Меню

Определить период напряжения генератора

Основы электротехники и электроники: Курс лекций, страница 10

Очевидно, что образовавшаяся петля – это замкнутый контур, который не оказывает влияния на токораспределение между точками a и b, и его можно вовсе удалить из схемы ( Рис. 14.4).

Вышеприведенные рассуждения позволяют сделать следующий вывод: любое сопротивление в любой ветви схемы можно заменить эквивалентной ЭДС, численно равной падению напряжения на этом сопротивлении и направленной навстречу току.

Очевидно, что эту теорему можно сформулировать и следующим образом: любое сопротивление в любой ветви схемы можно заменить эквивалентным источником тока. Ток источника численно равен току через сопротивление и направлен в ту же сторону.

15. МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО ГЕНЕРАТОРА

Рассмотрим произвольную электрическую цепь, представив ее в виде активного двухполюсника и ветви ( Рис. 15.1).

Как и в предыдущей задаче, мы можем включить в ветвь две равных и противоположно направленных ЭДС. Это не изменит токораспределения в схеме ( Рис. 15.2).

Воспользовавшись методом наложения, разобьем получившуюся цепь на две: в одной из них оставим лишь одну ЭДС E э (при этом двухполюсник станет пассивным), в другой оставим все остальные источники ( Рис. 15.3).

Реальный ток ветви есть сумма двух составляющих:

. (15.1)

По закону Ома можно определить ток :

. (15.2)

Так как ЭДС E э можно выбрать произвольно, выберем ее так, чтобы дробь (15.2) обращалась в нуль.

При . (15.3)

Соотношение (15.3) означает, что активный двухполюсник на Рис. 15.3 работает в режиме холостого хода, то есть ветвь с сопротивлением R разомкнута или вообще удалена из схемы ( Рис. 15.4). Напряжение называют напряжением холостого хода.

Любой пассивный двухполюсник всегда можно свернуть в одно эквивалентное сопротивление. Тогда исходная схема принимает вид ( Рис. 15.5):

Ток в ветви определяется по закону Ома:

где E э – ЭДС эквивалентного генератора;

R э – сопротивление эквивалентного генератора;

R – сопротивление ветви с искомым током.

Как видно из предыдущих рассуждений ЭДС эквивалентного генератора численно равна напряжению в разрыве ветви с искомым током и направлена в сторону тока. Сопротивление эквивалентного генератора – это сопротивление цепи, из которой удалены все источники энергии, свернутой относительно ветви с искомым током.

ЭДС и сопротивление эквивалентного генератора можно определить как экспериментально, так и аналитически.

Алгоритм экспериментального определения параметров эквивалентного генератора

  1. Разрывают ветвь с искомым током. Этот режим называется режимом холостого хода. Измеряют напряжение в разрыве. Оно направлено в ту же сторону, что и искомый ток и численно равно ЭДС эквивалентного генератора.
  2. Закорачивают ветвь с искомым током. Этот режим называется режимом короткого замыкания. Измеряют ток в закоротке. Этот ток называется током короткого замыкания.
  3. Сопротивление эквивалентного генератора равно отношению напряжения холостого хода к току короткого замыкания:

.

Алгоритм аналитического расчета цепи методом эквивалентного генератора

  1. Ветвь с искомым током удаляется из схемы и заменяется двумя зажимами. Исходная цепь значительно упрощается. В дальнейшем ни в коем случае нельзя терять зажимы сворачиваемой схемы.
  2. Любым известным методом определяется напряжение между зажимами U хх. Оно направлено в ту же сторону, что и искомый ток. ЭДС эквивалентного генератора равна этому напряжению.
  3. Вся цепь делается пассивной, то есть источники удаляются и заменяются своими внутренними сопротивлениями. Получившаяся пассивная цепь сворачивается в одно сопротивление R э относительно зажимов.
  4. Искомый ток определяется по закону Ома:

.

Метод эквивалентного генератора наиболее эффективен, когда требуется определить ток в одной ветви с переменным сопротивлением.

Определить ток I 3 методом эквивалентного генератора ( Рис. 15.6).

Формируем схему режима холостого хода. Ветвь с искомым током удаляем из схемы. Заменяем ее двумя зажимами. Между зажимами обозначаем напряжение холостого хода. Оно направлено в ту же сторону, что и искомый ток ( Рис. 15.7).

По второму закону Кирхгофа для левого контура

По закону Ома находим ток:

После чего можно найти напряжение холостого хода:

ЭДС эквивалентного генератора равна напряжению холостого хода:

.

Определяем сопротивление эквивалентного генератора относительно зажимов ( Рис. 15.8):

.

Находим ток I 3:

.

16. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Синусоидальный ток представляет собой ток, изменяющийся во времени по синусоидальному закону ( Рис. 16.1):

Максимальное значение функции называют амплитудой. Амплитуду тока обозначают I m.

Период Т — это время, за которое совершается одно полное колебание.

Частота равна числу колебаний в одну секунду (единица частоты – герц ( Гц) или с -1 ):

Угловая частота (единица угловой частоты – рад/с или с -1 ):

Аргумент синуса, то есть , называют фазой, слагаемое – начальной фазой.

Любая синусоидально изменяющаяся функция определяется тремя величинами: амплитудой, угловой частотой и начальной фазой.

Значение функции (16.1) в любой произвольный момент времени называют мгновенным значением.

Источник



Определить период напряжения генератора

Расчет выходного напряжения многополюсного низкооборотного электрогенератора на основе постоянных магнитов

Введение

Многие двигатели и приводы имеют низкую скорость вращения. Так, например, в етродвигатель с вертикальной осью вращения карусельного типа (лопастной) имеет простую конструкцию и высокую надежность , но его скорость вращения не превышает нескольк их оборотов в секунду. Ч тобы использовать подобные двигател и для получения электрической энергии , требуется низкооборотный электрический генератор, о сь которого напрямую соединена с осью двигателя, так как применение повышающих редукторов существенно уменьшает кпд, у сложняет конструкцию и снижает надежность. Для получения достаточно высокого выходного напряжения и повышения электрической мощности необходимо использовать многополюсный электрический генератор, ротор которого для упрощения и удешевления конструкции может быть сделан на постоянных магнитах.

Принятые обозначения:

E – электродвижущая сила (ЭДС ) катушки
E – амплитуда ЭДС катушки
Egen – действующее выходное напряжение генератора (в режиме холостого хода)
Pmax – электрическая мощность генератора в режиме короткого замыкания
n – число полюсов магнита
m – количество катушек
N – число витков катушки
S – площадь потокосцепления (площадь по люса)
B – магнитная индукция в зазоре между магнитом и сердечником катушки
B – максимальное значение (амплитуда) магнитной индукции в зазоре
F – магнитный поток через сердечник катушки
F – амплитуда магнитного потока через сердечник катушки
w – круговая частота вращения генератора
f – частота вращения генератора
T – период вращения генератора
t – текущее время

Все расчеты ведутся в системе СИ.

Расчет выходного напряжения электрогенератора на постоянных магнитах в режиме холостого хода

Низкооборотный многополюсный электрический генератор может быть построен по простой схеме [1] , показанной на рис. 1.

Рис. 1. Схема 6-полюсного низкооборотного электрического генератора: 1 – верхнее основание (низкоуглеродистая сталь); 2 – постоянный магнит (6-полюсное аксиальное намагничивание); 3 – сердечники катушек (низкоуглеродистая сталь) ; 4 – обмотки катушек (медный провод в эмалевой изоляции) ; 5 – нижнее основание (низкоуглеродистая сталь) .

Постоянный кольцевой магнит (2) крепится к стальному верхнему основанию (1), способному вращаться относительно неподвижного нижнего основания (5), также сделанному из стали для уменьшения магнитного сопротивления . На нижнем основании крепятся стальные сердечники (3) , на которые надеты катушки (4). Число катушек m в данном случае равно числу полюсов n (m = n = 6). Кольцевой магнит может быть сплошным или набранным из отдельных призматических или дисковых магнитов (число магнитов равно числу полюсов n). Направление намагниченности магнита аксиальное (параллельно/антипараллельно оси генератора) . Стальные сердечники катушек имеют полюсные наконечники, форма которых идентична форме магнитных полюсов (сектор, круг или прямоугольник). Постоянный кольцевой магнит (2) с верхним основанием (1) образуют ротор генератора, а нижнее основание (5) с катушками (4) и сердечниками (3) — статор.

Читайте также:  Симисторный регулятор напряжения 220 вольт для

Для использования генератора совместно со стабилизаторами напряжения, а также аккумуляторными батареями напряжением 12 или 24 вольта желательно, чтобы его выходное напряжение было достаточно высоким (амплитудное значение не мен ьш е 10 вольт при использовании преобразователя напряжения , а при подключении аккумуляторной батареи через выпрямитель — больше ее выходного напряжения на величину падения напряжения на выпрямителе) при низких скоростях вращения (порядка одного оборота в секунду). Это позволило бы уменьшить потери в преобразователях, применяемых для стабилизации напряжения или зарядки аккумуляторов и упростить их схему .

Требуется сделать упрощенный расчет выходного напряжения генератора с использованием параметров , зависящих от конструкции : n – число полюсов, B – максимальное значение (амплитуда) индукции в зазоре , S – площадь потокосцепления (площадь полюса), m – число катушек, N – число витков одной катушки, f – частота вращения, T – период вращения (время одного оборота), w – круговая частота вращения (угловая скорость) .

Предположим, что количество катушек равно количеству полюсов магнита ( m = n) , а при вращении магнита относительно катушек индукция в зазоре мгновенно изменяется от -B до +B и от +B до -B (то есть ротор вращается не плавно, а скачками). Магнитный поток через сердечник катушки , соответственно, мгновенно изменяется от — F до + F и от + F до — F , где F = BS , в моменты времени 0, T/n, 2T/n и т. д. (период изменения 2T/n). Тогда в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея [2]

получаем ЭДС катушки:

где d (t) — дельта-функция Дирака. Усредняя ЭДС по промежутку времени D t = T/n, получаем значение амплитуды ЭДС одной катушки:

Так как T = 1/f, а f = w /(2 p ), то

При последовательном соединении катушек для выходного действующего напряжения генератора получаем следующее выражение ( считаем форму ЭДС прямоугольной, при этом Egen = nE ):

Предположим, что количество катушек равно количеству полюсов магнита ( m = n) , а при вращении магнита относительно катушек магнитный поток через сердечник катушки линейно изменяется от — F до + F и от + F до — F , где F = BS (период изменения 2T/n). Тогда в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея [2]

получаем амплитуду ЭДС одной катушки:

При последовательном соединении катушек для выходного действующего напряжения генератора получаем следующее выражение ( форма ЭДС прямоугольная, при этом Egen = nE ):

Предположим, что количество катушек равно количеству полюсов магнита ( m = n) , а при вращении магнита относительно катушек магнитный поток через сердечник катушки изменяется по закону F = F cos(n w t/2), где F = BeffS. Здесь Beff – эффективное значение магнитной индукции в зазоре, получаемое усреднением по площади полюса . В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея [2]

получаем эдс катушки :

Так как f = w /(2 p ), получаем для амплитуды ЭДС одной катушки выражение:

При последовательном соединении катушек для выходного действующего напряжения генератора получаем выражение ( форма ЭДС синусоидальная, Egen = nE/2 1/2 ):

Эффективное значение магнитной индукции Beff может быть получено усреднением магнитной индукции в зазоре по площади полюса. Если распределение магнитной индукции описывается синусоидальным законом, то можно считать Beff ≈ (2/ p )B . Тогда выходное действующее напряжение генератора

С учетом принятых приближений можно считать, что полученные формулы (1) , (2) и ( 3 ) хорошо соответствуют друг другу. Расчет по этим формулам может применяться и для других конструкций многополюсных генераторов на постоянных магнитах. Испытания сконструированного по схеме рис. 1 низкооборотного генератора [1] показали, что расчет по варианту 3 наиболее точно отражает характеристики генератора: магнитный поток в зазоре и, соответственно, ЭДС генератора изменяются по синусоидальному закону, выходное действующее напряжение генератора с хорошей точностью согласуется с рассчитанным по формуле (3).

Для расчета выходного напряжения генератора (действующего и амплитудного) по формуле (3) может быть использована программа PM_Generator. Программа предназначена для работы с операционными системами (ОС) Windows 3.1, Windows 95, 98 и XP (с другими ОС семейства Windows не проверялась). Файл PM_Gen10.rar (

85 Кбайт) следует распаковать в заранее созданную папку. Упаковка производилась с помощью WinRar 2.80. Результат распаковки: PM_Gen10.exe — исполняемый файл программы. После запуска программы можно вводить параметры генератора и производить расчет нажатием соответствующей кнопки. При вводе данных учитывайте принятый в ОС формат разделителя для десятичной дроби: точка или запятая, например, 0.0004 или 0,0004. При необходимости надо установить для ОС точку в качестве десятичного разделителя или вводить исходные данные с запятой, если в качестве десятичного разделителя в ОС используется именно она. Скопированные файлы могут быть проверены на отсутствие вирусного кода в режиме on-line [6].

Рис. 2. Внешний вид окна программы PM_Generator (версия 1.0).

Например, производя р асчет для постоянного магнита из феррита бария ( B ≈ 0.2 Тл) при числе полюсов n = 32, N = 200 витков , S ≈ 4 см 2 = 0.0004 м 2 и частоте вращения f = 1 Гц (один оборот в секунду ), получаем действующее напряжение генератора ≈ 23 вольт и амплитудное ≈ 32 вольт (см. рис. 2). При таком выходном напряжении для зарядки 12- и и даже 24-вольтовой аккумуляторной батареи можно использовать диодный мост и простое реле напряжения для отключения генератора при 100 % заряженном аккумуляторе. Ограничение зарядного тока будет происходить за счет внутреннего сопротивления генератора (суммарное сопротивление обмоток) .

Зависимость выходных параметров генератора от числа полюсов

Выходное напряжение генератора может быть найдено по формуле (3):

Тогда электрическая мощность генератора в режиме короткого замыкания:

где R – активное сопротивление одной катушки генератора.

Найдем зависимость выходного напряжения генератора и электрической мощности от числа полюсов кольцевого магнита. Будем считать, что каждая катушка генератора представляет из себя цилиндрический соленоид, имеющий геометрические размеры: R1 – внутренний радиус, R2 – внешний радиус, H – высота, намотанный проводом диаметром d с фактором упаковки l [7] (рис. 3).

Рис. 3. Геометрические параметры цилиндрического соленоида: R1 – внутренний радиус, R2 – внешний радиус, H – высота.

Количество витков цилиндрического соленоида может быть найдено по формуле:

где r e – удельное электрическое сопротивление обмоточного провода.

В первом приближении:

где D – внешний диаметр кольцевого магнита, D – ширина кольца.

При этих приближениях:

Например, для генератора [1] с шестиполюсным кольцевым магнитом типоразмера К70 х 24 х 12 из феррита бария (D = 0.07 м, D = 0.023 м, B = 0.2 Тл, n = 6) с катушками, намотанными медным проводом ( r e = 1.67 ∙ 10 -8 Ом ∙ м, R1/R2 = 0.5, H = 0.02 м, l = 0.6) электрическая мощность в режиме короткого замыкания в соответствии с формулой (4) составит примерно 100 мВт при частоте вращения 1 оборот в секунду ( w = 6.28 рад/сек). Экспериментальное значение примерно 140 мВт. Соответствие достаточно хорошее, если учесть, что реальная конструкция [1] имеет отличия от использованной в расчетах (рис. 1).

Читайте также:  Работа грунтов при напряжении

При изменении числа полюсов можно считать, что относительные размеры катушки ( R1/R2 ) и ее высота H не изменяются. Тогда электрическая мощность генератора в режиме короткого замыкания растет прямо пропорционально числу полюсов, а также прямо пропорционально квадрату частоты вращения, квадрату индукции в зазоре и квадрат ам размеров кольцевого магнита (внешний диаметр, ширина кольца).

Действующее значение выходного напряжения генератора в режиме холостого хода:

Расчетное значение выходного напряжения генератора [1] по формуле (5) 3.4 В при частоте вращения 1 оборот в секунду — выше измеренного (2 В). Расхождение можно объяснить тем, что в реальной конструкции [1] площадь полюсного наконечника сердечника катушки меньше площади полюса магнита почти в 2 раза.

Если увеличивать число полюсов генератора и, соответственно, уменьшать размер R2 катушки, сохраняя неизменными ее высоту H и отношение R1/R2, то при намотке катушек проводом одного диаметра выходное напряжение генератора будет оставаться приблизительно постоянным.

При постоянной угловой скорости вращения выходное напряжение многополюсного генератора на постоянных магнитах растет пропорционально квадрату числа полюсов при условии, что площадь полюса не изменяется, то есть либо используется сплошной кольцевой магнит большего диаметра, либо увеличивается количество магнитов, из которых набирается кольцевой магнит (1 — 3) .

Увеличение числа полюсов при использовании кольцевого магнита заданных размеров приводит к уменьшению площади потокосцепления S пропорционально увеличению числа полюсов n. Если число витков катушек N остается неизменным, чего можно добиться, уменьшая диаметр обмоточного провода, то выходное напряжение генератора Egen будет расти пропорционально числу полюсов n. Если катушки наматываются обмоточным проводом заданного диаметра, то при увеличении числа полюсов (и, соответственно, уменьшении размера катушки) число витков одной катушки N уменьшается. Выходное напряжение генератора E gen при этом будет оставаться приблизительно постоянным при увеличении числа полюсов n (5) .

Электрическая мощность генератора не зависит от диаметра обмоточного провода и растет прямо пропорционально квадрат ам размеров кольцевого магнита (внешний диаметр, ширина кольца) и прямо пропорционально числу его полюсов (4) .

Таким образом, при конструировании низкооборотного электрического генератора по вышеприведенной схеме необходимо использовать кольцевой магнит с максимально возможной остаточной индукцией, как можно большего внешнего диаметра и ширины кольца с максимально возможным числом полюсов, подбирая за счет изменения диаметра обмоточного провода число витков катушек таким образом, чтобы выходное напряжение генератора находилось в требуемом диапазоне при заданных частотах вращения. Катушки желательно наматывать проводом с наименьшим удельным сопротивлением (медным) с наибольшим возможным коэффициентом заполнения формы (фактором упаковки). Достаточная общность вышеизложенных рассуждений позволяет сказать то же самое и в отношении других конструкций электрогенераторов с ротором на постоянных магнитах.

Число катушек должно соответствовать числу полюсов. Если число катушек равно числу полюсов магнита (m = n), то при нахождении сердечника катушки напротив полюса кольцевого магнита за счет сил притяжения возникает большой момент сопротивления, для преодоления которого требуется значительное усилие (большая сила ветра ) . Поэтому можно увеличить или уменьшить число катушек на единицу (m = n + 1 , m = n — 1 ), что позволит существенно уменьшить амплитудные значения момента сопротивления. Подобное решение использовано в конструкции 6-полюсного генератора [1] , в котором число полюсов магнита n = 6 , число катушек m = 7, 6-полюсного генератора [4] , в котором число полюсов магнита n = 6 , число катушек в каждой из двух групп m = 5 ( дополнительно группы катушек сдвинуты друг относительно друга на угол в 36 градусов) и 18-полюсного генератора [5] (число полюсов магнита n = 18, число катушек m = 19). Можно вообще отказаться от применения стальных сердечников в катушках, тогда момент сопротивления в режиме холостого хода будет близок к нулю при любом положении ротора. Такие катушки необходимо делать минимальной высоты, сравнимой с в еличиной зазора между магнитом и катушкой, чтобы уменьшение магнитной индукции в зазоре было не слишком существенным . Число катушек может быть при этом равно числу полюсов магнита ( m = n).

Ссылки:

  • Активное сопротивление — часть полного сопротивления электрического контура, связанная с тепловыделением в контуре.
  • Ветродвигатель — преобразователь энергии воздушного потока в механическую энергию движения.
  • Двигатель (мотор) — преобразователь энергии источника в механическую энергию движения.
  • Привод — устройство, имеющее рабочий орган, способный к механическому перемещению при наличии противодействующей силы.
  • Фактор упаковки (коэффициент заполнения) — отношение объема проводника к объему обмотки; при равномерной намотке равен отношению суммарной площади проводников в поперечном сечении обмотки (без учета изоляции) к площади поперечного сечения обмотки.
  • Холостой ход — режим работы привода или преобразователя в отсутствие противодействующей силы (нагрузки).
  • Цилиндрический соленоид — соленоид в виде цилиндра с центральным цилиндрическим отверстием (если таковое имеется).
  • Электрогенератор (электрический генератор) — преобразователь неэлектрической энергии источника в электрическую энергию.

Автор выражает благодарность Розину М. Н. за критические замечания, которые были учтены при корректировке материала.

08.12.2003
09.09.2005
20.09.2005
07.11.2005
17.11.2005
13.02.2006
27.06.2006
08.02.2007
22.06.2010
04 .04.2018

Источник

Расчёт генераторов новая версия

Дополнительно к статье я добавил два видео где объясняю принцип работы и выработки энергии в дисковых генераторах. В первом видео базовый материал о том как происходит выработка энергии в катушках генератора. Во втором видео про расчёт генераторов на основе формулы описанной ниже.

Новая версия расчёта генераторов на неодимовых магнитах, возможно более понятная чем предыдущие. Точность расчёта зависит от того насколько правильно вы заложите данные, учтёте нюансы, которые описаны в статье, и то что в реальном генераторе получится. Здесь также заложен принцип формулы Е = BLV, то-есть вычисление напряжения генератора исходя из магнитной индукции (Тл). Величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника, и скорости его перемещения.

Зависимость эта выражается формулой Е = BLV

Е — ЭДС индукции (напряжение проводника)
В — магнитная индукция (Тл)
L — длина проводника (метр)
V — скорость движения проводника (метр/с)

Если известно напряжение генератора, то можно вычислить магнитную индукцию, развернуть эту формулу в обратном порядке. И получится вот так:

Если магнитная индукция не известна, то ниже я составил таблицу с примерной индукцией в генераторах. Длина проводника это активная часть витков катушек, которая попадает под магниты в аксиальных генераторах, или если катушки на железных сердечника то длина сердечника. Скорость движения магнитов это радиальная скость в метрх в секунду.

Зная напряжение генератора, скорость движения магнитов, длину проводника, можно вычислить магнитную индукцию в воздушном зазоре аксиальных генераторов, или в сердечниках классических генераторов.

Читайте также:  Номинальное рабочее напряжение переменного тока это

Примерная магнитная индукция генераторов

Для аксиальных дисковых генераторов

Для генераторов с железными статорами

Чтобы понять как будут магниты перекрывать катушки нужно нарисовать расположение магнитов и катушек. Бывает так что один магнит перекрывает половину катушки, а второй перекрывает только половину витков второй половины катушки, в этом случае будет работать в определённый момент времени только одна половина катушки, и половина витков второй половины катушки. Эти факторы сильно влияют на конечный результат расчёта, и в итоге на реальный генератор.

Пример расчёта генератора

Для примера я нарисовал схему обычного и часто повторяемого аксиального дискового генератора. Здесь 9 катушек на 12 пар магнитов, кто то делает на круглых магнитах, кто то на прямоугольных, а что лучше вы должны понять сами. Не скажу что так делать правильно, но давайте разберём то что есть.

Данные генератора такие: Диаметр дисков 32 см, магниты марки N52, по 12 штук на дисках, размером 50*30*10 мм, расстояние между магнитов — воздушный зазор 15 мм. Катушки намотаны проводом 2 мм по 60 витков, толщина статора 10 мм. Какое напряжение будет у этого генератора, и какая мощность при работе на аккумулятор?

Для начала давайте найдём ЭДС одного витка, то-есть его напряжение при 1 об/с = 60 об/м.

Е — ЭДС индукции (напряжение проводника)
В — магнитная индукция (Тл)
L — длина проводника (метр)
V — скорость движения проводника (метр/с)

Берём примерную магнитную индукцию из таблицы, у нас зазор между магнитов на 50% больше толщины магнитов, значит магнитная индукция будет примерно 0.5 Тл. Активная длина проводника у нас по высоте магнита, это 50 мм, или 0.05 метра. Скорость движения проводника, в данном случае движутся магниты, поэтому считаем скорость движения магнитов. Берём средний диаметр по магнитам, он равен 28 см, длина окружности 87.96 см. Значит за один оборот магниты проходят 0.88 метра.

Данны есть и теперь остаётся подставить их в формулу: 0.5*0.05*0.88=0.022 вольта, это ЭДС одного витка

Теперь смотрим на рисунок выше и смотрим как магниты перекрывают катушки фазы. Я отметил одну фазу на рисунке и пронумеровал катушки. Смотрим на катушку номер 1. Видно что половина катушки перекрыта магнитом N, и лишь половина второй половины катушки перекрыта магнитом S. Вот эти витки и нудно учитывать при расчёте, то-есть 60 витков одной половины катушки и 30 витков второй половины.

Смотрим на катушку фазы номер 2, там одна половина полностью перекрыта магнитом, а вторая не полностью, порядка 80%. Значит всего витков будет 60 одной половины и 50 витков второй половины.

Смотрим на катушку фазы номер 3, Там перекрытие магнитами витков порядка 90%, это значит что 100 витков примерно работают в обеих половинах катушки. Витки в обеих половинах катушки работают только когда над половинками катушки магниты противоположных полюсов. Если будет один магнит, и он перекрывает всю катушку, то будет работать только половина катушки, и то в тот момент когда магнит на половину зайдёт на катушку.

В итоге получилось 280 рабочих частей витков катушек фазы. Это значит что при 60 об/м будет 280*0.022=6.16 вольта. То-есть мы вычислили напряжение фазы, и это напряжение линейно зависит от оборотов, значит при 600 об/м будет 61.6 вольта. А зарядка АКБ 12в начётся при 120 об/м при параллельном соединении фаз, которые должны быть предварительно выпрямлены через диодные мосты.

Но у нас обычно генераторы соединяют звездой. А при соединении звездой напряжение обычно вырастает на 1,7, но в реальном генераторе нужно смотреть на то какое напряжение в соседней фазе. Но обычно оно так и получается, поэтому оставим это на погрешности и будем считать что так оно и есть. 3начит при соединении звездой при 60 об/м мы получим 6.16*1.7=10.4 вольта.

Мощность генератора на заряд аккумуляторов

Зная напряжение генератора и его сопротивление можно вычислить ток заряда аккумулятора, ну если перемножить ток на напряжение то мы получим мощность. Напряжение генератора мы знаем, при соединении звездой напряжение 10 вольт. А сопротивление можно вычислить, у нас по 60 витков в катушках, по три катушки на фазу, средняя длина витка 0.3 метра, значит 0.3*60*3= 54 метра провода в фазе. Провод диаметром 2 мм, сопротивление одного метра такого провода 0.0059 Ом. Тогда 54*0.0059=0.31 Ом, а при соединении звездой сопротивление будет выше в два раза — 0.62 Ом. Плюс потери в проводах и на диодном мосту и можно округлить до 1 Ом, но потери могут быть гораздо больше. Правильней будет считать измерив сопротивление уже внизу на концах проводов, которые подключаются к АКБ.

Чтобы вычислить ток заряда АКБ нужно от напряжения холостого хода вычесть падение напряжения. Например напряжение генератора при 300 об/м 40 вольт, при подсоединении к АКБ напряжение упадёт до 13 вольт, значит падение напряжения 40-13=27 вольт.Далее получившеюся сумму разделить на сопротивление генератора, и получится ток заряда АКБ.

У нашего генератора 20 вольт при 200 об/м, 20-13=7 вольт, делим на наше сопротивление 1 Ом, и получится 7:1=7 ампер. Ток заряда при 200 об/м будет 7 Ампер. Чтобы узнать мощность перемножаем ток на напряжение и получаем 7*13 = 91 ватт. Так например при 600 об/м будет 100 вольт в холостую, 100-13:1= 87 Ампер, а мощность 1131 ватт. Если от ветрогенератора до АКБ будут установлены провода с очень низким сопротивлением приближающимся к нулю то от генератора будет ещё больше мощности так-как потерь меньше.

Далее остаётся подобрать подходящий под генератор винт, нужно чтобы винт подходил по мощности и оборотам к генератору. По-этому делается предварительный расчёт генератора и подбор винта к нему. Данные по мощности и оборотам винтов можно взять на сайте seiger.pp.ua (аэродинама), или в программе по расчёту лопастей из труб. Так например к этому генератору подойдет винт диаметром примерно 3 метра, и мощность готового ветряка будет около 0.8кВт при ветре 10-12м/с. При этом КИЭВ винта должен быть не менее 0.4, а быстроходность не менее Z6.

Если вам не нравится что например или зарядка поздно начинается или перебор по мощности, то изменяйте количество витков в генераторе, его сопротивление, подгоняйте под винт. Ну и винт корректируйте под генератор. В итоге когда устроят все параметры то можно приступать к изготовлению ветрогенератора. Также хочу отметить что при подборе винта учтите КПД генератора. Чем больше падение напряжения при заряде АКБ тем хуже КПД генератора.

Источник