Generator lindningar!

[rolf]

Ska bygga en 12V generator som ska drivas av en vindsnurra.
Nu undrar jag hur man räknar ut villken diameter på koppartråden
man ska använda och hur många varv man ska göra lindningarna
så den funkar bäst? Tänkte använda 8st permanentmagneter.
Vindsnurran kommar vara till fjälls!

//Rolf

[Zigge]

Det är turbinens diameter (rotorn på vindkraftverket) som bestämmer antalet lindningsvarv, men också valet av koppling Y-, eller D-koppling.

Arean på tråden hänger också ihop med detta. Det gäller att hålla rätt resistans på lindningarna så att man får ut rätt effekt ut generatorn i förhållande till turbinens storlek.

Det första du bör göra är att bestämma hur stor, eller liten  turbin du vill ha, sedan anpassar man generatorn så att den börjar ladda vid en vind på 3 m/s. För en 2-metersturbin (max utan byggnadslov) är startvarvtalet 200 rpm (201 för att vara exakt).

Antalet varv får man fram med hjälp av den här formeln:

N = U / A x R x B x P x 2

U = spänning
A = arean på en magnet i m²
R = varvtal/sekund
B = magnetisk flödestäthet i Tesla (normalt 0,5 för en "dubbelrotor" med neodymmagneter 10-12 mm tjocka, 12.000 Gauss)
P = antal magnetpoler/rotor

Det här är jag inte helt säker på men jag tror att det blir så här:
För att uppnå laddspänning (minst 12 volt) måste man få 13,4 volt ut generatorn, eftersom 1,4 volt försvinner som förlust i diodbryggan.
För att uppnå 13,4 volt likspänning behövs 9,5 volt 3-fas växelspänning (13,4/1,41). 9,5 volt växelspännng = 5,5 volt öppen spänning /fas (9,5/1,732). U bör i så fall vara 5,5 volt i formeln, men när du mäter spänningen över en spole bör den vara 2,75 volt eftersom du med 8 magneter får 2 spolar/fas.

Dela sedan N med antal spolar/fas (2) och därefter med 1,732 om den är Y-kopplad (stjärnkopplad (star)), inte annars (Delta, eller 1-fas).

Reistansen/spole bör du försöka hålla runt 0,1 ohm för en Y-kopplad 12-voltare med 2 spolar i serie/fas.
R = 0,018 x koppartrådens läng (1 spole) / trådens area i mm²
trådens area = pi x radien²

Zom zagt, Zigge är också nybörjare, så ställ inga frågor och jag kan heller inte garantera att detta är rätt.  

[Bo]

tänkte jag experimentera med som motor och generator. Skaffade lackerad koppartråd men sedan hittade jag inte rätt sorts material till järnkärnan. Ge mig en länk så slipper jag tänka själv.

[rolf]

tack för det svaret, men nu kommar massa andra frågor

jag har 8st  NdFeB magneter, 2 inch X 1 inch X 0.5 inch
undrar om dom räcker någonstans?
hur vet jag magnetisk flödestäthet på dom?

förstod inte riktigt hur man räknar va man ska ha för
area på koppartråd? kan nån länka vars man köper  

Va rekomenderar ni för koppling? och kan nån förklara hur man lindar
och kopplar rätt? Har börjat läsa några engelska förklaringar men jag
är så himla dålig på att läsa och förstå engelska så det vore fint med en svensk förklaring.

som sagt ska snurran vara i kiruna fjällen och ska endast driva belysning och en fläkt ev. en tv ibland, så det handlar inte om många watt per dygn.

Tacksam för alla svar

[Tompaiuppsala]

Hej Rolf

Som nybörjare i sammanhanget har jag förstått att det mesta som gäller hemmabyggen av vindgeneratorer finns på www.otherpower.com
Förr eller senare hamnar man där i alla fall. Där finns ett flertal exempel på hur man lindar sin koppartråd. Tex:

http://www.otherpower.com/bigmills1.html

PS vissa saker kan man med någon sort logik förstå, medan andra bara är att acceptera. Jag begär inte att Zigge ska få mig att förstå Tessla, jag bara accepterar fakta   DS

Tomas

[Zigge]

De som är proffs på sånt här verkar inte alltid linda enligt formeln. Kanske är det jag som missat något väsentligt?

Till att börja med måste vi veta hur stor diameter på turbinen (propellern) ska du ha.

NdFeB är neodymmagneter och de är perfekta för de här ändamålet. Om du använder två stålskivor och sätter alla magneterna på den ena bör du får runt 0,35-0,4 Tesla. Generatorns effekt (vid vind 10 m/s) bestämmer arean på koppartråden. Man måste alltså veta vilken diameter turbinen ska ha, så att generatorn lindas för rätt varvtal och effekt. Just dessa bitar är besvärliga och jag håller själv på att sätta mig in i hur det hela funkar.

Koppartråden kanske du kan köpa av en elfirma som reparerar (lindar om) elmotorer.

[Bo]

http://www.otherpower.com/bigmills1.html

visas en massa inplastade kopparslingor i ring som skall passeras av magneter som då skall inducera strömmar i tråden. Men är inte problemet alltid att man måste ordna så att magnetflödet passerar järn för att bli starkt? - Det blir alltså avsevärt effektivare att linda koppartråden på järnkärna och se till att luftgapet mellan ankare och stator blir minimalt.

[Zigge]

Det stämmer att luftgapet ska hållas minimalt och att järn i statorn gör generatorn effektivare, men järn gör också att generatorn kuggar (magneter och järn dras ju till varandra) och blir svårstartad i låg vind, därför har man inget sådant.
24 neodymmagneter, som generatorerna ofta innehåller, skulle räcka för att lyfta en bil och då kan man tänka sig att det skulle kugga ganska skapligt om man satte järn i statorn.

Med järn i statorn skulle man alltså få högre magnetisk flödestäthet, men detta kan kompenseras med fler lindningsvarv, så i slutändan blir effekten ändå densamma och generatorn kan snurra friktionsfritt.

Generatorn får inte ge för hög effekt för då orkar inte turbinen driva den. Detta kan hända i alla fall, att generatorn blir överdimensionerad och då kan man justera ned effekten genom att öka luftgapet mellan rotorskivorna. Oerhört fiffigt tänkt av han som konstruerade den här generatorn.

[Tompaiuppsala]

Nu måst jag fråga Zigge, eller annan kunnig person.

Att en generator kuggar betyder att magneter dras till järn och gör att rotorn liksom vibrerar när man snurrar den. Så är fallet på min cykelgenerator, den kuggar väldigt mycket.
Jag trodde dock att det berodde på motståndet då ström ska produceras av en lågvarvig generator, eller har jag järn någonstans i mitt aluminumnav?

Tomas

[Zigge]

Ja, du lär nog ha järn i statorn, men generatorn är så liten att det ändå inte ska vara några problem.

[Tompaiuppsala]

Nä det gör inget, men det skapar vibrationer som låter när den snurrar fort.

Jag skulle hemskt gärna vilja komma in i den, öppna och se magenter och koppartråd. Det finns säkert mycket att lära där  

Tyvärr ser den förseglad ut.

[Zigge]

Jag har ju ingen erfarehet alls av vindgeneratorer å sånt   men jag har hört att generatorer utan järn i statorn också låter när de belastas.

Om du kommer in i den kan du alltid linda dubbelt så mycket tråd (om det får plats) så får du dubbelt så hög spänning.

[Bo]

Var väl den första fungerande generatorn men jag har kanske missuppfattat dess funktion.

Begrunda bilden och tänk den istället som en motor med ankarlindning och statorlindning seriekopplade och tänk att det är ringen som är rotorn. Jag har ritat släpkontakter som ligger an mot ringen men den praktiska lösningen brukar vara att dela upp spolen i ett stort antal slingor och ha släpkontakterna centralt.

Strömmen gör nu att statorns magnetpoler attraheras av rotorns som kommer att vara där släpkontakterna ligger mot och magnetflödet går genom järnkärna i ankare och ring. Man får ingen elektromagnetisk påverkan av omgivningen.

Men går den att vända på och använda som generator?

[ollebolle]

De första grammesmotorerna gjordes med permanentmagneter men sedan med elektromagneter. De har kontakter som under rotorns vridning får strömmen att växla riktning så en sydmagnet alltid försöker att dra till sig en nordmagnet (syd attraherar nord). Det behövs alltså en "kommutator" när man har en likström som ska driva en motor. Kommutatorn ger växlingarna på sånt sätt att när nord på statorn dragit syd-magneten på rotorn så de nästan möts växlar strömmen (genom kommutatorns hjälp) så  att ånyo en nord/syd/attraktion fås i ett oändligt förlopp.

Vänder man på det och för på ett vridande moment på motoraxeln så fås en likriktad spänning ut från motorn (som då kallas generator). En likspänning till statorns "magnetlindning" krävs. Finns en viss kvarvarande magnetism i rotor och stator kan den vara självstartande. Annars får en likspänning påföras med t.ex ett batteri just i starten. Lätt när man laddar batterier. Då får man den utan att man tänker på det.

(i bilar kan om man har otur laddning utebli från generatorn om indikeringslampan för laddning gått sönder. Strömmen genom lampan ger en svag magnetisering av generatorn som sedan ger sig själv ström till fältlindningen. Trasig lampa - ingen ström)

[Tompaiuppsala]

Hallå!

Nu har jag testat mina magneter mot en lindad tråd koppar, diam 0,355 mm.

De 8 magenterna sitter på en rund plywoodbit (vilket skall ger ett mindre magnetfält än om de satt på järn). Magneterna är runda och 1 cm i diam.

Om jag snurrar magneterna med borrmaskinen mot spolen som jag provat att linda 40 varv blir inte spänningen högre än ca 0,070 Volt!? 8 spolar i serie skulle inte ger mer än 0,8 Volt.

Jag bifogar en liten skiss som stämmer ganska bra med hur det hela ser ut.  Kopparspolen blir ganska stor och det innersta varvet hamnar ca 0,5 cm från magenteterna.

U (Volt)   N      Area m2        rpm      B    Poler   
2,198 =   40 * 0,0000785 *1000 *0,35  * 1  *  2

Det här är beräknad spänning. Vad är felet? Varför får jag bara ut 1/30 Volt av beräknat??

Grubblande Tomas mitt i natten  

[Zigge]

Intressant och kul att du börjat testa.

Du har gjort några fel i formeln.
Varvtalet mäts i varv/sekund, inte varv/minut.
Antalet poler är 8 st, inte 1.
B blir 0,084 Tesla i ditt fall (räknade ut det)

Att B blir så lågt beror dels på att stål saknas bakom magneterna, dels på luftgapet (0,5 cm är ganska stort) och att magneterna är så tunna gissar jag (eftersom de bara är 1 cm i diameter).

Har du förresten satt magneterna så att varannan har sydpolen upp och varannan nordpolen upp? När spolen ligger över två magneter ska den ha sydpolen genom ena "benet" och nordpolen genom det andra.

Jag tyckte det var intressant att se vilket värde B fick. Kan du minska ned luftgapet något och göra en ny mätning?

[Zigge]

Jag kanske bör tillägga att poler är antalet magnetpoler = antalet magneter på en rotorskiva. Hade du haft två skivor med 8 magneter på varje skiva hade det ändå blivit 8.

[Tompaiuppsala]

God morgon och tack!

Det är kul att omsätta teori i praktik. Mindre kul var ju att jag beräknat vartalet 60 ggr för högt. Det får ju väldiga konsekvenser. Men räknar jag också med 8 poler i stället för 1 pol kommer jag sanningen mycket nära.

Luftgapet är inte så stort som 0,5 cm mätt från centrum av spolen. Däremot blir 40 varv tråd ett gasnak stort nystan där varven "längst bort" säkert hamnar 0,5 cm från de roterande mageneterna.

Magneter är som du säger tunna och räknar man ut B utifrån den spänning jag får blir det ca 0,084, precis som du säger. Det första jag gjorde var att kolla om jag hade varannan syd och nordpol upp.

Inser att det inte är lätt att  att procducera watt. Man måste ha många poler, stora magneter och väldigt mycket koppar om en "långsam" vindsnurra skall kunna generera något.  

Nya försök idag!  

[Zigge]

Om du har väldigt gott om magneter kan du alltid sätta två magneter på varandra så att de blir tjockare. Bara den åtgärden bör nästan fördubbla B till kanske 0,15.

[Bo]

skulle ju ha fördelen att kunna generera en jämn likström, om den fungerar. - Lämpligt för batteriladdning.