Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Mo75 » Mi 5. Mär 2014, 16:33

Hallo,

das Tool rechnet für Batterieladung, so hatte ich es unten in meinem Eingangspost auch angemerkt. Desshalb habe ich den Wirkungsgrad bei 3m/s herangezogen, da nur hier die "Systemspannung" von 12V in die Rechnung geht. Daher auch meine erwähnte Änderung im Sheet, dass bei höherer Drehzahl mit der proportional erhöhten Spannung gerechnet wird. Das lässt den Wirkungsgrad nicht mehr so stark einbrechen.

Hier mal ein Versuch das halbwegs allgemeingültig gegenüberzustellen:

Batterieladung:
3m/s: 12V, Leistung X, Strom Y
6m/s: 12V, Leistung 4*X, Strom 4*Y (4facher Strom ergibt 4fache Verluste)

Mit Regler (Step-Down-Converter):
3m/s: 12V, Leistung X, Strom Y
6m/s: 24V, Leistung 4*X, Strom 2*Y (2facher Strom ergibt nur 2fache Verluste)

Das ist zwar ein Vorteil, die man bei Leistungsanpassung hat, aber natürlich ist immer ein möglichst geringer Innenwiderstand anzustreben.

@Aloys:
Was meinst du mit "2/3 Magnetbreite"? Das Verhältnis Dicke zu Breite?
Was meinst du bringen breitere Magnete auf dem selben Durchmesser? Ich glaube nicht, daß man bei doppelter Breite doppelte Leistung hat, weil die Magnete ja sehr nah aneinander rücken.

Zu deiner These mit den Sinuspeaks habe ich hier mal die Flussdichte am Innen- und am Außenkreis rechnen lassen. Die Kurven der Flussdichte müsste bei einer sehr schmalen Spule (nur ein Draht) genau dem Spannungsverlauf entsprechen vermute ich....
Man sieht außen glaube ich ganz gut, was du meinst. Innen fast ideal, außen Peaks. Da wird die Umrechnung mit 1,414 für Effektivwert nicht mehr hinkommen...

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Man kann es wahrscheinlich drehen und wenden wie man will, es geht kein Weg an einem geringen Innenwiderstand vorbei um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Wege dürfte es viele geben, am sinnvollsten ist wahrscheinlich tatsächlich die Umlaufgeschwindigkeit und gleichzeitig den Kupferquerschnitt zu erhöhen, was natürlich auch durch Vergrößerung des Umfanges möglich ist.

Ich werde nochmal die Variante, die Thomas schon erwähnt hat nochmal durchrechnen...

Das Magnetformat 10x10 habe ich überigens aus Preis/Leistungs bzw Preis/Volumen Gründen genommen. Wäre ein Querschnitt von 20x5 vorteilhaft?

Vielen Dank an alle für die Unterstützung!
Mario
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Mo75 » Mi 5. Mär 2014, 17:20

Ich versuche mal eine Variante mit 18 Spulen zu rechnen

D (außen) = 270mm
Draht: 0,8mm
18 Spulen, 24 Magnetpole, 3 Phasen

Ich gehe jetzt mal von 14V bei 60U/min aus.

U(Spule) = 14V / 6 / WURZEL(3) = 1,35V

v = 0,23m * Pi * 1U/sek =0,722m/s

Wdg = 1,34V / ( 0,45T * 0,04m * 0,722m/s * 1,414 ) = 73 Wdg


Hm... und weiter?
Würden die 73 Windungen passen? Wenn ja, lohnt das?
Wie rechne ich überhaupt aus, welche Querschnittsfläche der Draht braucht? Rechnet man so, als hätte der Draht einen quadratischen Querschnitt (also 10x10 Drähte von 0,8mm brauchen 8x8mm²) oder berücksichtigt man, dass die übereinander liegenden Lagen wie ein Gewinde ineinander greifen? Wenn ja, wie ist der Korrekturfaktor?

Kagge, ich seh uns schon zwei getrennte Wellen mit Zahnriemenscheiben bauen...
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Ekofun » Mi 5. Mär 2014, 17:38

Hallo Mario,

habe Dir ein Weg als Beispiel gegeben,da ist deine erste version mit 4 Spulen berechnet,und Spulen mit 0,8 mm dDraht gewickelt.Von Dir keine bemerkung darüeber.

Im "grundlagen der Generatorbau habe eine Drahttabelle gegeben,da sind alle Parameter die man braucht eingegeben.Auch wieviel Wdg pro cm^2 steht (passt).Da käönnen Sie nachkuken und immer dann sehen wieviele Windungen von eine bestimmte Drahtdicke Sie bekommen in eine Spule.Schenkelbreite * Schenkelhöhe = A in cm^2.

Wenn Sie haben z.B. 0,5 cm^2 Fläche und Draht ist 0,8 mm dick dann bekommen sie 120 Wdg * 0,5 cm^2 = 60 Wdg pro Spule.Nachrechnen brauchen Sie nichts,ist alles in Tabelle.

Grüße

Ekofun
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon vm » Mi 5. Mär 2014, 17:42

Hallo Mario und Thomas

Ich habe gerade gesehen das ich mich in meiner Rechnung um ein recht erhebliches Watt vertan habe :oops:

Das Windrad bringt bei 30% 2,39 Watt und nicht 3,39 Watt

Damit wird zwar das Windrad nicht stärker aber der Wirkungsgrad des Genis verbessert sich erheblich.

Bei 119 Wind... 4 Spulen/Phase........266mA für 2,39 Watt......2,5V Spannungsabf..........0,67 Watt Verlust .......Innenwiderst. 9,5 Ohm

Leerlaufspannung nach Gleichrichter etwa 9 Volt

Bei 55 Wind.....6 Spulen/Phase......405mA für2,39 Watt.....1,2V Spannungsabf..............0,48 Watt Verlust........Innenwiderst. 2,95 Ohm

Leerlaufspannung nach Gleichrichter etwa 6 Volt


Da das ganze mit 30 % Wirkungsgrad und ohne mech. Verluste gerechnet ist könnte die Generatorgröße also gerade so passen wenn ihr die Windungszahl noch anpasst.

Ob das Windrad bei 3m/sek überhaupt auf die Drehzahl kommt und eine Leistung abgibt ist schwer zu sagen und kommt auf die Konstruktion an ( 2,39 Watt ist nicht viel und die Lager wollen auch was abhaben )

Wenn ihr sowieso einen Schaltregler einsetzt dann nehmt die Spannung höher , da tun die Gleichrichterverluste nicht so weh :) und ihr habt etwas mehr Luft bei der Berechnung des eigentlich nicht mehr berechenbaren.

mfg.Volker
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Bernd » Mi 5. Mär 2014, 18:54

Bevor noch 100 Rechnungen aufgemacht werden sollte man mal die Eckwerte festlegen.
Meiner Meinung nach muss z.B. der Innenwiderstand runter.
Für mein Empfinden unter 2 Ohm oder noch weniger.
Und dann wäre da noch die Festlegung von Maximalwerten wie Spannung, Leistung und Strom.

Ein C-Rotor dieser Baugrösse (0,5m²) kann an seiner Rotorwelle bei sehr starken, aber noch beherrschbaren Wind an die 100 Watt mechanische Leistung bereit stellen.
Diese 100 Watt sollte man als Berechnungsgrundlage heran ziehen.

Als nächstes muss man sich MPPT Laderegler angucken mit wieviel Spannung der maximal klar kommt.
Diese maximale Spannung darf nicht überschritten werden, auch nicht bei Sturm!!
Deswegen muss noch eine Maßnahme her die das Windrad vor Überdrehzahl und damit Überspannung schützt.

Anhand der maximal zulässigen Eingangsspannung des Ladereglers kann man dann über die erzielbare Leistung den Strom errechnen
und anschliessend den maximalen Innenwiderstand bestimmen den es nicht zu überschreiten gilt um einen bestimmten
Wirkungsgrad einzuhalten.

Bei dieser Baugrösse und dieser Leistung ist eine Ausführung ohne Getriebe bei entsprechenden finnanziellen
Einsatz gerade noch sinnvoll möglich.
Ein Getriebe vergünstigt den Generatoraufwand um ein vielfaches.


Grüsse

Bernd
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Bernd » Mi 5. Mär 2014, 19:01

Noch ein paar Worte zu der schon von Aloys angesprochenen ungünstigen Magnetbreite:

Je schmaler die Magnetbreiten im Verhältnis zum Abstand des gegenüberliegenden Magneten ausgeführt sind und desto dichter der seitliche
Abstand ausfällt, desto mehr geht von dem magnetischen Fluss vagabundierend von einem Magneten zu seinen Nachbarmagnenten auf der gleichen Magnetscheibe flöten.

Diesen Effekt berücksichtigt das verwendete Generatortool nicht, weswegen es vermutlich zu hohe magnetische Flussdichten (über 0,9T) im Spulenbereich errechnete.
Man könnte auch sagen das die Verluste hin zu den Nachbarmagneten immer gleich sind, egal wie breit die Magnete (bei gleichbleibenden Magnetabständen)
ausgeführt werden.
Bei relativ breiten Magneten fallen diese "Nachbarverluste" prozentual daher deutlich kleiner aus.
Das Verhältnis zwischen eingesetzter Magnetmasse und erzielten Effekt steigt an weshalb eine doppelte
Magnetbreite unter Umständen sogar mehr als den doppelten "Nutzfluss" im Spulenkern erzielen kann.


Grüsse

Bernd
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon herbk » Mi 5. Mär 2014, 20:33

Hi Mario,
Wie rechne ich überhaupt aus, welche Querschnittsfläche der Draht braucht? Rechnet man so, als hätte der Draht einen quadratischen Querschnitt (also 10x10 Drähte von 0,8mm brauchen 8x8mm²) oder berücksichtigt man, dass die übereinander liegenden Lagen wie ein Gewinde ineinander greifen? Wenn ja, wie ist der Korrekturfaktor?
Ich schaffe es Momentan wenn ich "als hätte der Draht einen quadratischen Querschnitt minus 10%" rechne die Anzahl Windungen in die Spule zu bekommen die ich vorher errechnet habe.
Den Draht richtig wie ein Gewinde ineinander zu legen habe ich noch nicht geschafft... - ich arbeite aber daran ;)
Beim Berechnen nicht vergessen dass der Draht lackiert ist.

Mach mal die Rückschlussscheiben dicker, ich glaube da könntest Du noch ein wenig gewinnen.
Gruß Herbert
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon andyboys » Mi 5. Mär 2014, 20:45

mus auch mal Fragen weil ich auch einen Geni brauch

Also der 18 Spulen mit 24 Magneten 40lang x 10breit x 5dick

kann man die Magneten auch Quer auf die Scheibe kleben????

nicht wie in der Skizze oben Hochkannt.

Weil dann würde doch fast ein geschlossener Magnetring entstehen . Geht das ?????

Und noch eine Frage : mus ich zwingend Kupferlackdraht nehmen . Ich würd gern bei diesen Beispiel mit 18 Spulen

normalen 1,5 er Kupferdraht 1,5 stark mit 26 Windungen nehmen ( Hab noch Feuchtraum Kabel übrig ) Geht das???

Und wenn man die Drahtlänge nach der 1. Spule weis würde ich alle gleich zuschneiden . Dann mus man nicht immer

aufpassen mit zählen beim wickeln.
Zuletzt geändert von andyboys am Mi 5. Mär 2014, 22:01, insgesamt 2-mal geändert.
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Mo75 » Mi 5. Mär 2014, 21:04

Hallo Andy,

gehen tut das, aber Sinn macht es wahrscheinlich nicht viel, weil die wirksame Leiterlänge der Spule sehr kurz (10mm) wird. Sollte grundsätzlich durch das lange Magnetfeld kompensiert werden können denke ich, aber der Widerstand wird ziemlich hoch gehen.
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Re: Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

Beitragvon Famzim » Mi 5. Mär 2014, 21:07

Hallo

Kann man auch quer kleben aber dann ist die wirksame Leiterlännge nur noch 10 mm statt 40 mm :oops:

Zu den Magnetbreiten mal ein Gemälde:

Magnetfelder-2..jpg
Magnetfelder-2..jpg (56.53 KiB) 8351-mal betrachtet


Man sieht das der Leiter nur Spannung erzeugt wenn er auch im Feld ist, je länger um so länger liegt Spannung an.
Leistung natürlich auch.
Die Kurve müste eigenlich eckiger gezeichnet sein, Synusförmiger wird sie durch die Leiter einer Spule, die erst nacheinander in das Feld geraten, und die Gesammtspannung ist dann der Synus.

Gruß Aloys.
Famzim
 
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