[Solved] Amerykanka po raz kolejny, ale inaczej... koncept

Witam szanowne grono.

W końcu i na mnie przyszedł czas żeby postawić krenciołka robiącego prąd, a jak wiadomo, trzeba zacząć od solidnej prądnicy. Tak z 6kW w szczycie powinno wystarczyć. Napięcie maksymalne 800V przy 400rpm. Śmigło ze zmiennym kontem natarcia, duże.

Zasiadłem więc do kompa i zacząłem szukać. Szukać szukać czytać szukać...
W końcu doszedłem do wniosku że optymalne dla mnie rozwiązanie to prądnica wolnoobrotowa. Bez przekładni. Prosta konstrukcja mechaniczna wiatraczka i "same" zalety.

Jedna wada. Amerykanka tej mocy w standardowym wykonaniu miała by pewnie z 1,5m i ważyła... dużo, nie mówiąc już o astronomicznym koszcie neodymów.

Właśnie koszty zmusił mnie do wysilonego myślenia. Jak to zrobić, nie tworząc potwora który skonsumuje wszystkie dostępne fundusze.

Założyłem ten temat żeby skonsultować moje pomysły z praktykami jak i teoretykami.

Tak więc po kolei:

Założenia:

- prądnica będzie pracować na sieć przez przetwornice solarną. Dysponuję solidną jednostką mogącą oddać do sieci 15kW. Wykorzystuję na razie 6kW (podpięte panele słoneczne). Przetwornica ta na jedno wejście akceptuje napięcie do 1000VDC i moc 6kW Wejścia ma trzy. Generuje już od 200V. Maksymalną sprawność ma przy 500-600VDC.

- moc maksymalna jest potrzebna tylko przy bardzo silnych wiatrach (których jest mało) Straty prądnicy ( w rozsądnych granicach oczywiście) wtedy nie mają większego znaczenia.

- większość czasu pracujemy z niskimi obrotami i małą mocą.

- Jeśli większe skomplikowanie wykonania urządzenia / sterowania i kontroli obniży koszty części potrzebnych do budowy, idę na to.

- prądnica 3 fazowa. Rotor to dwa dyski z magnesami, stator z cewkami między nimi.

Moje pomysły:

- pierwszy pomysł (podchwycony z netu) to zwiększenie ilości drutu (dosłownie wagi) użytego na cewki. Nie jest tajemnicą że więcej cewek pozwoli wygenerować więcej mocy. Praktycznie wszyscy w swoich projektach układają cewki obok siebie co jest ogromnym marnotrawstwem miejsca. Ja będę chciał żeby cewki były zaplecione jak w zwykłym silniku. Ponieważ wieńce cewek i tak nie generują prądu, chce je wyrzucić poza obrys magnesów. Dzięki temu mogę zejść z grubością uzwojeń i kilkukrotnie zagęścić ilość aktywnych części ramek.
Problem jaki widzę w tym zastosowaniu to ciepło wydzielane w cewkach. Więcej drutu, więcej ciepła. Czy przepływ powietrza w szczelinie między magnesami a cewkami rozwiąże problem?

- zastosowanie magnesów ferrytowych. Wiem że wszyscy stosują neodymy z powodu bardzo silnego pola magnetycznego które generują. Są one natomiast bardzo drogie w porównaniu do ferrytowych. (1,2PLN za 40x20x10 ferryt do 18PLN za taki sam neodym) ale dają tak ze trzy razy słabsze pole.
Mają natomiast kilka innych zalet. Nie rdzewieją więc można zastosować otwartą konstrukcję prądnicy i intensywny przepływ powietrza.
Pracują dobrze do bodać 250st.C, Ładnie się kleją, nie trzeba ich zabezpieczać...

Na chłopski rozum, jak wezmę 3 magnesy ferrytowe złożę w "kupkę" to dadzą zbliżone natężenie pola jak jeden neodym. Proszę o sprostowanie jeśli się mylę.

- zastosowanie dodatkowego uzwojenia wzbudzenia nawiniętego na "kupce" magnesów. Wiem że w ten sposób z cepa robię kombajn. Według mnie ma to jedna dużą zaletę. Uzwojenie wzbudzenia włączam tylko wtedy, gdy chcę "wycisnąć" z prądnicy wszystko co może dać. Dzięki dodatkowemu strumieniowi podbijam napięcie na cewkach twornika, czyli wyciągam więcej mocy. Przy "spokojnej" pracy uzwojenie wzbudzenia jest wyłączone, tak więc moc jest generowana z pola samych magnesów.

- Zagwostka z obciążeniem prądnicy inwerterem solarnym.
Jak wiadomo inwertery solarne mają wbudowany mechanizm śledzenia punktu mocy maksymalnej SMTP. Podpięcie prądnicy "wprost" do przetwornicy nie ma prawa działać prawidłowo. Po prostu przetwornica nie pozwoli wiatrakowi się rozkręcić. Niestety moja nie ma możliwości wyłączenia SMTP. Rozwiązanie widzę takie. Dozować przetwornicy taką ilość mocy jaką w danej chwili chcemy oddać.
Włączenie między prądnice (za prostownikami) a inwerter klucza sterowanego PWM'em. To powinno dać zadowalający wynik. Zostaje jeszcze kwestia algorytmu sterującego tą częścią instalacji. Czy ktoś ćwiczył takie rozwiązanie?

-Zabawa z napięciami.
Napięcia generowane przez prądnice przy najniższych użytkowych obrotach (jakieś 40RPM dla wiatru 3m/s) powinno wynosić ponad 200V. Wiem że wtedy moc uzyskiwana z wiatraka będzie minimalna, ale lepiej minimalnie niż wcale.
W tym celu chcę nawinąć cewki tak, żeby cewki jednej fazy połączone szeregowo dawały 200V przy żądanych obrotach. Problem pojawia się przy wyższych obrotach. Dla maksymalnych 400RPM mam już 2000V, a to za dużo. Dużo za dużo.
Rozwiązanie widzę takie. Zakładam że w jednej fazie mam 12 par cewek. Jedna para daje mi około 16V@40RPM, 166V@400RPM. Po rozbiciu na 3 równoległe grupy po 4 pary szeregowo napięcie takiej grupy będzie w okolicach 660V.
Ponieważ przełączenie powinno się odbyć przy określonych obrotach (a dokładniej "na obrotach" i pod obciążeniem) przekaźniki odpadają. Optymalne wydaje się zastosowanie optotriaków, mostkowanych przekaźnikami w celu zmniejszenia strat przy połączeniu szeregowym i tranzystorów IGBT przy równoległym. Każdy taki zestaw 4 par cewek musiał by mieć swój mostek prostowniczy. Sterowanie tego kieratu to osobny temat.

- "rozproszony" rdzeń. Nie wiem na ile ma to rację bytu z uwagi na możliwość pojawienia się zaskoków. Ponieważ jednak magnesy są prostokątne, a cewki nazwijmy to "trapezowe" to dodanie odpowiednio ukształtowanych metalowych profili w odpowiednich miejscach dysku z cewkami może znacząco zwiększyć strumień magnetyczny i poprawić parametry prądnicy.

Na dziś, największą bolączką dla mnie jest obliczenie obwodu magnetycznego. Zwłaszcza parametrów cewki wzbudzenia, oraz grubości magnetowodu rotora (pod magnesami).
Skomplikowane również stało się znalezienie optymalnych wymiarów całości.
Mam nadzieję że jeśli moje rozważania okażą się sensowne i możliwe do zrealizowania, to powstanie nowy typ prądnic do wiatraków. Hammerykanka...

Eksperymenty drogo kosztują.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11852109#11852109
Jak chcesz na takiej konstrukcji (długi, cienki drut, ferryty + wolnobieżność) mieć wyniki to gratuluję.
Zadziała Prawo Joule'a i całą energię wiatru zamienisz na ciepło w prądnicy i mieszanie powietrza w szczelinie.
Miedź (każdą pojedynczą ramkę) musisz umieścić jak najbliżej zmiennego, silnego strumienia. To wszystko musi pracować w dużej częstotliwości zmian (jak najwięcej biegunów).
Bez kompromisów wszystko Na Nic.

Dziękuję za słowa zachęty;)

Doskonale wiem że eksperyment kosztuje. Ważne żeby się udał.
Na dziś eksperymentuję wirtualnie. Jestem osobą która lubi mieć temat policzony, zaprojektowany i zrozumiany zanim odpalę maszyny do strugania tego ustrojstwa, kupię miedź, magnesy, łożyska czy odleje korpusy.

Mam tylko nadzieję że dziesiątki lat rozwijania konstrukcji silników i prądnic przez inżynierów są solidną podstawą do budowy własnej konstrukcji.

Nie odkrywam Ameryki(anki) od nowa. Zmieniam natomiast jej konstrukcję tak żeby była efektywna, lżejsza od "zwykłego" generatora, elastyczna i do tego tania.

W zasadzie upodabniam ją do zwykłego alternatora o geometrii talerzowej.


Podstawowa zmiana to dodanie rdzenia między cewki.
To już nie będzie amerykanka z kosmiczną szczeliną powietrzną.
Jeszcze nie wiem jak to zrobię w praktyce. Sensowne wydaje się sprasowanie z żywicą śrutu z czystego żelaza w odpowiedniego kształtu wkładki, albo ułożenie rdzenia z odpowiednich blaszek, lub też metalowych pręcików (jak wałeczki z łożysk igiełkowych).
Lity kawałek żelaza z wiadomych względów odpada (Prądy wirowe), choć był by najprostszy w wykonaniu.

To spowoduje że szczelina powietrzna (łącznie z tą rozproszoną) będzie na poziomie 2 - 3mm w sumie. Sztywna ramowa konstrukcja rotora zapewni mi możliwość zjechania ze szczeliną między magnesami a czołem rdzenia do sensownego minimum. Konstrukcja mechaniczna natomiast pozwoli grubość każdej ze szczelin niezależnie.

Zaskoki zlikwiduję zachowując odpowiednie wymiary rdzeni i rowków na uzwojenie w stosunku do geometrii magnesów. Tak żeby magnes opuszczając jeden rowek zachodził o tyle samo na następny. Wymaga precyzji w wykonaniu ale myślę że się da.

Problematyczne może być uzyskanie odpowiednio sztywnej konstrukcji płyty z cewkami i rdzeniami.

Wielką niewiadomą jest uzwojenie wzbudzenia, które będzie nawinięte na magnesach stałych. Oczywiście zasilane będzie tak żeby pola magnetyczne magnesu i cewki dodawały się.
Nie wiem natomiast jaki jest strumień nasycenia dla magnesów ferrytowych F30.

Jakaś pomocna dłoń?

Czytaj ile AmperoZwojów da się dołożyć do pola magnesu zanim materiał z którego jest zrobiony wejdzie w stan nasycenia?
Od tego zależy jak silne pole będę w stanie wygenerować i ile Volt z cewki dostanę.
To też definiuje mi kilka wymiarów konstrukcyjnych magnetowodu i samego urządzenia.

Odnośnie uzwojeń. Czy drut będzie gruby czy cienki nie ma większego znaczenia.
Ważne żeby był odpowiedni do obliczeniowych mocy, obciążeń itp.

Prosta kalkulacja pokazuje że żeby wyciągnąć zakładane 6kW przy 800V przy 3 fazach dla 400rpm to muszę mieć... jakieś 2,5A na fazę w układzie w gwiazdę.
Czyli jakieś 0,625mm2 czyli około 0,9mm średnicy. Docelowo pewnie będzie 1mm2. (Zakładam 4A/mm2)

Ile zwojów? Kwestia połączenia uzwojeń. Ponieważ urządzenie jest eksperymentem, zapewne nie obejdzie się bez kilku (wielu) prób.

Przy okazji. Jak sensownie zmierzyć pole magnetyczne w szczelinie, nie wydając kilku tysięcy na profesjonalny teslomierz?
Przekopałem się przez tonę różnych stron i jedyne co znalazłem to zabawki z hallotronami do kilkuset gaussów,
oraz metodę techniczną opartą na... cewce i pomiarze napięcia podczas jej przemieszczania w szczelinie.

Interesuje mnie pomiar pola na poziomie 0,1 do 1 tesli. (Żeby określić strumień nasycenia magnetowodu)

Ma ktoś pomysł? Praktykę? Rozwiązanie?

Dziękuję za wszelką pomoc i pozdrawiam.

Jak chcesz ugotować dobrą zupę to do garnka MUSISZ włożyć co najmniej Kawał Świńskiej d..y.

Alternator samochodowy o mocy około 2kW jest mały i lekki. Na tym bym się wzorował. Oczywiście potrzebuje wysokich obrotów ale tu bym się skupił na wysokosprawnej przekładni. i tak taniej to wyjdzie niż ładowanie kasy w prototyp który finalnie ma spore szanse na złomie wylądować...

Wyjaśnijcie mi Panowie jedno.
Czemu serwosilniki robi się na magnesach ferrytowych a nie na neodymach. Przecież można by wyciągnąć z nich znacznie większe moce, zużyć mniej miedzi , dać mniejsze i lżejsze wirniki...

Mam takiego "smoka" 115 z rexrota i po zwarciu uzwojenia nie idzie wałka ruszyć z miejsca.. Nominalnie ma kilkanaście kW przy 3000 obrotów i waży z 40kg. Kawał kloca.

Policzyłem. Jak bym dodał przekładnie 1:10 to 7m śmigła startowało by przy wietrze około 5-6m/s PORAŻKA. Sama przekładnia ważyła by tyle co silnik (prądnica)...

Jeszcze raz zapytam bo może umknęło w nawale literek.

Przy jakim strumieniu materiał magnesu ferrytowego F30 nasyci się?

Wykres B(H) poniżej.




Teoretycznie.
Jeśli z obliczeń wychodzi mi punkt pracy magnesu na poziomie 0,3T (strumień w magnetowodzie) i podłączę prąd do cewki nawiniętej na ten magnes, to do jakiej wartości będę w stanie dźwignąć pole magnetyczne zanim rdzeń (z magnesu) się nasyci?

Jesiotr, szacun dla Twojej wiedzy oraz chęci dzielenia się nią.
Wiem że żeby wyjąć to najpierw trzeba włożyć. Nauczyłem się tego jakieś 25 lat temu.

Można włożyć kasę w magnesy, cewki i masę gratów. Poskładać to do kupy (wkładając czas i dużo pieniędzy) i się gorzko rozczarować.
Wiem też że jak coś się robi "na wyczucie" to rzadko się uda zrobić to dobrze a jeszcze mniejsze szanse żeby zrobić optymalnie.

Z tąd moje pytania jak to policzyć, zoptymalizować, zmierzyć... ZAPROJEKTOWAĆ. Wtedy jest szansa że urządzenie po wykonaniu będzie działać tak jak to sobie założyłem. Nie wyobraziłem, tylko zaprojektowałem.

Wolę więc włożyć najpierw mój czas i zdobyć widzę. Przeliczyć temat, zrozumieć zależności i prawa rządzące światem prądnic i silników.
W końcu przeprowadzić eksperyment z jedną cewką roboczą, 4 magnesami i cewką wzbudzenia. Zmierzyć napięcia, pole magnetyczne, prądy. Wykreślić wykresy. Potwierdzić że teoria "zgadza się" z praktyką. Następnie mądrzejszy o zdobytą wiedzę zweryfikować założenia, skorygować projekt i na końcu dopiero wyłożyć kasę i przystąpić do budowy.

Rozumię jak to działa. Znam wzory ale nie jestem pewien czy prawidłowo i odpowiednie z nich stosuję. Czy zastosowane uproszczenia są akceptowalne w mojej konstrukcji i nie dają błędnych wyników obliczeń.

Bez pomocy, nie mając z kim tego skonsultować mogę popełnić trywialne błędy. Pominąć istotne "smaczki", źle zrozumieć teorię i wyciągnąć błędne wnioski.

Liczę na rzeczową, merytoryczną pomoc.

W tym wątku rozwiązujemy problemy które pojawiają się w trakcie budowy bezprzekładniowej prądnicy talerzowej ze rdzeniem, na magnesach ferrytowych i z dodatkowym uzwojeniem wzbudzenia.

Założenia do projektu są w pierwszym poście. Alternator i przekładnia odpadają. Patrz założenia.

Pozdrawiam

admiral25 wrote:

Przy jakim strumieniu materiał magnesu ferrytowego F30 nasyci się?
Teoretycznie.
....to do jakiej wartości będę w stanie dźwignąć pole magnetyczne zanim rdzeń (z magnesu) się nasyci?
Rozumię jak to działa. Znam wzory ale nie jestem pewien czy prawidłowo i odpowiednie z nich stosuję.

Nasycić się to można na stałe - w maszynach elektrycznych przeważnie są duże częstotliwości - jak się o tym nie wie to nie wolno być konstruktorem.
Alternator kortyleskiego 2kW /12 V to musi mieć 160 A z tego na jedną fazę /2,3 = 72 A .
Musi mieć gruby drut, być dobrze chłodzony i napędzany silnikiem samochodowym, a jego pakiet blach stojana nigdy nie jest nasycony nawet może wytrzymać więcej amperów.
To od tych amperów zależy strumień w magnetowodzie - nie ma warunków Nasycenia rdzenia bo się nasyca raz w jedną raz w drugą stronę w rytm częstotliwości i może być ciut ciepły bo dla strumienia elektromagnetycznego też działa prawo Ohma i Juella w środowisku przewodnika - magnetowodu.
Nasycanie wymaga czasu jak przy obiedzie, tego się nauczyłem w starej szkole ponad 50 lat temu.

Jesiotr,

W magnetowodzie są części gdzie pole magnetyczne jest niemal stałe, ora części gdzie pole jest zmienne. Rozumiem co napisałeś, natomiast moje pytanie dotyczy części ze stałym polem. Zmienne jest w szczelinie między dyskami magnesów. Ja chcę zastosować relatywnie słabe magnesy i podbić pole cewką nawiniętą na nich. Stąd moje pytanie.

Magnes wykonany jest z ferrytu ktory może przenieść w swojej objętości jakiś strumień. Od samego magnesu dostaję już pewien strumień do którego chcę dodać strumień od prądu w cewce. Zwiększając prąd w cewce zwiększam H. Do pewnego momentu będzie też rosło B po krzywej magnesowania. Interesuje mnie B max jakie może przenieść materiał rdzenia.

Oczywiście strumień w przestrzeni między dyskami będzie zależał od tego co tam się znajdzie. Ile powietrza i miedzi a ile rdzenia. To jednak pójdzie na potem.

Odnośnie napięć i prądów. Podałeś przykład prądnicy 12v ja robię na 800V w celu sprzęgnięcia z inwerterem solarnym.

Znając pole jakie mogę uzyskać w magnetowodzie, bez problemu liczę cewki moce wymiary i resztę.

Dziękuję za odpowiedź i pozdrawiam.

Przebywanie przewodu w stałym polu magnetycznym nic nie daje - nie indukuje się SEM.
Jeżeli liczysz na transformator :cytat - " Ja chcę zastosować relatywnie słabe magnesy i podbić pole cewką nawiniętą na nich." - to jest nieporozumienie.
Wytwarzając strumień elektromagnetyczny do indukcji SEM będziesz miał same straty - bo po drodze jeszcze jest Sprawność.
Kiedyś było dużo przetwornic mechanicznych, a teraz są elektroniczne falowniki.

Postaram się jutro wrzucić rysunek. Szkic powinien wszystko wyjaśnić. Stator, czyli dysk z uzwojeniem roboczym będzie w zmiennym polu magnetycznym. Jak w każdym przyzwoitym alternatorze.
Zmienne pole powstanie poprzez obracanie dysków z magnesami. Ponieważ chcę użyć słabych magnesów, zabraknie mi pola żeby wyciągnąć ze statora dość mocy. Z tego powodu dodaję cewkę którą bede mógł włączyć przy większych obciążeniach.


Tak bardzo obrazowo. Alternator z dodatkowymi magnesami, w konfiguracji amerykanki.

Wczoraj doczytałem sobie że magnes ferrytowy użyty jako rdzeń elektromagnesu nasyci się przy około 0,8 Tesli i do takiej wartości będę mógł zwiększać strumień.
Prawda czy fałsz?


Pozdrawiam.

Witam ponownie,

Jak obiecałem, wrzucam skan szkicu.
Ponieważ jest to na razie koncept, szkic jest odręczny.

Jak już uporam się z obliczeniami, postaram się wrzucić rysunki 3D mojego rozwiązania.



Z moich przemyśleń i obliczeń wynika, że żeby to działało zgodnie z założeniami, to muszę zwiększyć grubość statora z cewkami oraz długość aktywnych elementów uzwojeń.
Czyli będzie nie 3 a 4 magnesy w rzędzie, co daje wysokość ramki 160mm. Dzięki temu spadną zaskoki i być może obejdzie sie bez nadbiegunników.

Od cewki wzbudzenia, z moimi magnesami na pewno nie ucieknę.

Wstępne kalkulacje pokazują mi że na samych magnesach ferrytowych mogę uzyskać około 0.26T. Ponieważ napięcie minimalne jakie mnie interesuje to 250V przy 40rpm, dostaję jakieś 60 zwojów drutu na cewkę ( przy 48 cewkach na fazę).

Zabawa zaczyna się, jak zaczynam liczyć maszynę dla prędkości maksymalnych, czyli okolic 400rpm. Żeby wyciągnąć moc i zmniejszyć prąd
muszę podbić napięcie dzięki uzwojeniu wzbudzenia, przy dużych obciążeniach mogę podbić indukcję w szczelinie do około 0,8T. Wtedy z jednej cewki dostaję około 150V, a ze wszystkich spiętych szeregowo jakieś 7500V! (SIC!). W tej sytuacji muszę łączyć uzwojenia równolegle żeby nie przekroczyć założonych 800V. wygląda na to że będzie 12 grup po 4 cewki na fazę...




Samo przełączanie grup uzwojeń wymaga wielu kluczy. (dokładnie n*3 - 3 dla n zestawów cewek). Poza tym przełączanie prądu zmiennego jest znacznie trudniejsze niż żąglowanie prądem stałym. Przekaźniki z wiadomych względów odpadają.

Ponieważ i tak muszę dostać prąd stały, stwierdziłem że znacznie lepiej będzie prostować prąd z każdego zestawu cewek osobno, i już prąd stały łączyć (jak bateryjki) równolegle lub szeregowo. Niestety dalej mam masę kluczy, choć tu już mogły by być tranzystory.

Jak zacząłem rozrysowywać sobie te układy, wpadłem na pomysł żeby w układzie szeregowym łączyć cewki triakami, a dla równoległego robotę zrobią diody.

Czyli przy połączeniu szeregowym pracuje mi górna połówka pierwszego mostka gretza i dolna połówka ostatniego oraz wszystkie triaki.
Przy połączeniu równoległym pracują natomiast wszystkie diody.

Proszę o opinię czy schemat poniżej jest prawidłowy i spełni swoje zadanie.



Zapraszam do dyskusji.
Proszę o opinie i pozdrawiam.

Też tak myślałem - mniej komplikacji ale też fatalnie.

Prostowanie faz sekcjami. Zbieranie mocy to jest dopiero drugi etap jak tą moc wytworzymy.

Znaczy że już przećwiczyłeś to podejście?

Wytwarzanie mocy należy do śmigła.
Dla mnie kluczowym elementem jest prądnica.
Odpowiednie śmigło zbuduję jak już będę wiedział na ile stać prądnicę.

Potem naszt i do góry:)



Jesiotr, jak popełniłem gdzieś błąd w założeniach, albo nie ma sensu to co piszę/tworzę oświeć mnie proszę i pokaż palcem co jest źle. Na razie dostałem kilka "zniechęcajek" i ani jednej konkretnej odpowiedzi na kilkanaście postawionych pytań.

Wolę kupić dwa kilo gwoździ za dychę niż 240 neodymów za pięć klocków...

admiral25 wrote:

oświeć mnie proszę i pokaż palcem co jest źle..

Zła jest Twoja Kosmiczna Szczelina.

Można ją zmniejszyć aż 3 X bez zmniejszania ilości biegunów i ramek.
Stosunek długości przewodu do długości odcinka aktywnego też będzie korzystny - bez krzyżujących się koron uzwojenia.
Proponuję uzwojenie jednofazowe - na tle trójfazowego pokazuję uzwojenie z tą samą ilością ramek bez rozbudowanych i krzyżujących się koron.

Takie uzwojenie pozwoli na mniejszą szczelinę i 3 X większą ilość biegunów wirnika.
W uzwojeniu jednofazowym pracuje 100 % miedzi przy mijaniu się biegunów wirnika z ramkami, a w trójfazowym pracuje 66 % przy mijaniu się mniejszej ilości biegunów wirnika.

Jesiotr,

Jak wypełnię moją kosmiczną szczelinę żelazem.
Myślę o harmonijce z blaszek ciętych laserem ze stali krzemowej, lub żelaznych drobinach sprasowanym z lepiszczem w kształt wkładki wchodzącej między cewki, w celu skupienia strumienia magnetycznego to będzie dobrze?

Przy założonym strumieniu maksymalnym na poziomie 0,8 Tesli, w rdzeniu który wypełni mi około 80% dysku z cewkami będę miał około 1 Tesli. Z tąd koncept żeby rdzeń statora był dość szeroki.

I tak praktycznie cały opór magnetyczny będzie zlokalizowany w szczelinach powietrznych między magnesami a statorem. Z tą szczeliną powietrzną chcę zjechać do minimum, żeby uzyskać mały sumaryczny opór obwodu magnetycznego.

Żeby uzyskać takie wypełnienie statora rdzeniem, muszę wykonać cewki nawijane w 3 - 4 warstwach. Kieruję się analogią do statorów klasycznych silników (tudzież prądnic wykonanych na ich bazie - pralkowce maści wszelkiej), gdzie żłobki pod uzwojenie też są wąskie i długie. Z obserwacji wynika, że ich głównym ograniczeniem jest przekrój kolumny między żłobkami, która limituje wielkość strumienia magnetycznego, a w konsekwencji sumaryczną moc prądnicy.

W mojej konstrukcji,znacznie mniejsza niż w pralkowcach część magnetowodu znajduje się w zmiennym strumieniu magnetycznym.

Jeśli chodzi o ilość faz, to faktycznie. Stator zapleciony w jedną fazę (a dokładniej dwie przesuniete o 180 stopni) jest znacznie bardziej elastyczny jeśli chodzi o uzyskanie napięć w interesującym mnie zakresie.
Faktycznie wejdzie więcej biegunów magnetycznych (48 zamiast 32 w moim przypadku) czyli poprawi się "wolnobieżność" co jest bardzo korzystnym zjawiskiem. Uprości się też zaplot wieńca. Zwiększy się natomiast problem zaskoków. Gęściej ułożone magnesy nie przechodzą mi już tak płynnie między szczelinami z cewkami w statorze, tak więc trzeba będzie dać nadbiegunniki, które zmieniając rozkład pola skasują ten efekt.

Boję się, że przy obciążeniu takiej prądnicy pojawią się drgania w momencie doładowywania kondensatorów filtrujących. (w szczytach sinusoidy, kiedy otworzą się diody)
Przy grzałkach nie ma to znaczenia bo obciążenie jest czysto rezystancyjne.
U mnie, przy pracy na przetwornicę będzie trzeba zastosować jakąś przetwornicę pośrednią, która będzie od strony generatora zachowywała się jak opór, a od strony przetwornicy solarnej jak bateria... W sumie i tak miała być...

ps. Czemu nikt nie robi amerykanki z rdzeniami między cewkami?
Czy jedynym powodem są zaskoki?

admiral25 wrote:

Jak wypełnię moją kosmiczną szczelinę żelazem.
Myślę o harmonijce z blaszek ciętych laserem ze stali krzemowej, lub żelaznych drobinach sprasowanym z lepiszczem w kształt wkładki wchodzącej między cewki, w celu skupienia strumienia magnetycznego to będzie dobrze?
ps. Czemu nikt nie robi amerykanki z rdzeniami między cewkami?
Czy jedynym powodem są zaskoki?

Magnetowód w postaci pakietu izolowanych blach stojana, wirnika i w szczelinie ma swój kierunek - prostopadły do "pin" - to już mikro-fizyka i tradycja wyidealizowana.
Nawet najlepsze pakiety blach stojana mają opór magnetyczny, najcieńsze blachy powodują prądy wirowe (a nawet błądzące).
Żelazne sprasowane drobiny są dobre dla "błądzących".
Przykład Amerykanki z rdzeniami kolegi Bryl - poszukaj jego postów:


na przedostatnim obrazku jest stojan bezrdzeniowy drukowany, a na ostatnim pakiet blach stojana bez miedzi który po obrotach wirnika (w tokarce ) nagrzewał się szybko do ponad 50 °C w wyniku prądów wirowych (duży amperaż a małe napięcia) = straty.

Witam
Jeśli mogę to dołożę swoje 3 grosze. Za rdzenie w cewkach stojana mogą robić śruciny z produkcji gwoździ, firmy produkujące gwoździe wyrzucają to na złom. Natomiast odnośnie szczelin, trzeba dobrze poukładać cewki, żeby pracująca część uzwojenia zajmowała całą szerokość, natomiast zakręty które są poza magnesami mogą na siebie nachodzić i mieć większą grubość. Niezbyt jasno to opisałem, ale jak wpisze się w google prądnica amerykanka trójfazowa, to można znaleźć ładnie to zobrazowane.

Brychu,

Preferuję rozwiązania troszkę bardziej profesjonalne.
Na rdzeń chcę użyć blachy o odpowiednio dobranej grubości, znanych parametrach i przewidywalnym zachowaniu.

Im mniej niewiadomych w projekcie, tym mniejsza szansa na niemiłą niespodziankę.

Analizując kolejne możliwe rozwiązania, dochodzę do wniosku że zbudowanie klasycznej amerykanki z rdzeniami jest zupełnie nieefektywnym podejściem.

Zaplatanie wieńców uzwojeń, kosmiczne szczeliny i bardzo drogie magnesy...
Do tego rdzeń który jest zbawieniem i przekleństwem równocześnie.
Zbawieniem bo pozwala wyciągnąć znacznie większą moc z tej samej objętości i ułatwia rozpraszanie ciepła.
Przekleństwem bo waży, powoduje zaskoki i grzeje się.

Jesiotr.
Mikro i nano fizykę zostawmy doktorkom w laboratoriach. Ja buduję urządzenie użytkowe, które ma produkować prąd. Oczywiście chcę to zrobić dobrze i zmieścić się w kosztach.

Odnośnie kierunków magnesowania to zależą od obróbki materiału. Temat znam i w miarę rozumiem.

Co do oporu magnetycznego. Oczywistość. Powietrze też ma opór magnetyczny i to bardzo duży. Metal, w porównaniu do powietrza prawie zaniedbywalny. Blacha natomiast przewodzi prąd i prądy wirowe też nie są dla mnie nowością.

"Żelazne sprasowane drobiny są dobre dla "błądzących". " - tego akurat nie ogarniam. Czy mógł byś wyjaśnić? przecież z takiego materiału wykonuje się rdzenie ferrytowe...

Kolegi Bryl niestety nie udało mi się namierzyć. Czy możesz wrzucić link choć do jednego posta?

Stojan bezrdzeniowy drukowany jest śliczny. Ile można z niego "wyciągnąć" mocy?
Wygląda na pochodzący z jakiegoś "momentowego" silnika DC

Interesuje mnie natomiast pochodzenie zdjęć z cewkami nawiniętymi na rdzeniach. Możesz podać linka żebym mógł coś więcej poczytać o tym rozwiązaniu i efektach?

Ostatnie stwierdzenie mnie powaliło. Jeśli chcesz udowodnić że pakiet blach się będzie grzał, udało Ci się.
Napisz jeszcze jakie obroty były na tokarce i ile biegunów miał wirnik(czytaj jaka była częstotliwoś pola magnetycznego w pakiecie blach). Bo wiesz. Jak dla 1 kg rdzenia , przy polu 1T i 50Hz masz załóżmy 0,5W/kg, to przy 600Hz jest już coś ponad 4W/kg.

Rozumiem że eksperyment jest ważny a model niezbędny przy takich konstrukcjach. Znacznie natomiast taniej jest użyć liczydła i wiedzy zamiast eksperymentu. Może tak. Model i eksperyment mają za zadanie potwierdzić obliczenia oraz wykazać słabości projektu.

Czy napięcia, czy prądy straty zawsze są. Od tego nie da się uciec.
Dla mnie ważne jest żeby trzymać je w ryzach.

I tak, żeby jak najefektywniej wykorzystać miedź, trzeba by zminimalizować ilość "balastu" wieńce, zaplot itp.

Wykombinowałem coś takiego:



Dla ułatwienia wrysowałem jedną ceweczkę. Uzbrojony stator dajemy między tarcze z magnesami, tyle że jednoimienne magnesy mają być na przeciw siebie.

Wymiary geometryczne jeszcze przeliczam.

Uprzedzając pytania. Rdzeń wykonany będzie z jednego paska blachy prądnicowej (transformatorowej?), tak samo jak rdzeń transformatora toroidalnego. Żłobki pod uzwojenia zostaną wyfrezowane już w zwiniętym i sklejonym rdzeniu.


Jak Wam się podoba ten pomysł?


Przy okazji.

Dziś pogrzebałem w programie wiatrak. Dla mojego koła wiatrowego (7mb), przy 12m/s mam dostępną moc 5,8kW przy 140 obrotach na minutę. Dla 8m/s jest około 1,7kW i 109rpm, tak więc założenie obrotów maksymalnych na poziomie 400rpm było znacznie na wyrost.
Dla 12m/s przy 230rpm mam dostępne 1,6kW...

Myślę że 6kW generator na "boście" bez problemu opanuje 7m śmigło nawet przy silnych podmuchach.

Wiem że u mnie takie wiatry to tylko jak halnym zaciągnie, ale jak już powieje, to wolał bym żeby śmigiełko nie odleciało do sąsiada.

Widzę, że jeszcze nie wszystko przeliczyłeś idealizuj bez kompromisów - jak przemyślę to pójdę Twoją drogą.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11501107#11501107
Twój - koncept wymaga czasu i DUŻO PIENIĘDZY.

admiral25 wrote:

Odnośnie kierunków magnesowania to zależą od obróbki materiału. Temat znam i w miarę rozumiem.

Obróbka materiału polega na ułożeniu (w szyku) drobin ferromagnetycznych w silnym polu elektromagnetycznym, sklejeniu wypełniaczem (lepiszczem) i następnie na silnym ich namagnesowaniu w czasie (nasyceniu).

admiral25 wrote:

Blacha natomiast przewodzi prąd i prądy wirowe też nie są dla mnie nowością.

Blacha w prądnicy nie przewodzi prądu tylko najpierw w niej indukuje się napięcie prostopadle do strumienia magnetycznego - zależy od jej grubości i dlatego blachy krzemowe są cienkie to znaczy (l) jak najmniejsze nawet - 0,004 mm to zależy też od Hz częstotliwości.

admiral25 wrote:

"Żelazne sprasowane drobiny są dobre dla "błądzących". " - tego akurat nie ogarniam. Czy mógł byś wyjaśnić? przecież z takiego materiału wykonuje się rdzenie ferrytowe...

Prasowanie żelaznych drobin jest szkodliwe bo najpierw trzeba je izolować i poukładać magnetycznie przed prasowaniem.Technologia jest utajniona przez wyspecjalizowane firmy - wymaga taśmy z elektromagnetycznymi automatami.
Cewka w Twoim rdzeniu z blachy krzemowej jest z nadziejami, ale Twoje jednoimienne magnesy to dyskwalifikacja całej konstrukcji i tej cewki.
http://sciaga.pl/tekst/24614-25-podstawy_elektromagnetyzmu_i_indukcji_elektromagnetycznej

Kolego Jesiotr,

Cewka w Twoim rdzeniu z blachy krzemowej jest z nadziejami, ale Twoje jednoimienne magnesy to dyskwalifikacja całej konstrukcji i tej cewki.
http://sciaga.pl/tekst/24614-25-podstawy elektromagnetyzmu i indukcji elektromagnetycznej

Oczywiście "jednoimienne magnesy" to coś czego nikt na oczy nie widział.
Wyszły ze skrótu myślowego i chęci obrazowego przedstawienia konfiguracji biegunów.

Dokładnie faktu że magnesy na dwóch tarczach zwrócone są do siebie tymi samymi biegunami. Czyli biegun N patrzy na N, potem S patrzy na S N na N i tak dookoła.

Zyskuję w takim układzie na fakcie że płyty silnie się odpychają a nie przyciągają jak w amerykance, a strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę jest sumą strumieni z obu tarcz.

Samo wykonanie rdzenia jest MEGA skomplikowane.
Na model zepsułem trafo toroidalne i próbowałem frezować w nim rowki pod uzwojenia. Materiał ciężko się obrabia... rowki nie wychodzą ładne i gładkie tylko takie postrzępione w środku, a jak tnę kolejny to wygina a czasem łamie blaszki...
Trzeba jechać małymi frezami i po kawałeczku wycinać żłobek. Zabiera to masę czasu.

admiral25 wrote:

Zabiera to masę czasu.

Ja takie frezowania już przerabiałem - pokaleczysz ranami pakiet blach i ze zdrowego magnetowodu narobisz nieprzewidywalnych dróg dla prądów wirowych przez co energia wiatru będzie zużyta na grzanie w pierwszej kolejności pokaleczonych blach krzemowych.
Kiedyś kolega ZGG każdą blachę prostował, szlifował i każdą pozbawił lakieru izolacyjnego w efekcie pakiet blach po złożeniu pracował jako indukcyjna grzałka.
To samo można wykonać jako odlew lub z jednorodnego materiału u kowala - nie trzeba kaleczyć pakietu blach.

Witam szanowne grono po dłuższej nieobecności.

Po przetrawieniu, zmieleniu i wielokrotnym przepracowaniu tematu, dochodzę do wniosku że odkrywanie koła po raz kolejny jest bezcelowe.

Dorwałem duży stojan , 48 żłobków, pod wirnik 170mm od jakiegoś wolnoobrotowca.
Ciężki kawał złomu, ale potencjał ma.

Ponieważ ćwiczenie amerykanki w/g mojego pomysłu sprowadza się do zrobienia zwykłej prądnicy, z tą różnicą że uzwojenia ułożone są w jednej płaszczyźnie, co komplikuje rozkład pola, konstrukcję mechaniczną i kilka innych detali.

Na papierze i w kadzie wygląda to fajnie ale... Właśnie to "ale" dyskwalifikuje cały projekt.

Wykonanie pakietu blach pod stojan zahacza o technologie kosmiczne.
Jest daleko poza moimi możliwościami technologicznymi (i znacznej większości zakładów zajmujących się podobnymi sprawami).

Na dzień dzisiejszy stoi wieża z wiatromierzem (12m nad gruntem) i mierzy się potencjał wiatrowy w mojej lokalizacji.

Jak wyjdzie że się opłaca postawić cokolwiek, na działce zamieszka wiatraczek z 6m kołem wiatrowym, który pogoni powiększonego "pralkowca" którego zbuduję na posiadanym rdzeniu.

Ponieważ mam kawał inwertera solarnego (TLX-15kW) z wolnym jednym wejściem, wiatrak chcę zapiąć pod to właśnie wejście.

Prąd z wiatraka zostanie wyprostowany i przez "limiter mocy" będący jednocześnie sterownikiem całej elektrowni dostarczony do przetwornicy, która to wepcha ten prąd w sieć ku mojemu zadowoleniu.

Żeby całość zadziałała inwerter wymaga około 190V do 800V na wejściu.

Przy moim wiatraku, obroty będą od 0 do 350 dla najmocniejszego wiatru.
Realnie, przy 4m/s to jakieś 60rpm na prądnicy. Przy klasycznym nawoju, zabraknie mi napięcia przy niskich obrotach żeby wyciągnąć z prądnicy cokolwiek.

Rozwiążę ten problem nawijając uzwojenie każdej fazy 2 drutami.
Przy połączeniu szeregowym i niskich obrotach dostanę wyższe napięcie. Przy wyższych obrotach połączę przewody równolegle, co obniży napięcie ale podniesie prąd.

Ponieważ temat dotyczył konceptu "zmutowanej" amerykanki, a dyskusja została wyczerpana, temat zamykam.