Grundlagen der Induktion

[MaRiJonas]

Also du musst dich schon korrekt ausdrücken und wenn nachgehakt wird nicht plötzlich die Umschreibung "Fläche der einzelnen Wicklungen", also die Fläche der Spulenschenkel, nachträglich zur Fläche des Spulenkerns umtaufen. So kann man deinen Ausführungen nicht folgen wenn Begriffe im Nachhinein eine andere Bedeutung erhalten.

Im Physikunterricht handelte es sich um die Fläche, die eine Leiterschleife umschließt. Hätte ich doch nur diesen Begriff genau so verwendet und nicht Leiterschleife durch eine Wicklung ersetzt, was ja in unserem Fall, genau das gleiche ist. Das hat bedauerlicher Weise zu diesem Missverständnis geführt.
In sofern habe ich es aus meinem Verständnis heraus, nicht umgetauft, sondern nur exakter beschrieben.

Meine Formel, Ekofuns Formel, bitte nenne genau das was du meinst.

Ekofuns Formel, die ich im Beitrag oben drüber in die von mir eingebrachte übergeführt habe, beschreibt die induziert Spannung in Abhängigkeit von der Änderung des Magnetischen Flusses je Zeiteinheit. Ich dachte das wäre in dieser linearen Abfolge der Beiträge nachvollziehbar. Sorry dafür, ich werde in Zukunft auf eindeutigere und nachvollziehbarere Beschreibungen achten. Danke für diesen Hinweis.

Du nennst oft Dinge die längst bekannt sind und stellst sie teils als neue Erkenntnisse durch dich dar.

Das tut mir leid, wenn das so rüberkommt. Für mich sind diese Zusammenhänge, die ich da entdecke neu und ich verleihe meiner Freude darüber anscheinend etwas ungeschickt Ausdruck.

... aber es wirkt teils komisch denn so ganz ohne Wissen waren wir davor ja nun auch nicht.

Verständlich, dass dann meine Ausführung auf Dich Oberlehrerhaft wirken.

Es ist ein grosses Forum und es steht doch schon allerhand drinnen.

Ja, dann werde ich mich in Zukunft Mühe geben, mich mehr auf das Lesen als auf das Schreiben zu konzentrieren.
Allerdings habe ich in diesem Forum auch viele Fragen gelesen, die durchaus zeigen, dass ein hoher Informations- und Erklärungsbedarf vorhanden ist, auch von meiner Seite aus. Die "Perlen" die Du hervorragend in den Grundlagen zusammengefasst hast, habe ich leider in meinem Übereifer erst später entdeckt. Entschuldigung!

Grüße

Richard

[Ekofun]

Hallo MariJohnes,

Im Physikunterricht handelte es sich um die Fläche, die eine Leiterschleife umschließt. Hätte ich doch nur diesen Begriff genau so verwendet und nicht Leiterschleife durch eine Wicklung ersetzt, was ja in unserem Fall, genau das gleiche ist. Das hat bedauerlicher Weise zu diesem Missverständnis geführt.
In sofern habe ich es aus meinem Verständnis heraus, nicht umgetauft, sondern nur exakter beschrieben.

Können Sie, bitte, das mit Spulenfläche besser erklähren weill Induktion in Spulen hängt nur von Windungszahl (Leiterzahl) und Wirksame Länge.In Fachbücher steht aber nicht Spulenfläche.Nicht das Sie denken Eisenkernquerschnitt?
Bei Eisengenis,Motoren,Trafos wird nach Kernfläche erforderliche Querschnitt gerechnet um entspreächende Durchflutung zu bekommen und damit auch Flußdichte.Spulen werden dann nach diesen Werten ausgerechnet.Simpel gesagt Magnetgeber sollen eine gewisse Fläche haben Spulen werden dann auf diese Kerne befestigt,obendrauf oder in Nuten(Genis,Motoren).

Bei Eisenlosen Genis kommt zuerst Magnetdimension ins Frage danach werden dann Windungen für Spule gerechnet aber Magneten haben gewisse Flächen und das ist wichtig,Spulen mit richtigen Leiterzahlen führen gewonenen E-Energie zum Verbraucher,die durch Magneten entstanden ist.

Es ist mir nicht klar wie soll ich mittels Spulenfläche Spanung Ausrechnen,aber ein Trafo oder Motor geht mit Eisenquerschnitt und dann Spulenleiterzahl für gegebene Spanung.

Grüße

Ekofun

[MaRiJonas]

Hallo Ekofun,

o.k. ich versuche es ein Mal, den Ansatz der Formel Ui= Magnetflussänderung/Zeiteinheit auf den eisenlosen Generator zu übertragen/anzuwenden:

Klar dimensionierst Du erst die Magnete. Wenn sich der Magnet über das Zentrum der Spule bewegt hat, hat sich der magnetische Fluss von null auf das Maximum (des Magnets) erhöht. Die Zeiteinheit die der Magnet für diese Strecke brauchte ist auch bekannt. Für den magnetischen Fluss "zählen" alle Magnetfeldlinien, die durch die Fläche des Spulenkerns treffen. Also wenn die Spule größer als der Magnet und diesem sehr nah ist, gilt der komplette magnetische Fluss, den der Magnet erzeugt.

Ich hoffe ich habe es nicht zu unwissenschaftlich beschrieben.

Gruß

Richard

[Ekofun]

Hallo MariJonas,

hm,es ist mir noch nicht ganz klar,wens nicht ausmacht,bitte,machen Sie eine Ausrechnungsbeispiel für Spule nach diesen Art.Magnet(en) ist/sind:
40 x 20 x 10 - N40.

Nur wenns keiene Unmstände macht,ich rechne ganz anderes,aber vileicht ist das am Ende das gleiche.?

Grüße

Ekofun

[MaRiJonas]

Hallo Ekofun,

das will ich gerne versuchen, denn nur so kommt man den Unterschieden und Gemeinsamkeiten auf die Schliche.

Was ich da zu benötige oder annehme ist: Br von N40 = 1,29

durchschnittliche Abstand des Querschnitts der Leiterschleifen zur Magnetstirnseite = 2,5mm

Dann gehe ich mit den Daten in das Excelsheet von IBSmagnet für den magnetischen Fluss von Quadermagneten, wo ich die magnetische Flussdichte bestimmen kann.

Die Tabelle liefert mir ein Ergebnis für B = 0,3 Tesla. Aber auf welche Fläche?! Stirnseitenfläche 800qmm oder auf einen Quadratmillimeter.

Eine Dichte bezieht sich immer auf etwas, eine Fläche oder auf ein Volumen!!!
An sonsten haben sie den Magnetischen Fluss PHI berechnet.

Wie verwendet oder interpretiert ihr das Ergebnis???

Ich nehme Mal an sie meinen den magnetischen Fluss PHI und haben als Fläche die Gesamtfläche der Stirnseite von 800 Quadratmillimetern verwendet.

Dann ergibt das mit der Formel

Ui = delta PHI / delta t

folgenden Ansatz:

Ui = 0,3 T / t (Zeiteinheit in der das Magnetfeld von draußen bis in das Zentrum der Spule benötigt, in der Regel 1/4 der Schwingungsdauer)

Bei diesem Ansatz ist es "relativ" egal wie groß die Wicklung ist!!! Sie muss nur größer als die Magnetstirnseite sein und nicht unbedingt riesig. Denn dann kommen bereits Magnetfeldlinien, die durch die Leiterschleife gestoßen sind wieder innerhalb der Leiterschleife wieder zurück!!! Dann "zählen" sie nicht. Es zählt nur die Änderung der Anzahl der Magnetfeldlinien, die die Leiterschleife durchstoßen.

Aus diesem Ansatz heraus sollte eine Leiterschleife, die von dem Magneten weiter entfernt ist auch etwas größer im Durchmesser werden, damit die die davon strebenden Magnetfeldlinien auch noch einfängt/umschreibt). ALLE Magnetfeldlinien, die unterhalb, oder von den Seitenflächen des Magnetes weggehen bleiben ungenutzt (da sie die Leiterschleife nie durchstoßen).

So wäre es auch eine Überlegung Wert, ein Feld von mehreren gleich ausgerichteten Magneten in etwa gleichem Abstand wie die Magnete selbst anzulegen, denn dann werden die Magnetfeldlinien gebündelt und "schießen" senkrecht recht weit in die Luft hinaus. Auch von den Seitenflächen evtl. bis zu einem Viertel der Länge des Stabmagneten könnten noch genutzt werden, da diese dadurch auch nach oben gezwungen werden. Die Folge davon wäre, dass man mit weniger Magneten einen höheren magnetischen Fluss erreichen könnte. Außerdem entstünde ein größeres Volumen über diesem Magnetpaket, das man gut mit Spulen/Wicklungen ausfüllen könnte.

Die Gestaltung/Ausführung/Abstand des Übergang zu einem umgepolten Magnetpakets ist noch zu betrachten, denn das wird ein wenig kniffliger, da ein Optimum zu finden.

Da eines der Hauptkosten beim Generator ja die Magnete sind, finde ich es erstrebenswert, möglichst viel des magnetischen Flusses, den ein Magnet mitbringt zu nutzen.

Ich hoffe meine Überlegungen sind nachvollziehbar und decken sich mit/bestätigen sich durch Eure Versuchen/Erfahrungen.

Einen herzlichen Gruß von

Richard, der hofft eine Brücke zur der anderen/üblicheren Art der Berechnung geschlagen zu haben

[Ekofun]

Hallo MariJonas,

Bei diesem Ansatz ist es "relativ" egal wie groß die Wicklung ist!!! Sie muss nur größer als die Magnetstirnseite sein und nicht unbedingt riesig. Denn dann kommen bereits Magnetfeldlinien, die durch die Leiterschleife gestoßen sind wieder innerhalb der Leiterschleife wieder zurück!!! Dann "zählen" sie nicht. Es zählt nur die Änderung der Anzahl der Magnetfeldlinien, die die Leiterschleife durchstoßen.

1) Magnetfläche - man nimmt die Fläche aus der Magnetischefluß (Pol) austritt.Meistens ist das größte Fläche.
2) Spulengröße ist relativ egal ; Meinten Sie Windungszahl wenn ja er ist nie egal,er gibt Spanungshöhe unter bestimmte Flusdichte.
3) Anzahl der Magnetlienien bei 0,3 T ist immer(sollte) konstant wenn sich Luftspalt nicht endert.
4) Wie ist das gemeint:Magnetfeldlinien kommen wider zurück?

5) Mit solche Formel ist möglich Ausrechnungen machen, aber für Windräder ist sie nicht geeignet.Sie haben nicht konstante Drehzahl und damit auch nicht Delta t.Dann muss es heißen Intergral vom Drehzahl gekopelt mit Zeit.Solche rechnen ist kompliziert und aufwändig und am Ende bekommt man das gleiche wie mit unsere Formel. Es gibt noch mehrere Formel aber jede ist für bestimmte Art der Induktion wie zum Beispiel:

1) Ablekkraft:...F = B * I * l * z ; B = T ; I = A ; l = Wirklänge ; z = Windungszahl
2)Induktion durch Stromänderung: Ui = -L * Delta I / delta t ; - wegen Lenzsche Regel ; L = Induktivität
3)Induktion durch Flußänderung: Ui = -N * Delta Weber(Phi) / Delta t ; N = Windungszahl
4)Induktion durch Bewegung: Ui = B * l * z * v ; l = Wirklänge, v = Geschwindigkeit, z = Windungzahl, B = T
5) Induktion durch Kreißbewegun: Ui = B * l * 2pi * n * z * alfa * r ; Alfa = Polbedekung = < 1 ; r = halbe D von Rotor

Polbedekung ist Teil der Spule der ohne Wirkung ist z.B. Spulenköpfe,so haben wir Wirklänge = Magnetlänge gesezt.Kreisfrquenz 2pi * n haben wir umgeändert in Formel(unsere) auf m/s = Meter/sekunde.

So ist Formel einfach und zu 90 % genau,denke ich, also + - 10% lassen wir zu.

Es gibt noch andere Formel die über Eisenquerschnitte und über Weber gerechnet werden,meistens für Motoren aber das gehört nicht hier ins Forum so habe das nicht aufgeführt.

Jedenfals finde das mit diese Formel mit delta Phi / delta t sehr umständlich zu arbeiten ist.Unsere Formel ist genau zugeschnitten auf unsere Gebrauch.

Grüße

Ekofun

[Bernd]

Denn dann kommen bereits Magnetfeldlinien, die durch die Leiterschleife gestoßen sind wieder innerhalb der Leiterschleife wieder zurück!!! Dann "zählen" sie nicht.

Nicht nur dann, auch wenn die Spulenhöhe groß ist biegen die Feldlinien in Richtung des anderen Magentpols ab bevor
sie die äusseren Spulendrähte erwischt haben.
Das alles bezieht sich aber nur auf die eher exotischen Bauformen von eisenlosen Generatoren mit denen wir uns in letzter Zeit befassten.
Gemeinhin wird man meistens die Bauform mit beidseitiger Magnetbestückung vorziehen, wie z.B. den Dual Scheibengenerator, was dann
deiner folgenden Überlegung entspricht :

So wäre es auch eine Überlegung Wert, ein Feld von mehreren gleich ausgerichteten Magneten in etwa gleichem Abstand wie die Magnete selbst anzulegen,
denn dann werden die Magnetfeldlinien gebündelt und "schießen" senkrecht recht weit in die Luft hinaus.

Die Gestaltung/Ausführung/Abstand des Übergang zu einem umgepolten Magnetpakets ist noch zu betrachten, denn das wird ein wenig kniffliger, da ein Optimum zu finden.

Wenn du ein bisschen mit dem Scheibengeneratortool herumspielst wirdst du meistens feststellen das du bei ca. dem 1,5 fachen der Magnethöhe
den optimalen Abstand zwischen den gegenüberliegenden Magneten findest. Das ganze dann puls minus ein bisschen.

Die einseitige Magnetbestückung bietet einen weit geringeren durchschnittlichen Fluss ( ca. 1/3 ) sowie auch kleineres Spulenvolumen.
Glücklicherweise hat man aber nur eine Magnetscheibe zu bestücken die daher deutlich grösser ausfallen kann beim Einsatz der gleichen Magnetanzahl.
Durch den Einsatz höherer Drehzahlen mit Hilfe eines höher übersetzen Getriebes, sowie durch die beidseitige Bestückung der Magnetrotorscheibe
mit Spulen kann man die Nachteile teils oder komplett wett machen. Es ergeben sich auch Vorteile bei einseitiger Magnetbestückung, auch wenn ich
diese Bauart nicht als optimal hinstellen will. Man hat beim Bau z.B. nicht mit der furchbaren Anziehungskraft von zwei grossen Magnetscheiben zu kämpfen
denn es gibt ja nur eine einzige. Das ermöglicht auch einen Aufbau aus leichter zu bearbeitenden Materialen als Stahl und reduziert das Generatorgewicht sowie
die bewegten Massen ganz erheblich.
Generatorbau ist immer das Abwägen vieler Vor- und Nachteile.

Grüsse

Bernd

[MaRiJonas]

Hallo Ekofun und Bernd,

ein ganz großes Dankeschön für die ausführlichen Antworten. Ich stolpere ja derzeit so in dieser Materie herum, da sind Eure Erfahrungen und Euer Wissen einfach sehr hilfreich.

Ja, die Formel, die Ihr aufgestellt habt und nutzt ist perfekt für die Auslegung der Scheibengeneratoren. Zu dem Schluss bin ich nun auch gekommen. Sorry, dass ich das alles so hinterfrage und verstehen will. Das liegt wohl in meiner Forschernatur.

Ich denke nun auch, dass das Kosten-Nutzen-Optimum nicht dort hin tendiert, wo möglichst alle Magnetfeldlinien genutzt werden. Das habe ich wohl deutlich überschätzt. Themen wie Verluste durch Lagerung und Wirbelströme, Dioden ... sind auch erheblich und evtl. mit weniger finanziellem Aufwand zu lösen. Und die Masse und Fliehkräfte und die wechselnden Beanspruchungen, Schwingungen erfordern eine solide Konstruktion und auch das geht ins Geld.

Gruß

Richard

[Ekofun]

Hallo Bernd,

Unsere Indukzionformel lautet: Ui = B * l * z * m/s * 1,41 für eine Spule.Danach wird Ergebniss mit Spulenzahl multipliziert und mit Verketungs Faktor 1,73.

Dann könnte Formel so ausen; Ui = B * l * z * m/s * 1,41 * S * 1,73 für ganze Fase.
B = Flußdichte in Tesla
l = Wirklänge in Meter
z = Windungszahl
m/s = D-Rotor* 3,14 * U/min / 60
S = Spulenzahl/Fase
1,73 = Verketungsfaktor
Sind wir einer Meinung?
-------------------------------------------------------------------------
Wenn B(T) gesucht wird dann: B = Ui / l *z * m/s * 1,41 * S * 1,73
Beispiel; l = 0,03m ; z = 8 Wdg. ; m/s = 10,78 ; S = 6 ; Ui = 27,7V

B = 27,7v / 0,03m * 8 Wdg. * 10,78 m/s * 6 Sp. * 1,41 * 1,73 = 27,7V / 37,86 = 0,73 T
Flußdichte wäre hier 0,73 Tesla. Ist zimlich hohe Wert aber laut Rechnung kommt hin.

Finden Sie Änderungen O.K.?

Grüße

Ekofun

[Bernd]

Dann könnte Formel so ausen; Ui = B * l * z * m/s * 1,41 * S * 1,73 für ganze Fase.

Der Verkettungsfaktor 1,73 hat mit den Spannungswerten für eine einzelne Phase nichts zu tun.
Er wird erst nötig wenn man Gesamtspannungswerte für einen 3 Phasen Generator errechnen möchte.

Auch ist es von der Verschaltung (Stern/Dreieck) abhängig wie groß das Verhältnis aus der Spannung eines
einzelnen Phasenstrangs zur Gesamtspannung ist.
Für die Induktionsspannung eines einzelnen, aber kompletten, Phasenstrangs müssen wir den Wert der bisherigen
Formel mal der Anzahl der Spulen nehmen, ohne Verkettungsfaktor.

Grüsse

Bernd