Bau eines Ringgenerators

[windstav]

Hallo CFD,

das ist aber ne tolle Arbeit. Wieviel Zeit braucht man dafür?

Gruß
Stav

[mario]

Hallo,

So habe jetzt entsprechend diesem Beitrag

viewtopic.php?f=8&t=431&st=0&sk=t&sd=a&start=100

die Spulen angeordnet. Also möglichst alle Windungen nebeneinander. Für die Drei Phasen dann entsprechend einen
"Versatz" von 120°. Ist das so o.k., oder wird Phase 2 (grün) zu stark benachteiligt? In dem Fall müßte ich regelmäßig die
Position tauschen.

Danke Mario

[Bernd]

Gibt es einen Mindestabstand der Magneten die auf dem Ring nebeneinander stehen?

Ja den gibt es. Wenn du die Magnete sehr dicht beieinander stellen würdest, dann würde der Fluss
zum Teil von einem Magneten zum nächsten neben ihm fliessen, anstatt durch den Luftspalt und durch die Spule
zum anderen Magneten gegenüber.

Ich würde die Magneten daher mind. so weit auseinander stellen wie der Luftspalt gross ist.

Sehr gut gefällt mir bei dieser Bauweise das man realtiv wenig Eisen im Einsatz hat und daher der
Rotor vermutlich leichter wird als in einem klassischen Scheibengenerator.
Ebensoi gefällt mir gut das man kein Spezialwerkzeug braucht wie Laserschneider oder Drehmaschine.
Einzig die Hufeisenförmig gebogenen dicken Flacheisen, da muss man gucken wie man das hin bekommt.

möglich sein 2*96 Magnete auf dem Umfang unterzubringen

Hast du was grösseres vor ?
Wir oben geschrieben wäre der Abstand vermutlich zu dicht, aber selbst mit der Hälfte an Magneten hast du
schon einen Generator in der Leistungsklasse von vermuteten ca. 5 - 10 KW !!
Wie gross soll denn da Windrad dazu werden ?

hätte aber den Vorteil, dass ich 50mm Spulenschenkel habe die aktiv Wirken und nur wenig wirkungslose Länge
(was ja für den Innenwiderstand von Vorteil ist

Völlig richtig !

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Also möglichst alle Windungen nebeneinander. Für die Drei Phasen dann entsprechend einen
"Versatz" von 120°. Ist das so o.k., oder wird Phase 2 (grün) zu stark benachteiligt?
In dem Fall müßte ich regelmäßig die Position tauschen.

Ich glaube da musst du wieder umdenken. Das oben beschriebene gilt für einen Ringgenerator wie
ich ihn baue, also alle Windungen flach nebeneinander dicht über dem Magneten.
Dein Generator hat ein recht homogenes (gleichmässiges) Magnetfeld zwischen den sich gegenüber
stehenden Magneten. Da ist es egal wo sich die Drähte innerhalb des Luftspaltes befinden.
Deine gezeigte Wickelweise ist ein Novum für mich. So ganz habe ich die 5 Farben noch nicht
verstanden undwarum die sich so schnell wiederholen (braun)

Du könntest die überlappende Wicklungsweise einsetzen, die CFD stark favorisiert.
Oder du verwendest die herkömmliche, deutlich einfacher zu erstellende, die etwas geringere
Ausbeute mit sich bringt.
ich bin der Meinung das du Dir die geringere Ausbeute bei diesem Generator durchaus leisten kannst,
weil er auch so enorme Ergebnisse erbringen wird.
Bei drei Phasen würdest du einfach 1/4 weniger Spulen als Magnetpaare einsetzen und diese gleichmässig
auf dem umfang verteilen. Das wars schon und fertig ist der richtige Phasenversatz.

Grüsse

Bernd

[mario]

Hallo Bernd,

die 6 Farben waren 3 Farbpaare. Also Orange erster Schenkel der Spule und
Orange hell zweiter Schenkel der Spule. Dunkel und hell einer Farbe also eine Spule.
Orange, Grün und Blau je eine Phase.

Ich bin davon ausgegangen, dass von Windung 1 der ersten Spule bis Windung 1 der zweiten
Spule einer gleichen Phase (also von Orange1 bis zum nächsten Orange1) 360° erreicht sind.
Daher habe ich die beiden anderen Phasen (grün und blau in meiner Darstellung) jeweils um 1/3 also 120° versetzt.
Mir fällt nur gerade auf, dass das bei mir ein Verhältnis von 1:2 zwischen Spulen und Magneten ergibt. Also weniger Spulen
als in Deinem Vorschlag. Ziel war es ein Verhältniss von 1:1 zu erreichen. Da werde ich mich nochmal dransetzen
müssen.
Ich werde es also nochmal überdenken.

Ich möchte einfach erstmal einen Generator aufbauen, der alle Möglichkeiten offen lässt.
Anschließend möchte ich gerne unterschiedliche Rotoren draufsetzen. Daher diese Konstruktion.
In den Stator wird dann noch ein Temperatursensornetz in die Spulen eingelassen und eine Abtastung
für die Drehzahl. Der Rotor bekommt je 6° einen Signalgeber um die Drehzahl recht exakt zu bestimmen.
Wetterdaten werden natürlich auch mitgeloggt. Drehmomentsensor und USB Messbox liegen auch schon
da. Außerdem bin ich glücklicher Besitzer einer LabView Lizenz. Damit gestalltet sich die Erstellung
der Mess- und Visualisierungssoftware verhältnismäßig einfach.

Damit kann man dann wirklich gut experimentieren und Studien durchführen. Die Daten sollen dann
direkt ins Web übertragen werden. Somit kann jeder die entsprechenden Erkenntnisse daraus ziehen.

Sollte Zeit und Geld reichen werde ich den Generator mehrfach Aufbauen und ensprechen parallel
Messungen unterschiedlicher Rotoren durchführen. Somit herrschen dann auch weitgehend gleiche
Bedingungen für alle Vergleichstypen. Denn 4m/s sind ja nicht gleich 4m/s. Wenn es um den Energieeintrag
geht, spielen ja noch andere Faktoren eine Rolle.

Danke Mario

[Bernd]

Werden deine Testrotoren denn so gross das es eines 1m Generators bedarf ?
Gut ich bin sowieso immer der Meinung das man nicht überdimensionieren kann, zumindest
bei einem eisenlosen ist das schwerlich möglich, aber es kostet ja auch alles ne Menge.
Wenn du aber einen 2 oder mehr Meter Durchmesser C-Rotor da drauf montieren willst, dann ist
die Grösse schon ganz ok. Für einen gleichgrossen Darrieus könnte es allerdings deutlich kleiner ausfallen.
Auf jeden Fall ist so ein grosser, rastmomentfreier Generator immer ein Traum der wahr werden kann.

Grüsse

Bernd

[mario]

Hallo Bernd,

es soll schon ein größeres Modell werden. Da sind die Erkenntnisse dann auch besser.
Ich beschäftige mich aus Interesse mit Regenerativen Energien allgemein.

Im letzten Jahr hat mich dann der Windvirus gepackt.

Ihr im Forum habt ja auch schon oft über Hersteller geklagt, die mit utopischen Werten werben.
Mit einem solchen Generator sollte es leicht sein, Angaben zu "besonderen" Profilen zu prüfen.
Mit diesem großen Generator schließt man dann auch Verluste durch Getriebe aus.
Es gibt also nur die Aussage zum Windrad.

Ich denke, dass private Windanlagen stärker nachgefragt werden, wenn die Subventionen für
Photovoltaik fallen. Da wird es sicher auch viele geben, die gerne ein solches Teil nachbauen.

Für die Zukunft bin ich davon überzeugt, dass wir es noch erleben, dass es viele kleine private
Kraftwerke gibt, die zu einem großen Netz zusammengeschaltet werden. Energieversorger werden
dann immer mehr Dienstleister für Abrechnung und Netzbereitstellung.

Viele Grüße

Mario

[CFD]

Hallo Mario,
wie Bernd schon sagte, Du baust keinen eisenlosen Ringgenerator mit einem inhomogenen Magnetfeld. Das für den Ringgenerator gesagte - breite und flache Spulen - gilt für deine Bauart nicht! Dein Generator hat ein annähernd homogenes, paralleles Magnetfeld. Das heißt die Spulenschenkel möglichst schlank aber dick auszuführen und nicht Breiter als die Magnete.

So wie du die Spulenschenkel bisher eingezeichnet hast, sind sie viel zu breit. In einem bestimmten Drehwinkelbereich heben sich dadurch die in den Leitern induzierten Spannungen gegenseitig auf! Habe das mal für den blauen Spulenschenkel in deine Skizze eingezeichnet.

Anmerkung.png (148.14 KiB) 7912-mal betrachtet

Du musst den Abstand zwischen den Magnetpolen vergrößern. Wenn deine Spulen die Breite eines Magneten haben sollen dann muss der Abstand zwischen zwei Magnetpolen den selben wert haben, damit sich die Spannungen in den Spulenschenkeln in einem bestimmten Drehwinkelbereich nicht gegenseitig aufheben.

Der Winkelversatz zwischen den einzelnen Spulen ergibt sich für die "Ideallösung" aus der Winkelteilung der Magnetpole dividiert durch 3.
Für 48 Magnetpole sind das 360°/48/3=2,5°.

Wie wolltest du die geplanten Magnete 50x25x10 bezüglich der Spulenschenkel ausrichten?
In deiner Skizze sieht es so aus, als wäre das Mass 50 in Drehrichtung. Besser wäre aber das Mass 50 in radialer Richtung und die 25 in Drehrichtung.

@windstav: für die Magnetfeldberechnungen mit FEMM benötige ich 5 Minuten, wenn die Geometrie als DXF-Datei vorliegt.

Gruß CFD

[mario]

Hallo CFD,

die Magnete sollen schon Hochkant stehen. Da ich 96 Magnete unterbringen wollte blieb also bei
1m Durchmesser ein Abstand von rund 7 mm. Daher sieht die Zeichnung so aus. 25 mm Magnetbreite
zu 7 mm Abstand und 25 mm Spalt. Das wird wohl so nicht gehen, da kann ich Bernds Argumente nachvollziehen.

Also Magnete reduzieren. Hat auch was Gutes, es reduziert die Kosten.
Bleiben also 72 Magnete je Ring mit einem Abstand von ca. 19 mm oder 60 mit einem Abstand von
ca 27 mm.

Vielleicht ist ja 60 die bessere Wahl, dann kann ich den Spalt 2,5 cm (also kleiner als der Abstand der
Magnete auf dem Ring) wählen.

Kupferdraht dachte ich so um die 2 mm. Einen Abstand von ca 1mm je Seite zum Magnet
brauche ich auch. Es bleiben also eine Spulenschenkelfläche von 2,7 mm (Spulenabstand) und 2,3 mm
Magnetspalt. Das heißt jede Phase 30 Wicklungen 3 reihig ( also 10 in Drehrichtung und 3 Reihen)
macht eine Breite von 3 Wicklungen * 3 Phasen. Also 9 * 2mm. Spulenkranz wird also irgendwo bei knapp
20mm landen. Passt doch super in den Magnetspalt von 25mm.

Spulenkern (Loch) ist demzufolge Magnetbreite oder geht es auch weniger?

CFD, Deine Zeichnungen helfen immer super weiter.

Danke für die Unterstützung

Mario

[Bernd]

2mm dicker Draht lässt sich eigentlich kaum mehr wickeln, das ist mehr ein formen.
Besser man wickelt aus mehreren Drähten parallel, das ist auch besser zur Verminderung
der Wirbelstromverluste im Kupfer die umso stärker werden, je dicker der Draht wird.

Ich werde immer noch nicht ganz schlau daraus ob du jetzt überlappend oder einzelne
Spulen bauen willst. Es scheint mir überlappend.

Was noch zu klären ist wäre der Drahtquerschnitt den man wickelt. Aber im Grunde ist
da das Maximum durch das mögliche Spulenvolumen vorgegeben. Da muss man ein
bisschen mit den Variablen spielen, also Windungszahl und Drahtquerschnitt sowie
vorgegebenes Spulenvolumen.
Auch die Spannung die man pro Umdrehung erzeugen will muss man sich überlegen.
Derzeit wären es bei den 30 Windungen und 60 Magnetpaaren geschätzt ca. 1 volt pro U/min.
Wenn sich die Achse des Generators so langsam dreht wie der Sekundenzeiger einer Uhr,
dann erzeugt er immerhin schon 1 Volt.

Grüsse

Bernd