Generator-Idee neu?

Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon Bernd » So 5. Aug 2012, 18:13

Damit der magnetische Kreis geschlossen ist musst du einen zweiten Magneten auf deinen Rotor einzeichnen.
Erst dann geht der Fluss in den Eisenkern hinein und über dem nächsten Magneten auch wieder heraus.
Außen am Eisenring bildet sich dann kein Pol aus, denn der Fluss geht in Längsrichtung durch den Ringkern hindurch.

Wenn Querschnit halbiert wird kommt Flußdichte im Eisen auf 0,72T, sind auch nicht Verlusste größer? Was ist besser?

Das war doch nur ein Beispiel um zu verdeutlichen was ich meinte wie man die Flussdichte evtl. auf einfache Weise berechnen könnte.
Wie stark die Verluste ansteigen, auch im unteren Flussdichtebereich und nicht nur kurz vor der Sättigung wie in deinen Tabellen,
dazu wären weitere Infos sehr interessant. Ich habe keine Ahnung wo man solche Infos finden könnte.

Grüsse

Bernd
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon sombrero » So 5. Aug 2012, 18:27

Hallo Stefan,

Ich muß mich mal kurz einmischen in die interessante Diskussion um Induktivität magn.Fluß, Flußdichte usw.
Magnetischer Fluß ist doch derjenige der durch den gesamten Kernquerschnitt durch das Loch geht. Wenn ich den Kernquerschnitt halbiere verdoppele ich die
Flußdichte. Das ist ja ganz klar. Und die Eisenverluste erhöhen sich. Ob die im Quadrat steigen weiß ich nicht denn da sind Hysterese und Wirbelstromverluste darin. Die Wirbelstromverluste sind rein ohmscher Natur. Die gehen bestimmt nicht im Quadrat hoch. Die Hystereseverluste dagegen ganz bestimmt mit steigender Frequenz quadratisch hoch.
Wir gehen doch von einer bestimmten konstanten Frequenz aus, oder?

magn.Induktion ist magn.Fluß aber auf eine bestimmte Fläche bezogen. magn.Induktion = magn.Fluß / Fläche z.B. auf einen (cm^2) bezogen.

Den einen Satz von Dir den ich jetzt anspreche zitiere ich mal nicht. Ich schreibe ihn einfach ab. Es geht da um die Induktivität einer Spule.
Du schreibst:....Induktivität einer Spule (egal ob mit Kern oder ohne) wächst an, mit dem Wert des magnetischen Flusses der das "Loch" dieser Spule durchfließt.
....( Genauer noch-mit dem Wert der Änderung des Flusses und der Schnelligkeit der Änderung aber solche Details will ich hier nicht angehen).
....bei niedrigem T-Wert des Flusses innerhalb der Spule sinkt selbstverständlich auch die Induktivität.............

Das klingt für mich so als ob Induktivität einer Spule von der Größe des magn. Flusses und der Frequenz mitabhängt. Das ist aber falsch. Induktivität ist
schon da wenn die Spule nur vor mir auf dem Tisch mit offenen Enden liegt. Ohne das Strom oder Frequenz anliegt. Und wenn ich Gleichstrom durchschicke drückt
dieser Gleich Fluß nach u. nach das Eisen aus der Spule heraus. Sie wird langsam zu einer Luftspule. Aber davon reden wir sicher auch nicht.

Ich habe mal eine Formel zur Berechnung der Induktivität hier. Es gibt sicher viele davon. Da sind aber nur statische Werte drin. Und keine dynamischen Werte wie Strom oder Frequenz.

Induktivität L(Henry) = 1.257 * Permeabilität * Wdg^2 * Kernfläche / Flußweg * 10^8
Ich glaube, daß Du vielleicht den induktiven Widerstand Xl meinst Xl = 2Pi * f * L..........L = Xl / 2Pt * f. Hier spielt die Frequenz die große Rolle. Aber das gilt hier sicher auch nicht.

mfG Peter Sombrero
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon Bernd » So 5. Aug 2012, 18:48

Peter was die Verluste und deren Ansteigen anbelangt so stützen wir uns derzeit auf die Tabelle In Ekofuns Buch.
Dort ist ein stark überproportionaler Anstieg der Eisenverluste bei Erhöhung des magnetischen Flusses zu verzeichnen.
Leider sind da nur wenige Angaben nachzulesen und die Werte für die Flussdichte liegen auch recht hoch.
Es kann sein das sich die Verluste weit unterhalb der Sättigung anders verhalten aber da wissen wir noch
nichts genaues.

Grüsse

Bernd
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon seb » Mo 6. Aug 2012, 06:56

Hallo Ekofun,

Leider kann das Programm FEMM nur zweidimensionale Modelle durchrechnen. Somit kann ich die Simulation
per Länge, Breite und Höhe nicht durchführen, leider.

In Wikipedia habe ich das hier gefunden:

Transformatorenhauptgleichung

Aus dem Induktionsgesetz folgt für sinusförmige Spannungen die als Transformatorenhauptgleichung bezeichnete Beziehung:[11]

Formel.png
Formel.png (1.45 KiB) 5667-mal betrachtet


Dabei ist U die Spannung, \widehat B die maximale magnetische Flussdichte im Kern, A die Querschnittsfläche des Kerns, f die Frequenz und N die Windungszahl.

Bei anderen, nicht-sinusförmigen Signalformen gelten anstelle von k = 4,44 andere Proportionalitätsfaktoren. Für Rechteckspannung lautet k = 4 und für Dreieckspannung gilt k = 4,62.[12]

Die Transformatorenhauptgleichung kann beispielsweise verwendet werden, um bei einem bestimmten Transformator mit bekannter Sättigungsmagnetisierung und gegebener Betriebsfrequenz die maximale Primärspannung zu ermitteln, bei der das Kernmaterial gerade noch nicht in Sättigung geht. Soll der Transformator mit einer höheren Spannung betrieben werden, lässt sich aus der Gleichung ablesen, welche Windungszahl und welcher Kernquerschnitt erforderlich sind. Da die Kupferverluste gering gehalten werden müssen, kann die Windungszahl nicht beliebig erhöht werden. Transformatoren sind daher um so größer, je höher die Eingangsspannung ist. Andererseits können Größe und damit Gewicht eingespart werden, wenn mit höherer Betriebsfrequenz gearbeitet wird. Dies ist der Grund für die geringe Größe von Schaltnetzteilen.


Interessant wäre also jetzt, wie sich die Ummagnetisierungs-Verluste des Kernes bei unterschiedlichen Drehzahlen bzw. Frequenzen äußern.

Aus einer Internetseite fand ich folgendes, wenn auch noch recht schwammig:

Zitat:

- Hat die z. B. in USA übliche Netzfrequenz von 60 Hz Einfluss?

Bei 50 Hz sind die magnetischen Verluste durch Wirbelströme und Um-Magnetisierung gegenüber den ohmschen Verlusten zu vernachlässigen. Bei einer Frequenz von 1 kHz sind die magnetischen Verluste aber schon fast halb so groß wie die ohmschen. Erst bei deutlich höheren Frequenzen überwiegen irgendwann die magnetischen Verluste, da muss dann auch der Skin-Effekt in die Betrachtung mit einbezogen werden. D.h., ob 50 oder 60 Hz als Netzfrequenz verwendet werden, hat auf die Verluste keinen Einfluss.- Zitatende

Bei einer Menge von 12 Magneten auf dem Rotor ergäben sich folgende Frequenzen:

bei 500 U/min: 100 Hz
bei 1000 U/min: 200 Hz
bei 1500 U/min: 300 Hz

Man ist bei unseren Drehzahlen also noch sehr weit von den oben beschriebenen 1kHz entfernt. Wie hoch die Verluste nun genau sind, dazu habe ich nichts gefunden. Aber für unseren Geni sollte das doch reichen.

Viele Grüße

Sebastian
Viele Grüße

Sebastian


Jeder Tag ist gleich lang, nur unterschiedlich breit...
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon Bernd » Mo 6. Aug 2012, 07:31

Den Aussagen in dem Zitat kann ich nicht zustimmen.
Es würde mich mal interessieren wo du das gefunden hast.
Ich glaube es verhält sich genau anders herum.

Bei eisernen Generatoren sind die ohmschen Verluste vergleichsweise zum eisenlosen Generator eher gering,
weil man naturgemäß beim eisernen den Innenwiderstand der Spulen ziemlich klein halten kann im Vergleich zu eisenlosen
Systemen bei denen die Spulen grösser ausfallen müssen. Grund ist die höhere magnetische Flussdichte die
man bei eisernen Systemen erzielen kann die in Folge kleinere Spulengrössen (und damit kleinere ohmsche Verluste) möglich macht.

Bei eisernen Systemen entsteht ein Grossteil der Verluste im Eisen, weswegen dort grundsätzlich
besonderes Augenmerk auf Laminierung. Blechsorte etc gelegt wird.
Das was wir beim Drehen eines eisernen Generators als "Schwergänigkeit" empfinden sind genau diese Eisenverluste.
Gäbe es die erst bei höheren Frequenzen würden wir beim Andrehen von Hand gar nichts spüren.
Bei 50 Hz sind die magnetischen Verluste durch Wirbelströme und Um-Magnetisierung gegenüber den ohmschen Verlusten zu vernachlässigen

Ahaa..... und weshalb wird ein Transformator im Leerlauf schon deutlich warm, selbst wenn gar kein Strom aus seiner Wicklung
entnommen wird ? :) Ich glaube der Autor dieser Aussage hat wohl kaum praktische Erfahrungen aufzuweisen.

Das stärkere Eisenverluste erst ab ca. 1Khz auftreten halte ich für ausgemachten Unsinn.
Wenn dem so wäre bräuchte kein Hersteller schon bei 50Hz an Laminierung oder ähnliches zu denken.
Vielleicht war gemeint das ein super aufgebauter, fein laminierter und aus Top-Material bestehender Kern da noch
keine grossen Verluste zeigt. Dann müsste es aber anders formuliert werden. So hört es sich so an als ob Eisen per se
bei 1 khz noch keine grossen Verluste aufzuweisen hat.

Transformatoren sind daher um so größer, je höher die Eingangsspannung ist.

Du meintest sicherlich sie sind umso größer je höher die Übertragungsleistung ist ?
Für die Grösse ist die Eingangsspannung nicht relevant.
Die Spannung ergibt sich aus dem Verhältnis von Primär und Sekundärwicklung.

Was die Eisenverluste anbelangt so konnte Ekofun sogar schon bei ganz geringen Drehzahlen bzw. beim Anlauf
feststellen das der Rotor mit montierten Eisenring schwerer anläuft als ohne.
Woher diese Schwergänigkeit kommt ist sicher unumstritten, denn ohne Eisenring ist sie nicht vorhanden und
das "Problem" enstand "etwas unterhalb" 1 kHz.

Ich will nicht sagen das das zum Scheitern der Konstruktion führt, denn wie hoch das Leerlaufmoment und damit
die Verluste in etwa sind haben wir ja errechnet und es war recht klein.
Ich will nur sagen das es falsch ist wenn man glaubt das nennenswerte Eisenverluste erst oberhalb der Drehzahlen
auftreten die wir nutzen.
Zu dem sind die Verluste, wie Ekofuns Tabellen zeigen, sehr stark auch von der Höhe der Flussdichte im Kern abhängig.
Das gilt es noch mal genauer zu klären mit weiteren Daten zu diesem Thema.


Grüsse

Bernd
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon magneto » Mo 6. Aug 2012, 07:35

Hallo alle zusammen
@ Bernd


Induktivität einer Spule (egal ob mit Kern oder ohne) wächst an, mit dem Wert des magnetischen Flusses der das „Loch“ dieser Spule durchfließt.
(Genauer noch – mit dem Wert der Änderung des Flusses und der Schnelligkeit der Änderung, aber solche Details will ich hier nicht angehen).


Das ist richtig und wurde zumindest von mir nie bezweifelt. Ich frage mich wieso du so fragst als wenn ich das bezweifelt hätte ??

Die Frage steht ganz unten in meinem Beitrag und bezog sich auf alle insgesamt betreffende Faktoren und Zusammenhänge die mir bekannt sind und die ich zwecks der besseren Durchsichtigkeit des Problems in einem Beitrag zusammengestellt habe
Ich wollte mich ja vergewissern ob die allgemeine eine Spule betreffende Regeln von uns beiden richtig wahrgenommen werden – und nicht unbedingt falsch Deinerseits.

0,5 Tesla magnetische Flusddichte in einem Spulenkern mit 10cm² ergeben dieselbe Induktion in der Spulenwindung wie 1 Tesla magnetische Flussdichte in einem Spulenkern mit 5cm² Querschnitt.

Da hast Du sicher Recht.


Bei niedrigerem T- Wert des Flusses innerhalb der Spule sinkt selbstverständlich auch Induktivität.


Der Fluss sinkt ja wie gesagt bei Kernvergrösserung nicht ab.

Dies bezog sich ebenso auf das Bild, das ich da eingeklebt habe.

Der magnetische Fluss sinkt keineswegs wenn ich den Kern vergrössere !! Was sinkt ist die Flussdichte !

Und sinken Wirbelstromverluste pro Eisengewichtseinheit wie in der Tabelle – ist klar.

Im Gegenteil, der Fluss kann vielleicht sogar noch leicht ansteigen durch Verringerung des magnetischen Widerstandes bei Kernvergrösserung.

Eher nicht.
Nach dem Durchbrechen des Hysterese- Widerstandes (Schwarze Pfeilchen in meinem Bild) bis zur Vollsättigung des Eisens gibt’s kein Hysterese- Verlustanstieg mehr als der einfach proportionelle zur Frequenz (aber doch sicher Wirbelstromanstieg im Quadrat). Bloß bei Übersättigung könnte’s sicher ganz schnell unvorhergesehene Überschlagung/Zerstreuungsverluste geben. So wie’s auch Andreas in seinem Beitrag bemerkt hat).
Deshalb zu dünn dürfte der Ring nicht sein und das habe ich auch vorher so gemeint.

Steigende Verluste:
1.Mit dem Anzahl der angewendeten Eisengewichtseinheiten wiederum (laut Tabelle)
steigen Wirbelstromverluste im Eisen - denn in Rechnung geht ja Teslawert mal Gewichtseinheit :o
Die Verluste werden sozusagen in der größeren angewendeten Masse „verdünnt“ (glaube ich :))
Die zusätzliche Frage ist, ob und wie weit die Senkung mit Flußdichtesenkung durch den Anstieg
mit Massenanstieg überbietet wird, und wenn ja – ob – und in welchen Grenzen es sich
lohnt angesichts der anderen Nachteile.
Das wäre dann sowieso von jedem einzelnen Generatorbauer zu bestimmen, aber das
Problem überhaupt anzusprechen schadet wohl nicht.
Besonders, weil es auch (teuere) Materialien gibt, um die Wirbelstrome mit gutem Kernmaterial
zu bekämpfen und manche hätten vielleicht diese Möglichkeit gewählt.

2.Mit dem vergrößerten Gewicht die Hysterese- Verluste (die meiner Meinung nach
auch schwerwiegend in der Gesamtrechnung stehen).
3.Die Kupferdrahtlänge und somit der elektrische Widerstand – auch wenn nicht gravierend,
solange der Ring einigermaßen flach gestaltet ist. Das meinst Du aber auch so.

Wenn das was Ekofuns Tabellen falsch sein soll, dann beweise es bitte.

Inhalt dieser Tabellen habe ich nie bezweifelt.
Doch die Interpretation des Inhaltes habe ich einmal in Frage gestellt.
Du hast keine Stellung zu dieser Frage bezogen.

@ Sombrero

Die Wirbelstromverluste sind rein ohmscher Natur. Die gehen bestimmt nicht im Quadrat hoch. Die Hystereseverluste dagegen ganz bestimmt mit steigender Frequenz quadratisch hoch.
Wir gehen doch von einer bestimmten konstanten Frequenz aus, oder?

Ich bin ziemlich sicher, daß es genau umgekehrt ist – Wirbelstromverluste im Quadrat hoch und Hystereseverluste in der einfachen Proportion.
Beim Anlauf überwiegende Verluste sind die Hystereseverluste.
Um die 50Hz- Frequenzwert fangen an die Wirbelstromverluste immer stärker als Hystereseverluste zu werden, weil sie ja im Quadrat ansteigen.

@ Sebastian
12 Magnete ergeben 6 Pole im Kernring.
So kannst Du die errechnete Frequenzen durch Faktor 2 teilen.

Grüsse

Stefan
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon Bernd » Mo 6. Aug 2012, 08:12

Inhalt dieser Tabellen habe ich nie bezweifelt.
Doch die Interpretation des Inhaltes habe ich einmal in Frage gestellt.
Du hast keine Stellung zu dieser Frage bezogen.

Welche Frage war das denn genau ? Mach es uns doch nicht so schwer, sag doch ganz konkret was du meinst und rede doch nicht immer
so um den heissen Brei herum.
Ich wiederhole es jetzt noch einmal, mehr kann ich dann aber echt nicht mehr machen und immer zu wiederholen ist irgendwann auch langweilig.
Ich möchte dich bitten dann genau zu erläutern was an den Aussagen von mir, die ich den Daten des Buches entnehme, falsch sein soll.

Aus dem Fachbuch können wir ablesen das das Eisengewicht linear bzw.proportional in die Verlustrechnung für Eisenverluste eingeht.

2 kg Eisen, von der gleichen Flussdichte durchsetzt (nicht Fluss !!), ergeben doppelt soviel Eisenverluste wie in 1 kg Eisen. (ist auch irgendwie total logisch)
Steigt der magnetische Fluss im Eisen, steigen die Verluste allerdings überproportional. (Tabelle)
Aus der Tabelle entnehme ich das z.B. bei einer Steigerung der Flussdichte von 1 auf 1,5 T (50 % mehr) die Verluste auf ca. das 2,5 fache ansteigen.
Umgekehrt düfte wohl das gleiche gelten.

Das bedeutet das ich bei Erhöhung des Kernquerschnittes um das doppelte (doppeltes Gewicht) eigentlich mit den dopplenten Eisenverlusten zu rechnen hätte
wenn die magnetische Flussdichte dabei gleich bliebe.
Tatsächlich würde die Flussdichte aber auf die Hälfte absinken, weil sich der Gesamtfluss dann auf den doppelten Querschnitt verteilt.
Ein Absinken der Flussdichte auf die Häfte bedeutet nach dem was ich der Tabelle entnehmen kann aber ein überproportionales Absinken der Eisenverluste
so das in Summe, trotz vermeintlich Verlustanstiegs durch Gewichtszunahme, die Verluste ganz erheblich zurück gehen.
Das ganze gilt für 50 Hz und eine Flussdichteveränderung zwischen 1 und 1,5 Tesla.
Wie sich die Verlustveränderung bei kleineren Flussdichten oder anderer Frequenz verhält gibt die Tabelle nicht her.

Das ist, wenn du es so fomulieren willst "meine Interpretation" dessen was das Buch uns aufzeigt.

Was ist an diesen Aussagen falsch ?
Welche Interpretation der Daten des Buches (nicht deiner persönlichen Überzeugung) machst du ? :)
Wenn du das ganze weiter aufdröseln willst in Verlustanteile der Hystereumfomung und der Wirbelströme, dann aber bitte
keine Vermutungen aus lückenhaften Erinnerungen sondern verifizierbare Aussagen.

So lange bis andere Daten vorliegen halte ich mich an das was die Tabellen des Buches hergeben und die besagen das
an Mehr an Eisen die Verluste kräftig drückt.


Grüsse

Bernd
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon Ekofun » Mo 6. Aug 2012, 08:58

Hallo Bernd,

bin dran neue und bessere Versuchaufbau zu erarbeiten und werde auch noch was untersuchen.Mache einige Ringe mit verschiedene dicke(höhe) und dann mache Test um festzustellen bei welche Ringdicke sich der Rotor am leichtestens dreht(Drehmoment).Ringe werden auch vom 1mm Eisendraht gemacht aber ohne Cu-Wicklung.So können wir sehen Verluste im Eisen wie groß die sind und bei welchen Ringdicken.

Danach werde noch vom fertigen Geni gleiche Test machen aber mit Kupfer,dann haben wir separaten Verluste,im Eisen und dann im Eisen und Kupfer.Glaube dann sind wir schlauer.

Grüße

Ekofun
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon Bernd » Mo 6. Aug 2012, 09:34

Genau solche Experimente Ekofun sind besser als sich in der Theorie zu verzetteln.
So wie es Manfred auch machte kam er zu Ergebnissen die wir so nur aus der Theorie heraus
nie vermutete hätten.
Schon vorhin beim Duschen dachte ich man müsste einen Versuchsaufbau machen und auf den Ring mal
mehr und mal weniger Draht aufwickeln. :)

Grüsse

Bernd
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Re: Generator-Idee neu?

Beitragvon magneto » Mo 6. Aug 2012, 09:35

Hallo Bernd

Ich möchte dich bitten dann genau zu erläutern was an den Aussagen im Buch falsch sei.

Nun, was ist falsch an dem was das Buch mit seinen Formeln und Tabellen uns zeigt ?


Wie schon vorher geschrieben, nichts ist falsch in diesen Tabellen.
Falls ich Dich nicht überzeugen kann, dann muß leider jeder von uns bei seiner Meinung bleiben.

Du berücksichtigt in Deiner Interpretation durchgehend nicht daß die einzelne Tabellenwerte (W/kg) nicht einfach „Eisenverlust“ darstellen, sondern jeweils in einer einzigen Tabellenposition immer
„Hystereseverlust+Wirbelstromverlust im Eisen“.

Tatsächlich würde diese ja aber auf die Hälfte absinken, weill sich der Gesamtfluss auf den doppelten Querschnitt verteilt.

Nein, nur die Komponente „Wirbelstromverlust“ des gegebenen Tabellenwertes würde um die Hälfte sinken.
Die Komponente „Hystereseverlust“ hingegen würde um das doppelte mit der Masse steigen.

Zugleich hättest Du mit der größeren Eisenmasse dem Generator verdoppelten „Potential“ gegeben für Weiterentwicklung der Hystereseverluste mit dem Anstieg der Frequenz über 50Hz.

NACHTRAG: In dem Satz oben bei "Erstausgabe" habe ich Fehlerhaft "Hystereseverluste" geschrieben.
Es soll "Wirbelstromverluste" sein :oops:

Hast Du meine Frage die die Interpretation der Tabellenwerte anbelangt ausreichend ernstgenommen um sie zu analysieren?
Zur Kennzeichnung einer Blechqualität werden in der Praxis diese Verlustarten zu einer Gesamtverlustziffer v1,0 bzw. v1,5 zusammengefasst. Der Index bezeichnet dabei den Scheitelwert der Flussdichte von 1,0 T bzw. 1,5 T.

http://de.wikipedia.org/wiki/Eisenverlu ... uelle1_1_0

Grüsse

Stefan
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