Generator lindningar!

[ollebolle]

Magnetflödet är nog lite svagt då magneten bara "duttar på lite magnetism" när den passerar förbi spolen.

Om man tittar på en transformator ser man att spolarna omsluter hela järnkärnan så att allt magnetiskt flöde går genom spolarna. Jag kan tänka mig att det behövs en sluten magnetkrets för att det ska bli mer spänning i trådarna. Om magneterna sitter på en bromsskiva till en bil t.ex och spolarna är lindade på mjukjärnskärna som sedan återsluter magnetkretsen på något sätt tillbaka till bromsskivans järn - hur nu det ska gå till.

Jag begriper inte riktigt hur teorin ser ut bakom dessa permanentmagnetgeneratorer men de fungerar troligen pga av de enormt starka magneterna som slösar med magnetflödet.

Kanske räcker det med att sätta magneterna på bromsskivan och sedan ha mjukjärnsankare genom spolarna och sedan vända omväxlande S/N, N/S varannnan så flödet växlar riktning för varje spolpassage. Om man har en kort järnklump genom spolen kommer magnetflödet genom hela spolen så den blir som en förlängning av den magnet som passerar förbi. Det blir ungefär som man snabbt skulle stoppa in en magnet med ena stunden sydpolen först och sedan snabbt rycka bort den och stoppa in en med nordpolen före. Det borde ju röra om i elektronerna inne i koppartråden.  

[Zigge]

Visst slösar man på det magnetiska flödet i den här typen av generatorer, men de funkar och de är oerhört enkla och har få delar.

[Tompaiuppsala]

Det har inte varit uppenbart för mig att magnetfältet även påverkas av järn runt om. Att sätta mageneterna på en plywoodskiva duger inte. En annan upptäckt var att spänningen även påverkas av om spolarna sitter direkt på plywodd (trä) eller runt metall. Jag har tidigare virat tråden runt en rundstav av trä och hållt spolen nära de roterande magneterna. Nu virade jag kommartråden runt en 10mm borr och plötsligt fördubblade jag spänningen. Jag fick dessutom den "kuggande" känslan som jag har i min navgenerator när man vrider axeln

[Tompaiuppsala]

En anna sak som jag misstänker måste ha stor betydelse, speciellt om man seriekopplar flera spolar, är asvståndet mellan mageneterna? Hur ska spolen vara lindad, vilken bredd i förhållande till magneterna?

Jag har illustrerat med fyra exempel A-D.

[Zigge]

Intressant!
Nu blir jag sugen att plumsa iväg i snön för att hämta hem koppartråd och testa själv.

[Zigge]

D är rätt.
Precis som på den bilden har den ett "ben" över varje magnetpol och i vila hamnar benen mellan två magneter.

Poängen med att göra hålet i spolen lika stort som magneten, är att spolar och magneter kan sitta tätare så att generatorn bli mindre. Att hålet ska vara lika stort som magneten är ingen regel, det är ett minimun.

Stort mellanrum ger å andra sidan mindre magnetiskt läckage mellan magneterna, och effekten bör bli något högre, så tror jag att det är.

[ollebolle]

Om du monterar magneterna på en slät stålskiva (bromsskiva till en bil t.ex) och sedan böjer till en kraftig mjukjärnsbit så den blir som ett U och placerar den med ena "benet" genom en spole och andra benet genom spolen intill så borde du få ett mycket kraftigt flöde genom spolarna när sydmagneten sluter sitt flöde till nordmagneten genom U:et.

Det du är inne på kan bli lika bra om du har spolarna monterade på stålskivan med en kort järnbit genom spolen och magneterna monterade på optimalt avstånd (testa eller kolla beskrivningar) på en skiva som roterar. Men som Zigge säger så får inte startmomentet bli för stort. Så det gäller att slösa bort en hel del av magnetismen. Det blir alltså bättre startegenskaper ju sämre generator man bygger. Det verkar gå åt en hel del koppartråd om man ska köra med så låga flödestätheter.

Å andra sidan kan man ju välja att inte ha så enormt starka och dyra magneter utan göra luftgap minimala och bästa slutna magnetfält så har man samma startegenskaper.  

[Zigge]

Så här bör lindningarna hamna på en 1-fasgenerator.

[Tompaiuppsala]

Det är kul att testa sig fram, fundera, och testa igen. Att däremellan kunna få svara och idéer och feed back här gör ju det hela ännu bättre. Helt klart värt att plumsa ut i snöln för  

När vi talar om spolar, järnkänor och magneter blir jag allt mer nyfiken på hur min cykelnavgenerator ser ut innan för skalet. Är det värt 300 spänn att ta järnsågen och såg upp den bara för att se konstuktionen och förhoppnigs lära sig något på det?   nja kanske inte ...

För mig är målet att i sommar kunna ladda batteriet i min segelbåt. Jag har ju min navgenerator jag leker med nu. Det står 6V 2,4 W på den och det gäller vid ett bestämt varvtal. Intrssant är att om jag snurrar navet för hand med ca 200 rpm blir spänningen 12-14 V, och tar jag borrmaskinen blir den så hög jag inte törs hålla i grejerna  

Nu har jag inget batteri eller amperemeter, men vilken effekt kan man förvänta sig? Skulle min navgenerator i princip kunna ladda mitt batteri??

[ollebolle]

Jag kan tippa att du kan få ut en halv A om du har högt varvtal. Det du ser när du mäter utan last är tomgångsspänningen belastad med bara en voltmeter vilket kan räknas som ingen last alls.

Du har troligen ganska tunna koppartråd i spolarna på cykelgeneratorn så där får du ett spänningsfall som också kommer att värma generatorn när du laddar ett batteri.

Testa med en glödlampa t.ex 12V 5W och snurra med borrmaskinen. När du mäter 12V har du ungefär 5W eller knappa 0,5 A. Watten=Volten x Amperen. (P=UxI. I=P/U)

5W/12V=0,41 A

[Bo]

när magneterna hänger sig fast skall inte innebära någon energiförlust om man gör rätt. Strax innan magneten når fram till järnkärnan har man en accelererande kraft och strax efter har man en bromsande och de skall ta ut varandra.

[Zigge]

Vet du vad!  

Vid 12 volt blir det precis som ollebolle säger, men jag gissar att din navgtenerator är en enfas växelströmsgenerator och då måste spännngen likriktas till likspänning och vid likriktningen försvinner ca: 1,4 volt, så kvar är 10,6 volt, men å andra sidan blir likspänningen 41 % högre än den växelspänning du mäter med ditt intrument, alltså 10,6 x (roten ur två) = 14,9 volt.
Det här är fortfarande djupt vatten för mig, så jag hopaps jag har rätt och att detta även gäller enfas växelström.

Tittar man på de fakta du har: 2,4 w vid 6 volt blir resistansen R = U²/P = 36/2,4 = 15 ohm
Detta är väldigt mycket och det tyder på stora förluster och varma lindningar om man pressar den.

Vid 12 volt skulle det innebära Pförlust = (R x I) x I = (15  x 0,41) * 0,41 = 2,5 watt => drygt 50 % i värmeförluster i spolarna.

[ollebolle]

Det är rätt Bo när den väl börjat snurra. För att komma till rätta med problemet att propellern från vindstilla till att det börjat blåsa fastnar kvar skulle kunna vara en slags centrifugalkoppling. Propellern snurrar lätt utan belastning tills den kommit upp i varv varvid den fastnar kvar i det läget t.ex med "sågtandskoppling" så att den får generatorn att snurra med så länge ett vridmoment finns från propellern.

När propellern har fått fart är det meningen att den ska rycka igång den istadiga rotorn.

Borde funka. Man kan också tänka sig att propelleraxel har en tryckfjäder som håller den borta från kopplingen så länge det blåser svagt. Men då kanske propellern rusar i onödan i svag vind (som inte orkar trycka den mot kopplingen).

[Tompaiuppsala]

Jag hade inga stora förhoppningar att det skulle fungera att ladda ett 12 voltsbatteri i verkligheten. Den är med andra ord avsedd för att driva ett cykellyse på en cykel vid "normal" cykelfart och inget annat.

Jag har suttit med formeln som Zigge har lärt mig, den som beräknar generatorspänning hos en diskgenerator.

Hur jag än räknar så blir spänningen väldigt låg. Med risk för att vara tjatig så tar jag min navgenerator igen som ex. Den är inte stor så det måste vara relativt små magneter och vartalet är ju mycket lågt. Då skulle det behövs flera hundra varv väldigt tunn koppartråd? Kan det vara så?  

[ollebolle]

Visst kommer du att få laddning. Testa vet ja. Om du har växelspänning (kolla med DC-mätning eller AC-området på voltmetern) kan du likrikta med en likriktarbrygga (kolla på Elfa t.ex).

Det handlar också om vilken fart du kan få på den med en turbin. Sitter den normalt i navet på cykeln så har den vissa förutsättningar.

 

[Bo]

Skulle inte denna vara enkel för hembyggaren: En järnring som stator med en massa hål på jämna avstånd borrade radiellt där man skruvar bultar inifrån så att där sedan blir plats att linda kopparn runt dessa. Och innanför med millimeterpassning rotorn med lika många magneter som det finns bultar.

Hur viktigt är det med rätt järnkvalitet och järn i maskiner brukar ju vara i tunna skivor som är isolerade mot virvelströmmar - eller? Kan man strunta i det?

[Tompaiuppsala]

...ja ungefär så har jag också tänkt mig, genomgående bultar som skruvas fast och där man lindar koppartråden på den del av bulten som sticker ut. Men frågan är om inte koppartråden skall vara vinkelrät mot magnetflödet. Det blir den väl inte om man har en rund spole, eller??

[ollebolle]

Det blir väl vinkelrätt mot trådvarven om magnetismen går från magneten genom bulten in i järnringen och tillbaka via bulten intill.

Jag tycker det var en jättebra konstruktionsidé värd att prova. Testa i liten skala och skala upp om det funkar.

När du seriekopplar gäller det att koppla rätt tråd över till nästa spole då ju alla spolar ska samverka till en ökad spänning. Det blir som att koppla ihop ett antal batterier.

Möjlighet finns att ändra utspänningen genom att t.ex låta parallellkoppla hälften av spolarna. Då får man halva spänningen med dubbla strömmen. Samma effekt men halva spänningen. En bättre anpassning till möjligt effektuttag. Man startar med alla i serie men då vinden ökar tillräckligt lägger man om till "halva parallellkopplade varianten" Med den högra farten på snurran kommer kanske ändå spänningen vara fullt tillräcklig. På så sätt får man lägre värmeutveckling i generatorn.
 

[ollebolle]

Jag får ta och skaffa lite magneter. Var har du köpt dina Zigge?

[Zigge]

Om man exempelvis tänkt sig en 2-metersrurbin som beräknas ge 300 watt vid 10 m/s, då gör man en 300-wattsgenerator som startar vid 3 m/s. Att den saknar stål i statorlindningarna har ingen som helst betydelse, det enda som är intressant är att den startar lätt och ger 300 watt.

Gör man en generator med järnkärna till statorlindningarna måste man ändå beräkna generatorn för 300 watt och inget annat. Skulle den bli så effektiv att den ger 600 watt, ja då blir den överdimensionerad och går inte att använda, för turbinen orkar inte driva den.

Visst skulle man spara in några kronor på magneternas storlek, men å andra sidan måste man göra en avancerad konstruktion med slirkoppling, eller annat som också kostar pengar och kanske inte funkar.

Jag tro på det enkla och om det är en liten rackare till båt-vindkraftverk, då skulle jag plocka neodymmagneter ur hårddiskar (gratis) och sätta fast dessa på stålskivlor. Vissa använder sågklickor, men det tycker jag ser lite bisarrt ut.  

Med en turbindiameter på 0,6 meter kan man räkna med ca: 25 watt, eller 2 ampere vid 10 m/s (för ett hembygge). Vid 5 m/s får man i och för sig bara 3 watt, men det är bättre än ingenting.

Det finns något som ger ca: 820 ggr så mycket energi som luft och det är vatten, annars är det samma matematik i vatten som i luft.
Det här är en smart grej och den går att använda både som vind- och vattengenerator. Den är säkert inte svår att bygga själv heller.

http://www.boost-energy.com/ampair/products_product4.asp