DiscGen mir 100cm Radius und Platinenspulen?!

[andreas]

Hallo Micha,

wenn ich mich nicht verrechnet habe, so hat diese eine Spule schon über 1 Ohm. Angesetzt habe ich 35-µm-Material. Als Torte wird das noch etwas länger.

MfG. Andreas

[M*I*B]

... rechne mal mit 70µm x 4mm Aber bei 35µm hast du dich verrechnet, glaube ich mal. Bei 35µm x 4mm kommt da irgendwas umzu 0,2R raus, odda?!?

Hier schon mal ein Viertel der Platine 1 mit den Phasen 1+3. Die Spulen sind jeweils 15° versetzt. Die Platine für die Phasen 2+4 ist identlich, nur halt 7,5° verdreht unter der ersten Platine.

[M*I*B]

... jetzt habe ich noch mal nachgerechnet ...

Bei 35µ kommen da bei mir 0,6R raus, bei 70µ sind's nur noch 0,3R, bei 140µ noch gerade mal 0,15R

[andreas]

Hallo Micha,

dann rechnen wir vielleicht anders.

4mm * 0,035mm = 0,14 mm².
0,14 mm² haben etwa 0,13 Ohm/m.
Deine Spule hat etwa 10 m Länge.
So kommt man bei mehr als 1 Ohm an.
Wie hast Du gerechnet?

MfG. Andreas

[Bernd]

Wir können schon im derzeitigen Planungsstadium die Realisierbarkeit abschätzen, bzw. eigentlich nicht nur "schätzen"
sondern ziemlich genau ermitteln. Dazu müssen wir einige Daten zusammen tragen.

Fangen wir mal mit dem Widerstand einer der Spulen, wie oben gezeigt, an.
Der mittlere Windungsumfang beträgt:
30cm Spulenhöhe minus 3,5cm = 26,5 cm
10,5cm Spulenbreite minus 3,5 cm = 7cm
mittlerer Windungsumfang = 26,5cm mal 2 plus 7cm mal 2 = 53cm + 14cm = 67cm
"Drahtlänge" der Spule = 0,67m mal 7 = 4,69m
Den Querschnitt der Kupferbahn habe ich mit: 0,07mm * 4mm = 0,28 mm² errechnet.
Die Windungsanzahl pro Spule beträgt 7 Windungen.

Bei einer Schichtdicke von 70 Mikrometer ( = 0,07mm) errechne ich einen Spulenwiderstand von ca. 0,298 Ohm = ungefähr 0,3 Ohm.

Zusammengefasst:

7 Windungen
0,3 Ohm pro Spule
Kupferquerschnitt 0,28 mm² (geschätzte maximale Strombelastbarkeit, bei Aufbau als Spule, ca 2A )

24 dieser Spulen passen insgesamt auf eine "Ebene". Wäre es ein Einphasensystem (lässt sich leichter rechnen) dann
hätte eine Ebene 24 x 0,3 Ohm = 7,2 Ohm
Gesamtwiderstand einer Ebene = 7,2 Ohm

Jetzt das interessanteste, wie hoch wäre die induzierte Spannung pro U/min ?

Bevor man rechnet fällt auf das bedingt durch die breiten Spulenschenkel, so breit wie das Magnetloch, die Bedinungen nicht
optimal sind. Das ergibt relativ wenig Magnetmasse im Verhältmnis zu Kupfermasse, das mindert die Induktion aber das
wollen wir erstmal ausser Acht lassen.

Was uns noch fehlt ist die Höhe des magnetischen Flusses in Tesla.
Dieser ist abhängig vom Magnetmaterial, seinen Dimensionen und vom Luftspalt.
Ausgegangen bin ich davon das sich über und unter den Spulen Magneten befinden die sich anziehend gegenüber stehen und
zusätzlich auf einem eisernen Rückschluss sitzen = ideale Bedinungen
Als Magnetmaterial wählte ich Ferritmagneten, alles andere ist unbezahlbar

Als Wert für die magnetische Flussdichte wählte ich ca. 0,35T.
Das ist ein hoher Wert der nur bei einem sehr geringen Luftspalt zu erreichen ist.

Jetzt noch die Umfangsgeschwindigkeit des Magnetfeldes:
Der C-Rotor soll 2m Durchmesser haben.
Wenn der Nutzbeginn bei ca. 3m/s liegt, dann rotiert der C-Rotor dabei unter Last mit ca. 17 U/min
Der angenommene Durchmesser der Spulenscheibe ist 1,5m
Die Spulenhöhe beträgt 30cm
Der mittlere Umfang bis Mitte Spule beträgt 1,5m minus 30 cm = 1,2 m
Die Umfangsgeschwindigkeit des Magnetfeldes bei einem Rotationsdurchmesser von 1,2m bei 17 U/min :

Umfangsgeschwindigkeit = 1,2m * 3,14 * 17 / 60 = 1,07 m/s

Die Formel für die Induktion in einer Spule lautet: Ui = B * V * L * N * 1,414

Ui = induzierte Spannung
B = magnetischer Fluss im Bereich der Spulen in Tesla
V = mittlere Umfangsgeschwindigkeit des Magnetfeldes
L = wirksame Länge eines Spulenschenkels
N = Windungszahl einer Spule

Induktion pro Spule bei Wind von 3m/s :
Ui = B * V * L * N * 1,414 = 0,35(T) * 1,07(m/s) * 0,265(m) * 7 * 1,41 = 0,979 Volt

Gesamtinduktion einer Spulenebenene : 0,979 Volt (pro Spule) mal 24 = 23,5 Volt

Ich hoffe ich habe mich nicht irgendwo verrechnet, bitte um Kontrolle.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Interessant auch welche maximale Leistung aus dieser einen Spulenebene zu holen wäre:

Die maximal mögliche Abgabeleistung wäre:

Pmax = (U²/R)/4 = (23,5V² /7,2Ohm)/4 = 19,17 Watt

Das ist allerdings die maximal mögliche Abgabeleistung bei einem schlechten Wirkungsgrad von 50%.
Wenn der Wirkungsgrad besser ausfallen soll, dann sollten wir nur ca. 50% der 19,17 Watt entnehmen.
Das wären dann mögliche ca. 10 Watt pro Spulenebene bei 3m/s.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

die Spule war mit 14 Windungen angegeben. 7 sind sichtbar, 7 weitere auf der Rückseite der Karte. Sie sind direkt verbunden, bilden eine Phase.

MfG. Andreas

[Bernd]

Ok das ist ganz einfach zu korrigieren.
Man muss nur die errechnete Leistung pro Spulenebene mal 2 nehmen, also ca. 20 Watt bei 3m/s.
(Nicht mal vier, da auch der Innenwiderstand um das doppelte steigt !)

ich würde sowieso vorschlagen bei den Einschätzungen der Realisierbarkeit zunächst ausschliesslich auf die
maximal möglichen Leistungen zu schauen, das macht es viel durchschaubarer.
Spannung und Strom und Windungszahl etc. sind erstmal sekundär und mehr für die Anpassung an die geplante
Last interessant. Die maximal erzielbare Leistung bleibt, bei gleichem Kupfervolumen, immer die gleiche, egal
wie dünn oder dick der Draht ist. Nur das Verhältnis aus Spannung und Strom ändert sich.
(Das hatten wir ja erst... )

Wenn ich gerade mal dabei bin :
Die Höchstleistung bei sagen wir mal 12m/s steigert sich bezogen auf den ermittelten Wert bei 3m/s um den Faktor
der Drehzahlerhöhung im Quadrat.
Die Drehzahl des Generators würde (vereinfacht) bei einer Steigerung der Windgeschwindigkeit von 3m/s auf 12m/s
um das vierfache ansteigen.
Die vierfache Drehzahl bedeutet die vierfache Spannung und das widerum die 16 fache Leistung.
Wir hätten bei 12m/s also ca. 16 x 20 Watt = ca. 320 Watt zu erwarten, pro Lage dieser Doppelspulen.
Dabei läge der Strom noch unter 2A, also vermutlich noch im grünen Bereich für die dünnen Windungen.

Beim dem derzeitigen Kenntnisstand wären mind. 4 dieser Doppelspulen-Platinenlagen übereinander nötig um in
den zur Rotorgrösse passenden Leistungsbereich von gut 1kW bei 12m/s zu gelangen.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

wenn man dann schon so viele Platinen-Lagen braucht, macht das Nachdenken über echten Draht an selber Stelle vielleicht Sinn. Wenn ich mal sieben Lagen a 0,5 mm (vier beiderseitige Leiterkarten und drei Isolierkarten mit je 0,5 mm Dicke dazwischen) sehe, dann kann ich auch Draht in dieser Form wickeln. 3 Schichten mit 1-mm-Draht für drei Phasen sind in Wellenwicklung sicher schwierig herzustellen, sollten aber deutlich bessere Ergebnisse bringen. Der Kupferanteil wäre höher, der Innenwiderstand geringer. Mehr Windungen bekommt man auch unter...

MfG. Andreas

[Bernd]

Ja das ist keine Frage, klassische Spulen wären rein energetisch gesehen durch mehr Kupfervolumen der Platinenlösung überlegen, bei weitem.
Die Spulen für alle drei Phasen könnte man auch auf einer einzigen Ebene unterbringen, es müssen nicht drei Ebenen sein.

Ich habe einfach nur durchgerechnet mit dem was wunschgemäß an Material vorgegeben war.

Grüsse

Bernd