Как вычислить сопротивление генератора

Расчет трехфазного генератора на постоянных магнитах

Напряжение генератора переменного тока прямо пропорционально скорости движения магнитов, и соответственно оборотом генератора. То-есть если обороты увеличились в два раза, то и напряжение соответственно увеличится в два раза.

Чтобы вычислить напряжение генератора на определенных оборотах нужно магнитную индукцию магнитов (Тл) умножить на активную длину проводника (м), и умножить на скорость движения магнитов (м/с). Формула расчета выглядит так.

Формула очень простая, скорость магнитов вычислить легко, достаточно вычислить длину окружности и умножить на количество оборотов генератора. Активная длинна проводника это та часть которую перекрывают магниты. А вот индукцию магнитов можно только измерить или вычислить путем прокрутки готового генератора. Если индукция магнитов не известна то ее можно брать равной 0,8Тл. Это значение справедливо для аксиальных генераторов где расстояние между магнитами равно толщине самих магнитов. У генераторов с железными статорами не все так однозначно, но тоже при использовании разумной толщины магнитов (3-5мм) индукция в зазоре будет примерно 0,8Тл.

Пример расчета генератора

Так-как высота магнитов 40мм, то значит и активная длинна в катушках 40мм или 0,04м. За один оборот генератора магниты продавливают расстояние (L=2πr) 27/2*3,14=84,78см. Получается за один оборот магниты преодолеют 0,84м. Возьмем формулу выше E=B·V·L и подставим значения.

0,8*0,84*0,04=0,02V, это означает что при скорости вращения 1об/с или 60об/м напряжение одного витка катушки составит 0,02 вольта.

Чтобы узнать напряжение фазы генератора нужно посчитать количество витков. Из информации выше известно что в генераторе 18 катушек по 70 витков, значит в фазе 6 катушек. 6*70=420витков. теперь 420*0,02=8,4вольта. Таким образом мы знаем что напряжение фазы при 60об/м равно 8,4вольта. Если фазы генератора соединить в звезду то напряжение поднимется в 1,7раза, это значит 8,4*1,7=12,28вольта. Вот так вычисляется напряжение генератора. Так-как напряжение генератора пропорционально скорости движения магнитов, то при 60об/м=12,2вольта, при 120об/м=24,4вольта, при 180об/м=36,6вольта, и так далее.

Еще момент: Но если на бумаге начертить схему расположения магнитов и катушек в этом генераторе, то будет видно что магниты перекрывают лишь половину катушек фазы, это значит что не все сразу витки катушек фаз участвуют в выработке энергии. И это надо учитывать, выше написано что в фазе 420 витков, но только половина из них перекрывается магнитами значит всего 210витков будет вырабатывать напряжение. А это получается 420/2=210*0,02=4,2вольта при 60об/м с фазы, если фазы соединить в звезду, то 4,2*1,7=7,14 вольта. Площадь магнитов тоже не маловажный фактор.

Как вычислить силу тока генератора.

Можно посчитать какой ток выдаст генератор на аккумулятор, но не известно сопротивление фазы. Тогда можно сопротивление вычислить. Если в генераторе катушки намотаны проводом 1мм, а средняя длинна витка в катушке 0,08м, а витков в катушках по 70. Получается 420*0,08=33,6метра. Сопротивление 1м провода толщиной 1мм равно 0,0224Ом значит 33,6*0,0224=0,75Ом. Сопротивление фазы равно 0,75Ом, чтобы узнать сопротивление всего генератора при соединении звезду нужно сопротивление умножить на 1,7 получится 0,75*1,7=1,27Ом. Теперь когда известно сопротивление можно посчитать ток генератора.

Например нам надо узнать какой ток генератор выдаст на аккумулятор 14 вольт при 300об/м. Тогда от напряжения генератора 44,4вольта (7,4*6) нужно отнять напряжение аккумулятора 14 вольт и разделить на сопротивление генератора 44,4-14=30.4/1,27=23А. Получается что ток на аккумулятор составит 23А.

Но в реальности ток будет меньше потому что не учтено сопротивление аккумулятора, оно хоть и небольшое, но присутствует. Так-же сопротивление соединяющих проводов, например если провода 20 метров и он тонкий то это существенное сопротивление. Так-же есть еще активное и реактивное сопротивление генератора, которое может быть достаточно большим и значимым.

Из-за активного и реактивного генератора падает общий КПД самого генератора, так-как на внутреннем сопротивлении теряется мощность ( нагрев катушек и т.п.). Поэтому в реальности сила тока будет меньше. На малых оборотах и при небольшом токе можно КПД генератора брать около 0,8мм, тогда 23*0,8=18,4Ампер.В среднем из-за разных других потерь рекомендуют брать средний КПД около 0,5, тогда в реальности будет 23*0,5=11,5Ампер, но все же основной показатель это сопротивление генератора.

В общем для примерного расчета генератора нужны всего две основные формулы, это формула расчета напряжения генератора, и формула расчета силы тока генератора.

Конечно, как я уже упоминал здесь учитывается не все моменты от которых зависит напряжение и ток генератора, но основные моменты, от которых координатно зависят характеристики генератора здесь учтены. Если вооружиться этими двумя формулами и проверить готовые генераторы, все параметры которых известны, то результаты будут очень близки к реальным генераторам. Перед написанием статьи я проверил так-же и свои генераторы, если брать КПД 50% то данные практически совпадают, разброс на разных оборотах 10-20%.

Если возникли вопросы, или вы заметили неточности, то оставляйте комментарии под этой статьей.

Источник

Как по характеристикам генератора определить его внутреннее активное и индуктивное сопротивления

Если имеются в наличии скоростные характеристики генератора: зависимость ЭДС от оборотов, напряжения на нагрузке от оборотов и тока от оборотов, то нетрудно определить сопротивление обмоток генератора r и его реактивное (индуктивное) сопротивление X. Индуктивное сопротивление обмоток растет с ростом частоты вырабатываемого напряжения, т.е. с ростом числа оборотов. Ветряк может работать в диапазоне ветров 2,5 – 12 м/с и реактивное сопротивление может изменяться в 5 раз. Достаточно вычислить реактивное сопротивление для одной частоты вращения генератора. Для других скоростей вращения сопротивление пересчитывается пропорционально изменению скорости вращения.

Эквивалентная схема генератора состоит из источника ЭДС и двух сопротивлений: X и r, которые расположены внутри генератора. R – это сопротивление нагрузки.

Активное r и реактивные X сопротивления складываются не арифметически, а геометрически. Их сумма равна гипотенузе треугольника, катеты которого активное и реактивное сопротивления. Реактивное сопротивление в генераторе также, как и аиктвное, препятствует прохождению тока. На нем также происходит падение напряжения (но со сдвигом фазы). Отличие реактивного сопротивления от активного в том, что на реактивном сопротивлении не теряется мощность. При большом внутреннем активном сопротивлении генератора падает КПД. А большое реактивное сопротивление даже полезно в определенных случаях. Оно несколько стабилизирует выходное напряжение при изменении нагрузки и ограничивает ток короткого замыкания.

Для расчета надо иметь данные для двух частот вращения генератора.

Ток, протекающий в цепи при первой частоте вращения равен:

Ток, протекающий при второй, более высокой частоте вращения:

Из этих двух уравнений несложно найти X₁ и r

В формулах n₁ и n₂ – первая и вторая частота вращения генератора. Можно подставлять в об/мин или об/с. Важно, чтобы в одной формуле единицы были одинаковы.

Индуктивное сопротивление X рассчитано для первой, нижней, частоты вращения. Для любой другой частоты вращения его легко пересчитать

В качестве примера рассчитаем внутренние сопротивления двух генераторов. ВГБЖ – 02(64)/28,5-200-02 и Г303В.

При скорости вращения 120 об/мин E₁ = 23 В, U₁ = 19,5 В, I₁ = 2,75 А.

При скорости вращения 500 об/мин E₂ = 95 В, U₂ = 71 В, I₂ = 9 А.

Величина реактивного сопротивления при 120 об/мин.

Ом.

Если E₂, U₂, I₂ подставить для частоты в 300 и 400 об/мин, то значение X₁₂₀ получатся 1,51 и 1,57 Ом. Среднее значение 1,56 Ом. Точность получается очень хорошая. Но для скорости вращения в 180 об/мин расчет дает отрицательное значение под корнем. На кривой тока видно, что при 180 об/мин точка смещена вверх от плавного хода кривой. Погрешность при измерении характеристик оказалась слишком большой. Для надежного расчета точки надо брать далеко друг от друга по оси скорости вращения.

Посчитать внутреннее активное сопротивление генератора не получается. Сопротивление нагрузки на графиках указано 14 Ом. Но если разделить напряжение на ток, то при 120 и 500 об/мин получится: 19,5/2,75 = 7,1 Ом. 71/9 = 7,9 Ом. Сопротивление нагрузки указано ошибочно. Скорее всего, генератор испытывался под нагрузкой 7 Ом. Повышение величины нагрузочного сопротивления с ростом оборотов связано с тем, что либо сопротивление раскалилось и возросло от нагрева или же сопротивление намотано в катушку и на высоких частотах приобретает заметную индуктивную составляющую. Можно принять сопротивление нагрузки равным 7,5 Ом, тогда внутреннее активное сопротивление генератора равно

Ом.

С учетом неопределенности сопротивления нагрузки, внутреннее сопротивление лежит в пределах 0,32 – 1,12 Ом.

Индуктивное сопротивление при 500 об/мин, а такие обороты реальны для ветряка, возрастает до 1,56*500/120 = 6,5 Ом и заметно влияет на величину тока в нагрузке. Поэтому его необходимо учитывать при расчетах. Иначе ошибка может быть значительна. Внутреннее активное сопротивление генератора имеет малую величину, и даже такая большая погрешность в его определении мало скажется на величине тока в нагрузке.

На этом графике не показаны кривые тока. Но ток легко вычислить, разделив напряжение на нагрузке, на сопротивление. При сопротивлении наргузки 10 Ом и оборотах 360 и 2000 об/мин получится

Ом

Реактивное сопротивление на высоких оборотах у этого генератора будет тоже большим. Этот генератор высокооборотистый. Номинальные обороты около 6000 об/мин. При 2000 об/мин. X₂₀₀₀ = 1,74*2000/360 = 9,7 Ом. При 6000 об/мин. X₆₀₀₀ = 1,74*6000/360 = 29 Ом

Источник