Ontwerp Generator: Kern hoe of wat

Een generator heeft nooit evenveel magneten als spoelen, en daar zijn talloze redenen voor, waaronder een enorme koppelrimpel, en omdat je doorgaans 120 graden verschuiving wilt hebben tussen de fases. Een stalen bout is niet het juiste materiaal, je krijgt daarmee grote hysterese en wervelstroom verliezen.

Dat vermoed ik ook, al weet ik niet of deze generator alleen als demonstratie van een principe hoeft te werken of ook daadwerkelijk efficiënt moet zijn.

Het verschil tussen één en twee kernen ligt ook aan de sterkte van het magnetische veld. Als het veld erg sterk is en de bouten verzadigen zal er een limiet zijn aan het magnetische veld dat je kan opvangen. Zo niet, dan zal het niet de limiterende factor zijn.

Overigens is het zeker relevant om je af te vragen waar de achterkant van je bout naartoe gaat. Het magnetische veld moet zo veel mogelijk kortgesloten worden. Alle bouten zouden idealiter aan de achterkant in een stalen plaat zitten, net als dat alle magneten aan de achterkant aan een stalen plaat zouden zitten.

Overweeg om in plaats van de bouten voorgemaakte (ferriet)spoeltjes toe te passen. Die zijn sowieso beter geschikt voor snel wisselende magnetische velden en het scheelt wikkelen. Je hebt dan ook meteen een beter idee wat de maximale stroom is die je redelijkerwijs kan verwachten. Is het toerental laag, dan zijn kleine nettrafo's nog makkelijker. Om een redelijke spanning te genereren heb je sowieso veel wikkelingen nodig, het scheelt als iemand die al voor je heeft gelegd.

Op 7 januari 2024 08:29:13 schreef SparkyGSX:
.. je krijgt daarmee grote hysterese en wervelstroom verliezen.

Ik begrijp dat de magnetische hysterese gewoon in warmte wordt omgezet. Dit blijkt het hoofd-mechanisme om je pan op je inductie-kookplaat warm te krijgen!

Grappig dat je het zegt, want het zijn toch juist de wervelstromen die dat doen? Hystereseverliezen zijn naar mijn weten niet heel significant. Dan zou je pan magnetisch zijn afhankelijk van op welk punt in de wisselspanning het fornuis uitschakelt, en dat heb ik nooit waargenomen. Misschien heb ik het mis, maar ik dacht dat het juist geleidingsverliezen waren in een inductiefornuis.

Hystereseverliezen hangen zo ver ik weet af van de coërciviteit van het materiaal: een "week" materiaal heeft weinig coërciviteit en is daarmee een handig materiaal voor een transformator, een "hard" materiaal is lastig te magnetiseren, maar omgekeerd ook lastig te demagnetiseren en dus nuttig als magneet.

Hysterese verliezen veroorzaken inderdaad warmte, maar natuurlijk ook koppel dat niet als elektrisch vermogen wordt afgegeven.

Ik weet niet hoe de verhouding tussen wervelstroom en hysterese verliezen is bij een inductiekookplaat; ik heb er geen, en kan ook niet eenvoudig meten aan een pan.

@Kruimel: als je de pan oppakt van het fornuis haal je hem langzaam uit een wisselend veld, en als je kookplaat uit zet is het veld ook niet ineens weg, het is een resonant circuit, dus dat zal uitslingeren, waarbij de amplitude geleidelijk kleiner wordt (in een paar milliseconde of zo). Alsnog zou dat vereisen dat de pan ferromagnetisch is, en dan zou er toch altijd wel een beetje remanent magnetisme overblijven.

Hier kan je aanbevolen poolparen en stator-tanden combinaties vinden:
https://www.bavaria-direct.co.za/info/

Tja, mijn moeder had "lompe" aluminium pannen. Die dateren uit het tijdperk dat ze op van die kale "verwarmingselementen" stonden. Echt ruim een centimeter massief aluminium. Dat moet het super doen op het wervelstromen gebied. Toch staat er in de handleiding dat als een magneet niet blijft plakken, je pan niet zal werken. We hebben het geprobeerd en dat klopt. Moderne "geschikt voor inductie" pannen die hoofdzakelijk van alu zijn hebben ijzeren schijfjes ingegegoten.

Op 7 januari 2024 17:04:41 schreef SparkyGSX:
[...]Alsnog zou dat vereisen dat de pan ferromagnetisch is, en dan zou er toch altijd wel een beetje remanent magnetisme overblijven.

Exact, ik was ook in de veronderstelling dat ferromagnetisme hetgeen was dat een pan geschikt maakte voor inductiefornuizen. Ik heb ook zo een fornuis niet, dus ik zal me er verder niet in mengen.

Bij een pan op een inductieplaat gaat het om de geïnduceerde stroom in de panbodem. Ik was vroeger ook van mening dat het daarom met elk metaal zou moeten lukken.
Maar dat blijkt niet zo te zijn. De bodem moet minstens voor een deel van ijzer zijn. Dat is volgens mij om het magneetveld beter te bundelen naar de bodem.

De vraagstelling over de generator snap ik niet. De gele vlakken zijn de magneten en de blauwe dingen zijn bouten. Maar die bouten zitten toch niet door de magneten geboord? De tekening suggereert dat wel.

[Bericht gewijzigd door KlaasZ op zondag 7 januari 2024 22:51:00 (25%)]

Kan zijn dat de soortelijke weerstand van koper en aluminium te laag is waardoor er te weinig warmte in de bodem van de pan wordt opgewekt. Het is niet zonder reden dat electriciteitsdraden van koper worden gemaakt en niet van ijzer.
En uiteraard, ijzer bundelt het magneetveld.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op zondag 7 januari 2024 23:18:06 (20%)]

@ rew en SparkyGSX:
Als ik die tabel goed begrijp dan zijn de tanden mijn 12 spoelen aan elke kant (24 totaal) en zijn mijn 12 magneetjes, die om-en-om liggen qua pool, dus zes poolparen. Dan kom ik uit op 'reduction' 3.

Klopt dat?

koper en alu hebben gewoon geen magnetische eigenschappen, iets wat je nodig hebt om de de "spoel" in het fornuis een kern te bieden welke dan heet gestookt word.

goedkope alu pannen doen het slecht op inductie, je hebt een bepaalde massa nodig om het volle vermogen van 1 grote pit te kunnen gebruiken. een goedkope pan heeft een blikken plaat ingestanst in het alu, dat is niet genoeg. een ouderwetse sudderpan van gietijzer werkt wel, ijzermassa zat.

Ik heb wat aanpassingen gedaan. De kern bevat nu vier magneetjes en per kant zijn er nu zes spoelen met een laag van 40 windingen 0,4 cU. Dat is voor mij voor dit experiment voldoende. De info van de site die @rew aangaf was erg handig in deze. De 10x20 magneetjes staan nu ook horizontaal in de schijf. Op de schijf staan de magneetpolen nu nog verkeerd aangegeven. Het moet noord tegenover noord en zuid tegenover zuid zijn. Zo zitten ze wel in de schijf.

Het aangepaste spul. Spoelblok komt een lager in.

[Bericht gewijzigd door harry64 op dinsdag 9 januari 2024 10:26:25 (14%)]

Net de ronde magneetjes van 10X3, of exacter 10X2.7 binnen gekregen en die lijken een heel stuk krachtiger dan de 10X20X2, of exacter 9.3X19X1.5, te zijn.

Je hebt nu het magnetische veld aan de achterkant van de bout (de kant die niet voor de magneetschijf zit) nu niet magnetisch kortgesloten; dit is dramatisch voor de opbrengst. Daarbij zit er erg veel ruimte tussen de magneten; in die tijd doen de spoelen niets.

Het zou beter zijn om alle bouten aan één kant te zetten, met een magneetschijf aan beide kanten, met een zo klein mogelijke luchtspleet. In echte motoren en generators is dat luchtgat meestal (veel) kleiner dan een millimeter; een motor waar ik aan meegewerkt heb, had een gat van 0.4mm.

Als je elke spoel een eigen gelijkrichter geeft, zou dit enigszins kunnen werken, maar verwacht er niet teveel van. Het kan heel leerzaam zijn om de spanning over één spoel te bekijken met een oscilloscoop, en vervolgens kun je de spanning over de andere spoelen bekijken, en hoe die onderling verschoven zijn.

Dat was ik ook van plan. Ik kwam echter ook tot de ontdekking dat geprint spul erg veel wrijving geeft. Die eerste schijf met 12 magneten ging ook klapperen omdat die dun is en de magneten aan de bout koppen trekken.

Met de ronde magneetjes wil ik het anders gaan aanpakken. Daarin neem ik ook mee dat de achterkant van de spoelen magnetisch verbonden moeten zijn. Daar er ook een kogellager van 22mm buitendiameter in komt, kan ik de spoelen met hun 'kont' in een stukje 22mm cv-buis zetten. Daar print ik dan een boormal voor die om de buis gaat zodat de spoelen op het juiste aantal graden staan. Dan gaat het al meer deze kant:

op.

De stator komt nu in het midden en de magneetjes in een geprinte ronde houder er omheen. Zoals bij een brom/motor fiets generator.

Op zondag 7 januari 2024 23:47:13 schreef harry64:
@ rew en SparkyGSX:
Als ik die tabel goed begrijp dan zijn de tanden mijn 12 spoelen aan elke kant (24 totaal) en zijn mijn 12 magneetjes, die om-en-om liggen qua pool, dus zes poolparen. Dan kom ik uit op 'reduction' 3.

Klopt dat?

Als je 12 "spoelen" maakt, dan zijn dat de 12 TEETH. Als je 12 magneten hebt, 6 poolparen, dan heb je 12 poles. Het 12-12 vlakje is zwart, dus zoals Sparky ook al zegt: Dat is niet gunstig. Het werkt veel beter als je 10 of 14 magneten over de 12 tanden/spoelen laat draaien.

Als je 12 magneten hebt, 6 poolparen, dan heb je 12 poles. Het 12-12 vlakje is zwart, dus zoals Sparky ook al zegt: Dat is niet gunstig.

Had ik eigenlijk noot zo over na gedacht. Maar met 12 - 12 heb je 12 punten waarop alle pool paren precies op een magneet zit en dat geeft een kleef effect in het Engels heet dat cogging torque.
https://en.wikipedia.org/wiki/Cogging_torque

cogging torque is al onwenselijk maar omdat ze alle 12 tegelijk kleven is dat erg ongunstig. Als je bv 14 - 12 neemt dan heb je dat er maar steeds 2 aan het kleven zijn.

Het worden nu 16 magneetjes van 10 rond en 3 (2.7) mm dik op 12 spoelen.

Van deze print ik er twee die dan op elkaar gemonteerd worden. Afhankelijk hoe de magneetjes gericht worden kan er met 2, 4, 8 of 16 polen, dus 1, 2, of 8 poolparen gewerkt worden. Tussen de 'deksels' en twee op elkaar gemonteerde magneet carrousels kunnen afstandbussen zodat de spoeldiameter er in past. Die nieuwe spoelhouder (stator) moet ik nog uitwerken.

[Bericht gewijzigd door harry64 op dinsdag 9 januari 2024 21:14:52 (25%)]

Dat zou zo kunnen, met een paar kanttekeningen:

het luchtgat wordt zo best groot, want het is de dikte van het materiaal aan de binnenkant van de magneet, plus de ruimte die je nodig hebt om het allemaal vrij te laten draaien, waarbij je er rekening mee moet houden dat de magneten de ring zullen gaan vervormen. De schijven aan beide kanten zouden dat redelijk goed tegen moeten houden.

De magneten zijn aan de buitenkant vrij; dit kost veel van je veldsterkte, het zou beter zijn om een ijzeren ring rond de buitenkant van de magneten te maken, om het magnetische veld kort te sluiten.

Hetzelfde geldt natuurlijk voor de bouten in de stator: als je die in een stuk kunststof zet, is het veld daar ook niet gesloten.

Ik bedacht dat U-kernen veel effectiever zijn. Ik ben aan het uitzoeken of ik daar een soort U-beugel, zoals bij antennemastbeugels o.i.d. kan gebruiken. Of dat ik iets kan bestellen op de Ali/Amazon o.i.d.

Anderzijds, als ik de magneetring in twee deel en monteerbaar maak, kan ik hem door ringkernen laten lopen.

Edit: Dat laatste kan niet omdat dan de bevestiging van de magnetencarrousel er niet doorheen kan.

Annyhow, plaatje van de samenstelling.

Ik wilde even laten weten dat de generator werkt. Hij levert op dit moment met 40 windingen 0.4 per spoel, 9 spoelen ongeveer 1.8 volt TTtussen de drie fases in ster en rond de 1 volt tussen sterpunt en fase. De kortsluitstroom is 1.9 A per fase. Er zitten 12 posities aan magneten aan vier magneetje per positie in voor nu.

Mechanisch is er veel verbetert en aangepast intussen. En dat kan nog wat beter en stabieler.

Mooi om te horen!

Wel een lage spanning, wat ga je ermee doen?

Er veel van leren met als uiteindelijk doel om met standaard goedkope onderdelen en herbruikbare onderdelen een stabiel en goed na te bouwen generator te ontwikkelen. Die onderdelen wil ik deels ook weer uit sloop en defecte apparaten zoals opladers, inktjetprinters, computers, huishoudelijke apparaten e.d. halen.