Hilfe beim Scheibengenerator (C-Rotor, Schulprojekt)

[vm]

Hallo Mario

Die Größe von 30cm Durchmesser nennt sich Spielraum (und den werdet ihr noch brauchen bei dem Projekt )

Eure Basis besteht bei mir nur aus 10Watt sehen wollen bei vielleicht 12,.... Watt auf Welle haben

Bei gleicher Höhe den Rotordurchmesser von 70cm bis 100cm (0,7 qm) zu vergrößern kann der Geni dann gut ab.

keine Ahnung wann bei euch Ostern ist und welches Jahr du meinst.

MFG.Volker

[Bernd]

Die Größe von 30cm Durchmesser nennt sich Spielraum (und den werdet ihr noch brauchen bei dem Projekt )

Warum bestehst du immer auf diesen 30cm Volker ?
Und warum sollten sie "Spielraum" in solcher Größenordnung bei diesem Projekt benötigen, für was?
Das Projekt soll doch nur 10 Watt erzeugen können, mehr ist nicht gefordert.
Die 30cm kamen mir von Anfang an vom Bauchgefühl her sehr groß für so wenig geforderte Maximalleistung vor.
Die brauchen weder 30cm noch unbedingt 24cm wie wir jetzt doch in den letzten Postings festgestellt haben, ausser du willst ihm die Einhaltung
eines unnötiger Weise extrem hohen Wirkungsgrades ans Herz legen. Bei 30cm dürfte der bei ca. 98% liegen.

Aber weil ich gerade mal am Schreiben bin noch eine Sache an die Schulmannschaft.
Ich lese die Angabe Schenkelbreite 10mm und Dicke 8mm.
Das wird sehr knapp mit den 8mm bzw. wird wohl kaum einzuhalten sein denn dann bleibt ja nur noch jeweils 1mm zwischen Spulenoberkannte und
Magneten bei 10mm Abstand zwischen den Magneten.
Über die Spulen muss aber noch mind. eine Lage Glasgewebe und aus Erfahrung weiss ich das der ganze Aufbau oft auch immer minimal eiert.
Ich würde daher einen etwas größeren Luftspalt einkalkulieren, nicht viel aber ein bisschen mehr schon.
Dafür könnte man ja evtl. die Schenkel ein bisschen breiter machen.

Grüsse

Bernd

[Mo75]

Edit vorab: Bei der Berechnung der Windungen ist mir ein Fehler unterlaufen und die Zahl ist um Faktor 2 zu hoch. Da ich jetzt hier nicht mehr editieren möchte, verlinke ich hier auf die korrigierte Berechnung:
viewtopic.php?f=8&t=2086&p=31020#p31019

Moin!

Hier noch die Rechnung der nächst kleineren Version incl. allem Vorgeplänkel. Um es vorweg zu nehmen: Das bringt nix mehr!

Rahmenbedingungen für alle Versionen gleich:

- Magnete 40x20x5mm³ N42
- Luftspalt 10mm
- mittlerer Abstand zum Nachbarmagneten 20mm
- mittlere Feldstärke 0.513348 Tesla
- Spulenschenkel 10mm breit, 8mm hoch
- Spulenloch 40mm lang, unten 20mm und oben 30mm breit
- Mittlere Wicklunglänge rechne ich mit 170mm (40+10 + 40+10 + 30+10 + 20+10)
- 3m/s Wind entsprechen 50U/min unter Last (Annahme)
- Effektivspannung hinter dem Gleichrichter sollen 14V sein. Rechnet man die Schottky-Verluste von 1V mit drauf, ist die Berechnungsgrundlage Udeff = 15V.

Definitionen:

U: Leiterspannung (Phase zu Phase)
Ustr: Stangspannung (Phase - Sternpunkt)
Ustr6: Stangspannung bei 6m/s Wind
Udeff: Effektivwert hinter Gleichrichter ohne seine Verluste
U(Spule): Effektivspannung einer Spule
I = Istr = Strangstrom
Rstr: Stangwiderstand (Phase - Sternpunkt)
R(Spule): Widerstand einer Spule
eta: Wirkungsgrad

Rahmenbedingungen für die Version D=210mm:

- Rotorscheibe D = 210mm
- Mittlerer Magnetdurchmesser d = 170mm
- Anzahl Spulen: N(gesamt) = 9, N(Strang) = 3
- Anzahl Magnetpaare gesamt: 12


Berechnung Version D=210mm:

Geschwindigkeit
v = 0,170m * Pi * 50U / 60sek = 0,445 m/s

Spannung
Udeff = Ustr * 3 * Wurzel(2) / Pi * Wurzel(3) = Ustr * 2,35 --> umstellen nach Ustr
Ustr = Udeff / 2,35 = 15V / 2,35 = 6,38V

U(Spule) = Ustr / N(Strang) = 6,38V / 3 = 2,13V

Wicklungszahl
N = 2,13V / ( 0,513T * 0,04m * 0,445 m/s * 1,414 ) = 329,8 --> 330 Windungen

Drahtdurchmesser
330 Wdg / 0,8cm² = 412,5Wdg pro cm² --> Tabelle sagt 0,42mm Draht.
A = (0,42mm / 2)² * Pi = 0,138mm²

Widerstand
R(Spule) = N * rho * l / A
R(Spule) = 330 * 0,017Ωmm2/m * 0,17m / 0,138mm² = 6,91Ohm (fast das 10-fache!!!)

Rstr = 3 * R(Spule) = 3 * 6,91Ohm = 20,7Ohm

Verluste
Annahme: Bei doppelter Drehzahl, also 6m/s Wind, werden 10Watt mechanisch bei doppelter Drehzahl und doppelter Spannung (im Gegensatz zu 3m/s) erreicht. D.h. Ustr6 = 2 * Ustr = 2 * 6,38V = 12,76V
cos (phi) lassen wir mal weg.

I = P / (3 * Ustr) = 10W / (3 * 12,76 ) = 0,26A
Mit dem Widerstand errechnet sich die gesamte Verlustleistung im Geni:
P(Verlust.Strang) = I² * Rstr = (0,26A)² * 20,7Ohm = 1,4W
P(Verlsut.gesamt) = 3 * P(Verlust.Strang) = 3 * 1,4W = 4,2W

Wirkungsgrad

eta = P(ab) / P(zu) = (Pmech - P(Verlust.gesamt)) / Pmech = (10W - 4,2W) / 10W = 58%


Einen solch drastische Verschlechterung hätte ich nicht erwartet. Aber logisch... 3x mehr Windungen bei 1/3 des Querschnitts ergibt ca. 10fachen Widerstand.

Um es noch schlimmer zu machen, hier die direkte Batterieladung:

I = P / (3 * Ustr) = 10W / (3 * 6,38 ) = 0,52A
Mit dem Widerstand errechnet sich die gesamte Verlustleistung im Geni:
P(Verlust.Strang) = I² * Rstr = (0,52A)² * 20,7Ohm = 5,6W
P(Verlsut.gesamt) = 3 * P(Verlust.Strang) = 3 * 5,6W = 16,8W

Hmmm... das bedeutet, dass man allein wegen des hohen Innenwiderstandes den erforderlichen Strom überhaubt nicht erzeugen kann, oder es zeigt, dass man so doch nicht rechnen kann...

Gruß,
Mario

Edit: Copy-Paste-Fehler bei Verlsutleistung korrigiert

[Mo75]

eine Sache an die Schulmannschaft.

Danke Bernd für den Hinweis. Wir werden das bei einer endgültigen Fassung berücksichtigen.
Welches Maß für die effektive Schenkelhöhe würdest du bei 10mm Luftspalt anstreben?

Der Luftspalt lässt sich ja nachträglich sehr einfach anpassen, problematisch wirds aber dann wenn man wegen der geringeren Flussdichte plötzlich nicht mehr die nötige Spannung erzeugt bekommt. Daher von vorn herein ein paar Wicklungen Reserve einplanen. Das ist verstanden.

Gruß,
Mario

[Ekofun]

Hallo Mario,

bei 3m/s Wind dreht der Windrad 50 mal in min.,Bei 6 m/s Wind dreht er 98 mal in min.

V(3m/s) = 0,44 m/s ; V(6m/s) = 0,87 m/s

Windrad hat bei 3 m/s Wind Wellenleistung von ca 1,61 W und bei 6m/s Wind Wellenleistung von ca 15,5 W.

Spule hat 330 Wdg und bei 3m/ wind ca 4,2V und bei 6m/s hat sie ca 8,3 V

Spanung eine Spule bei 6m/s Wind = 0,513T * 0,04m * 330 Wdg. * 0,87m/s * 1,41 = 8,3V und bei 3 Spulen pro fase gibt das ca 24,92 V.

Drehzahlen vom Windrad sollen auch gerechnet werden,ich mache das wenn ich eine Anlage baue.Dann mache mir eine Tabelle von 2m/s biss 20m/s Wind,Steigung immer 2m/s.So habe dann eine Kurve für Drehzahlen,mit Belastungsfaktor.
Er ist bei mir TSR * 0,6, hir in Forum ist er TSR * 0,7.

Korektur: bei 3m/s Wind sind nur 1,61 W auf Welle,sory war Fähler.

Grüße

Ekofun

[vm]

Die Größe von 30cm Durchmesser nennt sich Spielraum (und den werdet ihr noch brauchen bei dem Projekt )

Warum bestehst du immer auf diesen 30cm Volker ?

Der Wirkungsgrad besser 90% stammt ausnahmsweise nicht von mir!

Wir rechnen hier mit vielen Unbekannten und auch die genaueste Berechnung ergibt .....?

Und ja 10 Watt bei 80-100 U/min und über 90% Wirkungsgrad bei 0 Erfahrung ist sehr viel!

Drehzahl haben wir nicht, Magnetvolumen ist teuer und Umfang ist relativ preiswert

mfg.Volker

[Bernd]

Ekofun hat recht Mario, du hast bei deiner Rechnung mit der Umfangsgeschwindigkeit für 3m/s gerechnet.
Die 10W sollten dochaber bei 6m/s anliegen. Das verändert das Ergebnis erheblich.
Jetzt nur schnell mit Kopfrechnung:

Doppelte Geschwindigkeit = doppelte Induktion
Also nur noch halb soviele Windungen nötig
dafür doppelter Querschnitt möglich
dadurch halber Widerstand (falsch, richtig = 1/4 Widerstand)!

Nach der Formel Pverlust = I² * R sinken die Verluste auf ein Viertel
Bisherige Verluste bei 58% Wirkungsgrad = 42%
42%/4 = 10,5%
neuer Wirkungsgrad = 100% minus 10,5% = 89,5%

Welches Maß für die effektive Schenkelhöhe würdest du bei 10mm Luftspalt anstreben?

Würde sagen so etwa 7mm. Dafür würde ich in der Schenkelbreite auf 12mm gehen (wenn es räumlich passt)


Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo zusammen,

habe schnel gerechnet,für 12 Mags und 9 Spulen,3 Spulen pro Fase.

Könnte man so machen:
Wecselspanung 14 V dann soll eine Spule 14 V / 3 / 2,35 = 1,985 V

Wdg/Spule = 1,985 V / 0,513* 0,04m*0,445* 1,41 = 1,985 V / 0,0129 = 154 Wdg pro Spule.Dann kann man 0,7 mm dicke Draht verwenden. 1 Wdg = 0,17m dann eine Spule hat 26,2 m und eine Fase 78,54 m Draht.
0,7mm Draht hat 0,38 mm ^2 Querschnitt damit ist R pro meter 0,047 Ohm.Eine Fase hat dann 78,54 m * 0,047 = 3,69 = 3,7 Ohm.
Damit hat Geni 3,7 Ohm * 1,73 = 6,4 Ohm

Und die Sache ist gerettet,oder?

Grüße

Ekofun

[Mo75]

Hallo,

da habt ihr natürlich Recht! Keine Ahnung wie, aber da hab ich hier einen Bock geschossen:

Wicklungszahl
N = 2,13V / ( 0,513T * 0,04m * 0,445 m/s * 1,414 ) = 329,8

Es muss natürlich so sein:

Wicklungszahl:
N = 2,13V / ( 0,513T * 0,04m * 0,445 m/s * 1,414 ) = 165 Windungen

Aber bovor ich jetzt weiter rechne: Wieso seid ihr der Meinung, dass ich die doppelte Geschwindigkeit vergessen habe? Reicht es nicht, wenn ich bei der Verlustberechnung die doppelte Spannung verrechne, da ist die doppelte Geschwindigkeit doch mit drin...

Annahme: Bei doppelter Drehzahl, also 6m/s Wind, werden 10Watt mechanisch bei doppelter Drehzahl und doppelter Spannung (im Gegensatz zu 3m/s) erreicht. D.h. Ustr6 = 2 * Ustr = 2 * 6,38V = 12,76V

Bevor eine endgültige Version errechnet wird, sollte ich natürlich, wie Eko sagt, auch mal die Wellen-Leistungen ausrechen. Allerdings sind die ja sehr stark vom Wirkungsgrad des Windrades abhängig und da kann ich wieder nur grob schätzen (20-30%) bzw mich auf eure Meinungen/Erfahrungen berufen.

Gruß,
Mario

[vm]

Hallo Mario

Habt ihr zu dem Windrad schon irgendwelche genauen Vorstellungen außer 0,7x0,7 Meter C-Rotor ?

mfg.Volker