Auslegung Scheibengenerator

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Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 13.01.2017 - 14:07 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,

bin neu im Forum und hätte ein paar Fragen zur Auslegung eines Scheibengenerator, habe auch schon Stunden mit dem EXCEL-Tool verbracht. Ich habe eine Anlage mit 1m Durchmesser, 3Blatt, Schnellläuferzahl 5. Ich möchte eine Autobatterie laden, welche ich für Außenbeleuchtung oder zum Laden von Modellbauakkus verwenden möchte. Ich bin mir jetzt nicht sicher, ob ich 1mm oder 1,5mm Lackdraht verwenden soll. Dies hat ja großen Einfluß auf das Packmass. Des Weiteren würde mich interessieren was mit "Luftspalt zwischen Magneten" gemeint ist, dies hat ja auch großen Einfluß auf die Anzahl der Wicklungen. Nehme ich Magneten mit 10 oder langen auch 5mm Dicke? Macht ja preislich einiges aus. Wie dick darf die Wicklung in Bezug auf die verwendete Dicke der Magneten sein.

im Voraus schon mal vielen Dank für die Rückmeldungen.

Gruß

Peter
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 14.01.2017 - 09:26 Uhr  ·  #2
Hallo Peter

Luftspallt ist der Abstand zwischen den Magneten und jeglicher Abstand der nicht durch Eisen gefüllt ist.
Ich gehe von einem Dualscheiben-Generator aus.
Um die Drahtdicke fest zu legen, muß unbedingt erst die Windungszahl für die Betriebsspannung errechnet werden.
Das ist der wichtigste Wert, erst danach, und mit Feldstärke und vorhandenem Platz für die Wicklung, ergibt sich die Drahtstärke automatisch.
Es ist nicht gut wenn mit dickem Draht und wenigen Windungen noch ausserhalb die Spannung erhöht werden muß, mit Elektronik oder anderen Möglichkeiten.
Da geht immer 10 % und mehr verloren, vom Aufwand mal ganz abgesehen.
Die Magnetdicke bestimmt die Feldstärke das ist richtig, das ist dann wieder vom Luftspallt abhängig und bestimmt auch die mögliche Leistung des Generators.
Für 10 mm Luftspallt würde ich auch 10 mm Magnet vorsehen.
Das wäre beim Dual-G dann 2 mal 5 mm dicke.
Bei 1 m Durchmesser wird der G ja nicht so groß .

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 14.01.2017 - 10:25 Uhr  ·  #3
Hallo Aloys,

danke für deine Antwort. Ja es soll eine 2 Scheibengenerator werden. Das mit dem Luftspalt ist mir immer noch nicht ganz klar. Ich habe kurz eine Skizze vorbereitet. Ist das der Abstand der Magneten auf der Scheibe, also radial oder der Abstand der Magneten zwischen dem Stator ?

danke und Gruß Peter

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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 14.01.2017 - 11:02 Uhr  ·  #4
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 14.01.2017 - 11:46 Uhr  ·  #5
Also quasi die Dicke des Stators+2x der Abstand Magnet zu Stator,
oder ?
Danke und Gruß
Peter
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 14.01.2017 - 15:58 Uhr  ·  #6
Ja genau !!!

Alles ist für das Magnetfeld Luft, auch der Stator !!

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 14.01.2017 - 17:27 Uhr  ·  #7
super, danke. Dann werde ich mal mit der Auslegung beginnen. Ich melde mich dann wieder, wenn ich dann soweit bin.

Vielen Dank nochmals
Gruß Peter
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 16.01.2017 - 09:16 Uhr  ·  #8
Hallo,

ich bin auch gerade bei der Auslegung eines Dual-Scheibengenerators für ein ähnliches Projekt. Dabei stellt sich mir die Frage welchen Wirkungsgrad man realistischerweise erreichen kann. Ich komme in dem Berechnungstool nicht einmal auf 40% :-(.

Mein "Vorbild" ist ein ElvWis-Generator 600 (12V). Der kommt mit einer Statorscheibe von 120 mm bei 1200 U/min auf 260W (laut Hersteller). Ich komme mit dem Tool bei vergleichbaren Vorgaben nur auf 150W. Nach meiner Vorstellung müssten eine sehr genaue Abstimmung der Spulenform und das richtige Verhältnis von Anzahl Spulen zu Anzahl Magnete für den Wirkungsgrad entscheidend sein (häufig 9/12). Seltsamerweise wirken sich unterschiedliche Anzahlen von Magnetspulen weder auf die Leistung noch auf den Wirkungsgrad aus...??? Irgendetwas scheint mit dem Tool nicht zu stimmen...

Gruß Zephyrus
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 16.01.2017 - 14:46 Uhr  ·  #9
Hallo Alois,

wenn ich jetzt Magneten mit 5mm Dicke verwende, muss ich dann im Excel-Tool bei Dicke Magnet 5 oder 10mm eingeben ?

Gruß

Peter
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 16.01.2017 - 17:14 Uhr  ·  #10
Hallo

@ Zephyrus
Ich denke das das tool den Wirkungsgrad nicht berechnen kann, dazu benötigt man das Drehmoment.
Das kann nur auf einem Prüfstand gemessen werden.
Wenn nur 40 % der erwarteten Leistung ausgerechnet wird, ist das nicht der Wirkungsgrad.
Man kann aber die CU Verluste errechnen und zur elektrischen Abgabeleistung adieren, um in etwa auf die benötigte Wellenleistung zu kommen.
Diese Werte mit einander verrechnet, ergeben, minus Lager und Luftreibung dann annähernt den Wirkungsgrad.

@ Peter

Für jeden Luftspallt sind 2 Magnete mit 5 mm Dicke eingebaut, also 10 mm eingeben.

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 17.01.2017 - 08:25 Uhr  ·  #11
Hallo Aloys,

danke für die Antwort!

Zitat
Man kann aber die CU Verluste errechnen und zur elektrischen Abgabeleistung adieren, um in etwa auf die benötigte Wellenleistung zu kommen.


Das Tool errechnet ja die Wellenleistung (leistung des Windrades) und die elektrische Leistung aus den gegebenen Spulen. Die Differenz müssten doch dann automatisch die Kupferverluste sein (Wärmeerzeugung) und aus dieser Differenz ergibt sich dann der Wirkungsgrad, oder?
Der Wirkungsgrad hängt ja auch ganz entscheidend von der Drehzahl bzw. der Wellenleistung bzw.der Windgeschwindigkeit ab. Bei 3m/s bekomme ich 87% Wirkungsgrad und bei 11m/s sind es dann nur noch 37,5%.
Sind diese Werte einigermaßen realistisch? Oder würde das Windrad in Wirklichkeit überdrehen und ein Teil der überschüssigen Energie, die nicht elektrisch umgesetzt wird, in Form von Luftwirbeln durch überhöhte Drehzahl abgegeben werden? Oder wird die Differenz immer in Wärme umgesetzt?

Zitat
Für jeden Luftspallt sind 2 Magnete mit 5 mm Dicke eingebaut, also 10 mm eingeben.

Bist du dir sicher? In der Beispielerechnung des Tools sind es 10mm Magnetdicke und 20 mm Luftspalt. Bei unseren kleinen Generatoren wären es entsprechend 5mm Magnetdicke und 10mm Luftspalt.10mm Magnetdicke und 10mm Luftspalt käme mir komisch vor...?
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 17.01.2017 - 09:47 Uhr  ·  #12
Hallo Zephyrus

So kann man das nicht rechnen.
Grundsätzlich muß Windradleistung und Generatorleistung getrennt berechnet werden.
Gehe ich zb von maximaler Strombelastung des Generators aus, kann dieser bei verdoppelung der Drehzahl nur die doppelte Leistung durch die höhere Spannung umsetzen.
Das Windrad dagegen hat die 2 fache Drehzahl und kann dazu noch das 4 fache Drehmoment liefern also 8 mal so viel Leistung wie bei der niedrigen Drehzahl.
Darum rechnet man den G für die hohe Leistung und er ist bei geringer Drehzahl vollkommen Überdimensioniert.
Der Generator hat bei niedriger Drehzahl und trotzdem max Strom die gleichen CU Verluste wie bei hoher Drehzahl und max Strom.
Der Wirkungsgrad ist darum bei hoher Drehzahl besser als bei der niedrigen.
Das was Du da vergleichst ist die Leistung des Windrades, die gar nicht abgerufen wirt vom Generator, mit der Elektrischen Leistung die dieser ab gibt.
Das ist dann der Wirkungsgrad der gesammten Systems, also Windleistung (nicht Windradleistung) zu G Leistung.
Da das Windrad nur ~ 20 % aus dem Wind entnehmen kann, und der G diese nicht einmal umsetzen kann wegen zu kleiner Baugrösse für diese Leistung, sinkt der Gesammtwirkungsgrad von 20 % Wind und ~ 80 % Generator, auf unter 10 % des Windes und ~ 80 % des Generators.
Das ist jetzt keine genaue Berechnung , sondern nur eine Erklärung für den Zusammenhang der Leistungen unter einander.
Das erklärt gleichzeitig das ein Windrad " durchgehen " kann wenn der Wind zu stark für den Generator wirt, und dieser nicht mehr zum Bremsen ausreicht, auch nicht durch kurzschließen.
Das Drehmoment der Windrades steigt ja quadratisch mit der Windgeschwindigkeit bis zum Stallen der Blätter.

Die Magnetdicke muß auf jeden Fall in die Rechnung hinein, entweder als 2 Magnete mit 5 mm Dicke oder ein Magnet mit 10 mm Dicke.
Das kommt auf die Eingabemöglichkeit des Tools an .

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 18.01.2017 - 08:28 Uhr  ·  #13
Ok - verstehe.

Mein Wirkungsgrad ist bei hohen Drehzahlen so schlecht weil der G im Grunde zu klein dimensioniert ist.

Mein Problem ist: ich möchte möglichst kompakt und lieber etwas kleiner dimensionieren (bis ca. 250W) obwohl mein Windrad (rein rechnerisch) bei Sturm an die 500W erreichen kann. Für Normalwind sollte das also reichen und ein Durchgehen des Windrades würde ich bei dieser Baugröße (1,12m Durchmesser) in Kauf nehmen (sollte der Rotor aushalten). Ist das klug oder brennt mir da der G durch? Bzw. sind die Verluste zu groß?

Ich denke mir nur: Wenn der G zu klein dimensioniert ist, wird weniger Leistung aufgenommen - sprich das Windrad weniger gebremst, und die Drehzahl steigt. Mit der höheren Drehzahl wird aber wieder mehr Leistung vom G umgesetzt und Böenlöcher leichter ausgeglichen, so dass nur ein Teil der Energie durch Stall verlorengeht. Es ergibt sich sozusagen ein Kompromiss.
Ein kleinerer G ist halt deutlich günstiger und optisch gefälliger.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 18.01.2017 - 09:13 Uhr  ·  #14
Hallo

Der Generaor wird doch vom Regler belastet, ohne Last pasiert dem schon nichts, nur dem Windrad ewentuel.
Also muß der Regler so eingestellt werden das max die verträgliche Leistung abgenommen wirt, trotz dann steigender Drehzahl.
Die Grenze ist immer der Generatorstrom der nicht überschritten werden sollte.

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 18.01.2017 - 20:13 Uhr  ·  #15
Zitat
Der Generaor wird doch vom Regler belastet,

Ja stimmt - nur was passiert wenn ich einfach einen 12V-Akku dranhänge ohne Regler?

Zitat
Die Grenze ist immer der Generatorstrom der nicht überschritten werden sollte.

Wie kann ich den maximalen Generatorstrom bestimmen?
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 19.01.2017 - 09:46 Uhr  ·  #16
Hallo

Der zulässige Strom ergibt sich aus der angegebenen Leistung durch angegebene Spannung.
Zb 250 W durch 12 V = 20,8 A !
Beim Eisengeni kann man auch vom Kurzschlußstrom auf 60 % runter rechnen, sollte auch hin kommen.

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 19.01.2017 - 10:30 Uhr  ·  #17
Also mein Problem ist einfach, wie ich bei der Dimensionierung vorgehen soll.

Ich möchte einen Generator für 12V-Akkuladung, der nicht größer als 120mm Spulendurchmesser haben soll. Deshalb brauche ich für einen Ladebeginn von 2,5m/s Wind einen Drahtdurchmesser von um die 0,7mm, damit die Spulen nicht zu dick werden. Woher weiß ich jetzt wieviel Strom diese Spulen aushalten ohne durchzubrennen?
Bei 11m/s hat mein Windrad eine Leistung von 320 Watt wobei der Generator bei Idealdrehzahl nur 121W umsetzen kann. Demzufolge wird das Windrad deutlich schneller drehen und auch wieder mehr Leistung umsetzen bzw. mit mehr Strom belastet.
Wie kann ich also beurteilen ob eine Konfiguration auch einem Sturm standhält, wenn man ohne Regler arbeitet?
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 19.01.2017 - 16:24 Uhr  ·  #18
Hallo

Strombelastbarkeit rechnet man mit dem CU Querschnitt aus, etwa 6 A pro 1 mm² wie öfter im Forum geschrieben wurde.
Bei 0,7 mm Draht und 0,38 mm ² dann 2,3 A für Sternschaltung und knapp 4 A bei Dreieckschaltung.
Bei 12 V = 27,5 W im Stern und 48 W im Dreieck.
Im Dreieck braucht man höhere Drehzahl !
Kleine Generatoren können wegen der besseren kühlbarkeit auch höher belastet werden.
Hohe Ströme bringen ja auch hohe Spannungsverluste.

Gruß Aloys.
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Re: Auslegung Scheibengenerator

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Gepostet: 20.01.2017 - 08:50 Uhr  ·  #19
Danke für Infos!

Zitat
Bei 12 V = 27,5 W im Stern und 48 W im Dreieck.


Hm - da frage ich mich jetzt allerdings, wie es sein kann, dass der ElvWis-Generator mit ähnlicher Konfiguration (also 0,7mm Drähten) angeblich 250W schaffen soll?
Irgendwie scheint mir dieser Wert (27,5 bzw.48W) viel zu klein zu sein. Nach dieser Regel bräuchte ich einen Drahtdurchmesser von über 2mm!?
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