Scheibengenerator Berechnungs-Tool

[Bernd]

Ekofun 10,6 Volt wurden unbelastet(!) gemessen und nicht bei 6A.
Bei 6A waren es nur noch 6,1V.

Die mechanische Leistungsaufnahme wurde doch ermittelt und angegeben. (Pmech)
Diese ins Verhältnis zu der abgegebenen elektrischen Leistung ergibt den Wirkungsgrad.
Darin sind nicht nur elektrische Verluste sondern auch alle anderen Verluste wie z.B. mechanische Verluste, Wirbelstrom etc. enthalten.
Daran gibt es nichts zu rütteln.
Eine exaktere Messung gibt es nicht als über die gemessene mechanische Leistungsaufnahme sowie die elektrische Abgabeleistung den Wirkungsgrad eines Generators zu errechnen.

Das der Wirkungsgrad mit abnehmender Drehzahl bei gleichbleibender Strombelstung sinkt ist ganz normal.


Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo Bernd,

Hast Recht,nur wollte wissen welche Verlusste Geni am Wicklung habe,also bei diese Spanung und 6 A hat er 63,6 % Wirkungsgrad,gefunden sind 52 %, das bedeutet das am Lager und Wirbelströme entfallen 11,6 %,wobei ich denke das größte Teil vom 11,6 % machen Wirbelströme.

Grüße

Ekofun

[Savonius_Michel]

Hallo Bernd,

du hast natürlich recht. Die Messung wurde auf der Lastseite mit einer geregelten Stromstärke von 6A, bei verschiedenen Antriebsdrehzahlen gemacht. Wie das in der freien Wildbahn aussieht, liegt natürlich am Typ des Ausgangs.

Die Widerstände in den Spulen kann ich noch messen. Der Statur liegt bloß 100km von mir weg. Das dauert noch ein wenig, bis ich hier eine Aussage treffen kann. Die Spulen sind im Stern geschaltet und das kann ich messen.

Die Verluste sind, wie ich schon erwähnt habe, sicher in dem mechanischen Schleifen der Magnete nicht zu unterschätzen. Wir hatten hier gerade bei niedrigen Drehzahlen, wie wir es im untersten Leistungsbereich gesehen hatten, starke Ausschläge im Messwert der abgegebenen Leistung.

Ekofun: Bitte nicht vergessen, dass wir die elektrische Leistung hinter dem Gleichrichter abgenommen haben. Der auch nicht verlustfrei arbeitet.

Bernd: Der Wirkungsgrad bei der größten gemessenen Leistung bei Pmech 280W war immer noch 78,3%. Ganz respektabel, wie ich meine. Wir hatten uns nicht getraut, den Leistungsbereich ganz auszuloten, um nicht die Vorrichtung zu riskieren. Bezüglich der Auslegung: Meinst du es wären 500W drin?

Wir sehen hier noch eine menge Optimierungspotential. Daher möchte ich unsere Ideen mal hier vorbringen und sehen, was die Experten meinen:

1: Die Spulen wurden aus 3x 1mm gewickelt. Das hat zur Folge, dass am Spulenausgang (oder -eingang) die Drähte über die Wicklungen geführt werden müssen. Damit wird der Stator 1mm dicker als er sein müsste. Hier würden wir lieber mehrere, aber dünnere Drähte mit dem gleichen Gesamtquerschnitt wählen.

2: Natürlich müssen wir den Luftspalt deutlich reduzieren. Unser Hauptproblem ist nach mehreren Versuchen, immer noch das ausschalen nach dem Guss. Gibt es hier schon bessere Erkenntnisse über ein Trennmittel, das das Verkleben des Kunstharzes mit der Form minimiert?

3: ???

Vielleicht bauen wir noch einen kleineren Generator mit nur 12 Spulen und lassen den mal messen, um zu sehen, wie das Konzept im kleineren Maßstab funktioniert. Von meinem Gefühl her, würde ich sagen, dass der Wirkungsgrad nicht so gut, aber noch akzeptabel sein würde.

Schöne Grüße

Michel

[herbk]

Hi Michel,
zur besseren Entformbarkeit von Epoxi/Polyesterteilen kann ich Dir folgendendes sagen:
1. Es ist generell ein Thema das gerne zu leicht genommen und deshalb zu wenig Augenmerk darauf gerichtet wird.
2. Gute Entformbarkeit fängt schon bei der Planung der Form an. Besonders auf senkrechte Flächen ist besonderes Augenmerk zu legen. Eigentlich darf es senkrechte Flächen gar nicht geben, es muss immer eine "Entformschräge" von min. 2-3° vorhanden sein.
3. Senkrechte Flächen müssen IMMER spiegelglatt sein (auch wenn sie eine Entformschräge haben!). Kleinste Unebenheiten in der Form "verzahnen" sich mit dem Formteil und erschweren das Ausformen, bzw führen zu Ausplatzern.
4. Ecken sollte es in GFK-Formen auch nicht geben. In Ecken ist das Trennmittel nur sehr schlecht einbringen, so dass hier oft Klebestellen entstehen. Deshalb immer einen kleinen Radius einbauen,
5. Das Trennmittel... Ich verwende sehr gerne Auto-Hartwachs, nicht mit Politur verwechseln, da sind schleifmittel drinn. Auto-Hartwachs läßt sich sehr gut auftragen und polieren. Beides ist wichtig! Und: neue Formen müssen IMMER mehrpals behandelt werden, damit man sicher ist auch alles erwischt zu haben. Ich wachse neue Formen min- 3x, komplizierte Formen sogar 5x bevor sie das erste mal mit Harz in berührung kommen.
Auch wenn man speziell für die GFK Verarbeitung ausgewiesene Trennwachse verwendet muss eine neue Form mehrmals behandelt werden.

Zu den Spulen:
Den Querschnitt über mehr dünne parallele Drähte herstellen verringert auch die Wirbelstromverluste.

[Ekofun]

Hallo Michel,

habe 2 Fragen, wie groß ist Luftspalt und sind Mags 25x25x13 oder haben andere Abmessungen.Diese wollten Sie am Anfangs nehmen.

Ihre Vorgenweise über Spulen ganze Geni zu berechnen(Abmessungen) finde sehr gut.Ist besser als über Magneten das gleiche zu berechnen.

Was betrifft Wirkungsgrad können Sie dann von vorn bestimmen welchen Sie haben wollen und für welchen Zwek.Für Akkuladen oder für Wechselrichter.So haben Sie ausgerechnete Windungen und Querschnitte vom Spulen und Wirkungsgrad.Dabei denke an Ohmische Geniwiederstand, der ist Wiederstand eine Fase * 1,73.

Wenn Sie noch FEEM haben dann können Sie noch genauer Flußdichte in Spulenraum haben,wenn Sie sich eine Simu machen,dann können Sie alles berechnen ganz genau,ist meine Meinung.

Grüße

Ekofun

[Bernd]

Meinst du es wären 500W drin?

Ich weiss jetzt nicht mehr wie der Aufbau deines Generators genau war, also wieviel Spulen und welche Größe und Menge der Magnete.
Aber grundsätzlich steigt die Leistung mit der Drehzahl und begrenzt wird sie zuerst mal nur durch den Strom den die Spulen vertragen.
Ohne jetzt die technischen Daten wie oben genannt zu kennen glaube ich ganz sicher das 500 Watt und auch mehr drinn sind wenn die
Drehzahl entsprechend hoch ist.


Grüße

Bernd

[Savonius_Michel]

Hallo herbk,
danke für die Tipps. Ich werde es das nächste mal berücksichtigen. Das Thema mit den Ausformschrägen, kannte ich bislang nur aus der Gusstechnik.

Hallo Ekofun,

die Frage ob der Genie für das Laden eines Akkus oder Wechselrichter gebaut wurde kann ich nicht beantworten. Wir haben da erst mit dem Berechnungstool experimentiert und dann geschaut was wir dafür in Wirklichkeit bekommen.

Insgesamt haben wir 18 Spulen 3x1mm^2 (in der Berechnung steht 3 Drähte in der Hand) verwendet. 39 Wicklungen gemacht.
Die Magneten sind Niob 40x20x10, die Wertigkeit wird mit 1,28 angegeben. Die Berechnung ergibt somit einen Gesamtwiderstand (Sternschaltung) 0,52Ohm. Ich habe ihn immer noch nicht messen können, aber ich glaube mich zu erinnern, dass er erheblich niedriger war. Ich liefere den Wert jedoch nach, sobald ich kann. In der Berechnung hatte ich einen Spalt von 1,5mm angenommen, den ich allerdings nicht verwirklichen konnte. Das Tool hat in der Einstellung einen Wirkungsgrad von 49% errechnet, den wir deutlich übertreffen konnten.

Hallo Bernd,

wir hatten noch einen 5flügligen Darrieus gebaut, (Dm 1,4 x H 1,0 m) der bei kräftigem Wind im Leerlauf >200 U/min gebracht hat, obwohl er strömungstechnisch schlecht positioniert war. Deshalb habe ich überlegt, den Generator mal dort einzubauen. Dann komme ich aber mit Sicherheit über die getesteten 180 U/min und hoffentlich über 250W.

Wenn die maximale Leistungsabgabe durch den Innnenwiderstand der Spulen begrenzt ist, wie könnte ich dann die Leistung errechnen?

[Ekofun]

Hallo Michel,

habe schnell gerechnet und bekam Geniwiederstand von 0,43 Ohm.

Dann habe Wirkungsgrad bei angenommene Fall: 15V/12 A Last = 180 Wat.
Bei diese Leistung ist Wirkungsgrad ca 74,4 % und Verluste(Ohmische) 25,6%, im Sternschaltung.

Vieleicht können Sie mir geben Scheibendurchmesser dann habe alle Daten.Und Statordicke(Höhe)Luftspalt ist Statordicke plus Raum zvischen Stator und Magneten,Sie sagten 1,5 mm von jede Seite.
Dann ist Luftspalt 3mm + Statordicke.

Grüße

Ekofun

[Bernd]

Wenn die maximale Leistungsabgabe durch den Innnenwiderstand der Spulen begrenzt ist, wie könnte ich dann die Leistung errechnen?

Es gibt zwar noch andere Dinge die die Leistung limitieren könnten aber so ganz grob ist die maximale Abgabeleistung ca. 1/4 der im Kurzschlussfall auftretenden Leistung.
Wenn dein Generator beispielsweise gerade 20 Volt erzeugt und einen wirksamen Gesamtinnenwiderstand von 0,5 Ohm hat würden im Kurschlussfall theoretisch 40A fliessen.
40A mal 20 Volt ergibt 800 Watt. Davon 1/4 sind dann 200 Watt. Diese 200 Watt sind dann das was er bei dieser Drehzahl (wo er 20 Volt erzeugt) an Leistung maximal abgeben könnte.
Drehst du den Generator so schnell das er 40 Volt erzeugt liegt die maximale Abgabeleistung schon bei 800 Watt.

Du siehst die maximale Leistung die er abgeben könnte ist stark von der Drehzahl abhängig.
Das sind aber mehr theoretische Werte denn bei maximaler Abgabeleistung, das heisst wenn er so "gequält" wird, hat der Generator einen schlechten Wirkungsgrad von ca. 50%.
Der Wirkungsgrad ist nicht fix sondern ändert sich mit der Art der Last.


Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo Michel,

mit diesen Daten welche ich besize habe bischen gerechnet,um zu sehen in wie weit sich Ihre und meine Ergebnisse unterscheiden.

Drahtverbrauch bei 3 mal 1mm Wicklung ist 2 Kg.Schenkelbreite ist 10mm(halbe Magnetbreite) und höhe 14mm um Platz zu haben.Dann ist auch Luftspalt 14mm + 2mm = 16mm.

D-Scheibe ist bei mir 320mm D so das zwei Schenkel zwischen 2 Magneten Platz haben.Habe eine Skize gemacht wie ich dazu gekommen bin.

Spulenlänge.jpg (117.68 KiB) 28430-mal betrachtet

Und habe eine Simulazion gemacht um zu sehen Unterschied zwischen FEEM und Berechnungsprogramm.Laut Energiefeld kann er ca 700 W geben.

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Michel Energiefeld.jpg (376.67 KiB) 28430-mal betrachtet

Bei Dir wird das anderes sein weill die Daten bei mir ungenau sind,interessiert mich aber die Diferenz.

Grüße

Ekofun