol: )
D.v.s. om generatorn trivs bäst att jobba i 3000 (2,5 varv/sekund) rpm så behöver vinchen snurra med 150 rpm (2,5 varv/sekund)
är det så man ska tänka när det gäller att styra med utväxling?
betyder det att man får ut 20 gånger mindre energi på samma tid?

Sen inser jag att det är vädigt långt fritt fall i förhållande till totala längden.
Min förhoppning är att man skulle kunna falla fritt bara några decimeter innan man kan börja generera energi för att kunna generera energi över längre sträcka.
Hjälper utväxlingen till med det?
Och hur ska jag bära mig åt för att räkna ut det på ett bra sätt?
I vinschen i länken är diametern 31,5 vilket skulle betyda en omkrets på 99mm.
det betyder att vinchen snurrar 151 varv från indragen till max utdragen.
Kan jag använda det faktumet på något sätt?

just ja, vinschen på bilden är kanske inte alls lämplig att använda i fel riktning. jag misstänker det iaf.

Alla bra uträkningar är jag tacksam för. Det är inte det att jag är lat och inte orkar räkna själv, jag är nog bara lite för korkad för att få det rätt :roll:

/TT
Wihelm
Inlägg: 588
Blev medlem: 18 juni 2019, 17:30:19
Ort: Nybro

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av Wihelm »

Sådan winch är självlåsande så den går inte att driva motorn med att dra i linan.
turbotobbe
Inlägg: 4
Blev medlem: 26 oktober 2021, 08:56:22

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av turbotobbe »

Tack Wilhelm.

Jag gissade nästan det.
Jag tror det lutar mot att dela på lyft och släpp.
d.v.s. ha en sån här för lyftfasen och en annan generator+vinschlina+vinschrulle-konstruktion till fallfasen.
Några tips på det senare?

/TT
Wihelm
Inlägg: 588
Blev medlem: 18 juni 2019, 17:30:19
Ort: Nybro

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av Wihelm »

Räkna först ut hur mycket energi/effekt du behöver och hur länge.

Ingen energi försvinner det du kör in får du ut igen minus förluster i systemet typ friktion som blir till värmeenergi.
Användarvisningsbild
grym
EF Sponsor
Inlägg: 16719
Blev medlem: 16 november 2003, 12:22:57
Ort: i det mörka småland

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av grym »

ska man ha för eget bruk för sparad energi är batteri verkligen det jag har satsat på

man behöver mycket vikt och fallhöjd för att få motsvarande ett bilbatteri

ditt exempel med 139,000 Ws är 38.6 Wh
ett r6 laddbart är ca 1.2v 2.5Ah =3 Wh'så din vikt och fallhöjd motsvarar kanske 10 st små laddbara batterier, (räknat med förlusterna )

det finns tillfällen då det är lönt
om man behöver mycket effekt under kort tid, eller om man har två sjöar med lagom många hundra meter emellan där man kan flytta vatten upp och ner
1802
Inlägg: 6066
Blev medlem: 6 februari 2009, 13:52:28

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av 1802 »

Wihelm skrev: 27 oktober 2021, 10:02:41 Sådan winch är självlåsande så den går inte att driva motorn med att dra i linan.
Och alla köper att det är omöjligt att fixa bort den funktionen?
Användarvisningsbild
säter
Inlägg: 32513
Blev medlem: 22 februari 2009, 21:16:35
Ort: Säter

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av säter »

Det går naturligtvis att fixa bort.
Det är bara att använda en vanlig kuggväxel istället.
Användarvisningsbild
hawkan
Inlägg: 2585
Blev medlem: 14 augusti 2011, 10:27:40

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av hawkan »

Finns tydligen i verkligheten
Prins Valiant
Inlägg: 903
Blev medlem: 3 januari 2022, 15:10:05
Ort: Kristianstad

Re: Kan man använda en generator tillsammans med en vinsch?

Inlägg av Prins Valiant »

Allt hänger på vad det får kosta. Ser vi till moderna frekvensdrivna lyftkranar finns det frekvensomriktare med återmatning till nät. Detta används i första hand på hamnkranar, exempelvis containerkranar, där driften är många timmar per dygn. Lasten skall upp och sedan ned, det ger en stor besparing. Motorn är en asynkronmotor. Besparingen vid frekvensdriven lyftkransdrift ligger i att återmatad energi vid lastsänkning vanligtvis omvandlas till värme i bromsmotstånd, men vid återmatning går energin tillbaks till nätet.

Som sagt, problemet med denna väl fungerande lösning är priset, därför brukar dessa lösningar komma först vid ca 100kW motoreffekt.
Skriv svar