Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Spannungserzeugung durch Spulen und Magnete wie funktionierts, Formeln und mehr

Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Bernd » Sa 17. Dez 2016, 13:21

Da Bernd sagt, die Formel für die Berechnung der Spannung in einer Spule beinhaltet das Spulen/Magnet- Verhältnis 3:4

Das ist deine Auslegung Herbert, ich habe das so nie formuliert. :)
Ich sage die im Forum hinterlegte einfache Formel errechnet die erzeugte Spannung einzig anhand der Flussdichte, Schenkellänge und Umfanggeschwindigkeit, mehr nicht.
Das gleiche kann man auch mit den Parametern Flussdichte, Frequenz, Windungszahl und Flächeninhalt des Spulenkerns errechnen.
Was bei der Addition der Spannung mehrerer Spulen passiert ist vom Aufbau des Generators abhängig.

Das alle beteiligten Spulen in einer Reihenschaltung genau zeitgleich von den jeweiligen Magneten überstrichen werden ist dabei eine Grundvorraussetzung für eine einfache Addition der Spannungen.
Das ist bei einer 4 zu 3 Bestückung eines Scheibengenerators der Fall. Aber auch bei einer 1:1 Bestückung eines einphasigen Generators.
Wenn das durch eine Fehlbestückung (oder auch gewollt) nicht der Fall ist dann weicht die erzeugte Gesamtspannung natürlich mehr oder minder stark von
dem durch simple Addition errechneten Wert ab. Dann wäre ein Rechentool für einen BLDC Motor das richtige.
Für eine einzelne Spule passt die Formel aber immer.

Grüße

Bernd
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon herbk » Sa 17. Dez 2016, 14:49

Hi Bernd,

Das Tool geht aber nicht von halb so viel Spulen wie Magnete aus, sondern von einem 4:3 Verhältnis von Magneten zu Spulen

ja, ich hab diesen Satz so interpretiert.

Aber egal, wenn die Leistung pro Spule und das Ergebnis für die Phase bei 3:4 "Leistung Spule x Anzahl Spulen" stimmt, ist ja alles OK... ;) ;)

Hi Ekofun,
Abstand zwischen Spulen ist unwichtig,meiner Meinung nach
zum Rechnen ist das egal, da hast Du recht, aber nicht zum bauen! Einen Geni mit 80x80x20er Magneten kann man bei 440mm Durchmesser (Magnetmitte/Magnetmitte) nicht mit 9 Spulen und 12 Magneten bauen so fern die Spulenschenkel halb so breit wie die Magnete sein sollen. - Also braucht man auch nicht rechnen was so ein Geni Leistung bringen kann. ;) ;)
Damit man das sieht, hatte ich ja weiter oben die CAD Zeichnungen zu den Genis mit den unterschiedlichen Magneten gemacht, - die haben alle 440mm Durchmesser von Magnetmitte zu Magnetmitte.
Wenn man die Spulenschenkel genau "halbe Magnetbreite" macht, bleibt zwischen den Spulen halt etwas Abstand wenn man immer den gleichen Durchmesser verwendet.
Gruß Herbert
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Bernd » Sa 17. Dez 2016, 15:45

Herbert redest du eigentlich von dem Scheibengeneratortool oder von der einfachen Formel zur Berechnung der Induktionsspannung eines eisenlosen Generators?
Ich glaube hier kommt was durcheinander.
Das Scheibengeneratortool, das deinem eigenen Tool sehr ähnlich sieht, habe ich nicht gemacht und habe auch kaum was damit zu tun.
Dieses besagte Scheibengeneratortool kann auch Leistungen und so weiter berechnen, aber wie gesagt nur sehr unzureichend.

Die einfache Formel aus dem Grundlagenbereich zur Berechnung der erzeugten Spannung geht zwangsläufig davon aus das alle beteiligten Spulen gleichzeitig erregt werden bzw. kann
es auch die Spannung einer einzelnen Spule berechnen. Für Phasenversatz zwischen den einzelnen Spulen ist es, genauso wie das Scheibengeneratortool, ungeeignet.


Grüße

Bernd
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Sa 17. Dez 2016, 17:12

Hall Herbert,

beim Deinen Tool vermisse ich Spanung die Geni haben soll.
Meine Spanung ist 600 V AC
Ich brauche 87 Wdg pro Spule ,Tool braucht 128 Wdg
Querschnit bei mir ist 2,18mm2(3x0,9+1x0,6mm Drähte) Geni hat 1,6 Ohm wiederstand.
Verlusste am Wicklung bei 13 A sind 270,4 W.
Leistung ist 7,8 Kw,minus 35% bleibt 5,07 Kw.
Geni braucht ca 6,5 kg Draht
Verschaltungen: Paralell = Dreieck? Und Reihe = Stern??

Werde T-Werte noch mal machen ,diagonal dann ist Wert genau.

Grüsse

Ekofun
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon herbk » Sa 17. Dez 2016, 17:32

Hi Bernd,
Ich glaube hier kommt was durcheinander.
Das sollten wir vermeiden... :D :D

Hallo Leute,

Hier ist eine Formel mit deren Hilfe man die Höhe der induzierten Spannung in einem eisenlosen Scheibengenerator berechnen kann.
Die Formel berechnet die induzierte Spannung einer einzelnen Spule des Generators.

Die Formel lautet:

Ui = B * V * L * N * 1,414


Also: auf Basis dieser Formel errechne ich in meinem Tool die Spannung einer Spule. Und weil in der Beschreibung zur Formel steht "Hier ist eine Formel mit deren Hilfe man die Höhe der induzierten Spannung in einem eisenlosen Scheibengenerator berechnen kann" ging ich bisher davon aus, dass man dann von einer Spule zumindest auf eine Phase hochrechnen kann.
Aus der Spannung und dem Widerstand errechne ich den Strom und dann aus Strom und Spannung die Leistung. Dass das theoretische Werte sind, die so (wegen der nicht einkalkulierten Verluste) nicht erreichbar sind, ist schon klar.

Wenn an dieser Herangehensweise etwas nicht OK ist, oder zu falschen Ergebnissen führt, dann bitte sagen...

Hi Ekofun,
die Spannung für den ganzen Geni hatte ich noch nicht drin, weil ich mir wegen des Faktors nicht sicher war. Kannst Du mir bitte auch die Fakturen für 2, und 4 Phasen sagen (auch wenn solche Genis ungewöhnlich sind)?
Die Leistung die für den Geni im Moment im Tool beechnet wird ist einfach die Addition der 3 Phasen. Dass das nicht richtig ist wusste ich.
Bei meinem Teststand habe ich ja eine andere Spulen/Magnet Konfiguration (1:2) weshalb ich das nicht für die normale 3:4 Konfiguration herausmessen kann.

Zum Rest der von Dir genannten Daten weiss ich nicht zu welcher Magnetgröße sie gehören. Lass mich in das Tool noch die Formel für die 3 Phasen Sternschaltung einbauen, dannschick ich Dir die Excelltabelle mal zu.
Gruß Herbert
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Sa 17. Dez 2016, 18:43

Hallo Herbert,

die Bemerkungen an Tool sind bei Deinen letzten Ausrechnung für Dualgeni mit 4 Spulen/fase und 16 Magneten pro Scheibe N52 100x40x10mm.
Geni hat 8 Pole und Leistung ist laut Joul: 12,825 * 8 * 50 Hz(375 U/min !) 5,130 KW,er dreht in Rechnung 500 U/min,so ist auch Leistung höher.
Hir noch Diagonale T-Werte und Verkettungsfaktoren ....

Diagramm 7.jpg
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Verkettenfaktoren aus wikipedia.jpg
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Grüsse

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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Bernd » Sa 17. Dez 2016, 21:46

Hallo Herbert, ja es ist korrekt das die Formel erstmal das berechnet was in einer einzigen Spule geschieht wenn man nur die Daten einer einzelnen Spule (Drahtlänge) eingibt.
Wenn es mehr als eine Spule in Reihe gibt, dann müssen natürlich alle Spulen zum gleichen Zeitpunkt, also phasengleich, die Spannung erzeugen, sonst ergibt sich eine resultierende Gesamtspannung die
durchaus nicht das Ergebnis einer einfachen Addition sein muss.
Deshalb fragte ich nach der Art von Generator bei der das nicht der Fall sein soll denn bei einem 3 Phasen Scheibengenerator mit 4:3 Aufbau ist es geometrisch zwangsläufig der Fall das alle Spulen einer Phase phasengleich induzieren.
Als "Tool" würde ich die einfach Formel aus dem Grundlagenbereich aber nicht bezeichnen, deshalb ging ich immer davon aus da du vom Scheibengenratortool sprichst.

Bei so einem 4:3 Aufbau kann man dann einfach die Spannungen der Spulen einer Phase addieren bzw. gleich mit den addierten Schenkeldaten rechnen. Man erhält dann die Spannung der Spulenzusammenschaltung einer Phase.
Bei einem Einphasengenerator mit einem 2:1 Aufbau (Magnete zu Spulen) wie bei deinem sollte das aber eigentlich auch der Fall sein.

Wenn du einfach nur die Spannung und den Innenwiderstand zur Leistungsberechnung her nimmst erhälst du die so genannte Kurzschlussleistung.
Da man aber bei Drehstrom nicht einfach die Spannung aller drei Phasen addieren kann, wäre so ein Gesamtergebnis dann falsch weil zu hoch.
Für die Berechnung der Kurschlussleistung des ganzen Generators müsste man zunächst die resultierende Gesamtspannung des Generators berechnen. Da hilft leider keine einfache Addition. Später dazu mehr.
Diese Kurzschlussleistung kann man aber nicht nutzen. Sie ist einfach ein Theoriewert.
Man kann den Energieaufwand bei kurz geschlossenen Generator nur spüren wenn man ihn dreht.
Immerhin kann man anhand der Kurzschlussleistung aber Generatoren miteinander vergleichen.
1/4 dieser Kurzschlussleistung könnte man (und das auch nur theoretisch) als Nutzleistung dem Generator entnehmen.
1/4 ist aber auch noch zu viel, in der Praxis wird es noch etwas weniger sein.

Will man die Gesamtspannung eines Drehstromgenerators ermitteln wird es wieder kompliziert.
Man kann nicht einfach die Spannungen der Phasen addieren sondern muss mit den so genannten Verkettungsfaktoren rechnen.
Außerdem muss man aufpassen da es bei Wechselspannung neben der "Durchschnittsspannung bzw. Effektivwert" auch noch einen Spitzenwert, die Peakspannung, gibt.
Die Peakspannung liegt dabei um den Faktor 1,41 höher als die Effektivspannung.
Je nach Formel die man nutzt kann man dort schnell mal falsch liegen.
Man kann sich also ganz einfach verrechnen, bzw. ist es gar nicht so einfach sich nicht zu verrechnen. :)

Deshalb haben wir die "Formelsammlung" im Grundlagenbereich geschaffen weil ständig alle falsch rechneten.
Aber wie man sieht führt selbst das zu Verwirrung.

Richtet man die erzeugte Wechselspannung gleich wird es noch komplizierter.
Hier gelten dann so genannte Gleichrichtfaktoren.
Bei 3 Phasendrehstrom beträgt dieser Faktor z.B. 2,35 in Sternschaltung.
Das heisst die abgegebene Effektivspannung eines Generators hinter dem Drehstromgleichrichter ist um den Faktor 2,35 größer als die Einzelspannung der gesamten Spulen einer Phase.
Glücklicherweise ist auch dieser Rechenweg im Grundlagenbereich hinterlegt.

Mit dieser Gesamtspannung kannst du dann zunächst mal die theoretische Kurzschlussleistung berechnen.
1/4 davon kannst du dann mal grob als maximale Abgabeleistung annehmen wenn der Joulewert auch mitspielt.
Der Joulewert mal Polzahl mal Frequenz sagt aus wieviel Leistung der Generator rein von der "Menge" an antreibenden Magnetfeld in den Spulen erzeugen könnte.
Der Joulewert sagt nichts darüber aus ob die Generatorspulen auch elektrisch dazu in der Lage wären. (Innenwiderstand etc.)

Ich nehme an das die Berechnung per Joule immer über der galvanischen Leistungsberechnung liegen wird. Das ist aber nur eine Annahme.
In der Praxis wird die mögliche Abgabeleistung noch unter diesem galvanischen Rechenwert liegen aber vermutlich doch einigermassen nahe drann.

Übrigens haben wir das alles schon unzählige male im Forum durchgekaut, ist nur ne weile her :)


Grüße

Bernd
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Ekofun » Sa 17. Dez 2016, 22:32

Hallo Bernd,

Laut Herr Dr. Cassing von Leistungs Wert mit Joul gerechnet geht 35 % der Wert verloren.Also Leistung ist um 35 % kleiner.FEEM kann das zeigen nur muss finden wie man das eingibt.Muss maximale Amperzahl und Windungen,links und rechts eingeben,dann wird Joulwert deutlich kleiner.Dann kann man Leistung rechnen.
Hoffe das ich finde wie das geht,gebe nicht nach,habe auch eine guten Informatiker,denke das er das wissen könnte.

Wir haben das vor längere Zeit durchgekaut aber ohne Jouls, Feldenergie wurde nicht ins Rechnung genommen,nicht das ich wusste. :?

Grüsse

Ekofun
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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon Bernd » Sa 17. Dez 2016, 23:16

Ja ohne Joule haben wir die grundsätzlichen Dinge tausend mal besprochen und verifiziert.
Man kann ja auch ohne Joule anhand der galvanischen Daten rechnen.
Der Joulewert ist ja auch nur ein Anhaltspunkt was sein könnte wenn der Rest ideal konstruiert wurde denn
wenn z.B. der Widerstand sehr hoch ist und man versucht da große Ströme hindurch zu bekommen, dann nutzt
einem auch der hohe Joulewert nichts, dann bekäme man halt nur wenig Leistung zustande.
Anders herum kriege ich auch bei idealsten galvanischen Voraussetzungen evtl. nicht viel Leistung zustande wenn der Joulwert sehr klein wäre.
Allerdings nehme ich an das meist die Galvanik der begrenzende Faktor für die Höhe der Leistung sein wird.


Grüße

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Re: Feldenergie und Flußdichte in verschiedenen Luftspälten

Beitragvon herbk » So 18. Dez 2016, 15:33

Hallo,
ich habe jetzt in meinem Toll zur Leistungsberechnung die Berechnung für de Phase und den Generator endlich mal richtig gestellt, damit die Verwirrung kleiner wird. Ich hoffe, dass ich mich nicht wieder irgendwo vertippt habe...

Die Berechnung für die 4 Magnetgrößen weiter oben habe ich neu gemacht und auch ersetzt:

Hier der direkte Vergleich:
Vergleich.jpg
Vergleich.jpg (24.58 KiB) 9494-mal betrachtet


Für die Generatorgröße (Magnetscheibendurchmesser) wurden die 80x80er Magnete zu Grunde gelegt, der mittlere Magnetscheibendurchmesser von 440mm ist das was mit dieser Magnetgröße mit Spulenschenkelbreite = 1/2 Magnetbreite bauen lässt.
Auch die 100er Magnete "laufen" mit einem mittleren Magnetscheibendurchmesser von 440mm. Die Breite der Spulenschenkel ist bei 2 der 100er Magneten 2mm mehr als "halbe Magnetbreite". Dies war wegen des Festhaltens am mittleren Magnetscheibendurchmessers möglich/nötig um keine "Löcher" zwischen den Spulen zu haben.
Gruß Herbert
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