Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Spannungserzeugung durch Spulen und Magnete wie funktionierts, Formeln und mehr

Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Sa 26. Nov 2016, 23:40

Hallo zusammen,

bei Simulzionen mit FEEM habe gesehen das Flußdichte sinkt(ist logisch) und das Feldenergie wechst beim erhöhung der Luftspalt.Das bedeutet das bei größere Luftspalt auch Leistung höher wird,höhere Energiefeld = höhere Leistung.

So wollte ich das sehen bei welche Luftspalt Energiefeld ein Knick nach unten bekommt.Simulazionen habe gemacht mit Magneten. N42 72x14x2,5mm und mit Luftspälten von 4 biss 12mm.

Zweite Simu mit gleichen Magneten aber 5mm dick(hoh).Alles andere ist gleich.

Hir die Ergebnise: N42 72x14x2,5 mm:

Lsp Diagramm Lsp 4 biss 12mm N42 72x14x2,5 mm.jpg
Lsp Diagramm Lsp 4 biss 12mm N42 72x14x2,5 mm.jpg (122.88 KiB) 3627-mal betrachtet


Zweite Simu N42 72x14x5mm:

Lsp Diagramm Lsp 4mm biss 12mm N42 72x14x5mm.jpg
Lsp Diagramm Lsp 4mm biss 12mm N42 72x14x5mm.jpg (128.17 KiB) 3627-mal betrachtet


Eine Bemerkung habe dazu: Da die Mags schmal sind,nur 14mm breit so hat Schenkel nur 7mm breite und keine Platz für Draht die erforderlich für jeweilige Leistung sein sollte.Leistungangaben sind die mögliche Leistung die diese Magneten geben könnten in einem Dualscheibengeni mit 12 Mags und 9 Spulen.

Hauptsache ist das wir es wissen das die Feldenergie zuerst steigt mit Lsp erhöhung,aber dann wieder sinkt wenn die Lsp weiter erhöht wird.

So sinkt auch die Mögliche Leistung mit.Leistung bleibt nicht gleich wenn man Luftspalt belibig erhöht,bei 8mm Lsp ist Joul 1,16 und bei 12mm Lsp ist Joul 1,1.Auch ist imneresant das Joul nicht so schnel sinkt wie Flußdichte.
So bei 14 mm Lsp ist Joul ca 0,98 und Leistung sinkt auf ca 294 W,maximum ist bei 8 mm Lsp,1,16 Joul und 348 W beim fertigen Geni und 50 Hz.
Ist gut zu wissen das mit erhöung der Lsp Leistung sehr langsam sinkt,nicht so abruppt wie Flußdichte.

P.S. Wenn gewünscht dann kann ich alle Simiulazionen auch hier einfügen.

Grüße

Ekofun

50 Hz nehme weill unsere Netz auch 50 Hz hat.Mann kann aber beliebige Frequenz nehmen und damit rechnen.
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » So 27. Nov 2016, 17:31

Luftspalten habe biss 22 mm erhöht und so sehen Ergebnisse....

Diagram3 T und Joulwerte.jpg
Diagram3 T und Joulwerte.jpg (73.44 KiB) 3610-mal betrachtet


Bei so eine Luftspalt vom 22 mm noch 0,91 Joul haben ! Das sind bei 50 Hz 273 W.(bei 500 U/min).Laut Kurvenverlauf je dicker der Magnet ist kann Luftspalt größer werden und daduech mehr Platz für Draht.

22mm Luftspalt ist 4,4 mal mal mehr als Magnetdicke(5mm).Bei einem 10mm dicken Magnet kann dann Luftspalt ca 30mm werden. :o

Lsp14 Lsp 30mm T wert.jpg
Lsp14 Lsp 30mm T wert.jpg (124.6 KiB) 3607-mal betrachtet


Lsp14 Lsp 30mm Joul.jpg
Lsp14 Lsp 30mm Joul.jpg (122.52 KiB) 3607-mal betrachtet


Magnet 72x14x10mm hat in Luftspalt von 30mm noch 1,3 Joul .(390 W bei 500 U/min)

Grüße

Ekofun
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Di 29. Nov 2016, 22:21

Hallo Bernd,

wenn ich richtige Abmessungen hätte dann werden Werte genau,so sind ca Werte.Grosse Magneten habe auf 50x40x4mm und kleinere auf 50x30x4 mm geschezt.
Genommen habe für alle 50x30x4mm N40.FEEM habe als Scheibengeni gezeichnet.Flussdichte ist 0,27 T und Feldenergie ist 1,35 Joul.Luftspalt ist 19mm.Schenkel können 17mm hoh sein Breite...?,also genug Plaz für Wicklung.Geni könnte 540 W geben Laut Joulwert.

Black 300 Twert.jpg
Black 300 Twert.jpg (153.54 KiB) 3576-mal betrachtet


Black 300 Lsp 19mm Joul.jpg
Black 300 Lsp 19mm Joul.jpg (151.34 KiB) 3576-mal betrachtet


Grüsse

Ekofun
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Mi 30. Nov 2016, 23:10

Hallo zusammen,

in Grundlagen (gesperrt) ist eine Frage gestellt: Wie dick soll Stator sein,damit auch Luftspalt.Denke das der Antwort hier zu finden ist.

Biss jetzt haben wir uns nur auf Flussdichte orientiert,Feldenergie wurde nicht erwent.In Magnetdatentabelen steht Energie pro 1 Kubikmeter dabei(B*H) für jede Magnetmaterial.
So N52 geht bis 414 KJ K-Meter
N45 358 KJ K-Meter und so weiter.N40 hat 318 KJ pro K-Meter.

Diese Energifeld ist sehr beständig,endert sich sehr wenig wenn Luftspalt grösser wird.Flussdichte ist im gegenteil sehr empfindlich und fält schnel ab bei Luftspaltzuname.Wenn Flussdichte kleiner wird so ist Luftspalt grösser und kann mehr Kupfer Platz finden.
Denke,man findet eine optimale Luftspalt wo auch Flussdichte akzetabel ist und damit ist Luftspalt festgelegt.

Diagramm 4 T und J werte.jpg
Diagramm 4 T und J werte.jpg (20.14 KiB) 3552-mal betrachtet


wie in diesen Beispiel,bei 4mm Lsp haben wir 0,78 T und 1,06 Joul,Plaz für Kupfer zu wenig,bei 22mm Lsp ist T-Wert 0,20 T und 0,91 Joul beide nicht zufridenstelend.
Denke das 14 oder 16 mm Lsp optimal ist,T-Wert ist akzetabel und Joul auch.

Denke das Antwort auf oben gestellte Frage hier liegt,man sollte mit beiden Werten rechnen,nicht nur mit Flussdichte alein.Flussdichte ist für Spanung und Windungen,Leistung gibt uns Joulwert/s.

1 J = 1 W/s und 1 T ist 1 V pro Quadratmeter/s.Und Magneten können auch dünner werden,und so preisswerter.

Grüsse

Ekofun
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Fr 9. Dez 2016, 15:22

Hallo zusammen,

so,habe jetzt alle Simulazionen fertig für Ferrit und N38 Magnet,Magnethöhe ist für beide gleich,am Anfang ist die 8mm und steigt biss 30mm ,jewalss um 2 mm.Magnetabmessungen sind gleich für beide Magneten,und Luftspalt ist auch für beide Magneten gleich,16mm.

Wollte sehen wie wichtig dicke(Hähe) für Magneten ist.So habe gesehen das Höhe nicht so wichtig ist,im gegnteil,man verschenkt das Geld.Höhe kann klein sein,aber Fläche soll grösser sein und Luftspalt.Aus Diagrammen ist das sehr gut zu sehen.

Habe auch zwei Beispile gemacht,in einem ist Luftspalt 3 x Magnethöhe,60 mm und er gibt 36,4 Joul Energie pro Pol.Und hat 0,418 T in Luftraum.Magnet ist 80x80x20mm N52 kostet 59,9 Euro.So eine Geni mit 12 Magneten pro Scheibe kann ca 11 KW geben.Das ist nur ein Beispiel der mir zeigt das Fläche und Luftspalt Leistung geben.

Luftspalt kann 3 mal Magnetdicke sein,laut diesen Simulazionen, und nicht Magnetdicke!!

Vergleich Ferritwerten und Neodymwerten.jpg
Vergleich Ferritwerten und Neodymwerten.jpg (108.78 KiB) 3441-mal betrachtet


Luftspalt ist immer 16mm.


Und Beispiele...

Beispiel n45 60x60x10mm Lsp 16mm T wert 1.jpg
Beispiel n45 60x60x10mm Lsp 16mm T wert 1.jpg (119.97 KiB) 3441-mal betrachtet


Beispiel N45 60x60x10mm Lsp 16mm Joul 1.jpg
Beispiel N45 60x60x10mm Lsp 16mm Joul 1.jpg (118.04 KiB) 3441-mal betrachtet


Luftspalt ist auch 16mm.

Beispiel 80x80x20 N52 Lsp 60mm T wert 2.jpg
Beispiel 80x80x20 N52 Lsp 60mm T wert 2.jpg (140.19 KiB) 3441-mal betrachtet


Luftspalt 60mm.

Beispiel 80x80x20mm Lsp 60mm Joul 2.jpg
Beispiel 80x80x20mm Lsp 60mm Joul 2.jpg (138.14 KiB) 3441-mal betrachtet


Luftspalt 60mm

Grüsse

Ekofun
Zuletzt geändert von Ekofun am Fr 9. Dez 2016, 19:50, insgesamt 1-mal geändert.
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Bernd » Fr 9. Dez 2016, 19:45

Auch wenn sich fast gleiche Joule Werte für den Luftspalt ergeben wenn dieser vergrössert wird,
so muss ein z.B. dreimal so großer Luftspalt auch mit dreimal so viel Kupfer gefüllt werden,
was ein Großteil wenn nicht gänzlich den Vorteil der günstigeren Magnete auffrisst.

So sehe ich von den Kosten her irgendwo eine sinnvolle Grenze bei der Vergrößerung des Luftspaltes.
Die Kosten und zwar die Gesamtkosten sind es die eine Konstruktion sinvoll erscheinen lassen oder nicht.
Trotzdem interessant zu wissen das man durchaus große Luftspalte realisieren könnte wenn die nötige Kupfermenge keine Rolle spielt.

Vielleicht habe ich aber auch falsch verstanden was du ausdrücken wolltest Ekofun.

Grüße

Bernd
Bernd
 
Beiträge: 8343
Registriert: So 4. Jan 2009, 10:26
Wohnort: nähe Braunschweig

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Fr 9. Dez 2016, 20:13

Hallo Bernd,

Sinn des ganzes ist eine Untersuchen der Feldenergie und wie sie sich verhäelt in verschiedenen Luftspäelten.So sieht man das die zimlich gleichbleibende Werte beihäelt,und Flussdichte rasch ins Keller geht.

Auch ist zu sehen das Magnethöhe kann klein sein,und Luftspalt kann biss zu 3 mal Magnetdicke werden,und Leistung wird dadurch nicht kleiner.
Auch denke das man mehr Kupfer rein tun kann weill Raum gröser ist,so kann man Querschnitt vergrössern,was auch ein Vorteil ist.

Bei diesen vielen Simu siht man das eine optimale Flussdichte/ Luftspalt Verhältnis besteht,so kann man optimale Werte nach Leistung den man wünscht herausfinden.

Wollte herausfinden ob Magnethöhe wichtig ist oder vielmehr seine Fläche,so kann Magnet dünn sein (wie bei Black 300) und grössere Luftspalt und Fläche.Bei Deinem Black 300 ist das zu sehen,Magnethöhe ist ca 5 mm ,Fläche ist gross und Luftspalt ist 19 mm.Gibt 450 Wat.
Genaue Abmessungen habe nicht.Aber Luftspalt stimmt.

Und denke das man beide Werte ins Rechnung haben soll, dann findet man optimale Werte für Flussdichte,Luftspalt und Magnetgrösse.

Das war Sin vom ganzen für mich.

Grüsse

Ekofun
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Bernd » Fr 9. Dez 2016, 22:06

Auch denke das man mehr Kupfer rein tun kann weill Raum gröser ist,so kann man Querschnitt vergrössern,was auch ein Vorteil ist.

Ich finde diese Formulierung verzerrt vielleicht etwas die Realität.
Man KANN nicht nur mehr Kupfer rein packen in den größeren Luftspalt, man MUSS es, wenn man in etwa gleiche Werte erhalten will.
Ebenso MUSS man dann auch größere Querschnitte für die Kupferwicklung wählen. Das ist notgedrungen der Fall wenn der Widerstand nicht
weitaus schlechter ausfallen soll gegenüber einem kleineren Luftspalt mit höherer Flussdichte. Viel Kupfer ist leider aber auch viel teurer...

Für mich bleibt, bezogen auf den höheren nötigen Querschnitt der Kupferwicklung, der Vortel der höheren Strombelastbarkeit.
Dem gegenüber steht aber der Nachteil der weitaus größeren benötigten Kupfermenge und des erhöhten Preises.

Interessant wäre der Vergleich eines Generators mit einem bestimmten Luftspalt mit einem weiteren dessen Luftspalt vielleicht 3x so groß ist.
Interessant wäre dabei ob sich bei einer Wicklung die in etwa gleiche Induktionsspannung hervor bringt ähnliche Widerstände ergeben würden oder ob einer davon Vorteile aufweisen würde.
Hat "der fette" bei Ausnutzung des riesigen Luftspaltes vielleicht sogar Widerstandsvorteile zu bieten?
Das müsste eigentlich so sein denn die Flussdichte fällt langsamer als es die Vergrösserung des Luftspaltes annehmen lässt.


Grüße

Bernd
Bernd
 
Beiträge: 8343
Registriert: So 4. Jan 2009, 10:26
Wohnort: nähe Braunschweig

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Famzim » Fr 9. Dez 2016, 23:41

Hallo

Die Bedenken die Bernd anmeldet sind absolut berechtigt !
Die Feldstärke im Luftspallt nimmt von 4 mm auf 8 mm zwar nicht auf die hälfte ab, aber von 10 zu 20 mm ist das schon erreicht.

So braucht man bei doppeltem Luftspallt für die gleiche Spannung 2 mal so viele Windung, mit dann doppeltem CU Wiederstand.
Da ist dann kein Platz für dicken Draht ! also nur mehr Verluste bei gleicher Leistung.
Selbst wenn es mit dickerem Draht fast ausgeglichen wäre, würde die Spule heisser, da die Oberfläche zum kühlen nicht grösser wäre.
Eine Spule mit doppelter Windungszahl hat bei gleichem Stromfluß auch ein doppelt so starkes Gegenfeld, welches sich gegen die Feldstärke der Magnete richtet.
Die schönen berechneten Feldstärken schwinden dadurch viel stärker als bei kleinem Luftspalt.
Das läst dann die Lastspannung weiter sinken, nicht nur der CU Wiederstand.
So kommt da leicht eines zum anderen und man hat die Rechnung ohne denn Wirt gemacht.
Ich denke ein gutes Verhältniss von Magnetdicke zu Luftspallt ist da eine sinnvollere Berechnungsmethode.
Wenn die Koezitievfeldstärke der Magnete zum Beispiel mit 1,4 T angegeben ist, und im Luftspallt nur 0,7 T , dann sind die 0,7T doch auch nur noch im Magneten vorhanden.
Das heist doch auch, das die hälfte der schönen Joul alleine dafür draufgegangen sind, und nur noch die hälfte für die Leistungserzeugung übrig bleibt.
So muß der Generator dann zum schluß die doppelte Drehzahl bekommen um die Spannung unter Last noch zu halten.
Die mit Joul berechnete Leistung wird er dann nie erreichen.

Gruß Aloys.
Famzim
 
Beiträge: 743
Registriert: Mi 5. Dez 2012, 11:15

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Sa 10. Dez 2016, 18:44

Hallo Bernd,

Bernd hat geschrieben:Hat "der fette" bei Ausnutzung des riesigen Luftspaltes vielleicht sogar Widerstandsvorteile zu bieten?


Ich glaube Ja, habe ein rechnung gemacht,wie er sein könnte.
Nur als Beispiel gedacht...

Magneten 12 pro Scheibe,dual, 24 Mags erfordelich,3 Spulen pro Fase,3 Fasen.
Spanung 600 V AC bei 500 U/min
Magneten N52 80x80 x20mm
Luftspalt 60mm
B = 0,41 T
Energiedichte = 36,43 Joul pro Pol , möglich 10,9 KW ( bei 500 U/min)
Fläche für Draht = Schenkelbreite * Schenkelhöhe = 4 cm * 5,7 cm = 22,8cm 2. Drahtdicke = 1,1 mm.
Laut Drahttabelle kommen 63 Wdg auf 1cm2 mit solche dicke.Genommen 60 Wdg/cm2
So können auf eine Spule 22,8 cm2 * 60 Wdg 1368 wdg kommen.
Geni D = 612 mm, D rech = 532mm = 0,532 m.
U/min = 500 ; V = 0,532m * 3,14 * 500 / 60 = 13,9 m/s
Spanung pro Spule = (600V / 3)/ 1,73 = 115,6 = 116 V
Windungen pro Spule = 116 V/ 0,41T * 0,08m * 13,9m * 1,41 = 116 V / 0,643 = 180 Wdg
Drähte in Hand = 1368 / 180 = 7,6 .Genommen 7 Drähte 1,1 dick und eine Draht 0,6mm dick.
Querschnitt = 7 * 0,95 + 0,28 = 6,9 mm2.Dise Querschnitt verträgt 6,9 *6A = 41,4 A.( 6 A/mm2)
R/m = 0,0178/ 6,9 = 0,0026 Ohm
1 Wdg = 4*8cm +2cm * 3,14 = 38,3 cm
Lenge/Spule = 180 Wdg * 0,383m = 69m aufgerundet. R = 69m * 0,0026 Ohm = 0,18 Ohm
R Fase = 0,18 * 3 = 0,54 Ohm.
R-geni = 0,54 * 1,73 = 0,93 Ohm.

Bei 10000W ist Strom ca 16,7 A und 600 V.
Verlusste am Wicklung sind 16,7 * 16,7 * 0,93 Ohm = 259 W Gesamt ist das 10259 Wat. 1% = 102,6 W
Verlusste = 259/102,6 = 2,52% Wirkung = 97,48%

So könnte er werden,denke das er nicht negativ ist,Mags kosten 1440 Euro und Geni gibt 10 KW so ist das 0,144 Euro pro Wat.Draht kostet mich ca 380 Euro(hier 10 Euro/kg),zusammen ist das ca 1820 Euro,Mehanische Arbeit und andere Teile noch ca 110 Euro.

Geni werde hier kosten ca 2000 Euro. Das ist 0,2 Euro pro Wat.

Habe Simulazionen gemacht für diese Magneten aber Luftspalt 30 mm und 20 mm.

Bei 30mm Lsp habe 0,63 T(+0,21 T) und 34,63 Joul( 1,8 Joul weniger) und bei 20 mm Lsp 0,719 T(+0,3 T) und 28,7 Joul(7,7 Joul weniger.)

Grüsse

Ekofun
Ekofun
 
Beiträge: 3779
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Nächste

Zurück zu Grundlagen Generatorbau



Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 1 Gast

cron