Как сделать генератор — расчёт и изготовление
Основной показатель генератора это напряжение, а зная напряжение можно высчитать все другие параметры, такие как ток зарядки аккумулятора, и мощность генератора в целом. Генератор обычно строится для зарядки аккумуляторов имеенно для этого мы и попробуем рассчитать генератор. Напряжение катушек генератора зависит от числа витков в катушках, от магнитной индукции магнитов, и от скорости, с которой меняется магнитное поле. Проще говоря чем быстрее движутся магниты мимо катушек тем выше напряжение.Для расчёта напряжения генератора воспользуемся простой формулой, она очень простая и не должна вызвать проблем. Подробнее с примером можно почитать здесь — Расчёт ЭДС генератора. Про фазы и соединения катушек будет ниже, а пока разберемся с напряжением генератора.
Формула E=B·V·L где: Е-напряжение генератора (V). B-магнитная индукция магнитов(Тл). V-скорость движения магнитов (м/с). L-активная длина проводника (м).
С буквой Е — это напряжение генератора, которое нам нужно вычислить, а далее буква В — которая не известна, так-как мы не знаем какая магнитная индукция магнитов. Но если помучить поисковик и почитать форумы, то можно узнать что магнитная индукция неодимовых магнитов около 1,25Тл, конечно она разная для разных марок магнитов, но это среднее значение. Так-же известно что чем дальше от магнита — тем меньше и магнитная индукция. В общем если в случае изготовления дискового генератора расстояние между магнитами на противоположных дисках будет равно толщине магнитов, то магнитная индукция будет примерно 1.0Тл, если расстояние больше, то естественно магнитное поле будет слабее. Если к примеру у вас магниты толщиной 10мм, и вы делаете расстояние между магнитами 10мм, то индукция будет где то 1.0Тл, а статор в этом случае получится не более 8мм толщиной, и по 1мм на зазоры. Если расстояние будет скажем 12-14мм, то магнитная индукция упадет до 0.
Для генераторов с железом принцип такой-же, но толщина магнитов может быть разная, некоторые ставят магниты толщиной 10-15мм, хотя для магнитной индукции в 1.0Тл достаточно толщины магнитов 3-4мм. Ещё важна толщина — магнито-пропускаемость статора, на зубы которого наматываются катушки. Если переборщить с толщиной магнитов то статор не сможет замкнуть всё магнитное поле и оно выйдет наружу, и к статору снаружи будет магнитися железо. То-есть это потери магнитного поля и нет смысла использовать слишком мощные магниты так-как часть магнитного поля не будет использоваться. Все конечно зависит от конкретных условий, но если не известна магнитная индукция, то лучше её брать как 0.8-1Тл.
Вернемся к формуле, V — это скорость движения магнитов, рассчитать её очень просто. К примеру если диаметр ротора с магнитами у нас 20см, то 20*3.14=62.8см. То-есть получается что за один оборот магниты проходят расстояние 62.8см или 0.62метра. Если диаметр ротора 8см, то аналогично 8*3.14=25.12см или 0.25м.
L — это активная длина проводника, то-есть это та длинна медного провода, которая попадает под магниты, ведь именно только тот участок провода вырабатывает электричество, который попадает под магнитное поле магнитов. Для дисковых аксиальных генераторов длинна активного проводника равна длинне магнитов. К примеру если у вас круглые магниты размером 30*10мм, то L=30мм, ну а если прямоугольные размером 50*30*10мм, то L=50мм. Для генераторов с железным статором активная длинна проводника равна ширине статора.
Активная длинна проводника
Активная длинна проводника, расчёт катушек генератораТеперь попробуем высчитать напряжение генератора, но сначало разберемся с катушками генератора
Генераторы бывают как однофазные, так и трёхфазные. Как правило новички делают однофазные генераторы считая их более простыми, но однофазные гудят при работе, так-как число магнитов и катушек у таких генераторов одинаковое.
И получатся так что когда магниты набегают на катушки, то катушки сопротивляются этому и отталкивают магниты. В итоге происходит как-бы пик сопротивления и спад, от этого гудение и вибрации. Трёхфазные устроены иначе, там смещение катушек относительно магнитов 2/3, и за счёт этого нагрузка равномерно распределена, от этого вибрация значительно ниже. Так-же и характеристики по мощности несколько лучше, а схема не намного сложна.
Ниже схема соединения однофазного генератора
Соединение катушек
соединение катушек однофазного генератора Катушки однофазного генератора соединяются так , начало первой на выход (диодный мост), а конец соединяется с концом второй катушки, начало второй с началом третьей, конец третьей с концом четвёртой, начало четвёртой с началом пятой катушки, и так далее до последней катушки.Соединение катушек трехфазного генератора
Соединение катушек
соединение катушек трёхфазного генератора, на рисунке статор состоящий из 15-ти катушек
Катушки трехфазного генератора соединяются так: Начало первой катушки с концом четвёртой, а начало четвёртой с концом седьмой, начало седьмой с концом десятой, начало десятой с концом тринадцатой, а начало тринадцатой на выход вместе с концом первой. Остальные две фазы аналогично начиная со второй катушки, и третья фаза с третьей. В на рисунке статор состоит из 15 катушек, а на дисках должно быть по 10 магнитов. Если статор состоит из 9 катушек, то три катушки на фазу, и на дисках может быть или шесть пар магнитов, или 12 пар.
Вернёмся к формуле E=B·V·L. К примеру планируется намотать 18 катушек проводом 1.0 мм, и в катушку помещается по 80 витков, значит всего у нас витков 18*80=1440 витков. Если генератор однофазный то так и считаем по всем катушкам, а если трёхфазный то будем брать катушки одной фазы, в данном случае шесть катушек в фазе, а потом вычислим данные при соединении звездой или треугольником.
Магниты у нас к примеру 30*10мм (по 12шт на диске), значит активная длинна проводника 0.03м, если статор железный, то берётся ширина статора. Диски с магнитами у нас к примеру диаметром 20см, но надо брать диаметр по центру магнитов, значит минус 1,5см по кругу и того 20-3см=17*3.14=53.38см или 0.53м. Хочу напомнить что толщина железных дисков должна быть не менее толщины магнитов, иначе магнитное поле выйдет за железо и не будет участвовать в выработке электричества и магнитная индукция будет ниже, а если у вас к примеру ротор асинхронного двигателя, то после проточки желательно одеть металлическую гильзу и на неё клеить магниты, или вытачивать цельно-металлический ротор, так магниты будут использоваться эффективнее и можно или получить больше мощности или сэкономить на толщине магнитов.
И так теперь у нас есть необходимые данные для расчёта напряжения генератора к примеру при 60об/м. Магнитную индукцию возьмём равной 1Тл. Скорость движения магнитов у нас за оборот 0.53м, значит при 60об/м будет 1об/с, то-есть 0.53м/с — скорость движения магнитов. Активная длинна проводника нам тоже известна и равна 0.03м. Тогда 0.03м нужно умножить на количество витков в катушке (80) и на количество катушек (6), и получится 0.03*480=14.4м.
Теперь представляем значения в формулу E=B(1Тл)*V(0.53м)*L(14.4м), получается E=7.632V. В общем при 60об/м получается напряжение фазы 7.6 вольт. Напряжение генератора растёт линейно в зависимости от оборотов, значит при 120об/м будет 15.2 вольта, а при 240об/м будет 30.4 вольт. А при 300об/м будет 38.0 вольт. Зарядка начнётся при 120об/м если соединить фазы генератора треугольником. При соединении звездой напряжение генератора будет выше в 1,7 раза, значит зарядка начнётся ещё раньше, при 90об/м.
Но если нарисовать виртуальный статор с катушками и магнитами, то можно увидеть что магнит не перекрывает собой полностью катушку и 30% активной зоны не перекрывается как бы не стоял магнит, а это значит что 30% не участвует в выработке напряжения и это надо учитывать.
Часто получается так что магнит перекрывает только половину катушки, и это значит что только половина витков участвует в выработке электричества. Значит в нашем случае напряжение будет ниже на 30% чем получилось, то-есть не E=7.632V, а E=5V.
Теперь поговорим про ток генератора, его сопротивление и соединение звездой и треугольником
Напряжение мы теперь можем определить и подогнать начало зарядки под винт ветрогенератора, чтобы и винт мог раскрутится и зарядка начиналась на слабом ветру. Но зарядка осуществляется током в амперах, а сила тока зависит от сопротивления катушек и нагрузки в целом (провода и аккумулятор).Таблица сопротивления медного провода
Теперь мы знаем сопротивление фазы, которое равняется 0.86Ом. Если соединить генератор звездой, то общее сопротивление генератора возрастет на 1.7, и так-же напряжение, а если треугольником, то общее сопротивление останется равным одной фазы, и напряжение тоже будет равно фазному. При звезде сопротивление станет 0.86*1.7=1.46Ом. Чтобы узнать какой будет ток зарядки аккумулятора нужно знать напряжение генератора и его сопротивление, что мы уже знаем. Чтобы вычислить нужно от напряжения холостого хода генератора отнять напряжение генератора, и полученную сумму разделить на сопротивление, и получится ток зарядки. К примеру у нас при соединении звездой при 120об/м напряжение в холостую равно 10V*1.7=17 вольт. Тогда от 17 вольт отнимем напряжение аккумулятора 17-13 вольт и получим разницу в 4 вольта, разделим на сопротивление 1,46Ом, и получим 4:1.
46=2.7Ампер. И так можно вычислить силу тока на каждых оборотах генератора, а чтобы получить мощность зарядки нужно амперы умножить на вольты, в данном случае 2.7*13=35.1 ватт*ч. А уже при 240об/м напряжение в холостую будет в два раза больше, так-как растёт линейно, тогда уже 20V-13=7:1.46=4.7 Ампер.
Такой расчёт дает примерное представление о будущем генераторе, но все-же это лучше чем делать как получится ничего не считая, и потом удивляться тому что или напряжение слишком низкое или высокое, или сопротивление слишком большое и смешной ток зарядки. Просчитав свои генераторы я убедился в справедливости такого расчёта генератора.
При расчете генератора нужно учитывать что его будет крутить ветроколесо ветрогенератора, и у ветроколеса есть свои обороты, и генератор нужно хоть примерно делать под будущий винт. Если это будет вертикальный ветряк, то его ветроколесо вращается очень медленно по сравнению с горизонтальным винтом. И в связи с этим нужно чтобы зарядка начиналась на очень низких оборотах генератора. Чтобы зарядка начиналась рано нужно чтобы напряжение было выше напряжения аккумулятора, отсюда нужно в катушках иметь как можно больше витков. Но чем больше витков тем длиннее провод, а значит и сопротивление, а сопротивление определяет силу тока зарядки. В итоге чтобы генератор был мощный и рано начиналась зарядка, нужно его рассчитать так чтобы и мощность была, и ветроколесо не перегрузить — иначе оно не выйдет на свои обороты и не наберет мощности.
С горизонтальным винтом генератор нужен не такой большой и материалоемкий как для вертикального, у горизонтальных винтов обороты в среднем в 5 раз выше, от этого и генератор нужен в пять раз меньше и во столько же раз дешевле. Расчёты витроколёс есть в даругих статьях из раздела «Расчёты ветряков». Советую вам и с этим материалом ознакомится, так-как ветрогенератор это единый механизм и его узлы должны быть подходящими по параметрам друг для друга, иначе или винт слишком мощный и малооборотистый или генератор слишком мощный, и толку от такого ветряка будет мало.
Предварительный шаблон генератора
Выше я привёл различные рисунки, но при создании своего генератора желательно сначала увидеть его рисунок, и нарисовать или в компьютере, или на бумаге. Выше мы рассчитывали генератор с дисками под магниты диаметром 20см, и магниты у нас были 30*10м. Ниже рисунок это диск с магнитами и катушка статора.Рисунок генератора
Предварительный рисунок генератора, чтобы узнать каких размеров будут катушки Так-как у нас по 12 магнитов на дисках, то 360:12=30, получается что секторы под магниты делятся по 30 градусов. Катушек у нас 18, по-этому 360:18=20, то-есть по 20 градусов сектор катушки. В 20 градусов секторе должна поместится катушка, ширина намотки получилась 10мм, а толщина статора у нас 8мм, значит провода диаметром 1мм поместится 10*8:1=80 витков. Если наматывать проводом 1,5мм, то поместится 10*8:1.5=53 витка. А если 2мм диаметр провода, то соответственно 80*8*2=40 витков.Размеры катушки
Чтобы подогнать генератор под ветроколесо или наоборот потом ветроколесо под генератор нужно высчитать мощность генератора на разных оборотах, к примеру при 120об/м когда начнётся зарядка аккумулятора, и начнётся нагрузка на ветроколесо, и далее при 180,240,300,360,420,480,540,600об/м.Исходя из выше рассчитанных данных мы получили 17вольт при 120об/м, сопротивление у нас 1.
46Ом. более точные данные будут если мерить напряжение во время зарядки в реальном времени, но я для малого тока взял напряжение аккумулятора равным 13 вольт, а далее исходил из напряжения 14 вольт. В итоге ниже получились вот такие расчёты, но на более высоких оборотах при большой разнице холостого напряжения и напряжения при заряде аккумулятора КПД генератора будет падать и ток зарядки опять-же не будет таким большим, хотя генератор будет грузить винт на большую мощность, потери будут на нагреве катушек и в проводах. В общем ток зарядки будет ниже ещё на 10-20%.
при 120об/м — 17-13=4:1.46=2.7А*13=35ватт
при 180об/м — 25.5-14=11.5:1.46=7.8А*14=110ватт
при 240об/м — 34-14=20:1.46=13.6А*14=190ватт
при 300об/м — 42.5-14=28.5:1.46=19.5А*14=273ватт
при 360об/м — 51-14=37:1.46=25.3А*14=354ватт
при 420об/м — 59-14=45:1.46=31А*14=436ватт
при 480об/м — 68-14=54:1.46=36.9А*14=516ватт
при 600об/м — 85-14=71:1.46=48.6А*14=680ватт
Но ветроколесо желательно при расчёте делать на 30% мощнее чем расчетные данные генератора, и так чтобы на низких оборотах ветроколесо было чуть мощнее генератора. У нас при 120об/м 35ватт с генератора, значит ветроколесо должно при 120об/м иметь мощность около 40-50ватт. Если ветроколесо будет слабее, то генератор не позволит ему раскрутится до своих оборотов и в итоге обороты будут ниже и мощность тоже. Подробнее про расчёты ветроколес смотрите статьи в разделе, там всё есть.
уточняем тип конструкции и рассказываем как они производятся
Изготовление ветряка
Изготовление ветрогенератора своими руками состоит из двух этапов. Первый — создание вращающейся турбины (крыльчатки), работа слесарная, с материалами и инструментами. Вторым этапом становится создание генератора, процедура не менее ответственная и требующая тщательности и наличия определенного опыта и знаний. При этом, изготовление генератора «на глазок» никаких полезных результатов не принесет.
Необходим расчет, позволяющий совместить характеристики крыльчатки и генератора, дающий возможность получить представление о характеристиках создаваемого устройства. Рассмотрим порядок расчета и величины, которые необходимы для его выполнения.
Уточняем тип конструкции
Прежде, чем начать расчет, следует определиться с количеством фаз генератора. Однофазные устройства выдают неравномерное напряжение, имеющее скачки амплитуды.
Если ветряк планируется использовать для питания несложных и нетребовательных механизмов или освещения, то можно обойтись однофазным генератором, но для полного комплекса оборудования — аккумуляторные батареи, инвертор — понадобится трехфазное устройство. Иначе оборудование будет получать неравномерное напряжение, что скажется на его работе и состоянии весьма отрицательно.
Кроме того, однофазные генераторы имеют одинаковое количество катушек и магнитов, из-за чего при работе постоянно гудят. При набегании магнита катушка начинает активно сопротивляться, что вызывает заметную вибрацию, опасную для конструкции генератора и всего ветряка. Затем надо уточнить особенности конструкции.
Наиболее эффективным и достаточно простым типом является генератор на неодимовых магнитах. Они обладают значительной магнитной индукцией, имеют удобные размеры. Генераторы на неодимовых магнитах достаточно просты в изготовлении и хорошо показывают себя в работе.
Заодно надо решить, как будет создан генератор — путем модернизации готового устройства (например, автомобильного генератора), или создан дисковый генератор «с нуля». Преимуществом готовых устройств является наличие качественного корпуса, ротора и всех необходимых элементов. Но понадобится переточить ротор под магниты, для чего понадобится обращаться к токарю.
Кроме того, размер обмоток, способных поместиться в пазы корпуса, ограничен, поэтому каких-то глобальных изменений в конструкцию внести не удастся. Дисковые самодельные генераторы могут иметь любые размеры, что позволяет изготовить наиболее приспособленный для имеющихся замыслов образец.
Как производится расчет генератора?
Основная формула расчета ЭДС генератора выглядит следующим образом:
E = V × B × L, где
E — ЭДС.
V — Линейная скорость движения магнитов (М/с).
B — Магнитная индукция магнитов (Тл).
L — Активная длина проводника (м)
Используя формулу можно получить значение ЭДС генератора для определенной скорости движения (вращения) ротора. Некоторую сложность представляет собой определение величины магнитной индукции. Точного значения найти вряд ли удастся, поэтому обычно принимают значение, равное 0,8 Тл. Или, как вариант, измеряют величину зазора между магнитами и катушками статора. Считается, что зазор размером в толщину магнита обеспечивает магнитную индукцию в 1 Тл. Если зазор увеличивается, то величина индукции падает.
Активная длина проводника — это длина провода обмоток, накрытая магнитами. То есть, та часть обмоток, которая попадает в магнитное поле. Поэтому изготовление слишком больших катушек нецелесообразно, их размер должен максимально коррелировать с величинами магнитов. Для круглых магнитов на немагнитном основании активная длина принимается равной диаметру магнита, а при использовании железного статора активная длина принимается равной ширине статора, так как он весь становится сплошным магнитом.
Следует учитывать, что на аксиальных генераторах общая длина провода, использованного при намотке катушек, примерно в 2 раза больше активной длины проводника, используемой при расчетах. В этом кроется распространенная ошибка, когда при расчетах в формулу подставляется полная длина провода, что дает неверный, увеличенный результат.
Исходя из приведенной формулы можно сделать вывод — при прочих равных условиях можно увеличить ЭДС, изготавливая дисковые генераторы с большим диаметром диска. Линейная скорость магнитов увеличится, и устройство даже на низких скоростях будет вырабатывать неплохое напряжение. Однако, генератор с высоким напряжением — не самоцель, устройство должно вырабатывать именно то количество тока, какое подойдет для качественной зарядки аккумуляторов.
Нерационально создавать ветряк, если большая часть выработанного тока будет сбрасываться на балластную нагрузку. Кроме того, необходимо заранее выяснить преобладающую скорость ветра в регионе и вычислить оптимальную скорость вращения крыльчатки. В противном случае можно получить генератор, дающий слишком высокое напряжение, чреватое закипанием аккумуляторов.
Расчеты для катушек
Количество катушек должно быть кратным количеству фаз и соответствовать периодичности изменения полюсности магнитов. Для однофазных генераторов оно должно быть кратно 2 или 4, для трехфазных — кратно 3. Обычно трехфазные генераторы оборудуются 18, 24, 30 и т.д. катушками. Обычно используют соотношение числа полюсов и катушек 2:3, т.е. при 12 полюсах делают 18 катушек. Также используется обратное соотношение 4:3, когда размер магнитов невелик и их больше, чем катушек.
Для генераторов, переделанных из автомобильных устройств, можно обойтись и без расчета, поскольку пазы, созданные для укладки обмоток, имеют ограниченный размер. Обычно удаляют старые обмотки и наматывают новые, более тонким проводом для увеличения числа витков, причем, имеющиеся пазы заполняют проводом полностью. в таких условиях расчет не имеет принципиального смысла, так как в существующие гнезда войдет только определенное количество витков.
Для дисковых (аксиальных) генераторов, которые имеют широкое распространение в самодельных комплектах из-за своей простоты и надежности, количество витков катушек ограничивается только целесообразностью и необходимостью. Следует учесть, что количество витков можно уменьшить, увеличивая площадь витка.
Результат будет примерно одинаковым, но количество провода уменьшится.
При этом, чем больше площадь, тем меньше полезная (активная) длина проводника, поэтому следует искать оптимальное соотношение между размерами, числом витков и толщиной провода в катушках. Обычно делается около 80-100 витков, более точное соотношение следует рассчитать исходя из собственных параметров и данных.
Намотка генератора
По классической схеме намотка катушек генератора производится в одну сторону. Это необходимо для того, чтобы ток протекал в одну сторону, иначе получится короткое замыкание и перегрев генератора. При этом, на аксиальных генераторах используется чередование направления намотки катушек, когда одна мотается по часовой стрелке, другая — против, затем снова по часовой стрелке и т.д.
Размер катушек должен соответствовать размеру магнитов — центральное отверстие примерно соответствует величине магнита. Оптимальная форма катушки слегка вытянута по направлению к центру диска, хотя многие используют круглые формы. Намотка трехфазных катушек ведется по принципу «одна через две», т.е. каждая катушка одной фазы имеет по две катушки других фаз по соседству. Производится соединение «звездой», позволяющее стабилизировать отдачу и получить более ровные показатели тока по амплитуде.
Рекомендуемые товары
Конструкция и рассчёт самодельного аксиального ветрогенератора на постоянных магнитах
Читать придётся долго, но это стоит того для общего понимания принципов работы аксиального, да и других генераторов в общем.
Многие люди планируя создать ветрогенератор в поисках нужной информации бороздят просторы интернета, вот и я несколько месяцев делал тоже самое. Изучил множество конструкций самодельных и заводских ветряков и пришел к определённым выводам более эффективном построении аксиальных генераторов для ветряков.
Первые вопросы при построении возникают по поводу количества катушек индуктивности,количества витков и сечения эмальпровода,числа магнитов, и соотношения числа магнитных полюсов к числу катушек статора.
Многие здесь советуют использовать не чётное соотношение катушек к числу полюсов. Например если катушек на статоре 9, то число магнитов должно быть 12 пар, а если катушек 12, то магнитов 16 пар.
Ниже расположен рисунок подобного ветрогенератора. Рисунок вид сверху для лучшего понимания крепления элементов хвоста и смещения втроголовки относительно поворотной оси, далее будут представлены ориентировочные размеры элементов.
Сначала опишу про соотношение катушек индуктивности к числу магнитных пар на дисках генератора.
Во-первых я считаю что такое соотношение не оправданно и снижает общую мощность генератора.Почему так?, -сам процесс генерации электроэнергии происходит при прохождении магнитного поля от магнита через медную катушку, при этом в проводе катушки начинает течь ток. Направление тока меняется в зависимости от полярности магнита.
То есть, у магнита две полярности,отрицательная и положительная (север-юг).Когда магнит ориентированный положительным полюсом проходит мимо катушки в катушке происходит индукция и начинает течь ток в определённом направлении. При этом на одном конце катушки появляется плюсовое напряжение, а на другом минусовое, то есть постоянное, но циклично меняющееся.
Когда мимо катушки проходит следующий магнит с противоположной полюсацией, то направление течения тока в катушке тоже изменяется на противоположное, и на выводах катушки минус меняется с плюсом. Эта смена постоянного напряжения происходит каждый раз когда мимо проходит очередной магнит, в связи с частой сменой тока в катушке такое напряжение и называют переменным, потому, что оно постоянно меняется. Одна смена тока в катушке индуктивности с плюса на минус и обратно называется один Герц. Если в генераторе 16 полюсов, то один оборот = 16Герц.
Каждая из катушек статора генератора это отдельный источник тока, который взаимодействует с други такими-же источниками тока,и они вместе образуют напряжение, которое складывается из параметров каждой катушки.
Когда-же число катушек меньше по отношению к числу магнитов, то в процессе индуктивности одни магниты проходят катушки в определённом месте, а другие магниты немного в другом.
В следствии чего когда в одних катушках смена импульса тока произошла, то в других она только происходит, и получается что в каких -то катушках напряжение течёт в одну сторону, а в других ещё в обратную, и по отдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неправильно взаимодействуют. А так -как они соединены последовательно, то где-то в определённые моменты происходит неправильная полюсация и часть электроэнергии расходуется на замыкание, в следствии чего генератор легче крутится и происходит недобор мощности.
Ниже представлено расположение магнитов и катушек генератора в виде ленты. На рисунке А число пар магнитов равно числу катушек и смена тока происходит синхронно, а на рис.Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рис.Б магниты в разных частях попадают на катушки по разному, где то два на одну, а где то полтора, а где то один. В следствии чего ток в катушках разный и разное его направление , из-за этого нестабильного возбуждения катушки нагреваются и теряют часть мощности.
Для большего понимания рассмотрим пример
Представим что наши катушки это батарейки, которые соединены последовательно, и их очень быстро меняют местами, то-есть переворачивают меняя минус на плюс и обратно. И так каждый раз когда мимо проходят магниты. И если например число этих батареек 9 а магнитов 12 то получается, что какие-то магниты в какой-то момент проходят катушку-батарейку и в ней происходит смена напряжения.
А где-то магниты только заходят на катушки и сходят с предыдущих, в результате получается что часть батареек уже перекинули плюс с минусом, а часть нет, и третья часть в процессе смены. В результате часть батареек соединенных последовательно имеют последовательную полюсацию, а часть ещё другую, и пока они меняют, то те уже сменили и меняют на противоположную.
Так в определённые моменты происходит замыкание, так как в шести катушках ток уже в другом направлении, а в трех еще в предыдущем, в результате чего 6 катушек в определённый момент имеют правильную полярность по отношению друг к другу , а три неправильную по отношению к другим 6-ти.В следствии чего из-за неправильной полюсации в цепи происходит нагреви потеря мощности из за наведения на катушки нестабильного магнитного поля, и как следствие более легкое кручение генератора.
Обычно так советуют делать для ухода от залипания и легкого старта при малом ветре, но ведь статор с катушками не имеет железа, и магниты не примагничивают его создавая залипания, а значит и о залипаниях не может быть и речи. Сопротивление кручению генератор создаёт когда подключен к нагрузке и сила сопротивления зависит от мощности генератора и нагрузки,которая забирает ток, и естественно чем генератор слабее тем его легче крутить под нагрузкой.
Для большей эффективности надо чтобы во всех катушках генератора происходила синхронная смена тока минуса на плюс и обратно,тогда не будет потерь на нагрев и замыкание. Для этого надо чтобы количество магнитных пар соответствовало количеству катушек индуктивности статора.При этом магниты на всём участке цепи будут проходить одинаково по отношению к катушкам и смена импульсов будет чёткой во всех катушках, словно в одной.
Теперь о количестве витков и толщины эмаль провода для намотки. Параметры напряжения в катушке зависят от количества витков,а сила тока от толщины, то есть чем больше витков тем выше вольты, а чем толще провод тем выше амперы-сила тока. Обычно для последовательного соединения в одну фазу катушки мотают по 60 витков, а толщина провода подбирается с тем учётом, чтобы катушки уместились на статоре.
Если катушки наматываются круглые, то круглые магниты должны быть не больше внутреннего диаметра катушек, так как верхние и нижние части катушек в индукции не участвуют, а ток возбуждается в параллельных витках хода магнита. Или наматывают вытянутые катушки треугольной и конусной формы, это позволяет использовать более толстый провод и уместить их на статоре, или при соединении в звезду наматывать большее количество витков для увеличения напряжения.
Ну чтож, про соотношение катушек к числу магнитных пар я думаю понятно, теперь про число самих полюсов.Магниты на дисках располагаются с чередованием полюсов,и каждая пара магнитов на дисках должна притягиваться, то есть —++—++ и т.д. Понятно, что чем больше магнитных полюсов тем на более меньших оборотах генератор начинает давать приемлемый для зарядки ток. Но очень большое число магнитов часто трудно воплотить в конструкции, так как размеры катушек становятся очень маленькими из-за ограниченных размеров статора.
Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800.
| Abstract: | UK: В статті виконано аналіз існуючих малопотужних ВЕГ (до 10 кВт) і виявлені їх конструктивні недоліки. При усуненні виявлених недоліків розроблено малопотужний ВЕГ зі здвоєним дводисковим ротором спрощеної конструкції з використанням неодимових магнітів, що відрізняється надійністю та підвищеним ККД. Доведено недоцільність використання методики розрахунку синхронного генератора з постійними магнітами при розрахунку ВЕГ на неодимових магнітах. Запропоновано методику розрахунку ВЕГ на неодимових магнітах, яка відрізняється простотою та практичністю, при використанні якої можна розрахувати основні параметри ВЕГ при різній швидкості вітру, кількості полюсів та якірних котушок. RU: В статье выполнен анализ существующих маломощных ВЭГ (до 10 кВт) и выявлены их конструктивные недостатки. При устранении выявленных недостатков разработан маломощный ВЭГ со сдвоенным двухдисковым ротором упрощенной конструкции с использованием неодимовых магнитов, что привело к повышению надежности и КПД генератора. Доказана нецелесообразность использования методики расчета синхронного генератора с постоянными магнитами при расчете ВЭГ на неодимовых магнитах. Предложена методику расчета ВЭГ на неодимовых магнитах, которая отличается простотою и практичностью, при использовании которой можно рассчитать основные параметры ВЭГ при разной скорости ветра, количестве полюсов и якорных катушек. EN: The article analyses the existing low-power WEG (up to 10 kW) and reveals their design flaws. During the elimination of the identified shortcomings, the low-power WEG with a dual two-disc rotor of a simplified design using neodymium magnets was developed. It has the following advantages: the execution of a multi-pole rotor ensures an increase of a frequency of a generated EMF, which eliminates the use of a multiplier; uniform fixation in a circle on the periphery of the first rotor disk of neodymium permanent magnets provides reliable excitation of the magnetic field and frequency stability of the generated EMF in the armature windings; the implementation of the second rotor disk in the form of a steel plate provides a simplification of the construction, reduction of the number of magnets, dimensions and cost of the construction; the implementation of the stator plastic disk eliminates the loss on heat of the disk, reduces the shift moment, which extends the range of operating wind speed; the arrangement of the windings on a fixed stator avoids moving contacts, and thus increases the efficiency and reliability of the generator; the implementation of stator coils without core and steel magnetic circuit ensures the reduction of the moment of displacement of the generator, and therefore its start at low wind speed; the manufacture of stator coils with flat trapezoidal shape improves the stator compactness, increases the stator volume utilization factor, and thus contributes to the reduction of the size and the mass of the generator; the use of powerful neodymium magnets reduces the size and the mass of the generator. It is proved inappropriate to use the method of calculation of a synchronous generator with permanent magnets in the calculation of WEG on neodymium magnets. The method of calculation of WEG on neodymium magnets is offered. The method is simple and practical, using which it is possible to calculate the basic parameters of WEG under different wind speed, number of poles and armature coils. |
Ветряк с дисковым аксиальным генератором
Ветрогенератор на базе самодельного аксиального дискового генератора. Его я построил пару лет назад.Конструкция этого генератора – первое, что находишь в сети из практических моделей ветротурбин. В узком кругу мы их называем – буржуйскими. Именно они начали использовать такую компоновку генератора, в связи с доступностью редкоземельных магнитов. Сейчас и у нас эта модель повторяется достаточно часто.
На первый взгляд это самая доступная конструкция. Отчасти это так, но эффективность безжелезных статоров много ниже аналогичных с железом. Для таких генераторов, магниты нужны толще, и количество в два раза больше. Итак, подробнее о сути проекта.
Генератор имеет 16 пар полюсов. Магниты использовались неодимовые, диск. Диаметр 27 мм, высота 8 мм. Очень серьезные штучки. При неаккуратном обращении можно получить серьезную травму! Катушек использовалось 12. Генератор трехфазный. Соединение «звезда».
Для намотки катушек использовался провод 0.9 мм, хотя расчет делал под провод 1.06 мм. Но его не оказалось на тот момент. По этой причине, между катушками есть пустое пространство, а генератор не вышел на расчетные параметры. Катушки мотал на самодельном станочке. Ни чего особенного.
После обработки формы вазелином (необходимо для того, что бы отлитый статор легко извлечь из формы), расположил катушки.
Распаял соответствующим образом.
Развел эпоксидную смолу с добавкой 30 % талька (детская присыпка). На дно формы и поверх катушек я положил стеклосетку, так как с ней мне удобней работать, чем со стеклотканью. Залил статор, постепенно доливая смолу, чтобы выходили пузырьки воздуха.
Для того чтобы притянуть крышку, я разметил так, что бы саморезы проходили сквозь отверстие катушки (дабы не повредить). Отверстие катушки замазал пластилином (после высыхания удалил его), для лучшего охлаждения.
На следующий день без проблем извлек готовый статор из формы. Получился он ровный и красивый.
Для изготовления ротора, я взял заднюю ступицу от Ваз 2108 в сборе. Стоит не дорого и достаточно мощная. На автосервисе мне дали тормозных дисков, опять же от восьмерки (девятки). Диски диаметр 240 мм. толщина 10 мм. Отшлифовав рабочую поверхность, наклеил магниты. Клеил суперклеем, потом залил эпоксидной смолой.
Сварил ветроголовку и закрепил на ней генератор. Хвост жестко закреплен, то есть бурезащита не выполнена.
Лопасти из ПВХ трубы диаметром 160 мм. Делал и трехлопастной вариант и пятилопастник. Оба варианта нормально работали.
Некоторые выводы.
Зарядка АКБ начинается почти сразу, как только он начинает вращаться (а вращается он от любого дуновения). 1-2 ампера от легкого ветерка, при небольших порывах 4-5 Ампер. При нормальном ветре в районе 10 А.
Вывод: цель достигнута (зарядка АКБ при слабых ветрах).
При сильном ветре фиксировал 20 А, больше прибор не показывает.
Сейчас эта модель демонтирована. При осмотре, ни каких повреждений не обнаружилось, хоть и было все даже не покрашено.
Планирую провести с ним некоторые эксперименты.
Ну а вот собственно и те издевательства о которых я говорил.
Я хочу проверить еще один вариант. Использовать вместо этс в статоре генератора отожженные железные опилки.
Опилки не мелкие и не крупные.
Так как все делалось в очень ограниченных по времени условиях, да и температура — 10, ни как ни способствовала трудовому подвигу, результаты соответствующие. Опять же использовался готовый статор, не предназначенный для этого. Тем не менее, все по порядку. На фото виден весь процесс. Опилки я смешивал не с эпоксидкой, а с силиконовым герметиком.
Получилась такая пластичная масса, с которой было легко работать.
Думаю такой вариант, выполненный по всем правилам, даст вполне рабочий вариант.
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress
Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке.
Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.
Разработка генератора постоянного тока на неодимовых магнитах на магнитных подвесах
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а
В статье рассмотрены перспективы создания высококоэрцитивных магнитов на основе редкоземельных магнитов. Описан положительный опыт применения неодимовых магнитов в технике и быту разного вида конструкций магнитоэлектрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Показано, что их применение широко способствует утверждению альтернативной энергетики, дает возможность значительно улучшить экологическую нагрузку. А также было рассмотрено использование магнитных подшипников, их принцип действия, разновидности с отличиями друг от друга.
Ключевые слова: генераторы, постоянные магниты, магнитные подшипники.
Начнем с того, что такое генератор? Генератор — (лат. Generator «производитель») электрическая машина, преобразующая какой-либо вид энергии (химическую, тепловую, световую, механическую) в электрическую. В дальнейшем нас интересует преобразование механической энергии в электрическую.
В облегченном виде генератор можно представить, как: индуктор (магнит или электромагнит), якорь (обмотка, при изменении магнитного потока в которой возникает ЭДС), контактные кольца и скользящие по ним контактные пластинки (щетки), с их помощью снимается или подводится ток к вращающейся части генератора. Ротор — это вращающаяся часть генератора, а статор — неподвижная [1].
Работа генератора основана на использовании закона электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитный поток, индуцируется ЭДС.
Мир не стоит на месте и развивается. Увеличивается число новых разработок в электроэнергетике, которые требуют немалой электроэнергии и ее качества. Увеличивается количество электроприборов. Все это приводит с каждым годом к увеличению потребности в электроэнергии и в ее высоком качестве.
За последнее время приобрела большую популярность разработка и создание генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Дело в том, что у таких генераторов наилучшие энергетические показатели, долговечны, выдерживают высокую частоту вращения, а также обладают высокой надежностью [1].
В 30-х годах прошлого века появились электрические машины на постоянных магнитах феррита бария FeBa и феррита стронция FeSr, а также магнитов ЮНДК. Постоянные магниты имели низкие удельных характеристики, из-за этого и ограничивалась возможность по повышению мощности генераторов, изготовленных на этих магнитах [1].
В 80–90 годы были разработаны постоянные магниты из нового материала NdFeB (неодимовые магниты), получившие широкое распространение в промышленном изготовлении генераторов на постоянных магнитах [1].
Неодимовый магнит, который изготавливают из металлов редкоземельной группы, имеет трехкомпонентный состав. В него входят неодим (самый ценный, заменяется самарием, Sm), бор и железо. Но наибольшее распространение получили магниты, в составе которых 2 атома неодима (Nd), 14 — железа (Fe) и 1 — бор (В). Достоинство сплава — отсутствует кобальт, который достаточно дорогой. Недостаток — низкая коррозийная стойкость, следует покрывать защитными слоями из меди, цинка, никеля, хрома [2].
В 1982 году в Японии был впервые представлен постоянный магнит на основе формулы Nd2Fe14B, как совместная разработка автомобильной корпорации GeneralMotors и компании SumitomoCorporation. Эти компании смогли найти формулу идеального сплава, благодаря которому магниты приобрели исключительные эксплуатационные свойства [3].
В зависимости от используемой порошковой технологии магниты классифицируются на магнитопласты (прессованные и литые) и спеченные.
Наиболее перспективным способом является спекание исходного материала, а окончательные формы нарезаются в соответствии с требованиями заказчика к размерам. Что дает возможность изготовить магниты из данного материала практически любых форм и размеров [4].
Все это открывает широкую перспективу применения магнитов NdFeB в электромоторах, ветра генераторах, датчиках холла, медицинской технике и во многих других отраслях.
В настоящее время массовое производство неодимовых магнитов является одной из наиболее развитых, востребованных и перспективных отраслей. Главный производитель на сегодня — Китай.
На ряду из редкоземельных магнитов с NdFeB существуют SmCo (Самарий-Кобальт). Они изготавливаются из сплавов близкими по составу к интерметаллическим соединениям SmCo5 или Sm2Co17. Данные магниты по сочетанию магнитных свойств (остаточной индукции Вr и коэрцитивной силы по намагниченности Нсм) занимают промежуточное место между магнитами Nd-Fe-B и ферритовыми. Их преимуществом перед магнитами из NdFeB является хорошая временная стабильность, отличная коррозионная устойчивость и используются в качестве альтернативы NdFeB, когда требуется работа при высоких температурах. В 5 раз большее значение магнитного произведения (ВН)макс перед ферритами и на порядок большая коэрцитивная сила по намагниченности перед магнитами из сплава ЮНДК [5].
SmCo магниты применяются в часовых механизмах, высококачественных звукодинамиках, автомобильных датчиках, компактных высокооборотных двигателях, и др.
Магниты изготавливаются на основе сплава Al-Ni-Co-Fe. В сравнении с ферритовыми магнитами имеют значительно большую индукцию насыщения и, следовательно, остаточную индукцию. Хоть и коэрцитивная сила магнитов системы ЮНДК значительно меньше ферритов, магнитная энергия их выше и произведение (ВН)макс достигается до 60–70 кДж/м³. Преимущества магнитов ЮНДК: высокая температурная стабильность в интервале температур до 550°С; значительно меньшая стоимость по сравнению с магнитами из Sm-Co [6].
Генератор на постоянных магнитах вырабатывает как переменный, так и постоянный ток.
Несмотря на то, что в промышленности зачастую применяется переменный ток, генераторы постоянного тока используются в различных промышленных, транспортных и других установках, в электролизной промышленности, на судах, тепловозах и т. д. Они могут выполняться с магнитным и комбинированным возбуждением, где также используются постоянные магниты для создания магнитного потока, и электромагнитным возбуждением.
Эксплуатация и производство генераторов с высококоэрцитивными постоянными магнитами показала их высокие технико-экономические параметры, резонность и уместность их применения в системах электроснабжения. Особенностями параметров редкоземельных магнитов являются: низкое значение магнитной проницаемости, высокое значение коэрцитивной силы по намагниченности от напряженности магнитного поля [7].
Применение высокоэнергетических постоянных магнитов, состав которых неодим-железо-бор, позволило упростить конструкцию и значительно уменьшить размеры и вес генераторов, это было началом в развитии малой ветроэнергетики. Также генераторы на неодимовых магнитах стали применяться в автотранспорте, авиации, машиностроении и других областях [7].
Теорема (запрет) Ирншоу:
В системе тел, взаимодействующих посредством полей, потенциал которых изменяется обратно пропорционально расстоянию от источника, и не способных к изотропному вытеснению полей взаимодействия из занимаемого пространства, устойчивое равновесие невозможно.
Для решения данной проблемы в генераторах на постоянных магнитах используются постоянные магниты на магнитных подвесах.
Магнитный подшипник работает на принципе магнитной левитации ферромагнитных тел, (в частности роторов) в магнитном или электромагнитном полях из-за силы магнитного притяжения/отталкивания, создаваемого этими полями. Следствие этого является отсутствие контакта между поверхностями и нет необходимости в смазке. Такие подшипники обладают высокой надежностью за счет того, что могут работать в жестких условиях эксплуатации, при высоких/низких давлениях, криогенных температурах, на высоких скоростях. Также они экологичные, незначительное потребление энергии, за счет отсутствия соприкасающихся частей, соответственно и трения, работают длительное время, обладают низким уровнем вибрации [8].
Важнейший недостаток магнитных подшипников — зависимость от магнитного поля. Для предотвращения исчезновения магнитного необходимо обеспечить страховочные подшипники. Обычно это подшипники качения, которые могут выдерживать один или два отказа магнитных подшипников, после чего их необходимо заменить [8].
В зависимости от способа реализации различают: пассивные(на постоянных магнитах), магниторезонансные и активные магнитные подшипники. Активные магнитные подшипники уже получили определенное распространение, а пассивные подшипники (где магнитное поле создается высокоэнергетическими постоянными магнитами, например, NdFeB) только на стадии разработки [9].
Радиальные и осевые магнитные подшипники на постоянных магнитах (МППМ) (см. рис. 1, а и 1, б соответственно) могут исполняться по различным схемам. Одним из вариантов конструкции для МППМ является использование двух или более магнитных колец [10].
Рис 1. Магнитные подшипники на постоянных магнитах: а) радиальный; б) осевой
У таких подвесов так же имеются недостатки, такие как невозможность создания полного подвеса роторов только с их применением, что следует из теоремы Ирншоу.
Активные магнитные подшипники (АМП) — это управляемое электромеханическое устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов. Напряжение или ток управления в обмотках этих электромагнитов регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков положения ротора. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов [11].
Магниторезонансные подшипник (МРП) имеют принцип действия, основанный на применении электрической резонансной LC-цепи, которая реализует принцип саморегулирования положения подвешиваемого ротора относительно статорных электромагнитов. Простота конструкции такого подшипника обладает существенными недостатками: малая грузоподъемность, относительно малые зазоры, потери энергии на вихревые токи и перемагничивание и др. От сюда следует крайне редкого его применения [9].
Основное отличие МППМ от МРП и АМП заключается в том, что они не нуждаются в источниках электроэнергии, им не нужна система автоматического регулирования, которая составляет основную часть стоимости АМП. Однако они имеют относительно низкую жесткость, которая не может изменяться. Достоинством же АМП является возможность реализации жесткости опор в широком диапазоне, что позволяет обеспечивать устойчивость движения ротора для заданных возмущающих динамических нагрузок.
На практике, исходя из разумного баланса между достоинствами и недостатками, часто применяются комбинированные магнитные подвесы, которые используют МППМ и АМП в различных конструктивных вариациях.
Литература:
- Магазин постоянных магнитов [электронный ресурс]. — URL: http://magnetmagazin.com/articles/117/ (дата обращения: 23.09.2016).
- «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория» [электронный ресурс]. — URL: http://ferrite.ru/products/magnets/ndfeb/ (дата обращения: 23.09.2016).
- Магазин магнитов [электронный ресурс]. — URL: http://www.xn--24–8kcmzvj5b.xn--p1ai/page/istoriya-neodimovyh-magnitov (дата обращения: 23.09.2016).
- MAGSY [электронный ресурс]. — URL: http://www.magnity-magsy.ru/25250-neodymium-magnets-ndfeb (дата обращения: 23.09.2016).
- «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория» [электронный ресурс]. — URL: http://ferrite.ru/products/magnets/smco/ (дата обращения: 23.09.2016).
- «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория» [электронный ресурс]. — URL: http://ferrite.ru/products/magnets/alnico/ (дата обращения: 23.09.2016).
- Магазин магнитов [электронный ресурс]. — URL: http://www.xn--24–8kcmzvj5b.xn--p1ai/page/generatory-na-postoyannyh-magnitah (дата обращения: 23.09.2016).
- Подшипник RU [BearingRu] [электронный ресурс]. — URL: http://www.pkural.ru/tech/section124/ (дата обращения: 23.09.2016).
- Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение // СПб.: Политехника, 2003. — 206 с.
- Мартыненко Г. Ю. Определение жесткостных характеристик радиальных магнитных подшипников на двух кольцевых постоянных магнитах // Вестник НТУ «ХПІ», Тем. вип. «Динамика и мощность машин». — Харьков: НТУ «ХПІ». — 2007. — No 38. — С. 83–95.
- SchweitzerG., BleulerH., TraxlerA. Activemagneticbearings. — Zurich: ETH, 1994. — 244 с.
Основные термины (генерируются автоматически): магнит, постоянная, подшипник, генератор, коэрцитивная сила, магнитное поле, магнитный поток, высокая надежность, магнитное притяжение, остаточная индукция.
Генераторы PMG Windkraft
Генератор — устройство преобразующее механическую энергию в электрическую. В качестве механической энергии может выступать энергия ветра, воды, топлива. Все электростанции используют в своем составе генераторы: атомные электростанции, теплоэлектростанции, гидроэлектростанции, бензиновые и дизельные электростанции и так же ветроэлектростанции.
Все современные электрогенераторы можно разделить на два основных вида: генераторы с возбуждением и без возбуждения. Для генераторов с возбуждением, необходим внешний источник электроэнергии, который дает возбуждение (включает в работу электромагнит). Данный вид генераторов имеет не высокую цену. Но существенным недостатком таких генераторов является не высокий КПД и присутствие щеток скольжения, что требует частого обслуживания генератора.
Второй тип генераторов — с возбуждением от постоянных магнитов. Им не нужен внешний дополнительный источник электроэнергии. В генераторе на роторе установлены магниты, при вращении которых, генерируется электроэнергия. Данная конструкция практически не требует частого обслуживания, так как не имеет в своем составе щеток скольжения. Поэтому данный генератор очень надежный и может длительное время работать не прерывно. Единственное, что требует обслуживания — это подшипники. Так же особенность генератора на постоянных магнитах, что он начинает генерировать электроэнергию сразу же, когда только начинается вращение. Поэтому данные генераторы выгодно применять в мобильных установках, небольших ветрогенераторах для работы в полевых условиях. К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость и не стабильное напряжение на выходе. Необходимо дополнительно применять системы стабилизации напряжения или контролеры заряда для аккумуляторных батарей.
Наша компания занимается производством генераторов на постоянных магнитах для применения в ветрогенераторах, гидроэлектростанциях, бензо- газо- и дизельных установках.
Благодаря применению мощных неодимовых магнитов и современных разработках нам удалось добиться КПД генератора 92,5% и практически убрать магнитное залипание магнитов ротора к статорному железу.
Под заказ клиента возможно изготовление генератора с выходным напряжением от 15В до 380В. Так же возможно изготовление низкооборотистых генераторов от 60 об/мин.
Всем нашим клиентам предлагаем услуги по монтажу дополнительного оборудования для стабилизации выходного напряжения или зарядки аккумуляторных батарей. Есть возможность подготовки и продажи готовых комплектов «под ключ»
Преимущества наших генераторов:
1. КПД более 90%
2. Применяются неодимовые магниты с рабочей температурой до 150 °C
3. Ремонтопригодность: полюса магнитов закреплены специальными винтами. При необходимости есть возможность заменить полюс генератора не прибегая к дорогостоящему ремонту. Кроме того, крепление с помощью винтов более надежно, чем клея.
4. Каждый ротор отбалансирован на стенде, что продлит «жизнь» подшипников и самого генератора.
5. Применяются качественные, оригинальные подшипники NSK/SKF.
6. Вал генератора изготавливается из нержавеющей стали.
7. Под заказ клиента возможно изготовить генератор с не стандартными характеристиками: напряжение, мощность, обороты, крепление.
Приминение генераторов на постоянных магнитах:
— ветрогенераторы
— гидроэлектростанции
— дизельные, бензиновые установки
— установка на привод от сельхозтехники
| Мощность | Обороты |
| 20 об/мин | |
| 30 об/мин | |
| 300Вт | 100 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 400 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 500Вт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 60 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 1 кВт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 250 об/мин | |
| 300 об/мин | |
| 400 об/мин | |
| 500 об/мин | |
| 1000 об/мин | |
| 150 об/мин | |
| 1,5 кВт | 300 об/мин |
| 500 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 2 кВт | 150 об/мин |
| 300 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 70 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 3 кВт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 500 об/мин | |
| 750 об/мин | |
| 50 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 5 кВт | 150 об/мин |
| 200 об/мин | |
| 250 об/мин | |
| 500 об/мин | |
| 40 об/мин | |
| 60 об/мин | |
| 10 кВт | 100 об/мин |
| 150 об/мин | |
| 300 об/мин | |
| 400 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 20 кВт | 300 об/мин |
| 400 об/мин | |
| 100 об/мин | |
| 30 кВт | 300 об/мин |
| 400 об/мин |
(PDF) КОНСТРУКЦИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ГЕНЕРАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕОДИМОВЫХ МАГНИТОВ
© JETIR, 2019, том 6, выпуск 5 www.jetir.org (ISSN-2349-5162)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ГЕНЕРАТОРА 9000ERMI
US
МАГНИТЫ
1Hemanth Dayalu D, 1M Hariprasad, 1Hemanth Kumar HK, 1Anvesh Gowda P, 2Anand Babu K
Стипендиат 1U G, 2 Ассистент профессора
1, 2oreSchool of Mechanical Engineering,
, Бангал 2000, Университет Индии, REVA2 — Как правило, генератор состоит из цепей катушек, питаемых током.Но есть генератор, который генерирует и хранит в батарееэнергии без помощи начального тока. В этом генераторе используются неодимовые магниты, которые генерируют
энергии и хранят ее в батарее. Генерация такой энергии не оказывает никакого воздействия на окружающую среду. Мы использовали смоделированный ролик 3D
, чтобы уменьшить вес всей установки, что, в свою очередь, помогает нам получить больше напряжения. Такой генератор может производить до
–вольт, которое можно увеличить с помощью повышающего трансформатора.Энергию, генерируемую этим генератором, можно использовать для различных целей
, например, для зарядки мобильных телефонов, ноутбуков, для работы настольного вентилятора и т. Д. Этот генератор также можно использовать в качестве генератора электроэнергии для электромобилей
.
Ключевые слова: — Магнитный ролик, неодимовые магниты, повышающий трансформатор, динамометр
Введение:
Более 90% мировой энергии вырабатывается с помощью электромагнитов, основанных на законе электромагнитной индукции Фарадея
.Со временем было открыто много новых технологий, которые привели к резкому изменению восприятия электроэнергии. Но
в то же время есть заблуждение о СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ. Энергия становится бесплатной только в тот момент, когда нам не нужно платить
за выработку электроэнергии после ввода блока в эксплуатацию. Используя магниты, мы можем генерировать непрерывное движение (Энергию) с помощью
магнитного потока, создаваемого полюсами магнитов. Основной принцип выработки электроэнергии заключается в магнитном эффекте.В нем
говорится, что «Когда проводник вращается в магнитном поле, в проводнике индуцируется напряжение». Итак, здесь мы будем иметь дело с
таких проводников. Двигатель приводится в действие магнитным генератором, я питаюсь от электрической энергии. В простом двигателе магнитное поле
создается электрическими катушками, как правило, катушками Cu, Al. Эти двигатели постоянно нуждаются в электропитании для создания магнитного поля.
Огромные потери энергии. Но магнитный двигатель не состоит из таких катушек.Следовательно, будут минимальные потери
в соответствии с петлей гистерезиса. Он использует постоянное магнитное поле магнитов для создания необходимой силы для перемещения двигателя.
Эта концепция создания магнитного поля из постоянных магнитов стала практичной только после введения неодимовых магнитов
, которые намного мощнее, чем предыдущие ферритовые магниты. Основное преимущество — не требует постоянного электропитания
[1].
Неодимовый магнит, наиболее широко используемый тип редкоземельного магнита, представляет собой постоянный магнит, сделанный из сплава неодима, железа и бора
, образующего тетрагональную кристаллическую структуру Nd2Fe14B.Неодимовые магниты, независимо разработанные в 1982 году
компаниями General Motors и Sumitomo Special Metals, представляют собой самый мощный из имеющихся на рынке постоянных магнитов
. Они заменили другие типы магнитов во многих приложениях в современной продукции, требующей сильных постоянных магнитов
, таких как двигатели в аккумуляторных инструментах, жесткие диски и магнитные застежки. Неодим — это металл, который
является ферромагнитным, что означает, что, как и железо, он может быть намагничен, чтобы стать магнитом, но его температура Кюри составляет 19 К (-254 ° C), поэтому
в чистом виде его магнетизм проявляется только при очень низком уровне. температуры.
В этом генераторе концепция одинаковых полюсов отталкивается друг от друга, а разные полюса притягиваются друг к другу, что является основным принципом
для создания этого Магнитного генератора. Этот принцип помогает нам генерировать достаточно магнитной энергии для непрерывного вращения вала
. Отныне вал, соединенный с генератором, вырабатывает электричество для работы электродвигателя.
Магнитный принцип:
Магнитные силовые линии соединяют полюса постоянного магнита.Мы помним принцип магнетизма:
Противоположные полюса притягиваются друг к другу
Подобные полюса отталкиваются друг от друга
Когда мы приближаем магнитные полюса друг к другу, мы можем почувствовать отталкивание и силу притяжения магниты, даже
, хотя силовые линии не видны. Двигатели тоже работают по этому принципу.
Материалы и методы эксперимента:
Наша модель магнитного генератора была сделана с использованием двух разных материалов для ролика.
1) Ролик из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
2) Валик из материала PLA (полиуксус).
% PDF-1.4 % 1 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 47 0 объект > эндобдж 48 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 52 0 объект > эндобдж 53 0 объект > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 60 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 63 0 объект > эндобдж 64 0 объект > эндобдж 65 0 объект > эндобдж 66 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 117 0 объект > эндобдж 118 0 объект > эндобдж 119 0 объект > эндобдж 120 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 122 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 128 0 объект > эндобдж 129 0 объект > эндобдж 130 0 объект > эндобдж 131 0 объект > эндобдж 132 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 134 0 объект > эндобдж 135 0 объект > эндобдж 136 0 объект > эндобдж 137 0 объект > эндобдж 138 0 объект > эндобдж 139 0 объект > эндобдж 140 0 объект > эндобдж 141 0 объект > эндобдж 142 0 объект > эндобдж 143 0 объект > эндобдж 144 0 объект > эндобдж 145 0 объект > эндобдж 146 0 объект > эндобдж 147 0 объект > эндобдж 148 0 объект > эндобдж 149 0 объект > эндобдж 150 0 объект > эндобдж 151 0 объект > эндобдж 152 0 объект > эндобдж 153 0 объект > эндобдж 154 0 объект > эндобдж 155 0 объект > эндобдж 156 0 объект > эндобдж 157 0 объект > эндобдж 158 0 объект > эндобдж 159 0 объект > эндобдж 160 0 объект > эндобдж 161 0 объект > эндобдж 162 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 164 0 объект > эндобдж 165 0 объект > эндобдж 166 0 объект > эндобдж 167 0 объект > эндобдж 168 0 объект > эндобдж 169 0 объект > эндобдж 170 0 объект > эндобдж 171 0 объект > эндобдж 172 0 объект > эндобдж 173 0 объект > эндобдж 174 0 объект > эндобдж 175 0 объект > эндобдж 176 0 объект > эндобдж 177 0 объект > эндобдж 178 0 объект > эндобдж 179 0 объект > эндобдж 180 0 объект > эндобдж 181 0 объект > эндобдж 182 0 объект > эндобдж 183 0 объект > эндобдж 184 0 объект > эндобдж 185 0 объект > эндобдж 186 0 объект > эндобдж 187 0 объект > эндобдж 188 0 объект > эндобдж 189 0 объект > эндобдж 190 0 объект > эндобдж 191 0 объект > эндобдж 192 0 объект > поток x} [O0 + QZ ({I? @ (p7 ̑-F`iJ v / ĐIkpZyEb ‘\ mD’elkO ^ M)!’ # привет * 2GňCJ # HBm 4ʩͥ5NNxI EayNDMŠOigG {Sk [ u * 0J% ^ J څ OITR; hSw% Ʊk), $ TT | H} n`Fur8NX> d4Kx9o) v (ΗĖK
Применение неодимовых магнитов в ветряных генераторах
Рабочая среда ветряной турбины очень суровая, и она должна выдерживать испытание высокой температурой, сильным холодом, ветром и песком, влажностью и даже соляным туманом.Ветряные турбины обычно рассчитаны на срок службы 20 лет. В настоящее время спеченные постоянные магниты NdFeB используются как в небольших ветровых турбинах, так и в мегаваттных ветряных турбинах с постоянными магнитами. В этой статье давайте подробнее рассмотрим применение неодимовых магнитов в генераторах ветряных турбин.
Применение неодимовых магнитов в ветрогенераторах Магнитные свойства спеченного NdFeB в ветрогенераторах с постоянными магнитамиОсновной фазой спеченного сплава NdFeB является интерметаллид Nd2Fe14B, и его магнитная поляризация насыщения (Js) равна 1.6Т. Поскольку спеченный сплав постоянного магнита NdFeB состоит из основной фазы Nd2Fe14B и межзеренной фазы, а ориентация зерен Nd2Fe14B ограничена условиями процесса, остаточная магнитная индукция по току может достигать 1,5 Тл.
Кривая размагничивания NdFeB при комнатной температуре похожа на прямую. Поэтому при разработке двигателей с постоянными магнитами часто выбираются высококачественные магниты NdFeB для получения высокой магнитной плотности воздушного зазора. Когда двигатель работает, из-за наличия переменного размагничивающего поля и размагничивающего поля, вызванного мгновенным большим током при внезапном изменении нагрузки, необходимо выбирать магниты NdFeB с достаточной коэрцитивной силой.
Добавление диспрозия (тербия) и других элементов увеличивает собственную коэрцитивную силу (jHc) магнита NdFeB, но остаточная остаточная сила (Br) магнита соответственно уменьшается. Поэтому высокоэффективные магниты из NdFeB для ветрогенераторов учитывают как коэрцитивную силу, так и остаточную намагниченность.
Температурная стабильность магнитов NdFeBВетряные генераторы работают в пустыне и выдерживают испытание изнуряющей жарой и суровым холодом. Температура Кюри неодимового магнита составляет около 310 ℃. Когда температура магнита превышает точку Кюри, он переходит от ферромагнетизма к парамагнетизму.
Ниже температуры Кюри остаточная намагниченность NdFeB уменьшается с повышением температуры, а его температурный коэффициент остаточной намагниченности α (Br) составляет -0,095 ~ -0,105% / ℃. Коэрцитивная сила NdFeB также уменьшается с повышением температуры, а температурный коэффициент β (jHc) коэрцитивной силы равен -0.54 ~ -0,64% / ℃.
Постоянство магнитных свойств магнитов NdFeB в ветроэнергетических генераторах МагнитыNdFeB производятся с использованием специального процесса порошковой металлургии , основной производственный процесс которого осуществляется в защитной атмосфере или в вакууме. Зеленое тело NdFeB прессуется в очень сильном (~ 1,5 Тл) магнитном поле. Размер магнитов NdFeB ограничен этими специальными процессами.
В большом ветрогенераторе с постоянными магнитами обычно используются тысячи неодимовых магнитов, а каждый полюс ротора состоит из множества магнитов.Согласованность полюсов ротора требует согласованности магнитов, включая согласованность допусков на размеры и магнитных свойств. Так называемая согласованность магнитных свойств включает в себя небольшое отклонение магнитных свойств между разными людьми и однородность магнитных свойств одного магнита.
ЗаключениеБлагодарим вас за то, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять применение неодимовых магнитов в генераторах ветряных турбин .Если вы хотите узнать больше о неодимовых магнитах или других типах магнитов , мы хотели бы посоветовать вам посетить Stanford Magnets для получения дополнительной информации.
Как ведущий поставщик магнитов по всему миру, Stanford Magnets занимается исследованиями и разработками, производством и продажей магнитов с 1990-х годов. Она предоставляет клиентам высококачественные постоянные магниты, такие как магниты SmCo, неодимовые магниты , магниты AlNiCo и ферритовые магниты (керамические магниты) по очень конкурентоспособной цене.
Просмотры сообщений: 1 208
Теги: Применение неодимовых магнитов, температура Кюри, ведущий поставщик магнитов, неодимовые магниты, неодимовые магниты в ветряных турбогенераторах, двигатели с постоянными магнитами, остаточная магнитная индукция (Br), спеченные постоянные магниты NdFeB, стэнфордские магниты, типы магнитов, ветрогенераторыЭлектрогенератор | инструмент | Британника
Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям.Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.
Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая энергия может поступать из ряда источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый за счет тепла сгорания ископаемого топлива или ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели.Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.
Почти все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение полярности в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной и той же частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.
Генераторы синхронные
Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую энергию при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд). Особой формой переменного тока является синусоида, которая имеет форму, показанную на рисунке 1.Это было выбрано, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены, и в результате получится одна и та же форма. В идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидным, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.
Синусоидальная волна.
Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасРотор
Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в пазы, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что соответствует синусоидальному распределению.
Элементарный синхронный генератор.
Британская энциклопедия, Inc.Статор простейшего генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, причем две стороны размещены в пазах в утюге, а концы соединены вместе изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.
Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки. Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже.Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.
Роторная конструкция генератора на рисунке 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора. Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту.Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механического напряжения. В этом случае ротор генератора спроектирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения частоты вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.
Как магниты используются для выработки электроэнергии?
Когда проводник помещается в изменяющееся магнитное поле, электроны в проводнике перемещаются, генерируя электрический ток. Магниты создают такие магнитные поля и могут использоваться в различных конфигурациях для выработки электроэнергии. В зависимости от типа используемого магнита вращающийся электрический генератор может иметь магниты, расположенные в разных местах, и может генерировать электричество по-разному.Большая часть используемой электроэнергии поступает от генераторов, которые используют магнитные поля для производства этого электричества.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Электрические генераторы вращают катушки проводов через магнитные поля, создаваемые постоянными или электрическими магнитами. Когда проводящие катушки движутся через магнитные поля, электроны в проводах движутся, создавая электрический ток.
Использование магнетизма для создания электричества
Хотя все большее количество электроэнергии вырабатывается солнечными панелями, а небольшое количество получается из батарей, большая часть электроэнергии вырабатывается генераторами, которые используют магнитные поля для создания электричества.Эти генераторы состоят из катушек проволоки, которые либо вращаются под действием магнитных полей, либо неподвижны вокруг вала с вращающимися магнитами. В любом случае катушки с проволокой подвергаются воздействию изменяющихся магнитных полей, создаваемых магнитами.
Магниты могут быть постоянными или электрическими. Постоянные магниты в основном используются в небольших генераторах, и у них есть то преимущество, что они не нуждаются в источнике питания. Электромагниты бывают из железа или стали, намотанных проволокой. Когда электричество проходит через провод, металл становится магнитным и создает магнитное поле.
Катушки проводов генераторов являются проводниками, и когда электроны в проводах подвергаются воздействию изменяющихся магнитных полей, они перемещаются, создавая в проводах электрический ток. Провода соединены вместе, и электричество в конечном итоге покидает электростанцию и направляется в дома и фабрики.
Попытка построить вечный магнитный генератор
Когда в генераторе используются постоянные магниты, вам просто нужно повернуть вал генератора, чтобы произвести электричество.После того, как эти генераторы были впервые разработаны, люди думали, что они могут заставить генератор приводить в действие двигатель, который затем вращал бы генератор. Они думали, что если двигатель и генератор будут точно согласованы, они смогут построить магнитный источник энергии, который будет работать вечно как вечный двигатель.
К сожалению, не сработало. Хотя такие генераторы и двигатели очень эффективны, они все же имеют электрические потери в сопротивлении проводов и трение в подшипниках вала.Даже когда люди, проводившие эксперименты, заставляли генератор-двигатель работать некоторое время, в конечном итоге он останавливался из-за потерь и трения.
Как работает типичный генератор электростанции
На крупных электростанциях установлены большие генераторы размером с комнату, которые вырабатывают электричество с помощью магнитных полей из электрических магнитов. Обычно электромагниты устанавливаются на валу и подключаются к источнику электроэнергии. Когда включается электричество, электрические магниты создают мощные магнитные поля.Катушки с проволокой смонтированы вокруг вала. Когда вал с магнитами вращается, катушки с проволокой подвергаются воздействию изменяющихся магнитных полей, и в проводах генерируется электрический ток.
Можно использовать множество различных методов, чтобы валы генераторов вращались и производили электричество. В ветряных турбинах пропеллер вращает вал. На угольных и атомных электростанциях тепло от сжигания угля или ядерной реакции создает пар для запуска турбины, которая приводит в действие генератор.На электростанциях, работающих на природном газе, газовая турбина выполняет ту же работу. Электростанциям нужен источник энергии, который может заставить вращаться вал генератора, а затем магниты могут создавать магнитные поля, генерирующие электричество.
Линейный электрогенератор с решеткой Хальбаха для самостоятельной зарядки смартфона
1. Введение
Сотовый телефон — это наиболее часто используемое мобильное устройство для передачи информации между людьми. Хотя емкость аккумулятора увеличилась, резко возросшее использование сотовых телефонов сокращает срок службы аккумулятора.
Чтобы решить эту проблему, Парк и др. Разработали встроенный линейный генератор для самозаряжаемого смартфона. [1]. Работа линейного генератора основана на явлении резонанса, электромагнитная сила генерируется на основе закона Фарадея, а аккумулятор смартфона заряжается электромагнитной силой. В случае существующих генераторов смартфонов [1] времени использования батареи, генерируемого ходьбой, недостаточно для обеспечения срочного вызова из-за низкой эффективности.В линейном генераторе существует множество типов постоянных магнитов (ПМ). Массив направления радиуса был введен Ishiyama et al. ПМ размещается лицом к лицу, существует взаимное отталкивание [2]. Массив осевых направлений, который отличается от массива Исиямы, был введен Мерфи [3]. Матрица Хальбаха — это система постоянных магнитов, которые увеличивают магнитное поле на одной стороне массива, уменьшая поле почти до нуля на другой стороне. Используется поворотный паттерн PM (влево, вверх, вправо, вниз) [4, 5].В этом исследовании мы разработали встроенную систему линейного генератора для смартфона с постоянным магнитом массива Хальбаха, чтобы максимизировать выработку энергии для решения вышеупомянутых проблем. Матрица Хальбаха представляет собой последовательность, в которой поочередно располагаются радиально и аксиально намагниченные постоянные магниты. В этой статье мы проанализировали магнитную характеристику типа Хальбаха и сравнили с обычным аксиально намагниченным постоянным магнитом. Метод конечных элементов (МКЭ) с использованием коммерческого программного обеспечения Maxwell (Ver.16, ANSYS, Southpointe 2600 ANSYS Drive Canonsburg, PA 15317 USA) выполняется для моделирования выработки электроэнергии. Результаты моделирования и эксперимента показывают, что предлагаемая система генерации обладает достаточным потенциалом для рассмотрения для практического использования.
2. Система генерации
2.1. Устройство и принцип действия генератора массивов Хальбаха
На рис. 1 представлена принципиальная схема трубчатого линейного генератора. Обычный трубчатый линейный генератор состоит из ползуна и статора.Ползун состоит из намагниченных в осевом направлении постоянных магнитов и полюсного наконечника, который выполняет функцию проводника магнитного поля.
Статор состоит из катушки и корпуса катушки, а также двухполюсной трехфазной обмотки катушки. Две пружины позволяют слайдеру создавать резонанс.
Рис. 1. Принципиальная схема обычного трубчатого линейного генератора
Рис. 2. Принципиальная схема трубчатого линейного генератора на решетке Хальбаха
Рис.2 показана схематическая диаграмма трубчатого линейного генератора с решеткой Хальбаха. Генератор массива Хальбаха состоит как из осевых намагниченных постоянных магнитов, так и из радиальных магнитов. Односторонние магнитные потоки были введены Джоном К. Маллинсоном [6], а массив Хальбаха был разработан Каусом Хальбахом [7]. В случае генератора массива Хальбаха, показанного на рис. 3, если осевые и радиальные постоянные магниты намагничивались поочередно, магнитный поток концентрировался только в одном направлении [8-10], потому что противоположное направление смещено.Таким образом, он максимизирует выработку электроэнергии по сравнению с обычными моделями без добавления магнитного материала [11]. Полюсный башмак функционирует как проводник магнитного поля, заменяя радиальный намагниченный постоянный магнит в обычном генераторе. Обмотка катушки сформирована с 4-полюсной 3-фазной схемой, которая отличается от существующего генератора с 2-полюсной 3-фазной схемой.
Рис. 3. Принцип суперпозиции массива Хальбаха
Рис.4 показана схема принципа преобразования энергии. Электродвижущая сила создается на выводах обмотки статора, когда ползун колеблется вверх и вниз из-за тряски и ходьбы пользователя. ЭДС рассчитывается с использованием закона Фарадея и может быть выражена следующим образом:
где N — количество витков на катушку, ϕ — поток, проходящий в каждом витке в реальном времени t, dz / dt — скорость ползуна, а z — расстояние в направлении z. Таким образом, электродвижущая сила пропорциональна количеству обмоток катушки, изменению магнитного потока, который связывает обмотку катушки с перемещением ползуна, и скорости ползуна [12].
Рис. 4. Диаграмма преобразования энергии
2.2. Анализ линейного генератора и явления резонанса
Возбуждение движением пользователя вызывает базовое возбуждение. Рис. 5 представляет собой схему свободного тела для анализа базового возбуждения. На рис. 5 m — масса ползуна, k — коэффициент пружины, c — коэффициент демпфирования. Базовое возбуждение можно выразить формулой. (2).y (t) — это Ysinωbt, представляющее смещение основания, а смещение и скорость ползуна обозначаются как x (t) и v (t), соответственно. Амплитуда x (t) рассчитывается с использованием уравнения. (3). В уравнении. (3), ζ представляет собой коэффициент затухания линейного генератора. Частота ходьбы находится в диапазоне от 2 до 2,2 Гц [13], а частота встряхивающих движений находится в диапазоне от 3,0 до 5 Гц [1].
(2)
mx¨ + c (x˙-y˙) + k (x-y) = 0,(3)
x = y1 + (2ζr) 2 (1-r2) 2+ (2ζr) 212, r = ωnωb,, где ωn — собственная частота, а ωb — базовая частота возбуждения.
Рис. 5. Схема свободного тела для анализа базового возбуждения
В случае ходьбы амплитуда смещения базового возбуждения составляет менее 2 см, что не создает достаточного смещения для адекватного генерирования электричества. Чтобы максимизировать механическую энергию движения, используется явление резонанса путем согласования частоты движения с механической собственной частотой генератора.Можно проверить амплитуду смещения в соответствии с входной частотой с помощью уравнения. (3), как показано на рис. 6.
Согласно рис. 6 характеристика вибрации различна для каждой собственной частоты. В случае ходьбы или встряхивания (от 2 до 5 Гц) мы подтвердили, что механический резонанс возникает, когда собственная частота (ωn) составляет 15 рад / с. Затем мы определили оптимальную массу ползуна, коэффициент пружины и другие характеристики для достаточного вертикального движения, используя этот результат.
Рис. 6. Амплитуда смещения в зависимости от входной частоты
3. Анализ методом конечных элементов
Для того, чтобы предлагаемое устройство можно было установить внутри смартфона, габаритные размеры системы генерации должны быть менее 60 мм в длину и 7 мм в диаметре. Соответственно, магнитная цепь (например, постоянный магнит, полюсный башмак и электромагнитная катушка) спроектирована так, чтобы удовлетворять техническим требованиям к размерам при большом генерировании электроэнергии.Чтобы подтвердить изменение количества магнитов при соблюдении требований к размеру, мы провели исследование параметров с использованием анализа холостого хода с помощью коммерческого программного обеспечения для электромагнитного анализа Maxwell, чтобы определить противоэлектродвижущую силу без моделирования нагрузки, когда идеальный ток равен нулю. .
В таблице 1 приведены технические характеристики линейного генератора. Мы определили технические характеристики на основе исследования параметров. После определения диаметра катушки, который может выдерживать допустимый ток в ограниченном пространстве, и определения необходимого количества обмоток, сопротивление обмотки определяется в соответствии с количеством обмоток катушки.
Таблица 1. Технические характеристики линейного генератора
Кол-во | Значение |
Емкость | 200 мкФ |
Количество витков катушки | 1044 витка |
Сопротивление обмотки катушки | 225 Ом |
Мы предположили, что скорость ходьбы составляет 5 км / ч, размах смещения при ходьбе составляет около 3 см, частота равна 2 Гц, а рабочий диапазон частот сотрясения составляет от 3 до 5 Гц.Мы использовали частоту встряхивания 3,3 Гц для сравнения с генерирующими характеристиками обычной модели. Был выполнен динамический конечно-элементный анализ с использованием нелинейного решателя FEM Maxwell. Двухмерная динамическая модель конечных элементов была создана для помощи в моделировании трехсвязных систем. На рис. 7 показана КЭ модель двухполюсных 6 постоянных магнитов. Общее количество элементов сетки составляет 108107. Для магнитной системы сердечнику были присвоены нелинейные магнитные свойства B-H стали 1010. Магнитные свойства феррита неодима (Ne-Fe35) были приписаны постоянному магниту.Границе воздуха, окружающей исполнительный механизм, приписывается нулевой вектор магнитного потенциала (Az = 0).
Рис. 7. Сетчатый график модели КЭ
На рис. 8 показано (а) в обычной модели используются двухполюсные 6 постоянных магнитов, а (б), (в), (г) в каждой из моделей массива Хальбаха используются четырехполюсные 6, 7 и 8 постоянных магнитов. То есть в каждой модели используется 12, 24, 28 и 32 постоянных магнита.
Рис. 8. Модель предлагаемого генератора
а)
б)
в)
г)
Рис.9 показан график линии магнитного потока в исходном положении. На рис. 10 показаны результаты анализа холостого хода, который показывает электродвижущую силу, индуцированную в каждой модели. Фазы A, B и C показаны для каждой катушки.
Среднеквадратичное значение индуцированного напряжения — это среднее значение, деленное на квадратный корень. Среднеквадратичное значение индуцированного напряжения в традиционной модели составляет 2,21 В. Среднеквадратичное значение индуцированного напряжения для модели с 6, 7 и 8 постоянными магнитами с 4 полюсами равно 3.29, 3,37 и 3,7 В соответственно. Мы подтвердили, что генератор массива Хальбаха показал лучшую производительность, чем существующий генератор. При использовании восьми постоянных магнитов среднеквадратичное значение индуцированного напряжения примерно на 20% больше, чем у традиционной модели.
Рис. 9. График линии магнитного потока в исходном положении
Рис. 10. Наведенное напряжение в каждой обмотке катушки без нагрузки
а)
б)
в)
г)
Генератор свободной энергии: преимущества, недостатки и применение
Никола Тесла (10 -й июль 1856 г. — 7 -й январь 1943 г.) изобрел свободную энергию с помощью катушки.Механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью генераторов, важными элементами генераторов являются магнитное поле и движение проводника в магнитном поле. Генератор свободной энергии — это устройство, которое используется для выработки электроэнергии на основе принципа неодимовых магнитов. Существуют разные типы генераторов разных размеров, при этом генератор свободной энергии — это один из типов генераторов, который вырабатывает электрическую энергию. В этой статье обсуждается обзор генератора свободной энергии, который включает его определение, преимущества, недостатки и области применения.
Что такое генератор свободной энергии?
Образование: Генератор свободной энергии — это один из типов устройств, которые используются для выработки электроэнергии и работают по принципу неодимовых магнитов. Некоторые из продуктов для генераторов бесплатной энергии: Гидрогенераторы и Гидротурбины, Гидротурбины Pelton, Водяное колесо с возобновляемой энергией, Генератор Pelton Turbina, Микрогидроэнергетическая турбина мощностью 50 кВт, Генератор свободной энергии с постоянным магнитом, 30 кВт, 150 об / мин, Генератор свободной энергии, 750 кВА SDEC. Дизель-генератор и др.
Момент инерции маховика
Маховики необходимы для хранения энергии, потому что двигатель вырабатывает энергию только за один такт, но он должен завершить за 4 такта, один — такт всасывания, такт сжатия, рабочий ход или ход расширения, и выпускной ход. Мощность — это единственный ход, в котором мы получаем энергию от двигателя, и эта энергия от рабочего хода должна где-то храниться, чтобы ее можно было использовать для выполнения других трех тактов.Маховик накапливает энергию, используя свой момент инерции, а маховик накапливает энергию в формуле вида
E = 1/2 Iω 2
Где E — энергия
I — момент инерции
‘ω’ — угловая скорость
Момент инерции можно рассчитать по формуле
I = 1/2 м (r внешнее2 + r внутреннее 2)
Энергия, запасаемая колесом, должна быть больше, чем энергия, необходимая для проведения такта всасывания, такта сжатия и такта выпуска.Энергия, накопленная колесом, меньше, чем энергия, необходимая для проведения такта всасывания, такта сжатия и такта выпуска, тогда двигатель не будет работать, потому что он может быть не в состоянии провести все остальные три хода.
Раньше маховики изготавливались только из чугуна, но теперь промышленность выбирает для изготовления маховиков различные типы материалов: сталь, чугун, алюминий и т. Д. Маховик не поддерживает постоянную скорость, а только предотвращает колебания энергии.
Если масса на приведенном выше рисунке направлена к Земле, а потенциальная энергия массы равна mgh.
P.E (потенциальная энергия) = mgh
Когда масса уменьшается, потенциальная энергия также уменьшается, и эта потенциальная энергия частично разделяется на три пути.
- Путь 1: Поступательная кинетическая энергия = 1/2 мВ 2
- Путь 2: Кинетическая энергия вращения = 1/2 I ω 2
- Путь 3: Работа против трения = n 1 f
P.E (потенциальная энергия), равная mgh, разделена на три пути: поступательная кинетическая энергия, вращательная кинетическая энергия и работа против трения, которая выражается как
Mgh = поступательное KE + вращательное K.E + работа против трения… eq (1 )
Линейная скорость равна угловой скорости и выражается как
V = r * ω …… .. eq (2)
Когда масса движется вниз, кинетическая энергия вращения используется против энергия трения.
1/2 I ω 2 = n 2 f
f = I ω 2 / 2n 2 ……… .. уравнение (3)
Заменить уравнение (2) уравнение (3) в уравнении (1) даст
Mgh = 1/2 mr 2 ω 2 + 1/2 I ω 2 + n 1 I ω 2 / 2n 2 ……… .. уравнение (4)
Умножив приведенное выше уравнение на 2, получим
2 Mgh = mr 2 ω 2 + I ω 2 + I ω 2 (1 + n 1/ n 2 )
2 Mgh — mr 2 ω 2 = I ω 2 (1 + n 1/ n 2 )
2 Mgh — mr 2 ω 2 / ω 2 (1 + n 1/ n 2 ) = I
I = (2 Mgh- mr 2 ω 2 / ω 2 ) / (1 + n 1/ n 2 ) ……….. eq (5)
Средняя скорость маховика равна ω / 2
Средняя скорость = 2Πn / t
Где n становится n 2
ω / 2 = 2Π n 2 / t
ω = 4Π n 2 / t… .. уравнение (6)
Подставив уравнение (6) в уравнение (5), получим
I = (m (2ght 2 /16 Π) 2 n 2 2 ) -r 2 ) / (1 + n 1/ n 2 )
I = (m (ght 2 /8 Π 2 n 2 2 ) -r 2 ) / (1 + n 1/ n 2 ) ……….. eq (7)
Где высота (h) = 2rn 1 …… eq (8)
Подставим eq (8) в уравнение (7), получим
Где высота (h) = 2rn 1 ……… уравнение (8)
Подставив уравнение (8) в уравнение (7), получим
I = (m (g2Πrn 1 t 2 /8 Π 2 n 2 2 ) -r 2 ) / (1 + n 1 / n 2 )
I = mr * ((gn 1 t 2 / Π n 2 2 ) -r) / (1 + n 1/ n 2 ) ……….. eq (9)
Уравнение (9) представляет собой момент инерции в кг / м2
Рабочий маховик
Рассмотрим швейную машину с ножным приводом, состоящую из двух колес, одно большое колесо и другое колесо меньшего размера. Эти два колеса связаны веревкой, когда движение передается большим колесом, а веревка передает это движение меньшему колесу. Меньшее колесо действует как шкив и огибает швейную машину, и мы увидим, что даже когда мы прекращаем подавать движущую силу на большее колесо, оно продолжает работать в течение короткого времени из-за своей инерции.Этот маховик представляет собой устройство, которое действует как резервуар энергии, накапливая и поставляя механическую энергию, когда это необходимо. Рисунок (a) — маховик, а рисунок (b) — базовая схема маховика генератора свободной энергии, показаны ниже
маховик-генератор свободной энергии-маховик-основная диаграммаМаховик используется в поршневых двигателях для хранения некоторое количество энергии во время рабочего такта и вернуть его в следующем цикле. Точно так же он используется в игрушечных машинках, гироскопах и т. Д.
Производство свободной энергии с использованием конденсатора
Нам нужны некоторые компоненты для получения свободной энергии с помощью конденсатора, это 8 конденсаторов 10 В и 4700 мкФ, PCB (печатная плата), Паяльник и паяльная проволока.Сначала создайте принципиальную схему, подключив конденсаторы в параллельную цепь, все конденсаторы отрицательной стороны подключены к одному проводу, а все конденсаторы отрицательной стороны подключены к другому проводу, как на принципиальной схеме, показанной ниже.
Параллельное соединение конденсаторов.Теперь подключите все конденсаторы к печатной плате, используя принципиальную схему. Это процесс получения свободной энергии с помощью конденсатора. После завершения процесса следующим этапом является тестирование. Сначала в процессе тестирования вы заряжаете конденсаторы от 6 до 8 вольт, а затем проверяете светодиод или двигатель постоянного тока.Если подключения выполнены правильно, светодиод будет мигать, и двигатель постоянного тока будет работать.
Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Двигатель с постоянным магнитом, представляющий собой двигатель постоянного тока с постоянным магнитом, состоит из двух основных компонентов: ротора или якоря и статора. Следовательно, конструкция двигателя постоянного тока важна для создания магнитного поля. Магнит может быть любым типом электрического магнита или постоянного магнита. Когда постоянный магнит используется для создания магнитного поля в двигателе постоянного тока, это называется двигателем постоянного тока с постоянным магнитом.Здесь постоянный магнит статора, установленный на периферии статора, и постоянный магнит, установленный таким образом, что полюс N и полюс S каждого магнита поочередно обращены друг к другу. Ротор двигателя с постоянными магнитами похож на другие двигатели постоянного тока. Ротор или якорь состоит из сердечника, обмотки и коллектора. Схема электродвигателя постоянного тока с постоянным магнитом приведена ниже
электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитомСердечник якоря состоит из нескольких изолированных листовых стальных листов с прорезями в виде круглых пластин.Провод якоря соединен с ротором звездой, а другой вывод обмотки соединен с сегментом коммутатора, расположенным на валу двигателя. Углерод или графит с пружиной размещены на сегменте коммутатора для подачи тока на якорь, когда при подаче питания ток проходит через сегмент коммутатора AB, BC или CA. Предположим, что ток проходит через путь CA, эта катушка A ведет себя как северный полюс, тогда крутящий момент действует на ротор, потому что A испытывает силу восполнения из-за постоянного магнита южного полюса и постоянного магнита северного полюса, из-за этого ротор будет вращаться .Когда потребляется входная мощность, эффективность двигателя постоянного тока повышается, и это одно из преимуществ двигателя постоянного тока с постоянными магнитами.
Преимущества и недостатки генератора бесплатной энергии
Преимущества генератора бесплатной энергии :
- Для выработки энергии не требуется входная энергия или какая-либо внешняя энергия. биологическая опасность
- Простота обслуживания
- Простота сборки
- Более высокий крутящий момент
- Лучшие динамические характеристики
Недостатки генератора свободной энергии :
- Высокая стоимость постоянных магнитов
- Коррозия магнита 907 и возможное размагничивание
Применения генератора свободной энергии
Генератор свободной энергии применяется для зарядки аккумуляторов
Часто задаваемые вопросы
1).