Power Electronics

Выше, правда давно, давал таблицу оптимальных сочетаний катушек/магнитов. Надо найти и повторить.
Так вот, сделал экспериментальный генератор, давал тут фото, на базе двигателя подкасетника магнитофона - статор с обмотками на сердечнике, стальной внешний ротор с магнитами. Липнет... Причем даже на ХХ с оборотами ощущается тормозной момент.
Видел разборку небольшого яхтенного генератора, он именно так и сделан - диск с плоскими катушками без сердечников и стальной диск с магнитами. Да, использование магнитов хуже, но на ХХ залипания нет в принципе.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Калькулятор генераторов https://www.bavaria-direct.co.za/scheme/calculator/
Мой экспериментальный. 3 фазы, 26 магнитов, 24 катушки по 15 витков, частота 13n. На графике ЭДС без нагрузки.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Из указанной ранее ссылки:

При увеличении фазности, количество диодов возрастает, но требуются менее мощные диоды.

Вполне рабочий вариант. И даже без гемора со сборкой Хальбаха. Но в данном случае, как я понял, речь идет о не принципиальной работоспособности, а некой совокупной эффективности?

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Ну да. Генератор с сердечниками в катушках всегда будет залипать. Понял борьбу с явлением так.
Чем больше магнитов одновременно встанут напротив зубцов, тем сильнее залипание и наоборот. Наименьшее залипание когда только один магнит из всех встанет напротив зубца. А достигается это когда число магнитов и зубцов очень близки, но не равны. В этом случае одно залипание как бы "размазывается" на весь оборот с уменьшением его величины и повышением частоты.
Генераторы без сердечника в катушках этой проблемы не имеют. Но и те и другие имеют проблему неравномерности момента. Так вот с этим можно бороться тем же способом - "размазать" по кругу.
В лоб об этом не нашел, но к этому можно прийти, поработав с калькулятором, что дал выше.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Не обязательно. Проблема исчезнет, если уйти от постоянных магнитов и использовать независимое возбуждение. Нет возбуждения, нет магнитного потока. Нет магнитного потока, нет залипания. Управление такой системой видится следующим:
Контроллер измеряет обороты ветряка. Как только они начинают превышать некое минимальное значение, подается возбуждение на генератор. Величина возбуждения регулируется исходя из соображений поиска точки максимальной мощности (MPPT). Больше ветра - больше возбуждения. Меньше ветра - меньше возбуждения, вплоть до останова. И затем опять ожидание условий запуска.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

И как у него обстоят дела с залипанием?

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Пальцами ощущение как у шагового двигателя. Думал при вращении оно не будет заметно, но оно усилилось и ощущается приличный момент. Возможно это из-за несоответствия рекомендованного соотношения ширины магнитов и ширины зубца сердечника, но удовлетворить всему невозможно. А возможно это уже вихревые токи. На фото можно заметить, что изобрАзил подобие скоса, сместив два ряда магнитов. Есть у меня тренажер с торможением алюминиевого диска подковой с рядом магнитов, усилие регулируется зазором.

Выше в калькуляторе можно найти таблицу соотношений чисел, помнится я ее проверил калькулятором и пролонгировал, тут давал, но оно кануло в Лету. Там появляются четкие закономерности - недопустимые соотношения, наилучшие, приемлемые и плохие. В лучших числа полюсов и магнитов близки к равенству, но не равны. Позже покажу с рабочего компьютера.

Однако с появлением ниодимовых магнитов можно отказываться от сердечников, а соотношения выбирать уже исходя из минимума колебаний момента. Говорят в высокооборотных осевых этот зело напрягает, это слышно.

О независимом возбуждении. Тут за блох воюешь в погоне за эффективностью... Генераторы с обмоткой возбуждения давно применяются в автомобилях.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Не думаю, что общая эффективность сильно упадет при использовании независимого возбуждения (если не наоборот). Независимое возбуждение позволяет минимизировать длину немагнитного зазора и в разы увеличить магнитный поток. Следовательно, при прочих равных условиях, можно использовать обмотку с меньшим количеством витков, намотанную более толстым проводом. Кроме этого, уменьшаются потери мощности, связанные с залипанием. А из-за увеличения рабочего диапазона скоростей, увеличивается общее количество вырабатываемой энергии.

В принципе хороший вариант. Только желательно перемотать статорную обмотку, чтобы получать нормальное напряжения при пониженных оборотах. Для дальнейшего увеличения эффективности, использовать синхронный выпрямитель.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Мы смотрим на это с разных точек. Вы глобально и о большой энергетике, а я конкретно о малой и в своих условиях. Посмотрите что рынок предлагает из малых ветряков - мощность приводится для 10м/с, а у меня среднегодовая скорость в регионе 4,5м/с. 10м/с вы на велосипеде сделаете только коротким рывком и почувствуете какой это ветер.
Это я к чему. В моих условиях вряд ли получится снижать ток возбуждения, только для старта. Т.е. в остальное время залипание будет отбирать мощность, которой и так не много. Мечтаю хотя бы дачный холодильник посадить на альтернативку. Ради хобби и любопытства.
Там трехфазный генератор, в статоре 3 обмотки. В роторе 6 полюсов и обмотка возбуждения, ток через кольца.
В современном автомобиле уже нет этой проблемы, зарядку на ХХ обеспечивает, а вот синхронный выпрямитель я когда то хотел сделать и даже тут в автомобильной теме показывал - в каждое плечо компаратор с ключом. Главное уродовать ничего не надо, это можно подключить параллельно штатным диодам. Было тут viewtopic.php?p=58855#p58855
Там есть еще проблема. Автомобильный генератор имеет самоограничение тока, это его предел. Механизм самоограничения сложный, не вникал особо, но индуктивность обмоток (их три) влияет.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Возможно я тут немного слукавил. На самом деле, каких-то потерь мощности, связанных с залипанием нет. Есть момент, необходимый для преодоления залипания. Но, оторвавшись от одного положения, ротор ускоренно движется к другому. Т.е. силы прилагаемые к ротору со стороны магнитного поля постоянно меняют знак и суммарный момент равен нулю. Это как езда по горкам. Надо потратить силы, чтобы подняться в гору, но зато потом можно расслабиться и прокатиться с ветерком.
В противном случае в генераторе что-либо грелось. На самом деле ничего не греется и нет механизмов, вызывающих какой-либо нагрев.

Ток возбуждения надо выбирать такой, чтобы момента ветряка хватало не только на преодоления залипания, но и для выработки энергии (причем максимально возможной). Лет 30 назад (на заре массовой ветрогенерации) с реализацией такого алгоритма управления были бы определенные проблемы. Но, на самом деле, тут нет чего-то сильно сложного. Можно с успехом реализовать на плате Arduino или любой другой подобной, коих сейчас множество. Возможен следующий алгоритм:
1. Контролируем обороты. Вариантов контроля много. Можно использовать тахогенератор, можно контролировать остаточную ЭДС на обмотках статора.
2. Если обороты превысили некий минимум, повышаем ток возбуждения на некое (фиксированное либо прогрессивное) значение. Даем процессу установиться в течении некоторого времени (~10 сек).
3. Если ветряк не остановился и обороты превышают минимум, измеряем производимую мощность.
4. Увеличиваем возбуждение, выжидаем некоторое время и опять контролируем мощность. Если мощность возросла, то производим дальнейшее увеличение возбуждения, если наоборот, то снижаем возбуждение...

Это из-за того, что с ростом частоты вращения, увеличивается частота и падение напряжения на индуктивном сопротивлении обмоток?
Эффект конечно имеет место, но вряд-ли он представляет серьезную проблему. К тому же он имеет место в любых (не только автомобильных) синхронных генераторах.

Это очень даже возможно

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Тоже так рассуждал, но видимо есть еще один мешающий механизм. Когда поворачиваешь пальцами четко ощущаешь небольшие рывки и это залипания, но если раскручивать шуруповертом, удерживая генератор в руке, то четко ощущаешь тормозящий момент и это точно не КЗ в обмотках.
Есть предположения, что это и/или вихревые токи, и/или несоответствие геометрии магнитов геометрии зубцов сердечника. Про геометрию тоже есть некие правила.Не буду фантазировать, есть хорошая книжица, изучу и доложу.
Есть хороший счетчик, пришлось снять из-за отсутствия документов - надо с началом сезона через него включить холодильник и посчитать. Но можно и так:
Т.е. круглосуточно и непрерывно нужно закачивать в буфер 27Вт. Или 30Вт с учетом различных потерь. С учетом капризов природы нужен генератор в 2-3 раза мощнее, как ориентир. Сдается мне, что при моих ветрах это не безобидная вертушка получится.
Сейчас по РФ на трассах вижу ночную подсветку переходов комбинацией солнечной панели с вертикальным ротором с серповидными лопастями, во вращении получается сфера тонкая на полюсах и толстая по экватору. Не думаю, что это хорошая форма.

С другой стороны имеется гелевый Зонненшайн 12В 82Ач, Михаил мне два таких машиной вез из Ноябрьска, каждый 30кг. Если грубо, это запас энергии 984Втч или время питания холодильника 984/27=36ч. Пусть 30ч с учетом КПД, неплохо.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Но надо помнить, что это свойственно генератору с постоянными магнитами, где возбуждение всегда на максимуме.
Интересно было бы повторить подобный эксперимент с автомобильным генератором, для различных уровней возбуждения.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Валяется автомобильный, но покрутить его целое дело На коленке не приспособишь. В Сети есть ветряки с автомобильным как есть и с самодельным ротором из магнитов, но то не маленькие ветряки, солидные. Обычно генератор в автомобиле выдает от 50А при ШИМ стабилизации через ток возбуждения, напряжение около 14,5В. Т.е. самый плохонький способен на 700Вт и выше. Если раскрутить

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Да, штука мощная. При хорошем стабильном ветре, можно полностью обеспечить питание загородного дома.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

О самоограничении генератора. Резник А.М. Электрооборудование автомобилей: Учебник... - М.: Транспорт, 1990.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.