Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

[andyboys]

Meinst du mit Widerstand der Geni wird schwerer drehen?? Ich möchte ja das er schön Leicht laufen soll.

[Ekofun]

Hallo andyboyis,

Eisenlosengenis drehn alle sehr leicht,nur wenn sie belastet werden kommt ein Bremseffekt der umso größer ist je Belastung höher wird.Das wird durch "Lenzische Regel" erklehrt.

Grüße

Ekofun

[Mo75]

Und jetzt nochmal der Reihe nach...

@ Eko:
Danke für deine Berechnung mit der Übersetzung. Ich hatte sie zwar gesehen, bin aber irgendwie nicht darauf eingegangen.
Wir haben uns eben in der Schule getroffen und beschlossen, dass wir versuchen wollen ohne Übersetzung auszukommen, weil wir sonst Verluste haben, die wir vorher nicht so richtig absehen können wie zB. 4 statt nur 2 Lager und der Riemen + Scheiben. Geld kostet das auch. Ich versuche eine Kompromisslösung (Kosten/Aufwand/Wirkungsgrad) zu finden. Werde mich später nochmal mit der 2. Variante mit 18 Spulen, 73 Wdg und einer ganz neuen mit 40x20x5mm³ Magneten beschäftigen.
Danke für die Tabelle, habe sie gefunden und gespeichert!

@ Volker:
Danke für die Rechnungen. Ich werde nochmal 18Spulen Variante mit 73Wdg genauer betrachten. Muss mir erst mal Gedanken machen, wie sich der Wirkungsgrad genau berechnet. So schlecht sind die Wirkungsgrade ja nicht mehr, mit 80% kann ich schon fast leben. Die Spannungen sind natürlich jenseits...

@Bernd:
Klar, Innenwiderstand muss runter. Davon hängt direkt der Wirkungsgrad ab. D.h. dickerer Draht welcher mehr Platz braucht. EIn kleiner Vorteil hier ist, dass der zusätzliche Platz nach außen auch eine höhere Geschwindigkeit bringt und somit einen kleinen Teil kompensiert.

Zu den Eckdaten:
- Wie schon eingangs beschrieben soll bei 3m/s Ladebeginn sein. Die Schaltung scheint dafür 14,x V DC zu brauchen.
- bei 6m/s will der Pauker 10W auf der Uhr sehen - wünschen kann man sich viel
- bei ca. 6m/s ist Feierabend, d.h. wir Planen die Anlage so, dass sie nur vor der Windwand (welche 6m/s erzeugen sollte) und nicht im Freien betrieben werden soll. Es könnte evt. eine einfache Spannungsbegrenzung die Schaltung schützen.
- Die Spannungsgrenze ist - so meine ich - bei 60V, soviel verträgt der Stromfühlerbaustein vor den Mosfets. Mehr sollen es keinesfalls für diese Versuchanlage werden.

Bei dieser Baugrösse und dieser Leistung ist eine Ausführung ohne Getriebe bei entsprechenden finnanziellen
Einsatz gerade noch sinnvoll möglich.

Du meinst, dass das Rad nicht noch kleiner sein sollte?

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.

Das leuchtet ein und desshalb quäle ich mich und FEMM gleich nochmal mit 40x20x5mm³. Mal sehen was dabei raus kommt.

Diesen Effekt berücksichtigt das verwendete Generatortool nicht, weswegen es vermutlich zu hohe magnetische Flussdichten (über 0,9T) im Spulenbereich errechnete.

Ich glaube eher, dass das Tool hier einen Faktor 2 drin hat, der evt woanders hin gehört. Die 0,45T gibt Femm ja auch ungefähr aus, wenn der Abstand groß wird. Daran kanns eigentlich nicht liegen.
Btw: Das Tool rechnet einen falschen mittleren Umfang, daher stimmen die Windungszahlen nicht. Es berücksichtigt zB. die Spulenform nicht.

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.

Klingt interessant und vielversprechend.

@Herbert:
Danke für deine Erfahrung! Da scheinst du ja etwas bessere Werte zu erreichen als in der Tabelle von Eko als Richtwert angegeben ist. Mal sehen wie es bei uns wird...

@Aloys:
Sehe gerade noch dein Gemälde - hübsch! Danke, das erklärt es ja nochmal ganz gut und es wird noch deutlicher als in der FEMM-Simu.

So, mal Femm anschmeissen und den Bleistift spitzen...

Edit:
Eins hatte ich noch vergessen: die Rückschlussplatte doppelt so dick machen ändert in dem Beispiel nichts, selbst die 3. Stelle hinterm Komma bleibt gleich. Das Eisen scheint noch ein Stück weit weg von der Sättigung zu sein.

[herbk]

Hi andyboyis,
mach doch bitte für Dinge die nicht zum Thema des Threadstarters gehören einen eigenen Thread auf. Das ganze wird sonst unübersichtlich und keiner weiß mehr wo was steht.

[Bernd]

bei ca. 6m/s ist Feierabend, d.h. wir Planen die Anlage so, dass sie nur vor der Windwand (welche 6m/s erzeugen sollte) und nicht im Freien betrieben werden soll.

OK, das ändert das Szenario vollständig denn wenn die Maximalleistung nur bei ca. 10 Watt liegen soll kann man natürlich
völlig anders kalkulieren als bei einer 10mal höheren Ausgangsleistung. So kann der Generator jetzt deutlich schlechter/günstiger ausfallen und trotzdem
noch einen akzeptablen bis guten Wirkungsgrad bieten. Das erleichtert einiges für euch.
Wenn wir für volle Leistung (10W) bei ca. doppelter Ladebeginndrehzahl 24 Volt (bei 6m/s) einsetzen, dann arbeitet euer Generator dabei mit knapp 0,5 A Richtung Laderegler.

Mit diesem 0,5A kann man sich sehr einfach errechnen wir hoch der Innenwiderstand der Spulen maximal ausfallen sollte bei einem bestimmten Wunschwirkungsgrad.
Bei z.B. 5 Ohm Innenwiderstand und 0,5A bleiben in den Spulen von den erzeugten 12 Watt ( 24 Volt mal 0,5A) 2,5 Volt hängen.
Das entspricht einem Wirkungsgrad von ca. 80%.
Man sieht bei so wenig Watt/Strom kann der Generator relativ hochohmig ausfallen.


Wollt ihr für eure Windwand 20cm PC-Lüfter nutzen ? Wenn ja dann werdet ihr nicht auf 6m/s kommen sondern etwa nur gut die Hälfte davon.
Das haben Versuche mit diversen PC-Lüftern ergeben. 6m/s ist schon ne ganze Menge für einen Lüfter in einigem Abstand zum Lüfter.


Grüsse

Bernd

[Mo75]

Das hört sich wieder besser an, Bernd

Nein, es sind - schlag mich tot - irgendwelche Industrielüfter. Die dürften eine Tiefe von vielleicht 80mm haben, weiss ich aber jetzt nicht mehr, ist ein paar Wochen her, wo ich einen gesehen habe. Fakt ist: Wir haben den Windmaster mal davor gehalten - 6m/s in nächster Nähe, also ein paar cm vor dem Rotor. Davon hat ein Kollege 9 Stück aus dem Schrott gegraben... Sollte von der Fläche so grade eben passen hoffe ich...

Hier nochmal eine FEMM. Gegenüberstellung 10x10mm² gegen 20x5mm² bei selbem (!) Luftspalt und selbem Abstand zum Nachbarn. Ich hab mich doch sehr gewundert, dass der dünne Magnet sogar eine höhere Flussdichte erzeugt:
10x10: Average B.n = 0.465708 Tesla
20x5: Average B.n = 0.508436 Tesla
beides auf Magnetbreite integriert. Achtung, das Bild ist waagerecht gestaucht!

10x10 gegen 20x5.png (541.66 KiB) 9331-mal betrachtet

Das lässt hoffen...

Edit: Sollte ich jetzt bei der Breite der Spulenschenkel bei 10mm aufhören, oder sind 14 oder gar noch mehr auch ok. Ich habe ehrlich gesagt noch nicht verstanden, warum die am besten nur halbe Magnetbreite haben sollten...

[Bernd]

Ich habe ehrlich gesagt noch nicht verstanden, warum die am besten nur halbe Magnetbreite haben sollten...

Das ist kein fest stehender Wert und hängt auch von der Platzierung der Magnete ab, z.B. wieviel Abstand die zueinander haben.
Aber je breiter die Spulenschenkel werden desto mehr Kupferdraht werden im Durchschnitt pro Windung benötigt.
So kann es durchaus bei breiten Spulenschenkeln sein das die äussere Windung doppelt so lang wird wie die Innerste oder noch mehr.
Es steigt zwar die erzeugte Spannung, aber auch der durchschnittliche Innenwiderstand je Windung steigt überproportional an.
Man kann sich einfach mal mehrere Varianten durchrechnen.

Bei ca. halber Magnetbreite ergibt sich auch alleine daher schon oft ein guter Wert weil zwei Spulenschenkel direkt nebeneinander
platziert räumlich meist etwas mehr als etwa Magnetbreite benötigen und das ist ungefähr der Wert
des Abstandes der sich im Stator bei nicht überlappenden Spulen bei guter Raumnutzung des Magnetrotors ergibt.
Aber letztendlich kann man sich ja ein paar Beispiele durchrechnen und versuchen den zur Verfügung stehenden Platz gut auszunutzen.
Dabei sollte man grössere Abstände zwischen den Spulen möglichst vermeiden denn dort wo nichts auf der Magnetscheibe sitzt
bzw. kein Kupferdraht im Stator vorhanden ist, entsteht auch keine Induktion.

Wenn der Aufbau der Magnetrotorscheiben fest steht ergibt sich die maximale Schenkelbreite von selbst.
Sie liegt geometrisch meist über der halben Magnetbreite.


Grüsse

Bernd

[Mo75]

Die letzte Hochrechnung für heute...

40x20x5mm³, 16Stk auf 30cm Rotor (was für'n Trumm...) So sollten 1cm breite Schenkel reinpassen.
v(mitte) = 0,82m/s bei 1U/sek
U(Spule) = 14V/4/Wurzel(3) = 2V
ergibt ca. 87 Windungen auf vllt 0,8cm²
Das könnte mit 0,9er Draht gehen

Widerstand, Wirkungsgrad? Machmer morgen...

Edit: Danke Bernd für die Erklärung!
Edit2: Es waren natürlich "16" und nicht "15" Magnetpole gemeint. Ich habe es korrigiert.

[Bernd]

15 Stück würden aber für 3 Phasen mit nicht überlappenden Spulen nicht passen. Hier muss sich immer ein 4 zu 3 Verhältnis zwischen
Magneten und Spulen ergeben z.B. 12 Magnete und 9 Spulen oder 16 Magnete und 12 Spulen.

Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo Mario,

habe auch FEEM gemacht,Luftspalt ist 10 mm. Habe eine mittlere Flußdichte von 0,51 T und Energiedichte pro Pol von 0,75 N.Eisenscheibe ist 8mm dick,und Abstand zwischen Magnet zu Magnet ist 20mm.Stator ist dann 8mm dick.Für 18 Spulen brauchen Sie 24 Mags pro Scheibe.

Laut Energiedichte könnte er ca 450 W geben bei 50 Hz(0,75 Joul pro Pol).Sie brauchen aber nur 10 Wat,so ist das nicht Sinvoll,ist zu verschwenderich und zu teuer ohne Grund.Erste Wariante ist besser.

Mario.jpg (237.16 KiB) 9327-mal betrachtet

Mario 1.jpg (229.45 KiB) 9327-mal betrachtet

Grüße

Ekofun