Fragen zum Berechnungstool für den Generator

[insedere]

Hallo ich bin neu hier.
Als begeisterter Modellsegelflieger im Maßstab 1:3 fasziniert mich Windkraft.
Als Steuerabschreibung kaufte ich 2008 einen Twister, da mich dieses Rad schon fast als Kunstobjekt interressierte.
Der kommt jetzt nächsten Monat endlich.... mal aufs Dach meines Firmengebäudes.
So erreiche ich eine Nabenhöhe von 10m.
Als ich das Rad zusammengeschraubt habe, und ich sowieso nicht so richtig wusste welches Flugzeug ich als nächstes bauen soll, haben ich mich entschlossen dieses Rad nachzubauen.
Beim Zeichnen habe ich entschieden es ca.10% grösser zu konstruieren.
Desweiteren habe ich elliptische Randbögen bevorzugt - der induzierte Widerstand an den Enden ist so erheblich geringer.
Man merkt doch das viele Mühlen von Maschinenbauern konstruiert worden sind.

Ich habe es mir an sich einfach vorgestellt den Generator im Netz zu suchen und fertig zu kaufen - pustekuchen.
Nun habe ich viel fertig und beschäftige mich mit dem Toll von DanielCV.
Ich stelle fest, daß ich mit 30cm Durchmesser für einen ca1KW Generator mit der Spulen/Magnetaufteilung alla Menelaos nicht klarkomme.
Außerdem kenne ich die Schnelllaufzahl nicht genau.
Die fertige Mühle hat bei ca 60Upm 100Volt Leerlaufspannung - bei 90Upm ca 150V.
2,20m hoch - 2m Durchmesser

Nun kam mir der Gedanke - 2 Statorscheiben zu gießen.
Wie verhält sich das dann mit den Magneten - benötige ich für jeden Stator 2 Magnetscheiben, oder tuts auch eine in der Mitte für beide Seiten.
Wie kann ich also das Tool einsetzen um 2Generatoren in einer Mühle zu berechnen.

Ich hänge mal Bilder dran - wie der Rotor aussehen soll.
Danke für Eure Kommentaren im Vorraus
Eike

Radlager vom LKW

4-untere Rotoplatte verschraubt_Bildgröße ändern.jpg (28.62 KiB) 12056-mal betrachtet

Bisher der nur im oberen Segment angedeuteter Generator

7-rotorplatte oben mit Hülsen verschraubt magnete als ringe dargestellt_Bildgröße ändern.jpg (30.7 KiB) 12056-mal betrachtet

Die Rippen erhalten für den Bau Hilfsbeinchen die auf einer Helling montiert sind

10-1mm v2a rippen_Bildgröße ändern.jpg (56.32 KiB) 12056-mal betrachtet

Nch dem Verkleben mit Styrodurkörpern Kohlefaserholmen Nasen und Endleiste

12-kohlefaserholme nasenleiste und endleiste_Bildgröße ändern.jpg (56.09 KiB) 12056-mal betrachtet

14-gfk-schicht 2mal 400gr gespachtelt und verschliffen mit Lack_Bildgröße ändern.jpg (46.5 KiB) 12056-mal betrachtet

[CFD]

Hallo Eike,
kennst du das Programm FEMM?
http://www.femm.info/wiki/HomePage
Damit kannst du deine Generatorkonfiguration ziemlich einfach analysieren.

Nachfolgend das FEMM-Simulationsergebnis für einen Dual-Scheibengenerator mit einer Magnet/Stahl-Scheibe in der Mitte:

Bild_01.png (44.8 KiB) 12040-mal betrachtet

Var_04b.png (54.61 KiB) 12040-mal betrachtet

Wenn man die Stahlscheibe in der Mitte weglässt, sieht das Ergebnis folgendermaßen aus:

Var_05.png (52.94 KiB) 12040-mal betrachtet

Ergebnis:
- Mittlere Stahlscheibe weglassen (erfordert aber aufwändige Magnetbefestigung (Anziehungskräfte), eventuell beidseitig GFK oder Kohlefaserplatten (2-3mm) ?)

Ich würde einen normalen (2 Rotorscheiben) aber größeren Scheibengenerator bauen.
+ höhere Umfangsgeschwindigkeit der Magnete (weniger Kupfer für gleiche induzierte Spannung erforderlich)
+ insgesamt weniger Magnete erforderlich

Ich bin schon gespannt auf deinen Baubericht und Bilder davon.
Grüsse CFD

[insedere]

@CFD
Danke für die schnelle Antwort.
Ich überlegs mir - so ist wieder vieles neu zu zeichnen.
Aber wahrscheinlich schneller als 2 Generatoren zu bauen.
Ich habe auch doch noch kleine Bedenken wegen des LKW-Lagers.
Obwohl Fett getauscht - läuft es doch ganz schön schwer.



mfg
Eike

[Menelaos]

Die Umfangsgeschwindigkeit spielt überhaupt keine Rolle was die Leistung des Generators angeht. Das was zählt ist die Winkelgeschwindigkeit...aber das nur nebenbei...

Ich halte prinzipiell nicht viel von Doppelstatorscheibengenis da das eine Reihe von Problemen mit sich bringt und sehr viel größeren Bauaufwand und höhere Präzision erfordern....durch die enorm hohen Magnetpreise die sich nun aber eingestellt haben, sind Kupfer und Stahlteile im Verhältnis nun aber sehr viel günstiger als zuvor. Es kann also preislich gesehen shcon Sinn machen, auf Doppelscheibengenis zu gehen.

...und auch wenn ich was die Stabilität und Qualität (Oberflächenschutz usw. )der folgenden Konstruktion angeht nicht so gaaanz hundertprozentig überzeugt bin, so möchte ich dennoch mal einen Link einwerfen unter welchem man derartige Genis auch fertig kaufen kann...
Keine Ahnung wie hoch die Widerstände der dort angebotenen Genis sind, wovon letztlich ja wieder abhängt ob das wirklich günstig ist...aber es ist vielleicht eine Überlegung Wert wenn du kaufen statt bauen willst...und du hattest ja nach fertigen Lösungen gefragt...

http://cgi.ebay.co.uk/Flux-Generator-5k ... 415b61d61e


Ansonsten könntest du vielleicht auch mit dem kleinen BAUsatz aus dem Kleinwindanlagenshop etwas anfangen...Ich denke dass das zu der von dir geplanten Baugröße sehr gut passen würde.

Was die Lagerung angeht, so würde ich bei der "kleinen" geplanten Baugröße nicht auf LKW-Lager gehen. Es gibt (unter anderem im Kleinwindanlagenshop) oder acuh direkt im Handel Lagerstummel von Knott. Diese besitzen Kugellager statt Schrägrollenlager und sind für Autoanhänger konzipiert. Sie laufen wirklich extrem leicht! Ich denke das wäre das richtige für dich. Bernd hat schonmal einen meiner Genibausätze zum testen bei sich gehabt und wird dir bestätigen können wie suuuper leicht diese Lager drehen!

Gruß
Max

[Bernd]

Hallo Eike und herzlich willkommen hier im Forum.
Als Alternative zu einem "Stapeln" zweier Statorscheiben kann ich Dir eine einzelne Statorscheibe mit doppelten
Durchmesser empfehlen. Bei einem Horizontalläufer wäre ein grosser Generatordurchmesser nicht so toll, aber
bei einem Vertikalläufer macht sich ein flacher Generator mit grossen Durchmesser sehr gut.

Ich bringe diese Alternative ins Spiel weil sie bei gleichen Bauteileaufwand wie bei der gestappelten Version
(gleiche Anzahl an Magneten und Spulen wie in den beiden kleinen Statorscheiben) elektrisch deutliche Vorteile bietet.
Der Vorteil besteht darin das sich bei doppelten Durchmesser die Magnete und Spulen zusätzlich zur rein
doppelten Spulen und Magnetanzahl eines Einzelstators sich Magneten und Spulen auch noch mit der doppelten
Umfangsgeschwindigkeit kreuzen. Quasi ein kostenloses Plus.
Beim gestapelten kleineren Generator bleibt hingegen die Kreuzungsgeschwindigkeit von Magneten und Spulen gleich.

Beim gestapelten erzielen wir daher mit zwei Scheiben "nur" die doppelte Spannung einer einzelnen Scheibe.
Bei dem Generator mit doppelten Durchmesser und nur einer Scheibe erzielen wir, bei gleichen Bauteileaufwand wie bei der
gestappelten Version, die vierfache Spannung gegenüber einer einzelnen Statorscheibe der Stapelversion.

EDIT:
Ich sehe gerade das CFD Dir schon in etwa das gleiche schrieb.

Grüsse

Bernd

[Menelaos]

Das ist leider schlichtweg FALSCH. Ein größerer Durchmesser ist sicherlich generell sinnvoll für die Leistungssteigerung, allerdings deshalb, weil man dann mehr Platz für Kupfer und Magnete hat. Nur alleine den Durchmesser zu vergrößern, SPulen und Magnete aber so zu belassen wie sie sind bringt leider nichts denn auch wenn Bernd mich seit neuestem ja leider ignoriert...ändert das nichts an dem Fakt dass es die Winkelgeschwindigkeit ist, die eine Rplle spielt und nicht die Umfangsgeschwindigkeit der Magnete.
Es geht darum wieviel Kupfermasse pro Zeiteinheit von den Magneten überschritten werden. Das ändert sich bei gleicher Drehzahl nicht, egal ob der Generator 10 cm oder einen meter Duchmesser hat solanbge die gleiche Kupfermenge vorhanden ist.

Es ist rcihtig, dass bei doppeltem Durchmesser in der jeweiligen SPule die doppelte Spannung erzeugt wird, allerdings auch für einen viel kürzeren Zeitraum. Denn zwischen den einzelnen SPulen ist nun sehr viel Platz der quasi nicht genutzt wird weil dort kein Kupfer enthalten ist. Wenn sich die Magnete also über diesen Positionen befnden passiert nichts. Letztlich haben wir dann einen doppelt so hohe Spannung für die Hälfte der Zeit. Nach der Gleichrichtung kommt das ganze dann auf genau das selbne heraus....es ändert sich NICHTS, außer dass der ganze gnertaor viel größer, schwerer und teurer geworden ist. Zudem werden dann die Stahlteile deutlich kostenmäßig ansteigen. Man gewinnt auf diese Weise gar nichts

WIe auch immer...wenn mir das nicht gegelaubt wird, dann möchte ich zumindest daruf hinweisen dass das Generatortool das Daniel und ich geschrieben haben auf genau dieser Grundlage beruht. Es wird dann also "falsche" Ergebisse liefern und oihr solltet es NICHT für eure Berechnungen verwenden!!!

Gruß
Max

[Bernd]

So wie es interpretiert wurde habe ich es natürlich nicht gemeint, ich dachte es wäre eindeutig.
Ich sprach davon den gleichen (!) Bauteileaufwand, also die Anzahl von Spulen und Magneten, die man für einen
Generator mit zwei kleinen Statorscheiben benötigt, in eine einzige Statorscheibe doppelten Durchmessers
zu verlagern. Deshalb ja auch meine Aussage das das die VIERFACHE Spannung einer einzelnen halb so grossen
Statorscheibe ergibt und nicht nur die doppelte Spannung !!
Am besten erstmal genau lesen vor dem Fehlinterpretieren !

Falls immer noch nicht klar sein sollte was ich meinte hier ein Beispiel:

Generator A hat zwei kleine Statorscheiben die incl. der nötigen Magnetscheiben hintereinander auf einer Achse verbaut sind.
Generator A besteht daher gewissernmassen aus zwei Generatoren hintereinander auf einer Achse.
Jede der beiden Statorscheiben von Generator A hat 12 Spulen.

Mein Vorschlag war (und ist) :
Generator B hat nur eine Statorscheibe, die dafür den doppelten Durchmesser besitzt wie die Statorscheiben von Generator A.
Die Anzahl der Spulen von Generator B beträgt 24 Stück, also genausoviel wie in den beiden Statorscheiben von Generator A zusammen
verbaut sind. Entsprechend verhält es sich natürlich auch mit der Anzahl der Magnete.

Generator B liefert bei gleichem Bauteileaufwand und gleichem Innenwiderstand (!) die doppelte Spannung wie die beiden Statorscheiben
von Generator A zusammen bzw. die vierfache Spannung einer einzelnen Statorscheibe von Generator A.

Um meinen ursprünglichen Text noch "fehlinterpretationssicherer" zu machen habe ich meinem letzten Posting ein paar Wörter hinzu gefügt.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Noch mal zu den Begriffen Winkelgeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit, beide sind eng verknüpft.
Hier gibt es kein "richtig" oder "falsch", es ist eine Frage wie ich mit den Faktoren umgehe und sie einsetze.

Die Umfangsgeschwindigkeit oder auch Bahngeschwindigkeit ist ein Produkt der Winkelgeschwindigkeit und des
Radius. In der anderen Richtung gilt natürlich das gleiche. Je grösser der Radius bei gleicher Winkelgeschwindigkeit,
desto grösser die Umfangsgeschwindigkeit.

Es gibt oft nicht nur eine Formel, nicht nur einen Weg um etwas zu berechnen. Oft führen viele Wege nach Rom.
Wichtig ist nur das man wirklich versteht womit man hantiert und wie die Zusammenhänge sind und wie sie wirken
und wie sie einzusetzen sind.

Grüsse

Bernd

[CFD]

Hier ist für alle der Zusammenhang zwischen Spannung und Geschwindigkeit mal anschaulich dargestellt:

Induktion.png (43.56 KiB) 11938-mal betrachtet

Grüsse
CFD

[Menelaos]

Hallo zusammen, hallo Bernd!

Ok, dann hatte ich es wirklich falsch verstnaden wie du es meintest...kann ja mal passieren

Dennoch ist MEINER Meinung nach in deiner Rechnung ein Fehler:

Je grösser der Radius bei gleicher Winkelgeschwindigkeit, desto grösser die Umfangsgeschwindigkeit.

Richtig!
Bei gleicher Drehzahl ändert sich also bei verschiedenen Radien die Umfangsgeschwindigkeit. Uns interessiert aber nicht die Umfangsgeschwindigkeit sondern die WInkelgeschwindigkeit und die bleibt eben gleich und nach dieser berechnet soich alles.

Darum ist diese Aussage...:

Generator B liefert bei gleichem Bauteileaufwand und gleichem Innenwiderstand (!) die doppelte Spannung wie die beiden Statorscheiben von Generator A zusammen bzw. die vierfache Spannung einer einzelnen Statorscheibe von Generator A.

...MEINER MEINUNG nach leider falsch denn es hat sich nichts geändert. Wir haben weiterhin die gleiche Anzahl an Spulen und Magneten, das Material ist nur auf einen größeren Durchmesser verteilt anstatt auf "zwei kleine Durchmesser". Werden generator A und B mit der gleichen Drehzahl betrieben, bleibt die SPannung also gleich und ist NICHT doppelt so groß denn die Winkelgeschwindigkeit ist noch immer dei gleiche. Es wird noch immer in der selben Zeit von der selben Anzahl Magnete die gleiche Kupfermasse überstrichen. WIe also soll denn da nun eine Verdopplung der Spannung zustande kommen???

Gruß
Max