Магнитная индукция и все что с ней связано
 

Тема магнитной индукции, ЭДС и т.д. была поднята в нескольких темах, поэтому я решил создать отдельную тему, чтобы не загромождать тему Сергея и DmitryK-а.

Я думаю, что из первой формулы вполне можно вывести вторую, но она будет работать только в том случаи, когда площадь катушки примерно равна площади полюса. И вот почему. Допустим, мы намотаем катушку не из первого паза в четвертый, как сейчас, а из первого во второй. При этом, так как площадь катушки уменьшилась, ЭДС у нас уменьшится в три раза. Но L и V остались прежними. Значит, по формуле, B получится в три раза меньше, хотя магнитная система не изменилась. Поэтому лучше использовать первую формулу, так как она более общая.


Так как сейчас я жду ближайшей зарплаты, что бы заказать магниты для моего генератора, то последние три недели я пытался понять принцип работы генератора и как различные параметры влияют друг на друга. Все что я понял, попытаюсь описать в этом сообщении.

Будем рассматривать случай, когда катушка намотана на один зуб, так как его проще описывать.
Начнем с самого начала.
ЭДС возникает из-за изменения магнита потока проходящего через катушку. При использовании железа, весь магнитный поток идет по нему. Магнитный поток определяется магнитной индукцией (МИ) в зубе и площадью зуба.

Почему нам важно добиться максимальной МИ.
Максимальное значение МИ определяет амплитуду колебаний величины магнитного потока, а скорость вращение ротора влияет на длительность одного периода. Чем больше амплитуда, тем больше производная магнитного потока при той же скорости вращения ротора и соответственно больше ЭДС.

Что влияет на максимальное значение МИ.
Максимальное значение МИ достигается в зубе, когда центр магнита стоит напротив центра зуба. На величину МИ влияют
1) Площадь магнита.
2) Толщина магнита.
3) Зазор между магнитом и зубом.
4) Наличие или отсутствие под магнитом железа.
5) Кривая намагничивания ЭТС.

Давайте рассмотрим каждый пункт в отдельности.
1) Чем больше площадь магнита, тем больше МИ в зубе. Но, поэкспериментировав в Elcut-е, я пришел к выводу, что нет смысла брать магнит шириной больше чем зуб + паз. Если взять магнит шире, то магнитный поток с его краев пойдет в соседние зубы и МИ в нужном нам зубе никак не изменится. Так же не стоит брать магниты шириной меньше ширины зуба, так как при этом МИ начинает резко падать.

2) Толщина магнита влияет на его коэрцитивную силу. Один миллиметр неодимового магнита дает 880А (эта величина зависит от марки магнита). Как коэрцитивная сила влияет на МИ, мы рассмотрим ниже.

3) При преодолении воздушного зазора, тратится как раз коэрцитивная сила магнита. Чем больше зазор, тем больше магнита уходит на его преодоление.

4) Железо под магнитом позволяет соседним магнитам замкнуться. При проходе через железо коэрцитивная сила магнита почти не уменьшается. Если же под магнитами железа нет, то им приходится преодолевать своеобразный воздушный зазор, на что уходит много коэрцитивной силы. Особенно это критично для тонких магнитов.
Толщина железа под магнитами, должна быть в пределах от половины до полной ширины магнита. Если взять железо тоньше, то оно может войти в насыщение (что это будет разобрано ниже), что приведет к потерям. Если взять толще, то ничего плохого не буде, но и хорошего тоже. Так как мы можем не знать кривую намагничивания железа, которое мы будем использовать, то думаю лучше его брать толщиной в ширину магнита.

5) Электротехнические стили имею такую характеристику, как кривая намагничивания. Эта кривая показывает, как изменяется МИ в материале, при приложении к нему определенной коэрцитивной силы. На рисунке кривая намагничивания стали 1311. Видно, что вначале МИ быстро увеличивается, а потом начинает расти очень медленно. Когда МИ почти не увеличивается, говорят, что железо вошло в насыщение. Я считаю, что нет смысла брать толстые магниты, так как уже после 1,5Тл для увеличения МИ требуется значительное увеличение толщины магнитов. Как пример, разница в МИ между магнитом толщиной 5мм и 10мм будет всего процентов 10, если не меньше. Я думаю, если под магнитами есть железо, а зазор между ротором и статором 0,5-1мм, то стоит использовать магниты толщиной 3-5мм.


Теперь немного поговорим о краевых потерях и количестве полюсов. Для примера рассмотрим мой генератор. У него 48 зубов, а зуб + паз 6,5мм Я хочу использовать магниты шириной 7мм. С залипаниями я собираюсь бороться по методу Ильи МГУ. На проточенный ротор можно поместить 34 или 38 магнитов. В первом случаи расстояние между магнитами будет 2мм, а во втором 1мм. Так как у меня магнит чуть шире, чем зуб + паз, то расчеты в Elcut-е показали, что во втором случаи МИ всего на 1,5% меньше, т.е. краевые потери почти не увеличились. Но, добавив 4 магнита, мы увеличиваем частоту на 11%, что приведет к увеличению ЭДС. Поэтому я предпочел второй вариант. Единственно, что я ещё не анализировал, так это то, что из-за такого числа магнитов, некоторые из них будут стоять не по центру зуба. Сейчас буду писать программу, которая позволит провести такой анализ и будет выдавать порядок намотки катушек.

Потом я решил проверить, что будет, если вместо 38 полюсов сделать 19. При этом одноименные магниты я максимально сдвинул, что позволило увеличить расстояние между разноименными магнитами. Такая перестановка увеличила МИ в зубе на 8%. Но меня смущает, что при таком количестве полюсов существенно увеличивается длинна боковых частей катушек. Это приведет к увеличению внутреннего сопротивления, что может съесть всю прибавку в ЭДС. Плюс железо под магнитами надо будет делать в два раза толще.

Уф, так много текста, я ещё не писал. Написал бы ещё больше, но думаю пока достаточно. Старался писать как можно понятнее. Если есть ляпы, то прошу меня поправить, на абсолютную истину я не претендую. На все вопросы постараюсь ответить.

Нельзя так категорично. Нужно указывать какую электромашину мы расматриваем.
К примеру у меня асинхроник 54 паза и 6 полюсов (то есть 1000об/мин синхроная скорость). Один полюс это 9 пазов. И почему это я должен брать магнит зуб+паз?
Да пусть он хоть три зуба сразу перекроет, а ещё лучше все девять:).


880А, это надо понимать Ампер. Но на самом деле Ампервиток.
Ничего вразумительного ниже я не нашол кроме:


"Винегрет". Если магнит имеет скажем 1Т и его площадь 1кв.см. а магнитопровод имеет площадь в сечении 0,7кв.см. Тогда магнитная индукция в магнитопроводе вырастет до 1,5Т. (Говорю образно, невникая в материал и прочее).
Никакой связи с толщиной магнита эта индукция не имеет.

Для чередования + - количество полюсов может быть только чётным, т.е. 20 или 18. Пропускать полюс оставив рядом два одноимённых магнита нельзя. ЛЮБАЯ магнитная аномалия на роторе вызывает магнитное залипание, будь то один увеличенный интервал или два однополюсных магнита рядом. В прошлом году я всё это проверил экспериментально. В частности, делал 25-полюсной ротор.


По поводу программки для анализа: я пытался этим заниматься, но не смог корректно поставить задачу. Удалось лишь оценить эдс при переходе от 24-х к 26-и магнитам. А для общего случая не очень понятно, какую величину мы вычисляем.

Возражаю.
Задача была поставленна не так как описано выше. Это потом перевели её в это русло, причём ничего не конкретизируя.
Поэтому повторюсь:
В пазу лежит проводник. ВСЁ.
То что за пределами паза это уже соединительные провода к вольтметру.
Если паз длиной 100мм, значит активная часть проводника 100мм.
Цепляем на этот провод вольтметр и производим измерение ЭДС.
Где здесь площадя? Нету их.
И нашему проводнику абсолютно пополам сколько полюсов над ним промелькнёт за 1 оборот, толи 2, толи 24. Если индукция одинакова то и ЭДС будет одинакова.
Распишу по другому:
У нас по кругу на роторе помещается 24 магнита.
Мы можем их расположить +-+-+- будет 24полюса
Можем сделать ++--++-- Будет 12 полюсов.
Можно +++---+++--- получится 6 полюсов
++++----++++---- 4 полюса
И наконец ++++++------++++++------ 2 полюса.
До этого момента я думаю всё понятно.
Самая выгодная система с точки зрения получения максимальной индукции и как следствие ЭДС, это 2 полюса. Потому что минимальные потери индукции между полюсами. Но в этот момент Алекс упётся в лобовые части которых вообще нет.
Рассматривается эффективность магнитной системы и всё.
Идём дальше:
Имея 24 полюса и 36 зубов мы имеем полюсное деление q=1,5 то есть дробное число. Поэтому утверждение что магнитный полюс должен быть равен зуб+паз в корне неверно. Было бы 36 полюсов на роторе, совсем другой разговор.
Вернёмся к нашему проводнику.
Фактически это виток, только вторая его часть не находится в магнитном поле и не принимает участия в выработке ЭДС. И сейчас мы попробуем найти ему место на статоре.
24 полюса, пазы 1-2
12 полюсов 1-4
6 полюсов 1-7
4 полюса 1-10
2 полюса 1-18
Поэтому если на двух полюсную систему намотать из первого паза во второй, мы не тошо третью часть потеряем, а вообще нифига не получим.
Прошу заметить, что о площадях вообще разговора нету. Только ширина полюса.
Потому как количество полюсов определяет его ширину. И чем их больше, тем больше потерь индукции между полюсами.
Вот это дело Елькуд покажет и посчитает.
Коэрцитивная сила здесь вообще не при делах, потому как нету противо ЭДС.
Вот когда она появится, тогда будем разбираться и с эти параметром. И Елькуд нам уже здесь не поможет:)...

Сегодня понял, что мои рассуждения насчет насыщения железа и ограничения из-за этого толщины магнита, полная чушь. Как дела обстоят на самом деле, будет написано ниже.

Я же написал, что рассматриваю случай, когда катушка намотана на один зуб. Если мы мотаем катушку на несколько зубов, то надо действовать по аналогии. Площадь полюса должна быть чуть больше площади катушки. А магниты в полюсе должны располагаться максимально близко друг к другу.

Литературе пишут Ампер, но можно и ампервиток, сути это не меняет.

Примерно так, но 1,5Тл это максимальная МИ, которую мы можем получить. А вот получим мы её или нет уже зависит от толщины магнита. Подробно об этом напишу ниже.

Да, что-то количество катушек не учел. Но тем примером в основном я хотел показать, как изменится МИ при группировке магнитов в полюс.

Наверное, можно и этой формулой пользоваться, но меня мучают сомнения. Предлагаю, пока оставить этот вопрос, так как он особо ничего не решает.

Для определения магнитного потока, который проходит по магнитной цепи требуется построить рабочую диаграмму магнита (см. рисунок). На горизонтальной оси отложена коэрцитивная сила, а на вертикальной магнитный поток. График строится по двум точкам: остаточному магнитному потоку Ф и коэрцитивной силе.
Остаточный магнитный поток находится по формуле
Ф=B*S, где
B – остаточная индукция магнита. Для неодимов она равна 1,1-1,2Тл.
S – площадь магнита, с которой магнитный поток идет в зуб.
Чем больше Ф, тем лучше. B зависит только от материала магнита, поэму наша задача максимизировать S.
Каким же образом влияют на S те факторы, о которых я писал.
Чем шире магнит, тем S больше. Но если взять магнит шире чем зуб + паз, то S не увеличится, так как магнитный поток с краем магнита уйдет в соседние зубы.
Чем меньше зазор между статором и ротором, тем S больше, так как меньше краевые потери.
Коэрцитивная сила находится по формуле
F=2*h*Hc, где
h – толщина магнита.
Hc – коэрцитивная сила материала магнита. Для неодимов она равна 840-880 кА/м.
На два мы умножаем потому, что рассматривается магнитная цепь, т.е. пара магнитов.

Построив диаграмму магнита, мы начинаем считать потери в магнитной цепи. Как их считать, я расписывать не буду. Напишу только, как на них влияют те факторы, которые мы рассматриваем.
Чем больше зазор, тем больше в нем потери, причем как раз из-за зазора возникает большая часть потерь в магнитной цепи.
Если под магнитом есть железо, то потерь в нем почти нет. А если железа нет, то возникает второй воздушный зазор, который значительно увеличивает потери. Ещё я исследовал, на сколько критично то, что магнит по краям не касается железа, из-за того, что втулка круглая. Оказалось, что потери от этого мизерные, и на них можно не обращать внимания.
Потери в зубца считаются так.
Смотрится, какая МИ будет в зубце. По графику размагничивания материала зубца определяется, какая напряженность магнитного поля соответствует данному значению МИ. А потом полученную магнитную напряженность умножают на длину пути, который должен пройти магнитный поток. Если мы вводим зуб в насыщение, то потери в нем начинают резко расти.

Но сегодня я пришел к выводу, что при переделке асинхронного двигателя не стоит особо опасаться насыщения зуба, так как при проектировании двигателя этот момент был учтен, и зуб имеют такую форму, что неодимами мы его в насыщение не вгоним. Единственное место, где могут возникнуть проблемы, это спинка статора. И то только в том случаи, если мы будем мотать катушку на большое число зубцов. Главное, что бы ширина спинки статора была больше половины суммы ширин зубцов, входящих в одну катушку.

Посчитав потери, мы получим некоторое число Ампер. Отложим это число на горизонтальной оси и проведем вертикальную линию. Точка пересечения вертикальной линии с графиком магнита покажет, какой магнитный поток пройдет по магнитной цепи.
Если мы будем увеличивать толщину магнита, то угол наклона графика будет уменьшаться, и при тех же потерях, мы получим больший магнитный поток. Но если коэрцитивная сила магнитов существенно больше потерь, то увеличение толщины почти ничего не даст.
Например, при зазоре в 0,5мм и использование железа под магнитами, потери будет в районе 500-1000А. Возьмем 1000А. Магниты толщиной 4мм, будут иметь общую коэрцитивную силу 6720А. Тогда в зубе будет (6720-1000)/6720*100 = 85% от магнитного потока. Если увеличить толщину магнитов до 8мм, то коэрцитивная сила станет равна 13440А, а магнитный поток будет равен (13440-1000)/13440*100=92%. Получается, увеличив толщину магнитов в два раза, мы получили прибавку всего в 7%. Поэтому я и считаю, что оптимальная толщина магнитов 3-5мм.

Я хочу, что бы моя программа делала примерно тоже, что и программа для расчета мотора, на которую вы давали ссылку. Только я ещё хочу, чтобы кроме порядка намотки катушек, программа вычисляла отклонение центра магнита от центра катушки. Это позволит оценить потери в ЭДС.

Если так рассуждать, то можно договориться до того, что коэрцитивная сила будет влиять на магнитную индукцию в зазоре.

А так и будет.
Хорошим примером является генератор DmitryK-а. У него магниты толщиной 1мм, а зазор 1,2мм. Обычно считают, что на 1мм зазора уходит 1мм магнита, но тогда получается, что у DmitryK-а генератор не должен работать, так как вся толщина магнита уйдет на преодоление воздушного зазора. Но когда я провел моделирование в Elcut-е, оказалось, что магнитная индукция в зазоре всего 0,5Тл, а не 0,8-1Тл, как обычно. Из-за того, что МИ меньше, потери в зазоре получаются меньше, чем коэрцитивная сила магнита и магнитный поток проходит в зуб. Правда, МИ в зубце получается всего 0,7-0,8Тл.

Ой не нравится мне всё это. Ну да ладно считайте, не буду вам мешать:hi:.

BenGunn, а ты вот эту тему просматривал? http://windpower-russia.ru/forum/sho...?t=450&page=11
Ловлю себя на том, что то что здесь обсуждается уже где-то было:)...

BenGunn, Вот что такое коэрцитивная сила.

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряженностью , которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность или индукцию магнитного поля внутри. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%EE%...F_%F1%E8%EB%E0

Тупо, эта сила показывает сколько нужно ампер для размагничивания данного материала.

Вот подумай сам что там разработчики учли, наши магниты, или всё же магнитный поток создаваемый катушками.:nea:
Ведь для каждой мощности свой поток и зубья тоже разные, в общем всё это под большим вопросом, надо считать для каждого генератора отдельно.:pardon:

Это остаточная индукция для материала (порошка), а не для магнита.

Индукция постоянного магнита Bd не может превышать Br: равенство Bd = Br возможно лишь в том случае, если магнит представляет собой замкнутый магнитопровод, то есть не имеет воздушного промежутка, однако постоянные магниты, как правило, используются для создания магнитного поля в воздушном (или заполненном другой средой) зазоре, в этом случае Bd < Br, величина разности зависит от формы магнита и свойств среды. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EE%...E0%E3%ED%E8%F2

Что касается вашей теории про катушку на зуб и магнита над ней, не больше, чем, зуб+паз, тут я вас поддержу, т.к. сам так же считаю, но тут надо учитывать геометрию самого статора (поля рассеивания).

Про толщину магнитов тоже согласен, чем толще, тем ближе к величине Br.
Ведь совершенно очевидно, что толстые магниты имеют силу притяжения больше, чем тонкие (площади основания равны естественно), а Магни́тная инду́кция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%...86%D0%B8%D1%8F Соответственно имея более высокий магнит, мы имеем более высокую Bd

у меня есть свое представление на работу электрической машины, и толщина магнита ой как нам нужна, не для того чтобы преодолеть зазор, это компенсируется площадями магнитопровода и магнита вернее оптимальным соотношением зазора и площади взаимодействия магнита и магнитопровода, а толщина нам дает возможность увеличения скорости изменения статического воздействия на проводник, а значит и мощности, то есть проще говоря если вы установите магнит толщиной 2 мм на ротор и начнете вращать например (теоретически) до 200 об\мин и после этого при увеличении оборотов мощность генератора не будет расти а даже начнет падать то это означает что коэрцитивная сила магнита не может больше увеличивать скорость движения зарядов (тоесть боротся с сопротивлением) но если вы увеличите коэрцитивную силу магнита увеличивая толщину магнита вы сможете увеличить число оборотов и соответственно повысите мощность, поэтому изменяя толщину магнита мы можем задавать максимальное значение мощности установки для того чтобы не спалить проводник.

Чуток ОФФ:
признаюсь честно, я при выборе магнитов руководствовался и меркантильной составляющей. Магниты 9х5х20 стоили НУ ОЧЕНЬ дёшево. Все остальные варианты были дороже вдвое. Учитывая, что длина статора автогены близка к 20 мм, выбрал именно их. 5 мм толщины, это хорошо. Есть припуск на шлифовку.

Alex, после вашего сообщение, у меня, кажется выстроилась полная картина.
В формуле надо брать как раз Br. Величина Ф показывает, какой максимальный магнитный поток может выходить из магнита. Он будет достигаться как раз тогда, когда потерь не будет и Bd = Br. Чем больше потери, тем меньше Bd, это как раз и показывает диаграмма магнита.

В этом определении стоит обратить внимание на последние слова или индукцию магнитного поля внутри. Т.е. у нас Bd станет равна 0. Это можно сделать с помощью катушки намотав соответствующее количество витков и пустив нужный ток. Но допустим, мы пустили ток в два раза меньше. При этом Bd не будет равна 0, но уменьшится, по сравнению с Br. Чему буде равна Bd можно будет узнать из диаграммы магнита.
Теперь вернемся к нашему случаю. У нас Bd уменьшает не катушка, а потери в магнитной цепи. Недаром они измеряются в Амперах. Потери зависят от магнитного потока испускаемого магнитом. Смотрим, какие потери будет, когда Bd будет равна Br. Потом уменьшаем Br, при этом потери то же уменьшаются. И так уменьшая Bd мы и придем к нужной точке на диаграмме магнита.

Это как раз не ОФФ, а насущная проблема. Стоимость магнитов составляют значительную часть затрат на генератор. Поэтому я и решил разобраться в их работе, что бы понять как максимально их использовать и сколько их надо брать.

Не соглашусь! В формулу мы подставляем действующее значение индукции в системе, которую можно получить имея диаграмму магнита и зная его max индукцию. Параметр Br - это max индукция которую может создать магнит из данного материала (т.е. не факт, что каждый магнит имеет такую индукцию), и то эта индукция будет max если магнит будет замкнут сам на себя без потерь в магнитопроводе и зазоров, в общем разводилово одно а не параметр магнита.

Вот по коэтцитивной силе из другого источника.
одна из хар-к магн. гистерезиса. К. с.— напряжённость Нс магнитного поля, в котором ферромагн. образец, первоначально намагниченный до насыщения, размагничивается http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_p...9D%D0%90%D0%AF

Вот ещё.
КОЭРЦИТИ́ВНАЯ СИ́ЛА, одна из характеристик явления гистерезиса в ферромагнитных материалах, показывающая в какой степени затруднены в них процессы намагничивания (перемагничивания). Коэрцитивной силой Hc называют напряженность размагничивающего поля, в котором ферромагнитный образец, первоначально намагниченный до насыщения, размагничивается. Различают коэрцитивную силу мНс, когда в веществе, предварительно намагниченном до насыщения, обращается в нуль намагниченность М, и коэрцитивную силу вНс, когда обращается в нуль магнитная индукция В. http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=642912

Да, и поставив внутрь катушки наш магнит, но у нас магниты снаружи, т.е. шансов размагнитить их у нас нет.

В общем по коэрцитивной силе я вас хочу просто подправить, всё что вы пишите имея ввиду К.С. подходит для индукции Bd

Добавлено через 13 минут
И ещё такой момент по магнитам, пробовал расчитывать силу притяжения на 1 кв. мм для разных типов магнитов - победили те у которых высота была значительно больше основания.

Нашел подходящую статью
http://www.femto.com.ua/articles/part_1/2033.html

Собственное размагничивающее поле Hd, как раз и зависит от потерь во внешней магнитной цепи. Для описания этих потерь ещё используют термин магнитное сопротивление.

Да нет, не зависит от потерь во внешней магнитной цепи. Это поле есть в каждом магните, только потому, что магнит является источником магнитного поля, и изменяется собственное размагничивающее поле вместе с индукцией Bd под действием внешнего поля (противо эдс).

Величина Bd определяет напряжённость создаваемого магн. поля в воздушном зазоре магнита постоянного. Она зависит от формы магнита постоянного (конструкции магн. системы), коэрцитивной силы Нс материала и формы кривой размагничивания, т. е. участка петли гистерезиса, заключённого между точками Вr и Нс.

Alex, в определении, которое вы привели, как раз и написано, то о чем я говорю.

Магнитная система, это не только сам магнит, но и вся магнитная цепь.

Вот и коэрцитивная сила и кривая размагничивания тут есть.

Для наглядности сделал несколько моделей в Elcut-е. Думаю, ему можно доверять.
Br=1.2Тл
Hc=840A/мм
Толщина магнита 5мм, ширина 10мм. Для наглядности, цветовая шкала во всех случаях одинаковая.

1) Первая картинка. Замкнул магнит с помощью материала с очень низким магнитным сопротивлением. Так как потерей в цепи почти нет Bd=1.198Тл.
2) Вторая картинка. Изменил магнитное сопротивление материала, сделав его достаточно большим. Из-за потерь в цепи Bd=0.95Тл.
3) Третья картинка. Увеличил толщину магнита в два раза до 10мм. Так как коэрцитивная сила магнита увеличилась Bd=1.06Тл.
4) Четвертая картинка. Вообще убрал магнитопровод, т.е. магнит замыкается через воздух. В центре магнита Bd=0.35Тл, а у краев 0,6Тл. Разница в магнитной индукции возникла из-за того, что путь, который проходит магнитный поток, исходящий из краев магнита, меньше и соответственно меньше потери.

Можно вклиниться? У меня вопрос! Магнитному полю есть разница как входить в магнитопровод?

Если я правильно понимаю, то в первом случаи магнитный поток будет идти справа налево, т.е. пластины располагаются, как в обычном статоре. А во втором случаи магнитный поток будет идти снизу вверх. Так?
Тогда второй случай хуже. Во-первых, промежутки между пластинами будут восприниматься, как дополнительный воздушный зазор, что увеличит потери. Во-вторых, и это наверное белее существенно, во втором случаи возрастут потери из-за токов Фуко, так как они возникают в поверхностях перпендикулярных направлению магнитного потока.

Вот, я так предполагал

Тогда будет так, как я и написал.
А где вы это предлагали? Можно ссылочку, что бы поподробнее почитать.

Нее, предполагал! Меня заинтересовал генератор Анатолия (на форуме Моторчик, ник А.N.)

Полагаю что такой генератор лутьше чем без железа!

С помощью Elcut-а провел исследования, какие магниты и в каком количестве лучше брать. Получил интересные данные, которыми и хочу поделиться.

Для начала вернусь к табличке Ильи, в которой он получал коэффициент эффективности использования магнитов. Мне кажется, он не правильно посчитал объем магнитов, так как итоговая толщина магнитов у DmitryK-а 1мм, а не 2. Я пересчитал коэффициент исходя из того, что у DmitryK-а магниты толщиной 1мм, а у Ильи 4мм, так как он их тоже обтачивал. Для генератора Ильи коэффициент получился 9,12E-8, а для генератора DmitryK-а 22,8E-8. Но у генератора DmitryK-а зазор между статором и ротором 1,2мм, а у Ильи 0,5мм. По результатам моих моделирований, если бы у генератора DmitryK-а зазор был бы равен 0,5мм, при толщине магнита в 1мм, он бы выдавал в 1,6 раз большее ЭДС. Т.е. коэффициент у генератора DmitryK-а надо ещё умножить на 1,6 и получится 36,48E-8. Значит в генераторе DmitryK-а магниты используются в 4 раза лучше, чем в генераторе Илью. Попробую объяснить почему.

1) По моим прикидка расстояние зуб + паз для данных генераторов равно 6-6,5мм. Я пришел к выводу, что если мы мотаем катушку на каждый зуб, то ширина магнита не должна превышать зуб + паз. У Илью ширина магнита 9мм, т.е почти треть магнита уходит впустую. А у DmitryK-а ширина магнита 4мм и расстояние между магнитами 2,8мм. Из-за такого большого расстояния краевых потерь почти нет и магниты используются почти полностью.

2) Чрезмерная ширина магнитов у Илью ведет к ещё одной потере. Не уменьшая магнитной индукции в зазоре, мы могли бы взять магниты меньшего размера и увеличить число полюсов на роторе. При тех же оборотах это бы привило к увеличению частоты и следовательно, возрастанию ЭДС. Правда у DmitryK-а магниты наоборот слишком маленькие, что приводит к уменьшению магнитной индукции в зубе.

3) На удивление, я пришел к выводу, что при зазоре 0,5мм оптимальная толщина магнита около 1мм. Дальнейшее увеличение толщины магнитов, конечно, дает прирост ЭДС, но этот прирост получается значительно меньше, чем увеличение объема магнитов. Так, к примеру, увеличив толщину магнитов с 1мм до 2, квадрат ЭДС увеличится на 37%, при том, что объем магнитов возрос в два раза. Для сравнения, я использую квадрат ЭДС, так как мощность генератора пропорциональна именно квадрату ЭДС.

Эти три причины и привели к тому, что в генераторе DmitryK-а магниты используются в 4 раза(если пересчитывать для зазора 0,5мм) или в 2,5 раза (если зазор не пересчитывать) эффективнее, чем в генераторе Ильи.

Во всех моделях, которые я рассматривал зазор между статором и ротором я брал равным 0,5мм. Я пришел к выводу, что при таком зазоре, оптимальное расстояние между магнитами равно половине паза. До этого расстояния краевые потери не существенны, а чем больше площадь под магниты, тем больше магнитная индукция в зубцах. Но если зазор будет меньше, то краевые потери резко возрастают и магниты на краях используются не эффективно.
Ещё я рассмотрел, какое количество магнитов лучше: количество зубцов+2 или количество зубцов-2. В первом случаи магниты надо брать уже, но зато их больше и из-за этого возрастает частота. Во втором случаи магниты шире, но частота меньше. В итоге получилось, что вариант количество зубцов-2 эффективней, с точки зрения использования магнитов. Если дальше уменьшать количество магнитов, их эффективность падает, поэтому я считаю вариант количество зубцов-2 оптимальным.
А вот с толщиной магнитов не все так однозначно. Выше я писал, что оптимальная толщина магнита около 1мм, но это оптимальность только с точки зрения использования магнитов. При такой толщине не достаточно нагружено железо генератора. Вернемся к генераторам Ильи и DmitryK-а. Хоть у Ильи магниты и используются менее эффективно, но при этом он получил 0,0017В/(оборот*виток), а DmitryK только 0,00069В/(оборот*виток), а если пересчитать зазор, то 0,0011В/(оборот*виток). Т.е. у Ильи ЭДС на виток больше в 2,46(1,55) раза, а это значит, что при тех же размерах статора его генератор мощнее в 6(2,4) раза. В итоге мы должны выбирать, что для нас важнее эффективное использование магнитов и тем самым снижение стоимости (тут я не учитываю стоимость остальных частей генератора) или габариты генератора. Но надо помнить, что чрезмерно увеличивать толщину магнитов тоже нет смысла, так как разница в мощности между магнитами толщиной 4мм и магнитами толщиной 5мм уже будет всего около 1,5%.

ПС Конечно, теория это хорошо, но на практике все гораздо печальнее, так как и статоры мы вынуждены брать готовые и магниты выбирать из имеющихся. Но, надеюсь, мои исследования по крайней мери позволять сделать выбор, который будет ближе к оптимальному.

ПСС Ещё забыл добавить, что при определении оптимального числа магнитов я не учитывал, то что не у всех катушек одной фазы магниты будут стоять по центру. В дальнейшем постараюсь это тоже учесть.

Нашел интересную статью, в которой автор пришел к выводу, что для генератора мощностью 25КВт можно использовать магниты толщиной 4мм.

Ну 4мм это ещё куда б не шло. Но вот 1мм, как-то маловато.
Но вопрос у меня в другом:


Дай ссылку с какого места форума взяты эти данные.

Это отсюда: http://windpower-russia.ru/forum/sho...34&postcount=9

Из таблички, которую составил Илья
http://www.windpower-russia.ru/forum...9&d=1345716479
Правда ещё наверное надо на число катушек было поделить. Но так как катушек в обоих генераторах 36 штук, это бы ни на что не повлияло.

Как я и думал все уже давно придумано, обсчитано и проверено экспериментально. Вот нашел автореферат докторской диссертации "Создание высокомоментных электрических машин с постоянными магнитами". В этой работе и скос магнитов исследован и соотношение числа зубцов и магнитов. Теперь буду искать полный текст диссертации и статьи, которые в ней упоминаются, что бы все подробно изучить. Из того что смогу понять, все самое интересное выложу здесь.

Ох Ильюха, чё то не нравится мне всё это:
Вложение 8057
А ну давай поподробнее. Обороты, напряжения, как и чем измерялось, в общем всё что касается ЭДС на один оборот виток.
Боюсь что где-то есть ошибка.

BenGunn, я не из-за вредности своей интересуюсь.
Просто как-то стрёмно получается ЭДС 0,03-0,06 на об/мин.
пусть даже у них индукция в зазоре в 2 раза выше моей за счёт заполнения ротора магнитами, но у меня статор в 4 раза длинее, а значит и проводник длинее.
А в итоге у меня ЭДС измеряется тысячными, а не сотыми.

За свои 0,5 я не ручаюсь. Теперь даже не помню, на какой стадии сборки генератора я выдал эту цифирь. Кажется, после этого я проточил статор, устав бороться с касаниями. Я ведь перебирал пластины, собрал обратно не идеально. Учитывая толщину кевларового бандажа, оцениваю свой радиальный зазор (разность радиусов) примерно в 0.8-1.0 мм.
Соответственно, дальнейшие рассуждения стоит критически пересмотреть.

1. Я всегда был против того, чтобы называть недобор эдс "потерями". Потерями следует называть только то, что снижает кпд. Недобор же эдс одновременно снижает как полезную, так и затраченную энергию.

Но есть и настоящие потери:
1. Активные потери на обмотках;
2. Токи Фуко;
3. Перемагничивание.
(наверное, есть и другие, глубоко не копал).
Увеличение частоты приводит к снижению п.1 (толще и короче обмотки) и увеличению п.2 и п.3. Я недооценивал п.2 и 3 настолько, что сняв характеристики своего генератора заподозрил виткач. Ничего другого и в голову не приходило - нагрузки нет, а момент на валу немаленький. В итоге срезал совершенно исправные обмотки! И был сильно удивлён что голый статор даёт такой же момент и без обмоток.
Отсюда мои сомнения в целесообразности повышения частоты. Фуко и гистерезис - враги страшные и требуют самого пристального внимания.

Про ширину:
Осмелюсь задать идиотский вопрос чайника... а что, магнитное поле равномерно распределено по всему полюсу? Я всегда считал, что нет. Посреди полюса напряжённость поля должна быть выше. И не так уж важна ширина магнита. (Повторюсь, это лишь моё представление. а читать лень).

Я решал эту задачку вручную при помощи автокада. "Нестояние по центру" учитывал как косинус. Т.е. за нулевую точку принимал максимальную амплитуду (магнит напротив зуба), а косинус угла отклонения, это и есть коэф. недобора эдс в данной катушке.
ЗЫ: Эко я загнул... Щас Серёга начнёт материться (про себя):))

Добавлено через 2 минуты
ИМХО: в табличке всё предельно прозрачно, куда уж подробнее? Дима выложил свои цифири, я - свои.

Не не буду:).
Он иследует затраченую магнитную массу для получения единицы ЭДС.
Вот этот момент он и называет недобором.

Я в своей теме тоже об этом писал. На 600об/мин на голом статоре 80Вт улетает в трубу.
А если я болгарином захочу крутить этого гену, что-бы запустить холодильник?
Так шо теперь, у этой связки 7А холостого хода будет?

Добавлено через 8 минут
Илья МГУ, ну ведь ты же не начинающий:
Цифры я вижу, я не вижу ответа на свой вопрос?
Могу перефразировать свой вопрос.
Шо на шо делилось или умножалось, что получилась такая ЭДС на один об/мин виток?

Сергей, все просто. Ты пака наматывал только тестовую катушку и получил именно В/(оборот*виток). В табличке, как я понял, данные уже собранного генератора, а не одной катушки. Если разделить ЭДС на количество витков и количество катушек, то как раз тысячные и десятитысячные и получаться. В своих расчетах я делил ЭДС только на количество витков, так как катушек в обоих случаях 36.

Про токи Фуко и гистерезис я помню, но как их точно учесть я не знаю. Читал методичку про проектирование генератора на 5КВт. Они там учитывали все потери, но при частоте 50Гц больше 50% было из-за активных потерь в обмотках, поэтому я токи Фука и гистерезис решил пока не учитывать. Тем более, что бы их учесть надо точно знать характеристики материала статора.

Я это понял так, что магнит можно рассматривать как набор отдельных столбиков. А магнитная индукция в конкретном столбике зависит от того, как этот столбик замкнут. На второй странице я выкладывал скриншоты из Elcut-а. На последней картинке, где магнит в воздухе, как раз на краях магнита магнитная индукция больше, чем в центре, из-за того что магнитному потоку приходится пройти меньший путь.

У вас, из-за большой ширины магнитов, особых потерь именно в максимальном значении магнитной индукции не должно быть. Но получается, что в каждой катушке магнитный поток меняется по разному, а это значит, что в конкретный момент в каждой катушке ЭДС то же будет отличаться. Как это сказывается на Uxx фазы я ещё не понял.
Кстати ваш "косинус фи" отличная идея, так как по факту мы будем иметь сумму синусоид немного смещенных по фазе друг относительно друга. Правда, из-за того, что у нас сумма синусов, а не произведение, угол фи будет считаться хитрее. Вечером попробую вывести формулу для него.

А можно ссылку на это место в твоей теме.

BenGunn, Да какая разница, толи у меня одна катушка 100 витков, толи я положу 6 катушек по 17витков? ЭДС будет одна и та же.
Дальше:

А это вообще как понимать?
В 36-ти пазах 36катушек и каждая из них по 37витков?
Смотри табличку, 37 проводников в пазу.

Ага, кажется догнал. Это типа ЭДС одного витка умножаем на Хексовы 2,3 а ещё лучше на Валерыны 2,43 и получаем ЭДС этого витка после выпрямителя.
Круто...

Нет, ещё проще. Это Uxx всего генератора поделенное на обороты.
Вот табличка с данными генератора Ильи
http://windpower-russia.ru/forum/att...5&d=1331712460
Делим 11,85В на 190 оборотов и получаем 0,062 В/оборот из таблички сравнения.

Поделив эти значения, на количество витков в катушке, я получил значения Uxx/обороты, которые были бы, если бы на каждой катушке генераторов было бы всего по одному витку.

Ведь совершенно понятно, что чем больше будет отличаться соотношение 24/36 или 36/36, тем меньше будет ЭДС в фазе при симитричном расположении катушек.
Илья частично компенсировал это рассчитав несимитричную намотку статора.
Поэтому у него нужно брать ЭДС фазы и делить на количество витков в фазе.
Потому, что в один и тот же промежуток времени в разных витках вырабатывается разная ЭДС.

ИМХО: ни капли не хитрее. Одна фаза - треть катушек статора. Например, если катушек(или зубьев) 36, то 12 из них работают на одну фазу. При соотношении магнитов/зубьев 2/3 все магниты проходят зубья синхронно, т.е. косинусы отклонения для каждого зуба равны единице (чтобы не связываться с размерностями, работаем только с косинусами). Сумма этих косинусов будет равна 12. При соотношении напр. 26/32 появится смещение, т.е. не все косинусы будут равны единице. Суммируем все 12 косинусов для одной фазы cos1+cos2...cos12. Получаем накую цифирь меньше 12-ти. Делим её на 12 (т.е.сумма для 2/3) и получаем некий коэф. снижения эдс при переходе от 2/3 к 26/32. Назовём его Ксн

НО! У нас возросла частота. Поэтому из формулы зависимости эдс от частоты вычисляем второй коэф. Назовём его Кч. Перемножаем Ксн на Кч и получаем итоговый коэф "Китого" который учитывает оба фактора. У меня он получился 97%. По замерам на стенде примерно так и вышло.

Я понял свою ошибку. Витком здесь нигде и не пахнет. :hi: