Discussione: La "RESA" di un alternatore....

Salve a tutti,
apro questo post perchè vedo che ultimamente in vari post si sta discutendo circa la possibilità di inserire lamelle in ferro dolce o altri materiali ferromagnetici negli statori di degli alternatori a flusso assiale, per "aumentarne la resa".

Ebbene, vorrei discutere un attimo con voi del termine "resa" che a mio avviso molto spesso viene utilizzato in modo non corretto.

cosa significa "resa" fisicamente parlando?

la resa è espressa in % e rappresenta il rapporto tra l'energia elettrica prodotta da un generatore rispetto all'energia meccanica totale applicatagli (parlo dell'energia all'albero, non sto prendendo in considerazione le pale... ecc.).

Questo significa che se la resa di un alternatore è per esempio del 90 % significa che il 90 % dell'energia meccanica che viene applicata al rotore diviene energia elettrica, ma cosa accade al 10 % non trasformato in elettricità?

Ebbene quel 10 % viene dissipato sotto forma di calore prodotto dalle spire (che presentano comunque una resistenza interna), calore prodotto dall'attrito dei cuscinetti ed attrito fluido-dinamico (all'interno del generatore).

Se prendiamo in considerazione un alternatore con circuito magnetico (lamelle in ferro, o altro) alle perdite elettriche, meccaniche e fluidodinamiche , bisogna aggiungere quelle magnetiche dovute alle isteresi del materiale ferromagnetico, alle ulteriori correnti amperiane nelle lamelle etc etc... (non mi dilungo), quindi la resa non può che essere INFERIORE!

Ma allora come mai praticamente tutti i generatori, che siano per eolico o meno, utilizzano materiali ferromagnetici per chiudere il circuito magnetico?

La risposta sta nella maggiore “POTENZA SPECIFICA” di tali alternatori, rispetto a quelli privi di un circuito magnetico!
In pratica la resa è quasi la stessa sia per un Piggott che per un alternatore a lamelle, quello che cambia (e di molto!) è che un alternatore a lamelle di pari potenza specifica è MOLTO più piccolo e compatto!

PER CONCLUDERE:
Se si prende in considerazione un eolico con alternatore Piggott ad esempio di D metri di diametro che in un vento a X m/s sta ruotando a Y rpm e producendo Z watt,
e poi sostituite l'alternatore con uno, con circuito magnetico , in grado di far girare la stessa pala SEMPRE a Y rpm, nello STESSO VENTO a X m/s, vedrete che la resa in watt sarà ≈ Z watt!, la stessa o molto vicina!
Il vantaggio sarà però che il 2° alternatore sarà sicuramente più piccolo e compatto del primo.

IMPORTANTE!
Nell'esempio sopra la velocità del vento e gli RPM della pala sono sempre gli stessi nei 2 casi, questo significa che la potenza totale meccanica applicata ai 2 generatori NON CAMBIA!

Cosa avviene ??:
Introducendo il circuito magnetico (nello stesso alternatore iniziale) la tensione e la corrente generata a pari rpm aumenterebbe di molto, ma visto che l'energia non si crea... (1° principio T.D.) , la pala non potendo fornire questo surplus (visto che il vento è sempre lo stesso) non può far altro che rallentare...
Quindi se si introduce un circuito magnetico, per avere gli stessi rpm, tutto l'alternatore deve essere più piccolo, avendo in questo caso più potenza specifica.

IN CONCLUSIONE:
I due unici motivi che spingono alla costruzione di alternatori Piggott privi di circuito magnetico sono:

1) assenza di Chogging (movimento a scatti) che permette una partenza anche con "aliti" di vento
2) semplicità di costruzione.

e NON una "enorme differenza di resa"...

Va inoltre fatto notare che gli alternatori commerciali con lamierini di ferro presentano anche una superiore conducibilità termica del corpo alternatore che permette un raffreddamento molto più efficace rispetto alle bobbine immerse nella resina, che è un materiale termicamente isolante, questo permette un ulteriore aumento della potenza specifica.


Spero di aver esposto chiaramente il mio punto di vista,
a voi la parola
un saluto,
Emilio.

Ammazza oh! nessuna replica .....

ciao emilio

il mio pensiero è che tu abbia ragione:
le macchine elettriche hanno tutte alti rendimenti, le principali dissipazioni sono per effetto joule perciò nel caso di alternatore autoprodotto basta dimensionare bene il filo smaltato..

anche il flusso magnetico influisce relativamente infatti nel caso noi distanziamo i dischi rotorici, o usiamo magneti meno potenti, avremo un flusso concatenato visto dalle bobine inferiore, ma questo non ne diminuisce il rendimento: semplicemente ne cambia le caratteristiche, rendendolo un alternatore piu veloce e con meno coppia.

chiaramente un vantaggio di costruirsi un alternatore è che, acquisendo un po' di esperienza, si riescono ad ottenere piu o meno le caratteristiche volute..

a questo proposito sarebbe utile per tutti i visitatori del forum fare una tabellina, con le varie caratteristiche degli alternatori in funzione del numero di poli, numero di spire ecc e coppia resistente e velocità dell'alternatore stesso..
per esempio, il mio alternatore è un 6 poli, tipico di un alternatore più veloce, in realtà l'avevo progettato così per ignoranza, tornassi indietro farei almeno un otto poli (io ho un profilo savonius lento con tanta coppia..) fortunatamente poi ho ovviato alla cosa con uno statore decisamente più performante

Originariamente inviata da tommy_sp

...le macchine elettriche hanno tutte alti rendimenti...

Questione molto interessante.
I fabbricanti di alternatori per eolico non mi pare dichiarino il rendimento.
Ho letto che gli alternatori da auto non rendono più del 50-60%
Un mio amico ingegnere ha sentito da una ditta di Reggio Emilia per un oggetto da 1-2 kw (con moltiplica) e mi ha detto che era sul 50%.
Io ho misurato il rendimento (via coppia di reazione meccanica sulla carcassa)del mio Piggot 24 poli (direi un po' scazzato) e direi oscilli fra il 60 e il 70%.

Mi pare ci sia anche la questione del tipo di carico da usare.
Credo che ci sia differenza fra usare delle resistenze o una batteria.
Con la batteria poi credo che il voltaggio influisca.
Naturalmente il rendimento varierà con la potenza generata.
Chissà se c'è uno "standard" per questa misura.
Immagino che per i grandi alternatori "seri" ci siano delle regole.
Voi sapete ne sapete qualcosa?

Avete mai fatto delle misure per i vostri alternatori?

Salute a tutti.
Gino

Ciao Emilio,
la tua domanda me la sono posta tempo fa quando ho progettato il mio alternatore a 40 poli alla Piggot.
L'unico vantaggio che potrebbe avere è che l'alternatore a lamierini ha un limite di flusso magnetico mentre quello senza i lamierini il flusso può essere molto più forte, occorre dimensionare bene il diametro del filo in base alla densità di corrente per il resto credo che ha una resa inferiore a quello "tradizionale" dipendente dallo spessore delle bobine e quindi dalla distanza tra i magneti.
Le misure di rendimento non le ho mai fatte, ho calcolato solo la relazione tensione vs rpm.
Per il rendimento occorre farlo girare e applicare all'albero "motore" una coppia di estensimetri per valutare il momento torcente (potenza meccanica) e applicare un carico per leggere la tensione e la corrente assorbita, non è semplice.

grazie emiliodale mi hai "de-ignorantizzato"" un pò a riguardo!!!!
Un pò intuivo i concetti da te esposti,ma mi serviva una conferma sul "perchè" i prodotti in commercio adottassero tutti il circuito a lamierini.
Vorrei cmq aggiungere un dato a favore di quelli a circcuito magnetico a lamierini:è vero che ci sono in più rispetto all'aria le perdite da correnti parassite,d'isteresi ecc ecc.....però per contro a mio avviso c'è meno perdita di flusso magnetico, che in presenza dei lamierini viene non solo incanalato ma anche attirato a seguire un certo percorso.....mi spiego meglio.....nel caso della piggot.....indubbiamente alcune linee di flusso (quelle più sui bordi del magnete) vanno a chiudersi sui magneti contigui piuttosto che passare dritte attraverso le spire....in presenza di lamierini,una percentuale di queste linee di flusso (che se nò andrebbero perse) vengono...."attirate".....e quindi sfruttate.
Ovviamente come tutti sappiamo però,è tutto un discorso relativo,cioè si dovrebbe vedere quanto si guadagna in più(per quest'ultimo concetto),rispetto a quanto si perde per colpa delle perdite nei lamierini!
Sinceramente prsonalmente "a naso" darei ragione alla "tecnica commerciale" cioè all'uso dei lamierini,perchè ripongo fiducia sul fatto che le industrie,avendo grossi fondi,sicuramente avran fatto test,che l'han portati a decidere di utilizzare sempre i lamierini......
ciao a tutti

Note di Moderazione: nll Non è consentita la citazione inutile: il messaggio cui ti riferisci è appena qui sopra, rispondi e basta, come si fa quando si discute. Violazione art. 3 del regolamento

Già, bisognerebbe misurare i rendimenti. A me risulterebbe che i "commerciali" di basso prezzo rendono meno dei Piggot. Però da un punto di vista industriale mi sa che i Piggot costerebbero molto di più e poi sono pesanti e ingombranti, ma la cosa cambia con riferimento ad un asse verticale (che non ha problema di peso e ingombro e dove il rendimento dell'alternatore è importantissimo -visto che di per sè rende già poco-).

Ma è un peccato non misurare i rendimenti. Credo dipenda dal fatto che servono competenze elettriche e attrezzature meccaniche, cose che difficilmente convivono. Io ci ho provato, ma non sapendo niente di elettricità fatico a interpretare i dati. V'interessa vedere il mio marchingegno?

gino33.....quoto tutto quello che hai detto,però non ci culliamo (tutti insieme,non è un commento riferito a te singolo) nel considerare solo a quelli commerciali di bassa qualità,ma ragioniamo anche su quelli di alta qualità,i quali usano la stessa tecnologia....ergo..... resta in piedi la teoria che è molto probabile la convenienza di usare sti lamierini (se ce la fattibilità,semplicità e disponibilità) al dì là del fatto che già sappiamo che la Piggot,anche se venisse prodotta a livello commerciale/industriale avrebbe un costo "specifico" più alto,dato dal fatto di avere una "concentrazione" maggiore di magneti!
ciao

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Beh, quanto a quelli di qualità un mio conoscente che fa dei piccoli generatori idraulici e usa alternatori "normali" moltiplicati, mi ha dfetto d'aver sentito per un alternatore al neodimio da 15 KW a 40 giri e verrebbe 25.000 euro !!!

Nel mio caso un futureenergy un po' moltiplicato potrebbe andar bene e mi costerebbe sui 300 euro più la moltiplica. Ma quanto rende? Se rende meno del 70% il mio aggeggio costa lo stesso e rende di più.

Senza sapere nè di prezzi, nè di potenza, nè di rendimenti si parla a vuoto.

si dicevo proprio questo.....se la piggot (o simile) la facessero a livello industriale/commerciale costerebbe una cifra(poi vabbè,ovviamente dipende dalla taglia,15kw è bella grandina!
Non ho capito bene il concetto del "meno del 70%" : se rende 10% ,e costa lo stesso,non rende di più!!!!!
poi.....si,hai perfettamente ragione....è proprio questo il punto!non abbiamo molti dati sui rendimenti di trasformazione da energia meccanica ad energia elettrica dei nostri modelli!

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il 15 KW non è certo un Piggot (ma non ho visto lo schema)

Intendevo dire che se il "futureenergy" rende meno del 70% mi conviene usare il mio.

Quanto alla mancanza dei dati di rendimento il problema è risolvibile facilmente se l'alternatore è dotato di un albero bisporgente. Vuoi sapere come faccio io e vuoi vedere la foto?

per il 15kw intendevo dire non una piggot ma in generale....è bella grandina comunque!
Ho capito il concetto del 70%.
Per il calcolo del rendimento dì pure,anche se in teoria sò come si può fare.
Il discorso è la relativa difficoltà del calcolo in casa!Si deve avere a disposizione un contatore di giri,per fare il calcolo per esempio attaccando un motore,e si dovrebbe poi vedere il consumo del motore durante il funzionamento dello stesso sotto sforzo,oltre poi all'ovvio calcolo in contemporanea delle watt in uscita dal generatore.....se invece lo si volesse fare durante il normale funzionamento azionato dal vento(e quindi calcolare pure il rendimento di converzione delle pale)....beh....dovremmo avere a disposizione un anemometro.
Non sono cose impossibili....per carità....però non tutti le hanno ste cose dentro casa.....c'è gente che dentro casa non ha neanche un semplice multimetro,ma tiene costruito un piggot,per semplice (e giusta) soddisfazione personale!!!
ciao

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ciao
so di per certo che i rendimenti per alternatori di grossa taglia (dai 25 KVA in su) superano il 90%, arrivando in certi casi fino al 98%.
effettivamente per taglie piccole non saprei..
comunque non mai fatte prove per calcolare il rendimento, non saprei come misurare la coppia.
avevo idea di fare un calcolo più approssimativo forse ma anche più semplice: attaccare il mio alternatore ad un motore esterno (magari quello di un trapano) di cui si conoscono potenza e rendimento, fare un calcolo per vedere che potenza sto effettivamente cedendo al mio alternatore e poi vedere quanta potenza eroga..
hai parlato di un marchingegno e anche di foto.. a me interessa sapere come hai fatto per fare queste misure!

Scusate il ritardo, ma sono incasinato.

Sì, per fare una roba del genere serve un po' di attrezzatura (compreso un contagiri).

Io faccio girare l'alternatore con un motovariatore da 1 cv . Grazie all’albero bisporgente, l’alternatore lo fisso tramite due supporti oscillanti in modo che la carcassa sia libera di ruotare consentendo così la misura della coppia di reazione e di risalire ai watt assorbiti (naturalmente salvo errori ed imprecisioni: uso un tester da poche lire e, per la continua, un voltmetro fino a 50 e un amperometro fino a 15

Per il calcolo dei watt assorbiti uso una formula trovata in Internet (spero vada bene). Parto dai KG letti su una bilancia azionata da un braccio lungo mt 1,675 applicato alla carcassa.KG x 9,81 x 1,675 = Nm di coppia Watt all’albero = Nm di coppia x Giri / 9,550 (sinteticamente: KG x Giri x 1,72)

Inserisco una foto dove si dovrebbe capire meglio

.......

porco cane, non ci riesco!
a volte ci riesco, a volte no.
Sono scemo io o l'edit di questo forum?
ci provo un'altra volta, ora sono di corsa.

scusate l ignoranza, la mia domanda tra formule , tecniche , e tanto altro è questa, si può usare direttamente l alternatore di un auto per un generatore eolico ?

e in pratica, qual è lo schema esatto di tutti i collegamenti e componenti che occorrono per realizzarlo ?

l'alternatore di auto non è adattissimo per il microeolico, potrebbe andare bene se ci metti anche un moltiplicatore di giri ma ci perdi come potenza... quindi converrebbe autocostruirselo per un maggiore rendimento
Purtroppo nn so cosa bisogna fare in questi casi ma se cerchi nella sezione dell'eolico fai-da-te trovi sicuramente qualcosa

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Ciao Gino,
sono molto interessato alla tua misura della potenza meccanica, vorrei mettere su anch'io un accrocco del genere, posta qualche foto, dai che ce la fai!...
Ciao.

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continua a darmi "errore upload" e sotto "hai già"
ma che vada in malora !!!
Se vuoi ti mando la foto e me la carichi tu

ok grazie mlle, nel caso è possibile abbinarlo al fotovoltaico ?

Forse è un problema di dimensione del file (max jpeg 1.43 MB ), in quel caso devi ridurre la risoluzione utilizzando un programma come PSP (pain shop pro) o photoshop..
ciao

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nò, è di 100 k
ho provato anche con un post nuovo
ci rinuncio

questa la carica.
peccato sia meno chiara
Comunque si dovrebbe capire lo stesso: legato alle zampe della carcassa dell'alternatore c'è un bastone di legno che appoggia (circoletto rosso) sopra una bilancia che misura la coppia di reazione.
Se non è chiaro chiedete.

ciao

purtroppo non ho ben capito come hai fatto...
me lo rispiegheresti?

comunque pensavo, per calcolarsi la coppia si potrebbe fissare una puleggia all'alternatore, di li con un rapporto a cinghia, direi 20:1 lo si collega ad un altro albero, con fissato un tamburo (lo si può ricavare con 2 ruote di bici e della lamiera), ad esso si arrotola una corda con un peso noto, tipo 5Kg ; conoscendo il raggio della ruota (esempio 40 cm) lasciando il peso libero di cadere e di far girare tutto avremo una coppia sull'alternatore di circa 5*9.81*0.4/20 (ho diviso per 20 tenendo conto del rapporto 20:1 tra l'albero dell'alternatore e quello del tamburo) in questo modo mentre il peso cade, il raggio del tamburo (e quindi il momento torcente che agisce su esso) rimane costante, il fatto poi che per ogni giro del tamburo l'alternatore ne faccia 20 da tutto il tempo di fare le dovute misure.

potrebbe essere un'idea secondo voi? per quelli come me che non dispongno di motori ausiliari...

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Credo che il metodo sia corretto.
Il motore che fa girare l'alternatore è ridotto e a giri fissi no?
Vai avanti!, e facci sapere!
Emilio.

Si tratta di un motovariatore da 20 a 100 giri, un po' moltiplicati ricavo da 35 a 180 giri (che sono quelli buoni per una windside con poco vento, da 2 a 8 m/s). Così posso testare a vari n.ri di giri

Tommy, è abbastanza semplice se guardi bene la foto.
Certo nel mio caso è facile perchè ho l'albero motore bisporgente e questo mi consente di sospendere il tutto con due supporti.
La cinghia fa girare l'albero del rotore.
Il telaio con fissato lo statore è sostenuto da cuscinetti sempre applicati allo stesso albero.
Quindi anche il telaio è libero di ruotare e puoi "pesarne" la coppia di reazione nel modo che ho indicato.
In una struttura predisposta per un'elica normale forse bisogna costruire qualche marchingegno.