Как определить мощность отдаваемую генератором напряжения

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

Примерная магнитная индукция генераторов на неодимовых магнитах	марка магнитов	марка магнитов
N35	N52
Если воздушный зазор на 50% меньше чем толщина магнитов	0.8 Тл	1.2 Тл
Если воздушный зазор на 25% меньше чем толщина магнитов	0.6 Тл	0.8 Тл
Если воздушный зазор равен толщине магнитов	0.5 Тл	0.7 Тл
Если воздушный зазор на 25% больше толщины магнитов	0.4 Тл	0.6 Тл
Если воздушный зазор на 50% больше толщины магнитов	0.3 Тл	0.5 Тл
Для генераторов с железными статорами
Если зазор между статором и магнитами около 1 мм
Толщина магнитов 2 мм	0.4 Тл	0.5 Тл
Толщина магнитов 3 мм	0.5 Тл	0.7 Тл
Толщина магнитов 4 мм	0.7 Тл	0.8 Тл
Толщина магнитов 5 мм	0.9 Тл	1.0 Тл
Толщина магнитов 8 мм	1.1 Тл	1.2 Тл
Толщина магнитов 10 мм	1,2 Тл	1.4 Тл

Для аксиальных генераторов есть некоторые особенности. При расчёте нужно учитывать те витки катушек фазы, которые попадают под магниты. При этом если магнит шире половины катушки или даже перекрывает её полностью то считаются витки катушки как они есть. Но если на катушки фазы приходится по два магнита, которые встают так что один магнит перекрывает одну половину катушки, а второй магнит противоположным полюсом перекрывает вторую половину катушки, то напряжение этой катушки будет в два раза больше. Это происходит из-за того что ЭДС половинок катушки складывается и в результате напряжение катушки будет в два раза выше. И это надо учитывать в формуле, где можно тогда указать или магнитную индукцию в два раза выше, или количество витков умножить на 2.

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.

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)

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.

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.

Стандартные генераторы, устанавливаемые на серийной продукции, обеспечивают нормальное электропитание бортовой сети с небольшим запасом. Желая облегчить пуск двигателя в зимнее время, многие стараются поставить АКБ максимальной ёмкости, которую можно установить в предусмотренное на авто место. Обычно реально вместо батареи 55 ач, поставить 72 или 75 ач батарею. А для новых батарей и до 80 ач. Что же мы получаем? Всё зависит от состояния электропроводки: если она в хорошем состоянии, потери на контактах минимальны, генератор выдаёт положенный ему ток, причём без просадки напряжения под нагрузкой, то всё будет нормально. Но если машина в возрасте, имеются прослабленные соединители, окисленные массовые контакты, то вместо улучшения можно получить только ухудшение.
Например: в зимнее время, ночью, в снегопад — посмотрим, что же получается:

— габариты и подсветка номеров, приборов и салона 6х5вт+5х2вт= 40вт
— фары+противотуманки сзади и спереди 2х65вт+2х45вт+2х21вт= 250вт
— вентилятор отопителя на максимальном режиме ток до 18 ампер или 200вт.
— вентилятор радиатора кратковременно (2-3 минуты) примерно 250 вт.
— обогрев заднего стекла порядка 150 вт.
— бензонасос и система управления двигателя порядка 70-100 вт.
— магнитола в среднем режиме громкости 100 вт.

Получается суммарно 1100-1200 ватт, это порядка 70-100 ампер, т.е. генератор будет работать на пределе, особенно когда будет включаться вентилятор радиатора. А что сказать насчёт усилителя на 400-1000 ватт, о галогенках по 100 ватт? Тут впору задуматься о втором генераторе.
Конечно, я сгустил краски, и можно немного ограничить потребление, задние противотуманки не включать, печку включить на 2 или 3, ну и вентилятор радиатора работает кратковременно (на это время можно выключать обогрев заднего стекла). Вот в этом случае было бы полезно иметь на панели приборов цифровой вольтметр, подключенный непосредственно к выводам АКБ. Если напряжение на нём начинает снижаться, то есть смысл, что-то отключить. Не забывайте, ведь АКБ тоже потребляет какой-то ток, причём, чем больше батарея отдала при пуске и во время стоянки, тем больше она возьмёт на себя после запуска двигателя, и чем больше её ёмкость, тем больше аппетит. Поэтому меломанам имеет смысл заменить штатный генератор (здесь и далее я размышляю, имея в виду, по умолчанию ВАЗы всех видов и моделей), с паспортным током 80 ампер, на более мощный хотя бы 100-120, а лучше 150 ампер. Но не забывайте о том, что 120 ампер отдачи, — это уже почти 2 лошадиных силы в минус от тяги двигателя. За всё приходится платить!
Владельцам иномарок эти расчёты тоже имеет смысл прикинуть, в идеале взять токоизмерительные клеши DC и посмотреть, что же притекает от генератора на АКБ, и сколько утекает по второму проводу с батареи. Обычно такие замеры никто не делает.
А для расширения кругозора и для осознания реальной картины энергетического баланса очень полезно сделать! Но технически грамотных владельцев, способных понять картину и проанализировав, сделать правильные выводы, еди-ни-цы.(!)
Конечно, прочитав всё вышеизложенное, и прикинув к своему опыту и ощущениям, можно сделать более осмысленные выводы. Стоит ли ставить в фары дешёвые галогенки на 100/110 ватт, и греть оптику фары и контакты реле в МБ, вместо того, чтобы купить дорогие фирменные лампы с хорошей светоотдачей и мощностью 65/50ватт, и иметь даже лучшую освещённость дороги при меньшей мощности. Или поставить более экономичные, но дорогие ксеноновые лампы?
В завершение по первому вопросу, замечание по усилителям и мощной музыке. Устанавливая мощную аудиосистему, помните о том, что она будет съедать средний ток 20-40 ампер (и до 50-80 ампер в пиках мощности) при 400 ваттах мощности. Расчёт прост:

14вольт Х 50 ампер = 700 ватт при КПД=65% (для усилителя это близко к идеалу)

будем иметь полезной мощности около 400 ватт. Конечно, слушать музыку при таком уровне громкости опасно для слуха, но объяснять это бесполезно. Каждый должен наступить на персональные грабли сам!

Подтверждение статуса официального дилера AEG

• 16.08.2019 08:14:00
• Отзывов: 0
• Просмотров: 511

• 

  Автоматический расчет стоимости и сроков доставки в карточке товара

• 14.08.2019 09:03:00
• Отзывов: 0
• Просмотров: 226

• 

  Подтверждение статуса официального дилера Ryobi

• 12.08.2019 08:14:00
• Отзывов: 0
• Просмотров: 185

• 

  12 июня — выходной день

• 12.06.2019 09:00:35
• Отзывов: 0
• Просмотров: 948

• Книга жалоб

  Покупая электрогенератор, мы, конечно же, хотим решить определенные задачи. А точнее – навсегда устранить из нашей повседневной жизни такие проблемы, как отсутствие тепла, света и других благ цивилизации, ввиду невозможности работы нашей бытовой техники.

  Причина банальная – опять «пропала» электроэнергия, в голове вопрос: когда же всё это закончится? Бесконечные проблемы на линии ЦЭС в конце концов надоедают большинству дачников или владельцам загородных коттеджей и побуждают принимать уже твердое решение: приобрести мини электростанцию!

  И тут, к сожалению, начинается самое интересное… По статистике более 30% покупателей признаются, что «первый блин выходит всегда комом», то есть покупка первой электростанции, как правило, не оправдывает надежд.

  Одной из главных причин неудачного выбора, наряду с незнанием важных характеристик и ошибочному доверию сомнительным, хотя и «дешевым» производителям является – неправильный расчет мощности генератора.

  Запомните для себя золотую формулировку, и Вы точно не ошибетесь!

  Грамотный расчет мощности

  Проверенный временем бренд

  Качественная электроэнергия без проблем и лишних затрат нервов. При этом в любое время: и днем, и посреди ночи!

  Заверяем Вас, что грамотно произвести расчет мощности генератора можно самостоятельно, для этого не нужно иметь специальное образование «технаря». Важно лишь знать некоторые азы. Итак, давайте приступим…

  Все существующие потребители электроэнергии делятся между собой на такие категории, как:

  — АКТИВНЫЕ (омические) , т.е. с активным сопротивлением;

  — и РЕКТИВНЫЕ (др. названия: индуктивные или катушечные).

  А теперь немного подробней, но коротко…

  Активные (омические) – это приборы, у которых вся используемая электроэнергия преобразуется в яркий свет или тепло (обычные утюги, фены, тостеры, всевозможные модели электроплит, кофеварки, лампы накаливания и т.д.).

  Их рабочее напряжение всегда одинаково с пусковым (или стартовым) напряжением. Поэтому, для того чтобы рассчитать их общую мощность нужно всего лишь сложить их показатели, каждого по отдельности.

  Совет: данную информацию можно легко найти в Интернете или в технических паспортах изделий (в том случае, если Вы их ещё не успели выкинуть). Для Вашего максимального удобства мы предлагаем таблицу (см. ниже)

  Реактивные (индуктивные/катушечные) – это приборы, у которых уже не вся без остатка электроэнергия преобразуется в тепло, и весомая часть её активно используется, к примеру, для образования магнитных полей.

  К данной категории следует отнести: практически все виды электроинструмента, компрессоры, насосы, настенные котлы, сварочные аппараты, холодильники, компьютеры и многие другие виды техники, включая садово-огородную, функционирующую на электричестве.

  В данном случае, обязательно нужно помнить, что пусковые токи всегда будут превышать номинальные показатели в несколько раз. Поэтому, во время расчета нужной им мощности следует умножать рекомендуемую производителем характеристику на цифры, как правило, от 1 до 3,5, а то 5-7 (т.е. на, условно выражаясь, коэффициент пускового тока). И уже, только потом – суммировать те значения, которые получились после, так сказать, математических операций по умножению.

  Таким образом, получается формула:

  МЭ = (К х НМЭп х К пуск) + (К х НМЭп х К пуск) + … х 1,1

  МЭ – мощность нужной мини электростанции;

  К – количество одинаковых по мощности электроприборов;

  НМЭп – номинальная мощность электроприборов;

  К пуск – так называемый, коэффициент пускового тока;

  х 1,1 – обязательный резерв мощности (10%).

  А теперь, пошагово:

  1. В техническом паспорте изделия или же, пользуясь данными, в представленной ниже таблице, смотрим значение номинальной мощности электроприбора.

  2. Вычисляем значения мощности для каждого изделия с учетом коэффициента пускового тока.

  3. Полученные нами результаты – суммируем.

  4. Обязательно добавляем резерв мощности – 10%, умножая полученную сумму на коэффициент 1,1.

  ПРИМЕР:

  Допустим, в ближайшее время нам нужна миниэлектростанция для того чтобы обеспечить аварийное/резервное энергоснабжение дачи/коттеджа на случаи частых, однако непродолжительных отключений. От генератора должны нормально работать холодильник (500 Вт), микроволновая печь (750 Вт), телевизор (300 Вт) и 10 ламп освещения (60 Вт х 10 = 600 Вт).

  Используем формулу:

  (1 х 500 х 3,0) + (1 х 750 х 1,5) + (1 х 300 х 1,6) + (10 х 60 х 1,0) = 1500 + 1125 + 480 + 600 = 3705

  3705 х 1,1 (обязательный резерв мощности 10%) = 4075 Вт

  Итак, получается, что нам нужна станция мощностью не менее 4 кВт. Как видите, всё достаточно просто!

  В заключение…

  Напоследок, мы предлагаем Вам пару советов.

  1. В том случае если Вы приобретаете электростанцию для автономного энергоснабжения, обязательно учитывайте пополнение Вашего арсенала бытовой техники, как в ближайшем, так и далеком будущем (приблизительно на 2-3 года вперед). Желательно рассчитать и учитывать мощность этих изделий заранее, чтобы не покупать потом новую станцию, и упорно искать: кому же продать старую?

  2. Никогда не выбирайте модель генератора на основании показателя его максимальной мощности, так как практически все мировые бренды, указывая в характеристиках данную величину, подразумевают интенсивную эксплуатацию генераторной установки не более 5-10 минут. Далее, в лучшем случае произойдет аварийное отключение, в худшем – дело закончится дорогим ремонтом. Именно поэтому так важен запас мощности, о котором упоминалось выше.

  Теперь Вы знаете, что Вам следует делать для грамотного расчета мощности генератора. Если у Вас есть дополнительные вопросы, то за советами Вы можете обратиться к нашим квалифицированным специалистам – профессиональным менеджерам. Звоните, пишите – мы обязательно Вам поможем!

  Таблица

  Потребители электроэнергии