Меню

Задачи по определению мощности генератора



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.

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)

Читайте также:  Мощность объекта детский сад

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.

Читайте также:  Генератор мощность 320 квт

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

Тема: Расчет характеристик синхронного генератора

date image2020-04-12
views image1105

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Параметры трехфазного синхронного генератора приведены в таблице: номинальное (линейное) напряжение на выходе U1ном при частоте тока 50 Гц, обмотка статора соединена «звездой», номи­нальный ток статора I1ном, КПД генератора при номинальной на­грузке ηН0М, число полюсов 2р, мощность на входе генератора P1ном,полезная мощность на выходе генератора Рном, суммарные потери в режиме номинальной нагрузки ΣРном, полная номинальная мощ­ность на выходе Sном, коэффициент мощности нагрузки, подклю­ченной к генератору, соsφ1ном, вращающий момент первичного дви­гателя при номинальной загрузке генератора М1ном. Требуется оп­ределить параметры, значения которых в таблице не указаны.

Читайте также:  Мощность отношений это тест

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ №5

Для выполнения задания используем материал учебника

М.В.Немцов Электротехника и электроника М.; Издательский дом «Академия», 2017, Ст. 205-214.

Для решении задачи воспользуемся формулами:

— коэффициент мощности соsφ1ном = Рном / Sном,;

— уравнение баланса мощностей P1ном= Рном+ ΣРном

— ток статора в номинальном режиме I1ном= Sном/( U1ном)

— синхронная частота вращения n1=f160/p

— момент приводного двигателя М1ном=9,55*10 3 P1ном/ n1

Практическая работа №8

Тема: Выбор диода для схем включения однополупериодного выпрямителя

Для однополупериодного выпрямителя необходимо выбрать диоды по таблице Приложение.

Дана мощность потребителя P=250 Вт, напряжение потребителя U=100 B

1. Определим ток потребителя I=P/U=250/100=2.5A

Полупроводниковые диоды обладают односторонней проводимостью электрического тока и применяются в качестве электрических вентелей в выпрямителях

2. Найдем напряжение на диоде в закрытом состоянии (обратное)

3. По данным I=2.5A , Uo=314B, подберем диод Д232, у которого

Источник

Указания к решению задачи 4

Для решения задачи 4 необходимо знать материал темы «Электрические машины постоянного тока»:устройство, принцип действия генераторов и двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением, формулы, определяющие параметры таких машин. Используя рисунки 20, 21 разберем основные формулы, необходимые для решения задач.

Генератор с параллельным возбуждением (рисунок 20)

1. ЭДС, наводимая в обмотке якоря,

где U, В — напряжение на зажимах генератора;

Rя, Ом – сопротивление обмотки якоря

.

Рисунок 20 Рисунок 21

2. Токи возбуждения Iв = U / Rв

3. Полезная мощность, отдаваемая генератором:

Мощность Р1, Вт — затраченная первичным двигателем на вращение якоря генератора (потребляемая мощность генератором), определяется из формулы КПД генератора

Двигатель с параллельным возбуждением (рисунок 21)

1. Противо — ЭДС, наводимая в обмотке якоря:

где U, В — напряжение источника электрической энергии, питающего обмотку якоря;

Rя, Ом – сопротивление обмотки якоря.

2. Токи якоря, в нагрузке, в обмотке возбуждения:

ток якоря (из формулы противо – ЭДС) Iя = (U — E) / Rя (А)

ток в обмотке возбуждения Iв = U / Rв.

где Rв, Ом – сопротивление обмотки возбуждения.

3. Мощность, потребляемая двигателем от источника электрической энергии,

4. Полезная мощность Р2 на валу двигателя определяется из формулы КПД

5. Момент вращения двигателя

М = 9550Р2(кВт) / n (об/мин),

где n — частота вращения якоря.

Для лучшего понимания приведенных формул и их применения при решении задач рассмотрим примеры.

Пример 10. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением (рисунок 20), имеющий сопротивление обмотки якоря Rя=0,1Ом и сопротивление обмотки возбуждения Rв=60Ом, нагружен внешним сопротивлением R= 4 Ом. Напряжение на зажимах машины U = 220 В.

Определить: 1) токи нагрузки I, в обмотке возбуждения Iв и в обмотке якоря Iя; 2) ЭДС генератора Е; 3) полезную мощность Р2, расходуемую на нагрузке.

Дано: U = 220 В, Rя = 0,1 Ом; Rв = 65 Ом; R = 4 Ом.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник