Магнитная индукция и все что с ней связано

[BenGunn]

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.

Сообщение от Сергей

Мы имеем скорость перемещения магнитного поля в зазоре которого находится проводник какой то длины. И наша формула Е = 2fnmNBS максимум упрощается и имеет вид Е=ВLV
Где В-индукция, L-длина проводника, V-скорость перемещения в магнитном поле.
Или я не прав?

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.