Hoe bepaal ik het maximale vermogen (in V/A of Watt) dat ik kan opwekken met een bepaalde magneet sterkte ?

Ik heb een lading aan verschillende magneten besteld van (rond) 6 to 15 mm in verschillende diktes (1-10mm).
Grotere mageneten wil ik pas later bestellen als het me beter afgaat met expirimenteren.

Een hoop googelen heeft me niks gebracht dan alleen hele moeilijke verhalen en uitgebreide uitleg over dingen die er wel mee te maken hebben, maar wat niet mijn vraag is.
Ik ben ook niet zo thuis in Formule-Land, das toch iets anders dan Lekker-Land.
Maar ik wou eens weten wat je maximaal met een magneet kon opwekken.

Welke eenheden heb ik daarvoor in een formule nodig ?
Een voorbeeldmagneet is bijv:
Magneet Rond 10x10mm N35 5400 Gauss

Ik heb al gelezen dat je Weber nodig hebt om de flux te berekenen.
Wat is de kortste manier om het maximale opbrengbare vermogen in Watt te berekenen ?
Of kan dat alleen in Ampere, en met de snelheid bepaal je het voltage ?

Dan ga ik ervan uit dat er gebruik wordt gemaakt van en spoel en gewoon een kern van hetzelfde materiaal als weekijzer van een trafo.

Of kan ik misschien van bepaalde stelregels uitgaan die een schatting kunnen geven ?

Een magneet kan niets opwekken ,er is wel een magnetisch veld

De magnetische fluxdichtheid wordt gemeten in tesla (T), dat is weber per vierkante meter (Wb/m2), of uitgedrukt in basiseenheden V s/m2.

Ik heb een tesla meter , wat wil je meten/weten ?, magneetjes !.

Het vermogen stop je er vooral in.,
wil je de "treksterkte" van de magneet weten, of gewoon de flux?

Zoals ik het begrijp heeft TS het beeld dat bij bepaalde eigenschappen van de magneet een bepaald maximum met die magneet op te wekken elektrisch vermogen hoort.
Dat is in theorie niet zo, maar praktisch zijn er allicht wat richtlijnen te geven. Met een hele grote, slappe magneet wordt het in elk geval lastiger zo lijkt mij.

Miereneuken eenheden:

Uit de titel: Vermogen kan je niet uitdrukken in V/A (ook wel Ohms genoemd). Vermogen wordt in Watt uitgedrukt.

Als je een magneet hebt en die haal je langs een spoel dan kan je daar een bepaalde hoeveelheid energie uit halen. Hoe sneller je dat doet des te meer energie je er uit kan halen. En hoe vaker je het doet, des te meer vermogen kan je er uit halen.

Dus bijvoorbeeld magneet X, spoel Y: 1 keer langshalen bij 1m/s max 1mJ. Ga je naar 10m/s dan wordt het max (denk ik) 10mJ.

Doe je nu 10x per seconde bij 10m/s dan krijg je totaal 100mJ/s = 0.1W. doe je het 100x per seconde dan krijg je 1000mJ/s = 1W.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Vermogen kun je in VA uitdrukken als het om het schijnbaar vermogen gaat. Bij generatoren en transformatoren is dat gebruikelijk.
V/A is een verkeerde schrijfwijze want het betekent V gedeeld door A.
VA betekent V maal A, en dat is inderdaad heel wat anders.

Wat de eigenlijke vraag betreft, daar heb ik ook geen pasklaar antwoord op. Ik zou zeggen: ga gewoon wat experimenteren.

Op 19 maart 2020 10:03:38 schreef rew:
Hoe sneller je dat doet des te meer energie je er uit kan halen. En hoe vaker je het doet, des te meer vermogen kan je er uit halen.

Het tweede klopt natuurlijk; hoe meer keer energie per seconde, hoe groter dus het vermogen.

Van het eerste ben ik niet helemaal overtuigd. Want als dat tegelijk óók waar zou zijn, dan zou bijvoorbeeld een dynamo dus meteen vier maal zoveel energie per seconde moeten leveren als je hem tweemaal zo snel draait: tweemaal omdat de magneten twee keer zo vaak langs de spoelen gaan, en nog eens tweemaal omdat ze tweemaal zo snel gaan. Dat laatste denk ik niet.

Ik kan me zelfs voorstellen dat de hoeveelheid energie per keer (bijvoorbeeld: per keer de magneet door de spoel laten gaan) min of meer constant is. Wel is het natuurlijk zo, als de magneet langzamer gaat, dat de energiepuls langer duurt ('breder is'), zodat het piekvermogen in die puls lager blijft.

e: inmiddels bijgeleerd :), zie verderop

--
Intussen zit je nog met zoiets als aanpassing om dat vermogen ook inderdaad uit de spoel te krijgen.
Als je belasting heel 'licht' is, dus een hoge weerstand heeft, dan krijg je wel de hoogste spanning, maar maar weinig stroom. En als de belasting zwaar is, dan wordt de stroom wel groter, maar daalt de spanning.
Ergens daartussen heb je maximaal afgeleverd vermogen; het rendement is dan echter niet hoog: theoretisch 50%. De andere helft wordt in de draad van de spoelen omgezet in warmte. En in werkelijkheid heb je nog wat mechanische verliezen natuurlijk.
Bij een hogere belastingsweerstand krijg je minder uitgangsvermogen, maar het daarvoor benodigde mechanische ingangsvermogen daalt nog sneller, zodat het rendement dan hoger is.
Maar dat geldt eigenlijk alleen merkbaar voor echte generatoren. Zolang je alleen met magneetjes langs een spoel strijkt is het rendement sowieso erg laag.

--
Natuurlijk probeerde ik eventjes te googelen naar deze interessante kwestie (ik had er nog nooit bij stilgestaan), maar dat blijkt erg lastig: de zoekresultaten zijn totaal vergiftigd door de Free Energy-mafia.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Of de flux nu traag of snel door een winding veranderd maakt idd niet uit voor het oppervlak spanning x tijd, voor die ene verandering.
Maar als je het snel afhandelt kan je het meerdere keren per seconde doen.. en daar zit alvast een verschil.

tevens gaat het te leveren vermogen omhoog met U². (aan de uitgang) Dus dubbel zo snel levert maar halve tijd op en dubbele spanning als oppervlak, maar die spanning gaat met het kwadraat op in de verbruiker.. (op voorwaarde dat de stroom mee mag stijgen).

edit : ik ga uit van een niet reactieve verbruiker, een weerstand dus..

Op 19 maart 2020 11:19:49 schreef kris van damme:
Of de flux nu traag of snel door een winding veranderd maakt idd niet uit voor het oppervlak spanning x tijd, voor die ene verandering.
Maar als je het snel afhandelt kan je het meerdere keren per seconde doen.. en daar zit alvast een verschil.

Wel dus.
Even een heel simplistische (en niet correcte) vergelijking: Als ik 2x met mijn auto tegen een muur rij met 20km heb ik net zoveel schade als dat ik 1x met 40km tegen die muur rij. Nee: Want E = 1/2mv^s.
Heb effe geen zin om het uit te zoeken, maar begin met Faraday's law als je het uit zou willen rekenen: https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday%27s_law_of_induction

Op 19 maart 2020 10:56:19 schreef Frederick E. Terman:
Van het eerste ben ik niet helemaal overtuigd. Want als dat tegelijk óók waar zou zijn, dan zou bijvoorbeeld een dynamo dus meteen vier maal zoveel energie per seconde moeten leveren als je hem tweemaal zo snel draait: tweemaal omdat de magneten twee keer zo vaak langs de spoelen gaan, en nog eens tweemaal omdat ze tweemaal zo snel gaan.

Ik snap je bedenkingen.

De vraag was niet: "hoeveel HAAL je er uit" maar "hoveel KAN je er uit halen". Doordat de spanning verdubbeld, en de generator als een ideale spanningsbron met serieweerstand gezien kan worden, KAN je er op het maximale power-punt er 2x meer uit halen als de spanning verdubbeld. Tegen de tijd dat je in een normaal werk-bereik komt te zitten, dan gaat natuurlijk ook de I2R van de wikkelingen meespeelen en dan zit je dus aan een maximale stroom en hoewel je op het maximale powerpunt(*) meer vermogen zou kunenn aftappen, zit je dan ver boven wat je kan volhouden omdat de boel anders te heet wordt. Tegen die tijd wordt het lineair zoals je al doorhad! :-)

Op 19 maart 2020 11:19:49 schreef kris van damme:
edit : ik ga uit van een niet reactieve verbruiker, een weerstand dus..

Ik dus niet: Ik ga uit van een optimale verbruiker. Eentje die z'n best doet om het maximale d'r uit te halen!

Dit soort opgaven zijn erg gevoelig voor de randvoorwaarden en aannames! Altijd lol! Meerdere antwoorden mogelijk!

(*) half kortgesloten! De helft van de kortsluitstroom en de helft van de open klemspanning!

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 19 maart 2020 11:56:25 schreef rew:

[...]
Ik dus niet: Ik ga uit van een optimale verbruiker. Eentje die z'n best doet om het maximale d'r uit te halen!

wel dan is die zeker resistief, maar dynamisch. een potentiometer dus :-)

Op 19 maart 2020 11:41:52 schreef JoWi:
[...]Wel dus.
Even een heel simplistische (en niet correcte) vergelijking: Als ik 2x met mijn auto tegen een muur rij met 20km heb ik net zoveel schade als dat ik 1x met 40km tegen die muur rij. Nee: Want E = 1/2mv^s.

wacht even, energie in de massa in beweging gaat idd met kwadraat van de snelheid. Maar die magneet knalt nergens tegen. zolang de snelheid dezelfde blijft maak je daar dus geen gebruik van. (en Faraday ook niet :-) )

Op 19 maart 2020 11:56:25 schreef rew:

(*) half kortgesloten! De helft van de kortsluitstroom en de helft van de open klemspanning!

Ja, maar dan blijft de helft van de energie wel achter in warmte..

Op 19 maart 2020 12:03:48 schreef kris van damme:
Ja, maar dan blijft de helft van de energie wel achter in warmte..

Dat lijkt me niet. De geproduceerde hoeveelheid warmte hangt af van de weerstand van de wikkeling en dus van de draaddikte. Stel je voor dat dit zou gelden voor de generator in een elektriciteitscentrale, dan zou er niet alleen rook uit de schoorsteen komen.

Op 19 maart 2020 12:31:08 schreef KlaasZ:
[...]Dat lijkt me niet. De geproduceerde hoeveelheid warmte hangt af van de weerstand van de wikkeling en dus van de draaddikte. Stel je voor dat dit zou gelden voor de generator in een elektriciteitscentrale, dan zou er niet alleen rook uit de schoorsteen komen.

maakt niet uit Klaas, je haalt de maximum energie uit en systeem als de belasting = aan de bronweerstand, dat is waar Rew naar refereerde. Dus ook voor een generator. Uiteraard kan je dit niet praktisch doen, je generator zou het gewoon niet overleven, en 50% van de energie blijft in de bron. Het is dus niet efficiënt. Het is vooral een klassieke oefening in eerste jaar HS elektriciteit ..

Eigenlijk is het zo om het zonder wiskunde te zeggen dat een bron maximaal vermogen aan een
verbruiker levert als de belasting de complex toegevoegde impedantie is van de bron. Het gaat dus bij wisselspanning niet enkel om de resistiviteit, maar ook om de zelfinductie van de generator die gecompenseerd dient te worden door een capaciteit met dezelfde reactantie. De verliezen in de bron zijn dan 50% van het totale vermogen.

Dit principe, aanpassing of 'matching' genaamd wordt veel toegepast in elektronica, maar vaak worden bronimpedanties zo laag mogelijk gehouden om de verliezen te beperken.
Dit is een compromis dat zich niet eenvoudig laat berekenen omdat met heel veel factoren moet rekening gehouden worden.
Als eenvoudig voorbeeld neem ik een batterij.
De inwendige weerstand is zeer laag ten opzichte van de geschikte verbruikers. De nuttige energie die kan afgenomen worden varieert bovendien sterk met de afgenomen stroomsterkte en de temperatuur.
In theorie zou een batterij van 1Ah zowel een stroom kunnen leveren van 10mA gedurende 100 uur als een stroom van 1A gedurende 1 uur.
In werkelijkheid zal in het laatste geval de batterij veel eerder leeg zijn dan de capaciteit doet vermoeden.

Rust roest, en nog geen klein beetje, ik kan er van meespreken.

Dat was ooit in de stoomtijd ook een discussiepunt, wat is het maximale vermogen van een bepaald type stoomlokomotief. Een oude lokführer had daar zijn eigen theorie over: "Die leistung einer lokomotive richtet sich nach die leistung des heizer"
Dus: hoe snel beweeg je die magneet, hoe sterk is de magneet, hoe dicht bij de spoel en hoe lang hou je het vol.

Ik ben niet zo goed in formules enzo.

Dat lijkt me een goeie opmerking.

Het maximumvermogen dat een generator kan leveren wordt uiteraard in de eerste plaats bepaald door het mechanisch vermogen dat op de as van het aandrijfmechanisme kan gerealiseerd worden.
Je kunt energie niet opwekken uit het niets , alleen omzetten in een andere vorm met steeds verlies in warmte, Dat is de basis van de thermodynamica.
Voor de rest is er geen zinnig woord over te zeggen. Alles hangt af van de constructie: aantal windingen per spoel, draaddiameter, massa van de statorpolen, vorm van de poolschoenen, aantal polenparen, snelheid van de as, lagering, kwaliteit van het statorblik.

Ook de grootte van de luchtspleet tussen magneet en stator is van groot belang. is de afstand te groot, dan ondervindt het magnetisch veld erg veel verlies. De luchtspleet vormt voor een magnetisch veld een hoge weerstand en doet de efficiëntie van de magneet sterk afnemen. En met een kleine spleet moet de as natuurlijk goed gecentreerd zijn enz........

Ik hoop dat Daan69 beseft dat een vanaf scratch zelfgemaakte generator met een magneetje vooral dient ter lering en vermaak en geen praktisch bruikbaar nut heeft.
Als dat de bedoeling is, kun je beter een bestaande motor proberen om te bouwen tot generator, dan is de constructie alvast stukken beter dan wat je ooit zelf kunt ineenflanzen.

Rust roest, en nog geen klein beetje, ik kan er van meespreken.
joopv

Golden Member

Op 19 maart 2020 01:59:28 schreef daan69:
Ik heb een lading aan verschillende magneten besteld ....

Maar ik wou eens weten wat je maximaal met een magneet kon opwekken.

Het antwoord is erg simpel: het theoretisch maximale vermogen wat je kunt opwekken met je magneet is gelijk aan het vermogen waarmee je het mechanisme aandrijft wat de magneet doet bewegen langs of door een spoel.

Simpel toch? Of ben ik nu te letterlijk? Want ik heb het idee dat je denkt dat je op een of andere magische manier energie kunt opwekken met een magneet zonder er energie in te steken.

Voor een compleet begrip van de werking van een generator stel ik voor dat je een HBO of WO opleiding elektrotechniek volgt. Dan krijg je ook de benodigde natuurkundige en wiskundige achtergrond mee.

Op 19 maart 2020 10:56:19 schreef Frederick E. Terman:
[...]
Van het eerste ben ik niet helemaal overtuigd. Want als dat tegelijk óók waar zou zijn, dan zou bijvoorbeeld een dynamo dus meteen vier maal zoveel energie per seconde moeten leveren als je hem tweemaal zo snel draait: tweemaal omdat de magneten twee keer zo vaak langs de spoelen gaan, en nog eens tweemaal omdat ze tweemaal zo snel gaan. Dat laatste denk ik niet.

dat doet die dynamo toch?. Bij dubbele snelheid gaat de spanning x2 en is het vermogen aan diezelfde verbruiker x4. (dat komt omdat de magneten sneller voorbij de windingen gaan, dat ze daardoor ook meerdere keren passeren is een gevolg, de frequentie zelf komt in de formule van vermogen niet voor bij resistieve verbruikers)

maar eerste vraag was of de snelheid van voorbijkomen iets veranderd aan het oppervlak U x t ; dat is niet zo.

Op 19 maart 2020 11:41:52 schreef JoWi:
Wel dus.
Even een heel simplistische (en niet correcte) vergelijking: Als ik 2x met mijn auto tegen een muur rij met 20km heb ik net zoveel schade als dat ik 1x met 40km tegen die muur rij. Nee: Want E = 1/2mv^s.
Heb effe geen zin om het uit te zoeken, maar begin met Faraday's law als je het uit zou willen rekenen: https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday%27s_law_of_induction

U over een winding is U = cte X dphi:dt als je de snelheid halveert wordt dphi half zo groot, dus ook de spanning, maar de tijd waarover dt veranderd wordt dubbel zolang. Het product U x t blijft dus constant. gelukkig maar, want vroegere fluxmeters werkten op dit idee :-)

Let op: het geleverde vermogen in dezelfde belasting neemt wel toe met U²

Laat ons eens eerlijk zijn ipv dagdromen te voeden.
Dergelijke proeven zijn bijzonder leerzaam voor wie zijn theoretische studies wil ondersteunen met practicum. Op voorwaarde dat elk probleem die daarbij uiteraard ondervonden wordt uitgebreid bestudeerd wordt.

Iemand die aangeeft niets met formules en wiskunde te hebben, en snelsnel een praktisch resultaat wil kan onmogelijk met beperkte middelen op beginnersniveau een draaiende generator realiseren die praktisch inzetbaar is.

Nog enkele struikelblokken die een echte toepassing in de weg staan :

-Hoe ga je de magneten bevestigen? Gaatje in dat harde materiaal boren?
Dat gaat warm worden, en je magneet zal zn kracht verliezen.
Hoe ga je de draaiende magneten uitbalanceren zodat je machine niet davert als gek.

Om 50Hz op te wekken heb je met 1magneet en 2 spoelen al 3000t/m nodig. Handig zo'n staafmagneet in je hersens om je te orienteren.

Om 1 Hz op te wekken kan je dan volstaan met 60t/m.
Maar dan zal de opbrengst natuurlijk marginaal zijn.

Een goede raad om je kennis op te vijzelen als je niet zo'n formuleman bent zoals je zelf aangeeft. En goedkoop wil experimenteren.
Koop op een rommelmarkt enkele klassieke fietsdynamo's.
Dat zijn complete en werkende wisselstroomgeneratoren.
Doe daar proeven mee en trek je conclusies.

Als ik je bedoeling snap, wil je eerst met kleine magneten snel een bruikbare machine ontwerpen om die daarna op grotere schaal te bouwen
met een praktisch doel. Kun je rustig vergeten!! Denk ook even aan je veiligheid.

Rust roest, en nog geen klein beetje, ik kan er van meespreken.

Bij een DC-motor/generator met permanente magneten heb je twee eenvoudige formules die het vermogen bepalen :
De zogenaamde Kv waarde, uitgedrukt in n/volt ofwel bij welk toerental genereert de generator 1 V.
Daarnaast is het koppel evenredig met de stroom. Het vermogen dat kan worden opgewekt is dus koppel * toerental. Helaas zijn er aan beide factoren fysische beperkingen : het toerental is begrensd, een te hoog toerental zal de generator beschadigen en geeft grotere interne verliezen (wervelstromen + inductie verliezen). Een te grote stroom zal de motor ook beschadigen (hitte dood). Een goed ontwerp moet dus zorgen voor een hoge Kv waarde, en een hoge stroom/koppel verhouding en weinig interne verliezen. De magneet sterkte is dus maar één factor van de vele !

Op 19 maart 2020 12:03:48 schreef kris van damme:
Ja, maar dan blijft de helft van de energie wel achter in warmte..

Absoluut! Efficient is inderdaad HEEL wat anders!

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Ik heb net zo het gevoel dat daan69 ergens op een afstandje staat toe te kijken hoe een groepje geleerde heren hier zijn onderwerp staat te bediscussiëren.
Je gooit wat in de groep, en komt niet meer terug. ;(

Ik heb net zo het gevoel dat daan69 ergens op een afstandje staat toe te kijken hoe een groepje geleerde heren hier zijn onderwerp staat te bediscussiëren

Ach nee man, dat corona gedoe, je wordt er moe van ik heb even geen tijd gehad.
Wereld staat op zijn kop. ppfftt

Even duidelijk maken dat ik niet op een dynamo uit ben.
Ik wou de samenhang tussen de magneet sterkte en elektrische stroom eens weten. (in de zin van formulering als dat niet te ingewikkeld is)
Wat ook als voorbeeld zou kunnen dienen is een elektromagneet, dit zou dan wel andersom zijn, dus van V+A naar een magneet sterkte.
Magneten worden uitgedrukt in Gauss en Tesla en hebben ook een treksterkte.
Tuurlijk dat een half zware maneet de helft zal opwekken.
Maar hoe staan de berekeningen erna ?

Wat is de volgorde van Magneetsterkte naar elektrisch vermogen of Stroom
Dus niet van GAUSS naar STRAUSS. (stel je voor dat de snaren van zijn viool elektrisch worden, dan zou die malloot de elektrische gitaar hebben uitgevonden)
Maar van GAUSS naar Amp (of) Watt (of) een andere eenheid voor elektrische energie.

---------------------- edit ---------------------

Ben een beetje verward, want ik zie in de tabellen dat als de dikte van een magneet (rond 10mm) toeneemt, dat Het aantal GAUSS met elke millimeter in verhouding minder word.
De treksterkte neemt eerst per millimeter toe, en daarna gebeurt hetzelfde, het neemt verhoudingsgewijs per millimeter af.
Zie tabel:

Als het GUASS afneemt en de treksterkte toeneemt, dan moet toch de oppervlakte en/of andere afmetingen van de magneet in berekeningen moeten worden meegenomen ?

De inductiewet van Faraday leert nu dat in het raam een elektromotorische kracht (EMK) zal heersen die recht evenredig is met de verandering van de magnetische flux per tijdseenheid. Eenvoudig gezegd, de EMK (opgewekte spanning) is dus ook evenredig met de grote van de magnetische flux. Deze flux is weer afhankelijk van de opbouw van de magnetische kring (week ijzer / luchtspleet) en de magneten zelf. Opgelet, het weekijzer van de kring mag niet in magnetische verzadiging gaan, want dan verhoogt de flux niet meer.

Op 20 maart 2020 20:29:40 schreef daan69:
[...]
Ach nee man, dat corona gedoe, je wordt er moe van ik heb even geen tijd gehad.

Maar van GAUSS naar Amp (of) Watt (of) een andere eenheid voor elektrische energie.

daarvoor zijn meer gegevens nodig..

de formule gaf ik hierboven al: U = cte x dPHI:dT .

welnu, die cte staat voor constante, en dat is een beleefde naam voor alle onbekende maar stabiele gegevens. :-)

en eens al die gegevens zijn ingevuld.. U staat dan voor de open klem spanning..Het uiteindelijk opgenomen vermogen, daar heeft de belasting ook iets over te zeggen.

Uiteraard is bovenstaande theoretisch. er zijn ook een hoop praktische voorwaarden, die komen achteraf.

Maar louter theoretisch, als alles ideaal was, dan kan zelfs een éénwinding alternator die aan één omwenteling/min draait 100kW leveren.

gaat in de praktijk niet lukken. Dus, wat wil je?