eisenlosen Generator selber bauen ! Ideen sind gefragt !

[CFD]

Hallo Bernd,
hast recht, der Draht ist ein bischen dünn gewählt.
Habe mal mit deiner Vorgabe von mindesten 4mm² neu gerechnet und siehe da der Wirkungsgrad ist tatsächlich > 90%

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Beispielrechnung 4 (1 Phase):

Magnetabmessungen: 40 mm x 40 mm x 15 mm
Rotorscheibe Aussendurchmesser: 500 mm
Anzahl Magneten (Pole): 36
Magnetische Flussdichte im Spulenbereich: 0,2 Tesla
Anzahl Spulen: 34 (weniger Spulen als Pole wegen zweigeteiltem Stator zwecks besserer Montage)
Drahtdurchmesser: 2,5 mm (= 4,9mm²)
Anzahl Windungen: 16
Drehzahl: 50 U/min
Generator Abgabeleistung: 200 W

Induzierte Spannung: 34 V
Spulenwiderstand: 0,56 Ohm
Strom 5,8 A
Ohmsche Spulenverluste: 19 W

Generatorwirkungsgrad: 91%
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Bei 2,5mm Drahtdurchmesser wird das mit 3 Phasen etwas schwierig.
Siehe nachfolgende Bilder. Die Spulen haben 4 Drähte in der Breite und 4 in der Höhe. Das ergibt dann die 16 Windungen aus der Beispielrechnung.

Generatorabmessungen:
Aussendurchmesser Rotor: 500mm
Magnete: 40 x 40 x 15 - 36 Stück
Spulen: 34 Stück mit 10° Winkelteilung

gen01.png (228.89 KiB) 11173-mal betrachtet

Der Stator ist zweigeteilt (könnte auch drei oder viergeteilt sein) zwecks Montage/Demontage.

gen02.png (251.1 KiB) 11171-mal betrachtet

Kupfer alleine:

gen04.png (401.32 KiB) 11167-mal betrachtet

Der Faktor von 7,5 bei der Spannung zwischen Beispielrechnung 1 und Beispielrechnung 3 rührt aus dem Produkt von Umfangsgeschwindigkeit x Spulenzahl. Der Polabstand ist bei beiden etwa gleich.
36 Pole/32 Spulen auf 400mm bei 50 U/min: 1,05m/s * 32 Spulen = 33,6
96 Pole/92 Spulen auf 1050mm bei 50 U/min: 2,75 m/s *92 Spulen = 253

Gruß CFD

[Bernd]

Ich sehe das du doppelt so viele Spulen eingezeichnet hast wie ich sie am Teststand verbaute.
Ich installierte immer eine Spule pro 2 Magnete, du verbaust eine pro Magnet.
Wenn sich die Schenkel der benachbarten Spulen berühren ist erstens ein überlagerndes
Drehstromwickeln nicht mehr möglich und zweitens kann das nach meinem Verständnis auch
nicht gut für eine maximale Induktion sein. Ich glaube da entsteht dann sogar " hebt sich gegen hebt sich".
Bei mir läuft ein Spulenschenkel genau über jeweils einem Magneten. Das ergab im Versuch die
höchste Spannungsinduktion pro Spule. Der Spulenschenkel ist bei mir derzeit so breit wie die Magnetbreite
also ca. doppelt so breit wie in den Spulen deiner Grafik.
Bei 36 Magneten wären das dann 18 (grosse)Spulen bzw. bei Drehstrom 54 Spulen.

P.S. Ich wünschte ich könnte auch so schöne Grafiken erstellen.

Grüsse

Bernd

[CFD]

Hallo Bernd,
bei entsprechender Verschaltung der Spulen sind beide Bauformen möglich und bezüglich der höhe der induzierten Spannung gleichwertig.

Habe auch mal 18 grosse Spulen aufgezeichnet.
Wie man sieht ist bei einem geteilten Stator die ausnutzun besser. Man verschenkt überhaupt keine Spule. Aber auch mit 18 großen Spulen erscheint mir eine Drehstromwicklung sehr schwierig. Ist aber glaub ich bei der geringen angestrebten Generatorleistung auch gar nicht erforderlich. Wer mehr Leistung und 3 Phasen will der soll halt drei Rotor/Statoreinheiten übereinanderstapeln.

Was sich bei den grossen Spulen geradezu aufdrängt ist, diese aus geschichteten Lagen Kupferblech (E-Kupfer) mit einem Isoliermaterial dazwischen anzufertigen.

18 große Spulen:

gen01a.png (133.76 KiB) 11093-mal betrachtet

Kupfer:

gen02a.png (221.29 KiB) 11089-mal betrachtet

Magnetkreis:

Gruß CFD

[Bernd]

Wie man sieht ist bei einem geteilten Stator die ausnutzun besser. Man verschenkt überhaupt keine Spule

Da kann ich nicht folgen, ich verschenke nie eine Spule denn über 36 Magneten stehen 18 Spulen.
Es gibt keinen "Freiraum" oderer ähnliches, erläuter das bitte mal näher.

Das man einen Drehstromgenerator nur deswegen baut um gegenüber einem 1 Phasen Generator noch mehr Leistung zu
erzielen ist ein Trugschluss. Drehstrom hat enorme Vorteile. Gegenüber 1 Phasen Betrieb sinkt die Leistungsabgabe
nicht ständig von volle Pulle (Gipfelpunkt der Spannungsamplitude) auf Null und wieder auf volle Pulle, sondern bei
Drehstrom schwankt die Leistung nur noch sehr gering auf einem hohen durchgehenden Dauerlevel.
Das hat zur Folge das viel weniger mechanische Impulse in das Windrad hinein gegeben werden. Es läuft um ein
vielfaches ruhiger und wird auch viel weniger mechanisch belastet und erzeugt auch viel weniger Geräusche.
Für eine Glättung nach der Gleichrichtung muss ebenfalls viel weniger Aufwand betrieben werden, im Grunde ist der
Gleichstrom hinter dem Drehstromgleichrichter schon "fast perfekt".

Wichtig ist auch der Umstand, das man durch überlappende Spulen die viele unnütze Luft im Bereich um die Magneten
und zwischen den Spulen ausnutzt um Strom zu erzeugen.
Mit einer einfachen 1 Phasen Spule wäre über 50% des Nutzraums um die Magneten energetisch verschwendet.
Das Wickeln ist allerdings nicht so der Bringer, aber da muss man durch.

[img]Was sich bei den grossen Spulen geradezu aufdrängt ist, diese aus geschichteten Lagen Kupferblech (E-Kupfer)
mit einem Isoliermaterial dazwischen anzufertigen.[/img]
Hmm... und wie willst du diese einzelnen übereinander liegenden Spulen dann in Reihe schalten ?

Grüsse

Bernd

[Stefan / goldenwolf]

Hallo,

kann mir jemand nochmal bei der Theorie über das bisher Herausgefundene helfen .....

Ich find die Versuche von Bernd superklasse und das Ergebnis war ja, dass die Spulenbreite genau dem Magnetabstand entsprechen muss.
Hier nochmal sein Bild:

testringgenerator_8.jpg (68.02 KiB) 11057-mal betrachtet

ich versteh nur nicht, wieso genau so die meiste Spannung erzeugt wird, da in einem Moment auf den einen Spulenschenkel der Nordpol wirkt und auf den anderen Schenkel der gleichen Spule der umgekehrte magnetische Fluss müßten sich die erzeugten Ströme nicht egenseitig aufheben.

Danke im voraus.

Gruß

Stefan

P.S. an die Admins: falls solche Fragen nerven oder unpassend sind - bitte Bescheid sagen
PPS. an CFD - Deine Zeichnungen sind Oberklasse .... CAD-Profi

[Menelaos]

nein. sie heben sich nicht auf, sie adieren sich, da nun der "entgegengesetzte Pol" auf den nun ach in die Gegenrichtung weisenden Leiter trifft. Dadurch bleibt die "Richtung des Stromes " gleich.

[Stefan / goldenwolf]

Hallo Menelaos,

ich danke Dir - ich hatte die Windungsrichtung nicht bedacht .... alles klar ...

und Schritt für Schritt wird es heller im Dunkel meiner Unwissenheit

herzlichen Gruß

Stefan

[CFD]

Hallo

@Bernd:
Ich schrieb: "Wie man sieht ist bei einem geteilten Stator die ausnutzun besser."

Ok, der Satz ist etwas unverständlich geschrieben.
Ich wollte damit sagen, dass bei einem zweigeteilten Stator die Ausnutzung mit den großen Spulen gegenüber den kleinen besser ist. Bei den kleinen Spulen fehlen ja zwei (insgesamt 34 statt 36, siehe Bild). Bei den großen Spulen können trotz "Trennschnitt" alle 18 Positionen besetzt werden.

gen04.png (117.39 KiB) 11047-mal betrachtet

Du schriebst: "Hmm... und wie willst du diese einzelnen übereinander liegenden Spulen dann in Reihe schalten ?"
-> An den Lötfahnen verlöten.

@Stefan / goldenwolf:
Die Induktion, hervorgerufen durch die Lorenzkraft (Magnetfeld wirkt direkt auf Leiter) dominiert gegenüber der Spuleninduktion (veränderliches Magnetfeld durchsetzt Leiterschleife) bei dieser Bauform.

Es ist also wichtig, dass die Kupferdrähte in der Mitte der Holzzwischenräume angeordnet sind, da dort die magnetische Flussdichte am größten ist, die auf die Kupferdrähte wirkt.

Ich glaube es ist am Besten, man verabschiedet sich bei dieser Generatorbauform von der klassischen Spulenvorstellung. Vielmehr sollte man sich vor Augen führen, dass es einfach nur Kupferdraht ist, auf den das Magnetfeld direkt einwirkt (Lorenzkraft).

Gruß CFD

[Bernd]

Sorry ich verstehe immer noch nicht wieso du sagst es fehlen zwei Spulen.

Bei einer Spulensumme die sich durch zwei teilen lässt, z.B. 36, baut man zwei Hälften
mit je 18 Spulen wenn man denn unbedingt zwei Hälften bauen möchte. Das geht doch genau auf ?
Das bleibt doch nichts über oder fehlt ?
Wieso hast du überhaupt auf jeder Hälfte eine Spule weniger verbaut ? Setz doch einfach
auf jeder deiner beiden Spulenhälften eine weitere Einzelspule hinzu und dann passt es doch ?

Du schriebst: "Hmm... und wie willst du diese einzelnen übereinander liegenden Spulen dann in Reihe schalten ?"
-> An den Lötfahnen verlöten.

Dazu müsste man so eine Spule, die aus einem Stück Blech besteht, erstmal auftrennen damit sie keinen
Kurzschluss bildet. Man erhält dann pro Spulenschicht zwei Anschlüsse. Bei 16 Windungen wäre es dann
32 über Kreuz geführte Lötungen um aus den Spulenschichten eine einzige Einzelspule zu erstellen und das
ganze dann mal die Spulenanzahl auf dem Rotorumfang...
Ich denke da wäre ein durchgehender Draht doch die einfacherere Lösung.
Außerdem wäre so ein breiter Leiter auch in Hinisicht auf Wirbelstrombildung ungünstig geformt.

Grüsse

Bernd

[CFD]

Um nicht völlig in der Theorie zu versinken hier noch ein paar Bilder meines Versuchsgenerators.

Ich hatte noch Magnete mit den Abmessungen 10x10x5 rumliegen.
Aussendurchmesser: 130 mm
Anzahl Magnete: 36
Magnete wurden mit Uhu-Plus-endfest verklebt.
Die Magnete beim Verkleben am herausspringen zu hindern, war nicht ganz einfach. Gelöst habe ich es schließlich durch "Rückschlussbleche" am Außenumfang.
Bei 40x40x15 Magneten würde ich aber eher eine "Magnethaltevorrichdtung" vavorisieren und die Magneten Stück für Stück einkleben.

Bei geschätzten 5000 U/min habe ich mit einer Spule (10 Windungen) ca. 2W erzeugt.
Gruß CFD