Почему в ветрогенераторах реально отлично работают "дырки в катушках"

На написание меня натолкнуло вот это:

Новая ветровая турбина диаметром 5.2 м.
Часть 1 - http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=68268
Часть 2 - http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=70914
Часть 3 - http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=71253
Часть 4 - http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=74650
Часть 5 - http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=81462

В пяти частях опуса есть "ноу-хау", мимо которого проходит 99% ветроловов. О нем - в конце.

Итак, анализ в цифрах чужой конструкции.


Начиналась Часть 1 словами "Новая турбина действительно выдает мощность 3 кВт, а пиковая мощность почти в два раза выше."
Часть 5 достаточно детального, весьма подробного повествования о постройке мелкосерийного ветрогенератора с многими фотографиями и конкретными размерами и параметрами составных частей оканчивалась словами "На этот раз день был ветреный, и ветряк сразу начал работать и выдавать 3 кВт энергии."

Будучи по натуре скептиком, я усомнился в этой цифре и решил ее проверить.

Во 2-й части я обнаружил "...следующим шагом будет установка 16 магнитов, равномерно расположенных по окружности ротора с противоположными полюсами соседних магнитов. Мы используем магниты типа N42, размерами 76*38*19 мм."
Ага! Сейчас прикинем! Магнит №42 по табличке характеристик магнитов имеет намагниченность Br=1,28 Тл.
В 4-й части обнаруживаем величину воздушного зазора - 22 мм.
Теперь мы можем определить основной параметр ротора - величину индукции в воздушном зазоре.
Открываем калькулятор http://www.dextermag.com/resource-ce...-magnet-dipole , вводим найденные значения и получаем величину индукции в воздушном зазоре 0,574 Тл.
Поскольку ближе к краям магнита индукция меньше принимаем расчетную величину индукции 0,50 Тл.
Магнитный поток между парой оппозитных разнополярных магнитов в воздушном зазоре между полуроторами составляет для магнитов указанной длины и ширины 0,5*0,076*0,038=0,0014 Вб.
Перейдем к катушкам.
"Внутренние размеры катушки (отверстие в ее центре): 25 мм снизу, 38 мм сверху, 76 мм по высоте. Каждая катушка наматывается вручную и содержит 59 витков сдвоенного намоточного провода сечением 2 кв. мм"
Статор "имеет 12 катушек, каждая фаза состоит из 4 катушек, соединенных последовательно. Фазы соединяются по схеме «звезда»."
Определить длину провода в катушке трапецеидальной формы с закругленными углами затруднительно, но оценить можно. Периметр просвета катушки составляет 25+38+2*76=63+152=215 мм. Ширину пучка проводов можно оценить по фото - 40 мм. Т.е. средняя длина одного витка, оценочно, составляет около 300 мм.
Длину 59 витков примем 18 метров. Сопротивление одной катушки 0,017/4*18=0,0765, а 4-х катушек одной фазы 0,3 Ом.

Теперь предстоит оценить величину изменения магнитного потока в катушках одной фазы. Катушки 1-й фазы (4 штуки) представим размещенными на отметках 3, 6, 9 и 12 часов циферблата - т.е. вверху, внизу и по бокам статора, глядя на него "анфас".
Для полуротора выберем такое мгновенное положение, при котором 4 его магнита из 16 тоже находятся на отметках 3, 6, 9 и 12 часов. Это означает, что в верхней, нижней и двух боковых катушках в указанный момент времени сила тока равна нулю, поскольку в них не изменяется магнитный поток, достигший максимального значения.

Если представить, что ротор поворачивается "на 1 магнит", т.е., на 1/16 оборота, то магнитный поток за это время сменит свое значение на противоположное, поскольку полярность магнитов сменится на противоположную. Изменение магнитного потока от пары магнитов при этом составит 0,0028 Вб.
Указанный магнитный поток, при этом, изменится в 59 витках каждой из 4-х катушек обмотки фазы, т.е. суммарное изменение магнитного потока dФ через все витки фазы составит 0,0028*59*4=0,340 Вб (в*с).
При частоте вращения 90 об/мин = 1,5 об/с на 1/16 оборота ротор повернется за 1/1,5/16=0,042 секунды. Таким образом средняя ЭДС фазы составляет 0,34/0,042=8,1 вольт

Читаем далее: "Магнитные роторы. Они вырезаны из стали толщиной 0.5 дюйма (12.7 мм), их внешний диаметр 18 дюймов (457.2 мм)." Радиус ротора посередине магнитов (457-76)/2=190 мм. Окружная скорость магнита при 90 об/мин составляет 90/60*6,28*0,19=1,8 м/с.

Для подсчета амплитудного значения ЭДС примем во внимание, что катушка имеет такие размеры, что "перекрывает" два расположенных рядом магнита, а это означает, что, в положении ротора, когда середина катушки совпадает с серединой зазора между магнитами ротора, индукция магнитов "пронизывает" обе боковые стороны стороны катушки, т.е. в расчет амплитудного значения ЭДС следует брать удвоенную длину магнита.
Максимальная ЭДС фазы составляет, таким образом, 0,5*1,8*0,076*2*4*59=32,2 вольта. Это, однако, не совпадает с полученным выше средним значением, т.е. генерируется в обмотке фазы не "обычный" синусоидальный ток, а ток с "заостренными" вершинами и впадинами синусоиды.
Это означает, что, при расчете линейного напряжения неприменим привычный коэффициент "корень из трех" - 1,73, а следует брать в расчет меньше значение этого коэффициента. Примем отношение линейного напряжения к фазному 1,5.

В 4-й части сказано: "Подключите к нашему генератору выпрямитель и измерьте генерируемое напряжение. Генератор должен выдавать требуемое напряжение (в данном случае 48 В) при скорости вращения роторов примерно в 90 оборотов в минуту "

Может такое быть при амплитудном линейном напряжении 32,2*1,5=48,3 вольта? Ясно, что может!

Может фаза при напряжении 32 вольта выдавать пиковый ток 30 ампер при своем внутреннем сопротивлении 0,3 ома, т.е. потерях в фазе 270 ватт?
Может, если не сгорит!

Не врал, значит, автор упомянутого опуса, описывая детально постройку своего генератора на катушках "с дырками"!

Где же "собака порылась"? А вот где. Читаем:
"По сравнению с первым вариантом 5-метровой турбины, размеры катушек мы увеличили... Каждая катушка наматывается вручную и содержит 59 витков сдвоенного намоточного провода сечением 2 мм?. Эти катушки стали мощнее и надежнее, чем у первой турбины."

Катушка "с дыркой" генератора повышенной мощности должна при максимальном числе витков в ней, иметь такие размеры, чтобы, будучи положенной на полуротор, полностью накрывать своимим боковыми сторонами два разнополярных магнита полуротора. Сама "дырка" в катушке, при этом, должна иметь минимальную ширину около 5-10 мм.

P.S. Обратите внимание на "мухлеж" в исходном материале. На фотографияях статора перед заливкой и после нее - катушки (просветы в них) разные.

P.S. Ой, что сейчас будет с тезисом "Катушка дыркой не работает"?

Архимед Бессарабович, Ваше сообщение имеет академическую длину. Браво!
Диференциаллов интеграллов оставили во второе? Надележно будем знакомится широко разкрив рти и развесив уши.

Цитата:

Сообщение от hrpankov

Диференциаллов интеграллов оставили во второе?

Я умею объяснять доходчиво и без интегралов . Если, разумеется, читатель способен и, главное, хочет понять "об чем речь".
Кстати, ветролов из первого сообщения темы не одинок в понимании "правильных размеров" катушек с дырками. Есть, оказывается. и думающие самодельщики, уразумевшие, что, ежели магниты на роторе с окружными зазорами, то катушки должны быть широкими, а дырки в катушках - маленькие.
На первом фото - статор маломощного генератора на круглых магнитах с малыми зазорами между магнитами.
На втором фото - катушка такая, какая она должна быть. Дырку, кстати, можно бы было и уменьшить - было бы не хуже.
На третьем фото - автор уже "просек" насчет окружной ширины сторон катушек, но еще недопонял, что "Катушка должна накрывать 2 магнита". Или у него магниты "широко расставлены" или катушки по ширине узковаты.

Ой-ой, Ой-ой. Началось... То ли еще будет! ! !
.. Нука Канонир, за честь и славу академической братви,. по набегающим слушателя-я-ям, диференциаллами-и-и-и, бегли-и-и-им - огонь! ! !

Цитата:

Сообщение от Сашун

Почему в ветрогенераторах реально отлично работают "дырки в катушках"

Начиналась Часть 1 словами "Новая турбина действительно выдает мощность 3 кВт, а пиковая мощность почти в два раза выше."
Часть 5 достаточно детального, весьма подробного повествования о постройке мелкосерийного ветрогенератора с многими фотографиями и конкретными размерами и параметрами составных частей оканчивалась словами "На этот раз день был ветреный, и ветряк сразу начал работать и выдавать 3 кВт энергии."

Господа просто забыли уточнить, что анемометр со шкалой до 12 м/сек в тот день у них зашкалил, и ёлки на краю деревни гнулись как камыш. Вот при этом условии они и отхватили своим замечательным генератором 6 Квт))
"Всё не читал, но осуждаю" (с)
)))

Цитата:

Сообщение от Александр59

анемометр со шкалой до 12 м/сек в тот день у них зашкалил, и ёлки на краю деревни гнулись как камыш.

Оно и понятно. Пиковая = кратковременная. Т.е. - при порывах ветра. Мощность 2 кВт фаза с сечением провода 4 кв.мм и сопротивлением 0,3 ома (сила тока около 80 ампер) долго выдержать не может - до расплавления статора - пара минут, максимум.
Неспроста же винт у них диаметром 5,2 метра ...

Цитата:

Сообщение от Сашун

Почему в ветрогенераторах реально отлично работают "дырки в катушках"

В пяти частях опуса есть "ноу-хау", мимо которого проходит 99% ветроловов. О нем - в конце.

Итак, анализ в цифрах чужой конструкции.

Будучи по натуре скептиком, я усомнился в этой цифре и решил ее проверить.


"Внутренние размеры катушки (отверстие в ее центре): 25 мм снизу, 38 мм сверху, 76 мм по высоте. Каждая катушка наматывается вручную и содержит 59 витков сдвоенного намоточного провода сечением 2 кв. мм"
Статор "имеет 12 катушек, каждая фаза состоит из 4 катушек, соединенных последовательно. Фазы соединяются по схеме «звезда»."
Определить длину провода в катушке трапецеидальной формы с закругленными углами затруднительно, но оценить можно. Периметр просвета катушки составляет 25+38+2*76=63+152=215 мм. Ширину пучка проводов можно оценить по фото - 40 мм. Т.е. средняя длина одного витка, оценочно, составляет около 300 мм.
Длину 59 витков примем 18 метров. Сопротивление одной катушки 0,017/4*18=0,0765, а 4-х катушек одной фазы 0,3 Ом.

59 витков сдвоенным проводом сечением 2 кв.мм означают использование провода диаметром 1,6мм. Укладывали провод очень старательно, там , я думаю, каждая из катушек это две катушки в параллель. Именно поэтому их статор получился толщиной 16 мм =10 витков в толщину, значит ~ 12 витков в ширину имеет каждая катушка. Т.о. расстояние от края катушки до среднего витка 1,6мм*6 ~ 10мм. Т.е. сторона катушки не 40мм шириной, а 20мм. Это означает, что длина одного витка даже менее 300мм. Скорее, что 270мм. И тогда длина намотки катушки= 16,2 м, а сопротивление фазы из 4х катушек ~ 0,2 Ома. Что в общем-то неплохо, но вот остальное....

Цитата:

Сообщение от Сашун

P.S. Ой, что сейчас будет с тезисом "Катушка дыркой не работает"?

Работать - работает, конечно. Но довольно "отстойно". Средний диаметр расположения магнитов на роторе таков, что просвет меж ними почти равен ширине магнита (36,7мм). А сама катушка в середине имеет окошко (38+25)/2 = 31,5 мм. Т.е. в процессе движения магнитов генератор постоянно "наступает на горло собственной песне": часть периода движения магнит накрывает обе стороны катушки. Перед нами яркий признак "колхозности" разработки! "Но это были ещё цветочки"(с)

Цитата:

Сообщение от Александр59

часть периода движения магнит накрывает обе стороны катушки

Ну и что?

Цитата:

Сообщение от Александр59

сторона катушки не 40мм шириной, а 20мм.

На мой глаз ширина одной стороны катушки чуть больше ширины просвета, т.е. 40 мм. Другое дело, что просвет катушки мало похож на выполненный на оправке с размером 25 мм, но я ориентировался на текст.