niedertouriger Generator mit Neodymmagneten

[Bernd]

Welche Eckwerte für Max. Leistung und Innenwiderstand strebst du an ?
Welchen Durchmesser soll der Generator erhalten ?
1 Phasen oder mehr ?
Hast du Bedenken wegen Cogging ?

Magneten 15x15mm, die /Stück auf ca. 1,70 kamen

Das wäre recht teuer, die gibts deutlich günstiger.
Pro cm³ Neodym liegen die günstigsten Angebote bei ca. 25 Cent.
Der Durchschnitt liegt aber weit drüber.
Kleine Magnete sind im Verhältnis meist teurer als grosse.

Grüsse

Bernd

[gwhh]

Hi Bernd,

den Leistungsbereich würde ich erst einmal zwischen 100 - 500 W ansiedeln, und damit bei 12 Volt also 10 - 50 Ampere Strom.
Ich denke eine Stromdichte von +- 15A/mm2 ist passabel, so dass also 2 - 3mm2 passend wären, etwa 1,5mm Drahtstärke.

Die große noch zu beantwortende Frage liegt in der Windungszahl, die benötigt wird.
Die wiederum wird wohl vor allem abhängen von der Geschwindigkeit der Magneten und ihrer Feldstärke.
Eine Vergrößerung des Rotordurchmessers müsste damit entsprechende Drehzahlverringerung ausgleichen können.
Die Korrelation von Spannung und Windungszahl müsste aber schnell durch Versuch ermittelbar sein.

Grüße - GW

[Bernd]

Ich würde die besagte Scheibe anfangs mit 1 - 2 Magneten und Spulen bestücken, testen und
dann auf Basis der günstigsten Parameter den Prototyp voll bestücken.

Das ist immer eine gute aussichtsreiche Vorgehensweise wenn man Neuland betritt.
Beachte aber das die Magnete immer einen Rückschluss brauchen um effektiv zu arbeiten.
Auch wäre dann ein Oszilloskop von nöten um die kurzen Spannungsimpulse exakt auswerten
zu können.

Den Querschnitt kannst du aber nicht anhand der Stromdichte festlegen, sondern anhand des
gewünschten bzw. benötigten Innenwiderstandes.
Bei einer eisenbehafteten Konstruktion könntest du aber, wenn du alles richtig machst,
mit relativ geringen Querschnitten auskommen.

Grüsse

Bernd

[gwhh]

Den Querschnitt kannst du aber nicht anhand der Stromdichte festlegen, sondern anhand des
gewünschten bzw. benötigten Innenwiderstandes.

Den wiederum kann ich erst in einem späteren Schritt bestimmen: wenn ich weiss, was für Wicklungen (Windungszahl...) ich brauche, also nach der erwähnten Testserie.
Das wird, denke ich, ein Kompromiss sein müssen.

Im Übrigen nochmal die Frage: ist es richtig, dass hier solche Konstruktionen, wie von mir überlegt, bisher nicht bekannt bzw. getestet sind?

Grüße - GW

[Bernd]

Das ist richtig, Konstruktionen bei denen Magnete nur mit einem Pol auf Spulen wirken und die Pole
untereinander den magnetischen Rückschluss durch die Luft bilden müssen, sind meines Wissens
nach für den Nutzbetrieb nie gebaut worden, ausser als Anschauungsobjekte für den Physikuntericht oder
in Prinzipdarstellungen.
Das liegt an der zur erwartenden geringen Effektivität denn es reicht nicht nur mit einem
Magnetpol auf eine eiserne Spule zu wirken, auch der zweite Pol des gleichen Magneten muss möglichst
in den Fluss und in den Aufbau mit einbezogen werden wenn man effektiv Leistung erzeugen will.

Leider sind die Anschauungsmotore und Generatore im Physikuntericht aber so "einseitig" aufgebaut.
Das dient aber nur dazu damit man das Wirkprinzip leichter versteht.
Was ich meine sieht man in dieser Abbildung:



Unschwer kann man sich vorstellen das immer in der Stellung, in der ein Magnetpol auf eine Spule trifft,
der andere Magnetpol in der Luft zwischen den anderen beiden Spulen hängt.
Das führt zu einem niedrigen Fluss und damit einhergehend zu einer niedrigen Induktion, denn der Fluss
von einem zum anderen Pol führt dann auf einer langen Strecke durch die Luft.

Sorgt man dafür das der magnetische Rückfluss nicht durch die Luft, sondern auch durch Eisen und die
benachbarten Spulen (wie beim Scheibengenerator) führt, steigt die Effektivität um ein mehrfaches.

Du wirst also der erste mir bekannte sein der so etwas für den Wirkbetrieb baut.
Ich bin gespannt auf die Eckwerte die du damit erzielen wirst.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Übrigens das solche einfachen Generatoren, bei denen der Rückschluss durch die Luft muss,
grundsätzlich funktionieren zeigt diese Seite:

http://www.c-turbines.ch/generator.html

Auch der Generator in diesem Video (vermutlich auf Basis der zuvor verlinkten Seite gebaut)
zeigt das es funktioniert :

http://www.myvideo.de/watch/6486501/Drehstromgenerator

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Ich lese gerade das was ich bislang wohl überlesen hatte :

Rotorseitig könnte man auch die Magneten entsprechend aufbauen, zb. mit wechselnder Polung
sternförmig auf einen Eisenring (Rohrabschnitt).

Damit wäre dann der nötige Rückschluss gebildet und das was ich zuvor schrieb hinfällig.

Grüsse

Bernd

[CAD&Co]

Versuche mal einiges des gelesenen zusammenzufassen.

Welche Parameter bestimmen über die Leistungsfähigkeit eines Generators?
Nachdem was ich im Moment so gelesen habe, ist es das Kupfervolumen den Spulen
in der Relation zur Kraft der Dauermagneten.
Wenn ich also davon ausgehe, dass ein Generator mit hoher Drehzahl eine gewisse Leistung bringt
müsste ich das Kupfervolumen und das Magnetvolumen auf einem größeren Durchmesser verteilen.
Dementsprechend müssten kleinere Spulen mit einer höheren Anzahl verwendet werden.

Die Anzahl der Phasen bestimmt dann die Volt Zahl bei einer bestimmten Drehzahl.
Wenn es möglich wäre die Anzahl der Phasen im Betrieb zu ändern, müsste es eigentlich
möglich sein die Spannung in Relation zur Drehzahl im Betrieb anzupassen.

Ist da jetzt ein Denkfehler drin?

[andreas]

Hallo Norbert,

zunächst hat die Anzahl der Phasen kaum etwas mit der erzielbaren Spannung zu tun. Denn es addieren sich nur die Spitzenspannungen der Spulen einer Phase zum Ausgangsspitzenspannungswert. Die Anzahl der Phasen wirkt sich deutlich auf die Rippligkeit der gleichgerichteten Spannung aus. Wobei schon eine dreiphasige Spannung nur einen Rippel von gut 15 % hat. Mit noch mehr Phasen sinkt der Siebaufwand für die "reine" Gleichspannung, weil die Frequenz der Brummspannung hoch geht, allerdings braucht man auch für jede Phase mehr wieder separate Gleichrichter... Insofern beschreibt die Anzahl der Phasen nur, wie viele Wechselspannungszüge der Generator aus separaten Spulen nacheinander erzeugt, bis wieder die erste Phase dran ist.

Mehr als drei Phasen kann man auch aus anderen Gründen benutzen. Da sich die Last zeitmäßig auf die nacheinander belasteten Phasen verteilt, kann man bei drei Phasen jede einzelne Phase für etwa ein Drittel des Gesamtstromes auslegen. Bei fünf Phasen muß jede Phase nur noch etwa ein Fünftel Strom liefern usw... Mitunter spielen auch die Geräusche eine Rolle. Vielphasige Generatoren sind in aller Regel bei hoher Last leiser als solche mit wenigen Phasen, weil die Lastwechsel zwischen den Phasen nicht mehr so deftig ausfallen, aber deutlich öfter vorkommen. Das verringert auch die mechanischen Schwingungen etwas, vielleicht kann ein wenig leichter gebaut werden...

MfG. Andreas

[Bernd]

Welche Parameter bestimmen über die Leistungsfähigkeit eines Generators?

Im Prinzip hast du das meiste schon aufgezählt.
Vereinfacht brauchen wir folgendes:

1. eine möglichst hohe Umfangsgeschwindigkeit des Rotors.
2. ein möglichst starkes Magnetfeld in der Spule (beim eisenlosen in den Spulenschenkeln)
3. möglichst viel wirksame Kupferdrahtlänge in der Spule, oder Spulenschenkel (eisenloser)
4. einen möglichst geringen Innenwiderstand der Spule(n)

Es geht darum möglichst viel Spannung bei möglichst wenig inneren Verlusten, hauptsächlich den Verlusten
am Innenwiderstand, zu erzeugen.

Da du einen Generator "mit Eisen" bauen willst wären auch noch viele Pole und Spulen hilfreich, weil
bei den "eisernen" die Schnelligkeit des Magnetfeldwechsels auch mit für die Spannungshöhe ausschlaggebend ist.

Mehrere Phasen werden bei Generatoren ab. ca. 100 Watt fast schon zur Pflicht aus folgenden Gründen:

Mehrere Phasen verringern, zumindest bei dem im Selbstbau üblichen unterschiedlichen Verhältnis von
Spulen und Magneten (einfacher Aufbau des Drehstromgenerators), das "Rasten" auch "cogging" genannt
des Generators ganz erheblich.
Das heisst der Generator läuft leichter an und muss nicht erst eine überstarke erste Rastung überwinden.
Er "ruckelt" im Betrieb ca. um den Faktor 10 weniger.

Der zweite Grund ist mit dem ersten gekoppelt. Ein mehrphasiger Generator läuft wesentlich ruhiger
im Betrieb und überträgt wesentlich weniger Vibrationen in das Windrad, es kommt zu viel weniger
störenden Brummgeräuschen.

Grüsse

Bernd