Трехфазный генератор

[Sahen]

здравствуйте, объясните пожалуйста, как рассчитывается подобный генератор.



марка стали - 2413 (динамная), толщина 0.35мм, удельные магнитные потери не более 2.5Вт/кг, магнитная индукция при напряженности магнитного поля 2500 А/м, анизотропия магнитной индукции 0.16Тл, коэффициент анизотропии удельных магнитных потерь +/-0.18%.

магниты неодимовые -
класс намагниченности - N38, остаточная магнитная индукция 1220-1250 мили Тесла/12.2-12.5 кило Гаусс, коэрцитивная сила >=955 кило Ампер/метр / >=12 кило Эрстед, магнитная энергия 287-310 кило Джоуль/метр кубический / 36-39 мега Гаусс-Эрстед. Описание:
Форма: Квадрат
Длина: 5мм
Ширина: 5мм
Высота: 2,5мм
Вес: 0,47гр
Поверх. никел.: (Ni-Cu-Ni)
Намагничевание: N38
Сцепление прибл.: 850гр

материал провода обмотки - медь, толщина 0.125мм
расстояние между магнитом и магнитопроводом 0.5мм
частота вращения ротора(магнитов) - 100об/мин

нужно получить 5 Вольт 1 Ампер с каждой обмотки, узнать оптимальные габариты, количество витков в обмотке и приблизительный КПД.
мне хотя бы понять исходя из чего получаются габариты магнитопровода в данной конструкции и какое количество витков должно быть на нем намотано при определенной частоте вращения ротора с магнитами.
большое спасибо за внимание.

[rustot]

габариты магнитопровода берутся исходя из того, чтобы он не вошел в насыщение. у электротехнической стали она примерно равна индукции у поверхности неодимовых магнитов поэтому в такой схеме сечение внешнего магнитопровода должно быть больше половины площади поверхности магнита, а внутреннего (соединяющего магниты) больше площади поверхности магнитов. внешний должен быть намотан из ленты, с изоляцией между слоями

схема не очень удачная на мой взгляд, витки не дадут минимизировать зазор между магнитами и магнитопроводом. а от распределения витков вдоль магнитопровода будет зависеть форма сигнала.

[Sahen]

rustot в сообщении #1006703 писал(а):

в такой схеме сечение внешнего магнитопровода должно быть больше половины площади поверхности магнита

потому что через магнитопровод будет проходить только половина магнитного потока?


насколько я понимаю, магнитопровод насыщен когда домены, которые смогли, заняли позицию соответствующую магнитному полю.
не могу понять, ЭДС в обмотке наводится тогда когда происходит процесс перемагничивания магнитопровода с одного конца петли гистерезиса во второй, грубо говоря, исходя из этого скорость вращения ротора должна быть такой, что бы магнитопровод входил в насыщение как раз тогда, когда насыщенный участок будет перпендикулярно линии рассекающей магнит пополам? что бы сразу же пошел процесс перемагничивания в другую сторону? или как?
а если ротор будет крутиться быстрее или медленнее, что тогда?

-- 22.04.2015, 10:42 --

как тогда узнать время за которое участок магнитопровода войдет в насыщение?

[rustot]

Sahen в сообщении #1006726 писал(а):

потому что через магнитопровод будет проходить только половина магнитного потока?

да

Sahen в сообщении #1006726 писал(а):

что бы магнитопровод входил в насыщение как раз тогда, когда насыщенный участок будет перпендикулярно линии рассекающей магнит пополам?

насыщения нужно избегать, это не рабочий режим, насыщение это когда магнитопровод не может намагнититься еще сильнее и перестает выполнять функцию магнитопровода, поле выползает с него в воздух и не проходит сквозь витки. поэтому и ограничение на минимальное сечение магнитопровода

а эдс возникает когда поток в магнитопроводе под витком меняется, на вашем рисунке видно что большую часть времени он будет постоянным и меняться только когда рядом проходит магнит, соответственно эдс в витках будет наводиться импульсная. чтобы этого избежать нужно последовательно соединенные витки хитрым образом растянуть вдоль магнитопровода чтобы из этих импульсов сложилась в сумме синусоида

[Sahen]

ясно)
возможно такая конструкция будет более эффективна? нарисовано криво но надеюсь суть будет понятна.

в таком случае форма напряжения будет похожа на что то среднее между меандром и треугольником?

насколько важно что бы ширина магнита соответствовала ширине намоток и расстоянию между ними? или большой роли не играет?


-- 22.04.2015, 11:21 --

вот еще.. чем выше скорость вращения ротора, тем уже петля гистерезиса, по идее, домены просто не будут успевать менять позицию на 180 градусов и могут колебаться в пределах лишь нескольких (образно выражаясь), почему тогда ЭДС будет расти и генератор выдаст бОльшее напряжение?

[rustot]

Sahen в сообщении #1006735 писал(а):

возможно такая конструкция будет более эффективна?

да, больше полюсов - меньше бесполезных "прямых" участков с постоянным полем в магнитопроводе.

классическая схема генераторов с радиальной ориентацией осей катушек устоялась не потому что никто не догадался как еще их можно расположить. не стоит изобретать велосипед

Sahen в сообщении #1006735 писал(а):

насколько важно что бы ширина магнита соответствовала ширине намоток и расстоянию между ними? или большой роли не играет?

как располагать обмотки в такой схеме чтобы получить что-то похожее на синусоиду нужно расчитывать конкретно под размер магнита

Sahen в сообщении #1006735 писал(а):

вот еще.. чем выше скорость вращения ротора, тем уже петля гистерезиса, по идее, домены просто не будут успевать менять позицию на 180 градусов и могут колебаться в пределах лишь нескольких (образно выражаясь), почему тогда ЭДС будет расти и генератор выдаст бОльшее напряжение?

в электромеханических устройствах это недостижимые на практике скорости при которых что-то будет "не успевать". эдс пропорциональна СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ магнитного потока а не его абсолютной величине, поэтому чем больше скорость вращения тем больше скорость изменения потока при том же его амплитудном значении, тем больше эдс

[Sahen]

я понял так
ЭДС наводиться только когда магнитный поток меняет положение доменов. поскольку домен может менять положение за очень короткое время то в магнитопроводе его, положение, при достижимых оборотах ротора меняет очень малое количество, за счет которого и происходит генерация.
площадь сечения магнитопровода должна быть чуть больше площади магнита воздействующего на него что бы, грубо говоря, не все домены шевелились иначе произойдет насыщение и магнитопровод будет бесполезен. тут еще не очень могу себе представить, уточните, насыщение это когда магнитопровод с трудом вмещает в себя магнитный поток и все возможные домены занимают определенное положение или когда просто все домены которые поддались влиянию потока занимают должное положение (тогда по сути большая часть магнитопровода насыщена и лишь очень малая является полезной?)

-- 22.04.2015, 12:02 --

запутался я уже что то..)

[rustot]

да забудьте вы про домены какие то. задача магнитопровода единственная - не выпустить магнитное поле за свои пределы, замкнуть весь магнитный поток от одного полюса магнита до другого через себя. как он это делает и что там на квантовом уровне происходит вам совершенно не нужно знать. про насыщение вам нужно знать только то что его не должно происходить и значит сечение магнитопровода нужно побольше

хоть с магнитопроводом ХОТЬ БЕЗ НЕГО эдс в витке равна скорости изменения магнитного потока сквозь виток. магнитопровод лишь не дает части магнитного потока пойти другим путем и обогнуть виток снаружи

[Sahen]

хорошо, спасибо, просто люблю разбираться в сути процесса)..
так как же определить какое напряжение будет выдавать генератор с определенными магнитами при определенной скорости вращения ротора, с определенным зазором и количеством витков в конструкции с многополюсным ротором и одной цельной обмоткой деленной на секции с разносторонней намоткой на статоре ?

[rustot]

Sahen в сообщении #1006759 писал(а):

хорошо, спасибо, просто люблю разбираться в сути процесса

пытаться разобраться в работе генератора через "магнитные домены" это как разбираться в алгоритме компьютерных шахмат через устройство полупроводникового перехода, миную кучу иерархических ступеней - алгоритмов, языков программирования, машинных языков, устройство процессора, устройство транзистора. ферромагнетики имеют очень высокую "проводимость" для магнитного поля, в десятки и сотни тысяч раз больше чем у воздуха, поэтому магнитому полю от одного полюса магнита до другого проще добраться по стальному кольцу метрового диаметра чем коротким путем через пару миллиметров воздуха у боковой грани. этого знания достаточно чтобы анализировать двигатели и генераторы. почему ферромагнетик обладает такими а не другими свойствами это уже другая иерархическая ступень, причем весьма сложная чтобы поинтересоваться ею вскользь "для полноты картины". вы зароетесь в тему на пару лет, удовлетворите любопытство, но к анализу работы генератора это ничего полезного не даст

Sahen в сообщении #1006759 писал(а):

так как же определить какое напряжение будет выдавать генератор с определенными магнитами при определенной скорости вращения ротора, с определенным зазором и количеством витков в конструкции с многополюсным ротором и одной цельной обмоткой деленной на секции с разносторонней намоткой на статоре

амплитуда магнитного потока сквозь отдельно взятый виток в идеале равна половине магнитного потока у поверхности магнита, то есть 1.2Тл помножить на его половину его площади. если расположить магниты и витки так, что через отдельно взятый виток поток будет меняться не рывками а примерно по синусоиде то амплидуда эдс витка, равная амплитуде скорости изменения магнитного потока будет равна амплитуде магнитого потока (см выше) помножить на $w = 2\pi f$, что то порядка 10мв в вашем случае

[Sahen]

большущее спасибо за пинок в правильную сторону и за объяснение, прям осчастливили, серьезно..)
и наверное последнее
на счет зазора между магнитом и магнитопроводом, как с ним быть?
и что если поток таки будет рывками меняться? или придется расположить витки так что бы ближе к синусоиде было?

[rustot]

зазор должен быть десятые доли миллиметра. как можно меньше но так чтобы не заклинило при неравномерном тепловом расширении. поэтому то такая схема и не очень хороша. витки конечно можно утопить в прорези в магнитопроводе, но зазор то сформированный этими витками все равно останется

если поток буде меняться не по синусоиде то соответственно и напряжение станет корявым, с другой амплитудой и непригодным для устройств где реально требуется настоящее трехфазное синусоидальное напряжение. если же с целью далее выпрямить его на диодном мосту и далее использовать постоянный то не особо страшно, просто емкость побольше

[Sahen]

получается нужно рассчитать насколько индукция в зазоре убавиться и уже с тем что останется, попадет в магнитопровод, рассчитывать остальное?
вот еще, почему у магнитов разных размеров сила сцепления отличается хотя характеристики намагничивания те же?
к примеру цилиндрические магниты одинакового диаметра но разной длинны будут отличатся по силе сцепления(расцепления).
какая разница будет в использовании того или иного магнита, с разной силой сцепления но такими же характеристиками намагничивания, в данном случае?