Wann Spannungsmaximum?

Bei Magnetdurchgang über Spulenschenkel oder Spulenloch?
 
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Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 27.03.2020 - 18:39 Uhr  ·  #1
Hi,
um eine alte Frage auf zu klären, habe ich bei meinem Generator ein Video gezogen, und daraus einen Schnappschuss gemacht.

Um den zu verstehen zunächst ein Foto:

 

Die zur oszillografierten Phase zugehörige Spulenmitte ist ungefähr bei Markierung u. Die Lage der Schenkel kann man erahnen.

Hier der Schnappschuss aus dem Zeitlupen-Video:

 

Da nicht besonders scharf - einen relevanten Magneten habe ich in pink nachgezeichnet.
Die Lage des Spulenschenkels ist erkennbar, analog Bild zuvor.

Also, Spannungs-Maximum/(Minimum) bei Durchgang der Magnetmitte über einen Spulenschenkel. So wie bei Berechnung angenommen.
Die auf dem Schema aufgebaut ist "Induktion in bewegten Leitern".

Wenn im Spulenkern zunehmend Eisen eingebracht wird, z.B. durch Eisenpulver im Harz. Dann wird die Induktionsspannung berechnet nach der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses im Eisenkern.
Wie dann die Lagezuordnung für max. Spannung ist, wäre zu ergründen . Denn es ist die Frage, wann ändert sich der Fluss am schnellsten? Wenn der Magnet über Mitte Kern geht, oder wenn er zwischen zweien wechselt? Bei letzterem ist eigentlich der Nulldurchgang, oder?

Interessant wäre: Wieviel Eisenpulver ist nötig, um geistig von einer Theorie auf die andere umschwenken zu müssen?
Allerdings sind beide ineinander überführbar, und kommen zumindest bezüglich Höhe der Ind.-Spannung zu gleichen Schlüssen.
topic.php?p=26072#real26072
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Re: Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 28.03.2020 - 02:42 Uhr  ·  #2
Moin,

deine Frage wird dir wohl keiner so recht beantworten können. Werden die Kerne mit Eisen gefüllt treten ja quasi beide Effekte nahezu parallel auf. Erst direkte Induktion in den Spulenschenkel, dann die indirekte über das eisen wo vorher nichts passierte, dann wieder direkte Induktion in den in " Fahrtrichtung" vorderen Magneten.

Berechnen wird schwer. Die Spulenform im Scheibengenerator ist nicht oprimal für die indirekte Induktion über die Eisenfüllung da man relativ breite Schenkel und flache Spulen hat. Das Optimum wäre hier genau umgekehrt damit alle Wundungen möglichst nah am Eisenkern liegen. Man kann nun das eine oder das andere oprimieren. Wenn man das für die indirekte Induktion tut dann landet man man konventionellen Generator...

Es ist also eine Ergänzung in Form eines weiteren "Peaks". die Sinuskurve wird also am Maximum breiter sein bzw. wird über die Zeitachse gesehen da Spannungsmaximum "länger anhalten".
Mit Rechnerei wird das kaum zubermitteln sein - da muss man wohl in der Praxis testen.

Ich hatte angefangen da einige Versuchsreihen zu machen und kam auf einen Daumenwert von etwa der 1,3-1,5 fachen Spannung nach Gleichrichtung im Verhältnis zu Messungen ohne Eisenkern.

Wenn man jetzt mal das in dieser Konstellation starke cogging vernachlässigt, so könnte man mal einen Einphasigen Stator bauen in welchem man jede zweite Spule mit Kern ausstattet um zu testen.
Praktisch wäre natürlich ein 5 phasiger Generator für geringes Cogging besser, klar - es ginge dann bein einohasigen aber nur um den Spannungsverlauf.

Mein Vorschlag für einen Versuchsaufbau wäre also:

einphasiger Stator mit jeder zweiten Spule eisenkern. Dann das ganze am Oszi während des Betriebs beobachtet.

Es sollten nun abwechselnd unterschiedliche Sinuskurven auftreten. Die Fläche unter der Kurve ist dann direkt proportional zur " durchschnittlich" erzeugten Spannung.

Kann man auswerten indem man es auf Kästchenpapier ausdruckt und zählt oder indem man das ganze in Teilfunktionen zerlegt und integriert - Stichwort "Simpsonregel".
damit sollte man ziemlich genau den Zuwachs an Spannung errechnen können ohne dass man ständig zwischen zwei Statoren umbauen und versuchen muss, ansonsten identische Bedingungen zu schaffen.

Wat sachste?

Max
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Re: Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 28.03.2020 - 19:32 Uhr  ·  #3
Warum baut man Eisenlose, in Scheibenform?
Nicht, weil sie überragend im Wirkungsgrad sind. Sondern neben preiswerter Mechanik vor allem wegen dem fehlenden Rastmoment. Erst dadurch werden eben Anlaufgeschwindigkeiten um 2 m/s möglich.

Mit eisenhaltigem Zeugs in der Spule ist es damit vermutlich vorbei. Gewiss kann man was verbessern durch Schrägstellung der Magneten, analog Schränkung beim sonst üblichen radialen Aufbau. Mehr als 3 Phasen bringt auch was, aber auch zusätzlichen Trödel.
Selbst spezielle Zuordnungsverhältnisse Spulen - Magnetpole sind denkbar, z.B. 12 zu 14 oder besser noch Vielfache davon.
Klingt verrückt, funktioniert aber ausgezeichnet. Ist von sog. Torque-Motoren (Begriff nicht geschützt!) abgeleitet. Allerdings, jede nachfolgende Spule einer Phase muss gegensinnig angeschlossen werden. So wie hier dargestellt:

 

Quelle: topic.php?p=25752#real25752

Magnetisch bildet sich eine Reihenschaltung der beiden Spulen.

Was trotzdem passieren kann:
Die Magnetscheiben sind nur in der Mitte gespannt und akustisch schwingungsfähig fast wie ein Becken beim Schlagzeug.
Jegliches Rastkraftrippel wird hörbar werden. Die Grundschwingungen, z.B. 50 Hz, noch gering, aber die Oberschwingungen! Und Blätter samt Mast strahlen wunderbar ab.

Nicht unbemerkt soll bleiben, dass sich natürlich auch der Magnetzug auf die Scheiben, eh schon erheblich, weiter verstärkt.
Wenn Eisen in den Spulenscheiben, auch darauf, so dass auch sie wahrscheinlich mit Muttern runter geschraubt werden müssen. Solche Kräfte lassen sich übrigens berechnen. Stichwort: Kraft auf Trennflächen.

Wegen erwartbarer Rastkräfte und erwartbarer Geräusche wegen deren Rippel befürchte ich derzeit, dass die praktische Bedeutung eher gering sein wird.

Zurück zu meinem eigentlichen Thema:
Wenn nennenswertes Eisen im Spulenkern, konzentrieren sich die Feldlinien darin, so dass die direkte Induktion in den bewegten Windungen ins Hintertreffen gerät. Lässt sich bestimmt auch mit FEMM aufzeigen.
Wann und wie die Zuordnung der Spannungs-Maxima von "Magnet über Schenkelmitte" bzw. eigentlich so: https://images.weserv.nl?url=w…669_61.jpg , rechtes Bild, für Eisenlosen dann "Spannung gelb auf Maximum"
sich wandelt in tatsächlich "Spannung gelb auf Null", wie dargestellt,
bleibt eine interessante Frage.

Da eher von untergeordnetem praktischen Wert, muss ich schon viel Langeweile haben, dem auf den Grund zu gehen.
Und wenn, dann eher bei einem kleineren Modell. Aber wer vor Energie strotzt, bitte!

Videos müssen mit Zeitlupen-Funktion gezogen werden, wie sie z.B. meine Kompaktkamera Canon Powershot SX 230 bereits ermöglicht.
*!*!*!*!*
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Re: Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 29.03.2020 - 12:12 Uhr  ·  #4
Hallo

Spannung wirt generiert wenn Feldänderungen stattfinden.
Ob in einem Trafo das Feld insgesammt stärker oder schwächer wird, oder es seitlich wie beim Generator ins Zentrum und dann wieder heraus gefürt wirt, erzeugt es die Spannung.
Auch wenn in der Spule ein Eisenkern steckt, die Magnete seitlich heran gefürt und dann darüber streichen, schneidet das Feld die Schenkel der Spulen, bis das Feld sich ganz in der Spulenmitte befindet.
Dann ändert sich ja nichts im Moment, Spannung ist null.
Erst wenn es in der Mitte schwächer wirt, beginnt die negative Spannung, denn die Schpulenschenkel kommen unter den anderen Magneten.

Gruß Aloys.
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Re: Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 29.03.2020 - 12:32 Uhr  ·  #5
Scheibengeneratoren vaut man nicht unbedingt weil sie kein Rastmoment haben - da gibts auch andere Bauformen diendas effizienter hinbekommen. Man baut ihn weils recht einfach mit wenigen Mitteln und Materialien auch im Selbstbau hinzubekommen ist und man,den Generator relativ einfach auslegen und an einen bestimmten Rotor oder Durchmesser anpassen kann.

Meine letzten Versuche waren wie gesagt mit Eisenkern und 5-phasig. Rastmoment ist dann wirklicj sehr gering und die Spannung [automatisch zensiert] etwa übern Daumen das 1,5 fache.

Mein Besteeben zu der Zeit war es, mit Ferritmagneten als Hallbacharray angeordnet auf das damals unglaublich teure Neodym verzichten zu können ohne groß an Leistungsfähigkeit einbüßen zu müssen. das hat soweit auch geklappt. So war der Eigenbaugenerator am Ende nur noch halb so teuer. Ich bin zudem jemand der es unsinnig findet dass ein Rotor bereits bei 2m/s anlaufen muss. Außer dem psychologischen Effekt hats quasi keinen Vorteil, unter 3-3,5 m/s ist eh nichts gescheites zu ernten...

Es geht mir um einfache Machbarkeit mit möglichst Standardteilen zu günstigen Preisen. wenn ich Hightech bauen will dann garantiert nicht als Scheibengenerarorbauform, das geht dann vor allem in größeren Stückzahlen mit anderen Bauformen deutlich kostengünstiger, effizienter und Bauraum-optimierter.
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Re: Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 29.03.2020 - 12:46 Uhr  ·  #6
Nur kurz:
Zitat
da gibts auch andere Bauformen dien as effizienter hinbekommen.
Da wirds aber anspruchsvoll und im Eigenbau quasi unmöglich. Ich habe mich mit eisenlosen nur beschäftigt, weil ein Nabenmotor mit 46 Magneten eben immer noch zu viel Rastmoment hatte. topic.php?p=53478#real53478
Zitat
mit Eisenkern und 5-phasig. Rastmoment ist dann wirklicj sehr gering
Ja wenn gleichzeitig mit Ferrit-Magneten, wie danach beschrieben, dann wundert mich das nicht.

An Alle: Bitte jetzt hier keinen Hype wegen 2 m/s - wichtig oder nicht! Hatten wir an anderer Stelle ausreichend diskutiert.
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Re: Wann Spannungsmaximum?

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Gepostet: 29.03.2020 - 15:59 Uhr  ·  #7
Nachtrag:
Wenn Spulenkerne eisenhaltig, dann sollten sie in Form und Kontur den Magneten entsprechen, so wie Windfried das schon dargestellt hatte.
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