Calculul intensitatii campului magnetic pentru un generator cu flux axial

FEMM :Pentru  a calcula corect performantele  unui generator cu flux axial este necesar sa determinam valoarea campului magnetic in intrefier.

In functie de geometria generatorului si tipul magnetilor permanenti  intensitea campului magnetic poate fi calculata cu FEMM Finite Element Method Magnetics si urmatorul script generator-2-discuri. (scriptul este conceput pentru a simplifica la maximum operatiile de definire a geometriei generatorului)

femm

Alte scripturi  : scripuri

cateva simulari :

a) Calcul flux magnetic pentru asezare Halbach

FEMM Halbach

b) Calcul flux magnetic pentru un disc cu magneti permanenti,  al doilea cu piese polare metalice (in locul magnetilor)

FEMM 1disc+piesa polara

c) Calcul flux magnetic pentru  un singur disc cu magneti permanenti

FEMM 1disc

Decogging generator

Decogging : Pentru minimizarea efectului de cogging la generatoarele cu flux magnetic radial una din metode este asezarea inclinata a magnetilor sub un unghi (alfa) conform imaginii de mai jos unde :

  • N=numarul de magneti
  • ns=numar sloturi stator
  • L=distanta intre primul si ultimul magnet

decogging

decogging

Decogging : Folosind aceasta metoda de asezare inclinata a magnetilor  efectul de cogging se reduce prin faptul ca in timp ce un magnet din sir este atras de un slot celalalt magnet este atras de urmatorul slot.
Cum se transforma un motor trifazat in generator si asezarea magnetilor pentru minimizarea efectului cogging :
z_conversion_all                     zubbly2                       decogging_tutorial_V1

http://www.sparweb.ca/3_Gen_MoCo/Toshi.html

savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoar flux axial, wind turbines, vertical axis wind turbine, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, eoliana, hawt, lenz2.

 

Generator cu magneti de ferita

Un generator cu magneti de ferita de 500w marca  Hugh Piggott la un pret minim. Acest generator cu magneti de ferita este caracterizat prin distanta foarte mica intre magneti pentru a obtine putere maxima la un diametru  dat al discului (300mm) si forma triunghiulara a bobinelor.

Caracteristici :

  • Putere maxima   500w
  • Putere nominala 400w
  • Turatia la puterea nominala ~600 rot/min
  • U=24V
  • Diametru discuri 300mm
  • 24 de magneti ferita C8B (Y33) 50X50X25mm
  • 12 bobine cu profil triunghiular
  • 100 spire/bobina cu sarma de 1.5mm.
  • (pentru HAWT  sarma de 1.6mm si un numar mai redus de spire: 80 spire)

Generator cu magneti de ferita

Acum aproape doi ani am construit un generator de 1000w cu 40 de magneti 50x50x25 si 15 bobine cu sarma de 1.6mm si 55 de spire/bobina.  Dezavantajul generatorului consta in dimensiunile si masa mare al acestuia.

Generator cu magneti de ferita cuplat  la un Lenz2  d=1.2m, H=1.8m   Pmax=800w la ~12m/s.

 

Consider ca generatorul de 500w este varianta constructiva  cea mai ieftina si mai simpla pentru un amator ce poate fi folosita la o turbina verticala H-rotor cu D=1.2m, H=2m, 4 pale, c=210mm.

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, magneti, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana

Generator flux axial toroidal

Generator cu flux  axial toroidal un altfel de generator ! Generator flux axial Generator flux axial   Un generator flux axial  la care campul magnetic se inchide prin mijlocul statorului. Statorul toroidal are miezul format din benzi de material feromagnetic dispuse circular .

Datorita existentei miezului feromagnetic generatorul permite folosirea magnetilor de ferita cu succes. Avest tip de generator toroidal este folosit de doua firme  Proven si Vbine puterea maxima atinsa fiind de 15 Kw. Proven   http://www.kingspanwind.com/

Vbine  https://www.facebook….Energy?fref=ts

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

Generator flux axial

Generator flux axial  300w montat pe o turbina hibrid.

Generatorul are doua discuri dar numai pe unul sunt montati magnetii 50x25x12.5 pentru a limita costurile. Bobinele au 210 spire  d=1.2mm pentru a obtine tensiune de incarcare la turatii mici

Generator flux axial :Pentru viteze ale vantului mai mici de 4 m/s puterea va fi generata preponderent de rotorul Savonius . Voi folosi urmatorul DC-DC booster pentru a obtine tensiunea de incarcare .Generatorul cu flux axial genereaza 12v doar la 70 rot/min.

generator flux axial

Rotorul Savonius-Darrieus 3D

LENZ2, SAVONIUS, DARRIEUS, C-ROTOR, H-ROTOR,TURBINE EOLIENE CU AX VERTICAL, ENERGIE VERDE, GENERATOAR FLUX AXIAL, WIND TURBINES, VERTICAL AXIS WIND TURBINE, VA WIND POWER, ALTERNATIVE ENERGY, FREE ENERGY, DIY PLANS, EOLIANA, HAWT

Calcul curent generator vawt

Curent incarcare- formule calcul

Pentru a putea calcula curentul de incarcare se foloseste urmatoarea schema electrica.

curent incarcare

Curent incarcare: Formulele care guverneaza functionarea circuitului sunt :

curent incarcare formule

In modulul de calcul a randamentului generatorului  pentru a simplifica calculele  am considerat rezistenta cablului 0 (lungimea cablului ~0) dorind sa evaluez doar performanta generatorului .

Lungimea cablului este foarte importanta pentru evaluarea intregului sistem . Pierderile pe acesta fiind in functie de  tensiunea de incarcare, lungimea cablului, diametrul cablului si material.

vawt, lenz2, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoare, wind turbines, vertical axis wind turbine, vawt, Alternators, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, wind turbine free plans

Generator flux magnetic axial

Lucrez la un generator flux magnetic axial  de 300w.

Pentru o verticala  cu d=1.2m si  h=1.8m este suficient.

Generator flux magnetic axial  :  are doua discuri dar numai pe unul sunt montati magnetii 50x25x12.5 pentru a limita costurile. Bobinele au 210 spire  d=1.2mm pentru a obtine tensiune de incarcare la turatii mici

Generator flux magnetic axial

Generator flux magnetic axial gen2

Constructia este inspirata de la generatoarele cu flux axial construite de Hugh Piggott. Solutia cu un singur disc este o solutie economica care se preteaza la o verticala de mici dimensiuni.

O mica demonstratie :

Notam cu :

  • Bg2  inductia in intrefier la un generator compus din doua discuri cu magneti
  • Bg1  inductia in intrefier la un generator compus  dintr-un singur disc cu magneti
  •    P1 puterea generata de generator compus  dintr-un singur disc cu magneti
  •    P2 puterea generata de generator compus din doua discuri cu magneti
  •    n1 numar magneti generator cu un disc
  •    n2 numar magneti generator cu doua discuri
  •    n2=2*n1

Bg2>Bg1 dar Bg2<2*Bg1 (vezi  imaginile) fapt ce implica :

Generator flux magnetic axial 1 disc Generator flux magnetic axial 2discuri

se poate construi un generator cu un disc la jumatate de pret  fata de cel cu doua discuri dar cu o putere mai mare decat jumatate din puterea celui cu doua discuri.

2*P1>P2 desi P2>P1 fapt ce implica :

doua generatoare cu un singur disc dispuse pe acelasi ax al turbinei genereaza mai multa putere decat un generator cu doua discuri (desi  se foloseste acelasi numar de magneti in ambele cazuri)

 

 

Cogging

Cogging : Genereaza un moment rezistent la axul generatorului datorat de interactiunea intre magneti si miezul feromagnetic al bobinelor . Dupa startup si cresterea turatiei fenomenul de cogging este diminuat de momentul de inertie a generatorului.

 

Cogging

Nu trebuie confundat cu momentul rezistent care apare la axul generatorului datorat interactiunii intre campul magnetic generat de bobinele strabatute de curentul indus si magneti (conform legii lui Lenz )

O solutie pentru a minimiza acest efect :

https://vawt.ro/decogging/

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

Stabilirea distantei intre magneti in functie de tipul magnetului

Distanta magneti generator cu flux axial.

Daca vreti sa obtineti maximul de energie de la un rotor cu magneti de un anumit diametru, plasati multi magneti aproape unul de altul. (solutie optima pentru generatoarele cu magneti  ferita)

Daca vreti sa obtineti maximul de energie de la un anumit set de magneti, folositi un rotor mare si plasati magnetii la distanta unul fata de altul. Veti avea astfel spatiu pentru mai mult cupru in bobine si, in plus, veti avea mai putine pierderi de flux intre magneti. (solutie optima pentru generatoarele cu magneti  neodymium)

distanta-magneti

Distanta magneti : Discuri realizate de mine pentru generatoare de 300w cu magneti neodymium si 1500w cu magneti de ferita.

distanta magneti

Picture-0131-1024x768

Vertical

 

Generator axial monofazat

Pentru o turbina verticala am pregatit acest mic generator axial monofazat.

3d-1024x768

Generator axial monofazat

Legaturile intre bobine sunt realizate astfel :

legaturi-bobine

Generatorul va fi cuplat la un „boost”  conform  schemei care dubleaza tensiunea produsa de generator. Totul pentru a obtine tensiune de incarcare la o viteza cat mai mica a vantului.

Generator axial monofazat : boost pentru generator monofazat

Turbine-Booster

boost pentru generator  trifazat

3 Phase Turbine Booster

g1 Generator axial monofazat Generator axial monofazat
Alte moduri de a lega bobinele pentru a obtine un generator axial monofazat
vawt, le
Generator axial monofazat

Turbina care va antrena generatorul monofazat

ENZ2, SAVONIUS, DARRIEUS, C-ROTOR, H-ROTOR,TURBINE EOLIENE CU AX VERTICAL, ENERGIE VERDE, GENERATOAR FLUX AXIAL, WIND TURBINES, VERTICAL AXIS WIND TURBINE, VA WIND POWER, ALTERNATIVE ENERGY, FREE ENERGY, DIY PLANS, EOLIANA, HAWT

POWER, ALTERNATIVE ENERGY, FREE ENERGY, DIY PLANS, EOLIANA, HAWT

Generator flux axial

Trebuie sa instalati programul Smath pentru calcul generator flux axial

Folositi fisierul Calcul-generator-VAWT-Darrieus

Modificati dimensiunile geometrice a turbinei si valoarea fluxului magnetic calculat cu FEMM in functie de tipul de magneti folositi si geometria generatorului.

generator flux axial : schema de calcul a fost preluata de pe https://sites.google.com/site/florintanasa/ si am modificat doar partea de calcul pentru VAWT

generator flux axial

Puterea calculata pentru generator trebuie sa fie mai mica decat puterea mecanica generata la ax de turbina eoliana verticala.

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

Modificare motor trifazat in generator

Modificare motor trifazat in generator cu flux radial.
Am folosit un motor trifazat 2,2Kw , 1500 rot/min, 4 poli  , 380v la care s-a montat pe ax magneti cilindrici 20×5 mm dispusi pe 8 randuri cate 4 pe rand
Acum functioneaza cu rezultate bune pe sistemul hibrid Darrieus-Savonius.

Modificare motor trifazat in generator

Modificare motor trifazat in generator

Modificare motor trifazat : O analiza Femm demonstreaza ca solutia inglobarii magnetilor in materialul axului nu influenteaza major performantele generatorului.

Modificare motor trifazat in generator

Transformarea unui motor trifazat in generator este solutia cea mai simpla si cea mai ieftina in cazul in care nu se rebobineaza statorul.

Tutoriale transformare motor trifazat in generator :

z_conversion_all                     zubbly2

http://www.sparweb.ca/3_Gen_MoCo/Toshi.html

FEMM

Introducere in  Finite Element Method Magnetics FEMM

Daca vreti sa calculati valoare fluxului magnetic pentru un generator axial o solutie foarte buna este programul de analiza cu element finit.

Programul se descarca de aici : Download si scriptul  necesar pentru analiza : generator-2-discuri

FEMM ; Nu trebuie decat sa urmati pasii urmatori :

femm

Daca ajungeti pana aici va recomand un script mult mai complex a lui Florin Tanasa

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

H-rotor Stator Windspire

H-rotor : cei de la WindSpire au demonstrat ca infasurarea tip „serpuit” este eficienta .Statorul se remarca prin grosimea sa mica si eleganta tehnologiei folosite la constructia generatorului monofazat cu flux axial ce echipeaza turbina eoliana verticala Windspire v1.2

H-rotor Windspire

vavawt, lenz2, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoar flux axial, wind turbines, vertical axis wind turbine, vawt, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, eoliana, hawt