Generator vorhanden, Rotorgröße bestimmen...

[Peterueps]

Hallo zusammen,

ich habe hier einen amerikanischen Stepper-Motor, und ich bräuchte Eure Hilfe für die Auslegung eines Vertikal-Windrades! Am liebsten ein C-Rotor aus Rohr und Blechmaterial, da ich damit täglich umgehe.

Motordaten:

Superior Electric Slo-Syn Syncronius/Stepping Motor
M093-FD14E
200 steps per Rev, 2.27 Volt, 7.0 A
Gewicht 8,5 Kg
Welle beidseitig 10 x 24 mm
6 farblich kodierte Spulenanschlüsse

Das Schaltbild sollte diesem Motor entsprechen:

http://www.rn-wissen.de/index.php/Bild:Stepperspulen.gif
Von Roboter-Netz "geliehen"!

Der Widerstand zwischen den äußeren Spulenanschlüssen beträgt 0,8 Ohm
Der Widerstand zwischen Spulenende und Mittelanschluß beträgt 0,4 Ohm

Nun habe ich den Motor einmal mit einem Akkuschrauber und einem gekoppelten Fahradtacho ohne Last bei verschiedenen Drehzahlen angetrieben und folgende Spannungen ermittelt:

Bei 300 U/min zwischen Spulenende und Mittelanschluß 19,6 Volt
Bei 300 U/min zwischen den äußeren Spulenanschlüssen 41 Volt
Bei 300 U/min mit in Reihe geschalteten Spulen 77 Volt

Mit welcher Größe für den Rotor sollte ich mich beschäftigen oder anfreunden?

Vieln Dank für Eure Hilfe

Gruß Chris

[Bernd]

Hallo Chris,
du hast alle Daten wunderbar zusammen getragen. Ich wünschte das würde andere auch immer so machen.
Die Leistung die du dem "Generator" entnehmen kannst ist ein Produkt aus dem fliessenden Strom und der
unter Last anliegenden Spannung.
Der Strom ist mit 7A angegeben. Abhängig von der Drehzahl ergibt sich eine Spannung die man dann mit
dem maximal zulässigen Strom, ich nehme an das sind dise 7A, multiplizieren muss.

Leider habe ich keine Vorstellung wie schnell so ein Stepper bei "Nenndrehzahl" drehen wird.
Evtl. könnte man das aus der zulässigen Ansteuerungsfrequenz errechnen.
Dann hätte man einen einigermassen zuverlässigen Wert für die mögliche Nennleistung.

Ich gehe davon aus das die Spannungen zeitversetzt erzeugt werden, so das deine bisherigen Messungen
mit der Reihenschaltung aller Spulen noch nicht die wirklichen Spannungen anzeigen.
Das beste wäre es wenn du das ganze erstmal gleichrichtest. Zu diesem Zweck könntest du zwei Drehstromgleichrichter
nehmen und jeden Anschluss deines Generators auf einen Eingang der Drehstromgleichrichter legen.

Du könntest auch 3 normale Brückengleichrichter nehmen, deren + und - Anschlüsse miteinander verbinden und
dann widerum jeden Draht auf einen der 6 Wechselspannungseingänge legen.

Grob geschätzt sollten dann über 100 Volt bei 300 U/min heraus kommen.
Ich finde das erstaunlich viel, es macht mich fast skeptisch.
Angesichts des geringen Innenwiderstandes würde das nämlich eine enorme Leistung ergeben.

Bevor wir Dir eine Rotorgrösse nennen können müssen wir noch näher klären was dein Stepper an Leistung erzeugen kann.
Ich würde Dir den oben genannten Aufbau mit einem Gleichrichter nahe legen.
Die gleichgerichtete Spannung müssen wir dann mit einer Last versehen und gucken wie der Stepper auf
diese Last reagiert, sprich wie die Spannung einbricht.


Grüsse

Bernd

[Peterueps]

Hallo zusammen,

@Bernd:

vielen Dank für Deine Antwort und die Anleitung für die weitere Vorgehensweise.
Die gemessenen Leerlaufspannungen sind schon "erschreckend" hoch.

Dann muß ich einmal die Brückengleichrichter besorgen, bzw aus vorhandene Einzeldioden etwas aufbauen und die entsprechenden Messungen durchführen.

Gruß Chris

[picowindmiller]

Hallo Chris,
prüfe mal, ob bei deinem Stepper die Mittelanzapfungen der beiden Spulen miteinander elktrisch leitend verbunden sind. Ansonsten an jedes Spulenpaar a und b eine Graetz-Brücke anschalten. Die Mittelanzapfung wird nicht benötigt !!!!
Wenn keine Verbindung der Mittelanzapfungen besteht, kannst du die Gleichstromausgänge der beiden Graetzbrücken entweder in Reihe oder paralell schalten. Brückengleichrichter gibts bei Pollin.de für wenig Geld. Achte aber auf genügend Spannungsfestigkeit und Strombelastbarkeit. Ansonsten lötest du dir die Gleichrichter aus Si-Dioden selbst zusammen.
Um die Leistung zu messen kann man sich zur Not mit Glühbirnen aus der KFZ-technik helfen. Aber dabei immer Strom, Spannung und Drehzal messen. Bei Leistungen um mehrere hundert Watt, machen die meisten Bohrmaschinen als Antrieb nicht sehr lange mit. Hier solltest du ein kräftiges Modell mit Drehzalsteuerung wählen. Möglicherweise kennst du jemanden der eine Drehbank hat?.

viel Erfolg
N.B.

[Peterueps]

Hallo zusammen,

@picowindmiller:

danke für Deinen Vorschlag, das werde ich auch mal ausmessen, ob die Mittelabzapfungen der Spulenpaare verbunden sind!
Leider komme ich erst am Wochenende dazu, weitere Tests und die Gleichrichterschaltungen aufzubauen...

Habe ein Datenblatt vom Motor gefunden und dort werden als Nennspannung 2,27 (!)Volt bei 7 Ampère je Spule angegeben!?
Und empfohlene Drehrate des Rotors mit 6.000 Steps/Minute, was bei 200 Steps/Umdrehung des Rotors ja nur 30 Umdrehungen/Minute bedeuten würde!?
Was habe ich denn da für einen "Knaben"?!

Gruß Chris

[Peterueps]

Hallo zusammen,

hier habe ich einmal die ersten Messungen an einer gleichgerichteten Phase des Genis gemacht:

Bei 300 U/min ohne Last eine Gleichspannung von 19,8 Volt

Bei 300 U/min mit einer 12 Volt 50 Watt Halogenbirne belastet, jedoch nur noch 1,48 Volt bei 2,36 A Stromfluss. Die Birne glüht dabei kaum sichtbar.

Bei 1000 U/min mit einer 12 Volt 50 Watt Halogenbirne belastet, immerhin 1,98 Volt bei 2,4 A Stromfluss. Die Birne glüht dabei dunkelrot.

Mit dem Geni wollte ich eigentlich eine High-Power-LED-Lichterkette betreiben, welche mit Lipo-Akkus gepuffert werden soll.
Also ca. 3,7 bis 4,0 Volt Spannung für den Lader wären wünschenswert.

Ist der Geni hierfür überhaupt geeignet?

Heute Nachmittag mache ich weitere Messungen mit beiden Spulen...

Gruß Chris

[andreas]

Hallo,

der Innenwiderstand des Generators wird etwas zu hoch sein. Den sollte man nur mit geringen Strömen belasten, so dass die Spannung hoch bleibt. Sonst geht die meiste Leistung im Generator verloren und er wird zu heiss. Denke mal über eine Abwärtswandlung nach, z.B. über Trafos.

MfG. Andreas

[Bernd]

Anscheinend reagiert dein Stepper so ähnlich wie ein Nabendynamo, das heisst es kommt nur ein bestimmter
Stromfluss zustande, egal wie schnell man dreht. Das zeigt das nahezu gleiche Messergebnis bei 300 und
1000 U/min. In deinem Fall scheint bei ca. 2,4 A die Grenze zu liegen.

Du könntest vielleicht mal mit ansteigender Drehzahl testen ab welcher Drehzahl der Strom nur noch unwesentlich
zu nimmt, sprich ab welcher Drehzahl diese Grenze erreicht ist. Das ist natürlich immer von der angeklemmten
Last abhängig.

Die 50 W Halogenlampe scheint zu niederohmig für deinen Stepper zu sein. Allerdings wären es Akkus erst recht.

Die Spannung bricht wirklich extrem ein, viel stärker als man es vom Innenwiderstand her erwarten dürfte.

Grüsse

Bernd

[picowindmiller]

Hallo Chris,
Das Produkt aus Spannung und Strom an einer Phase gemessen ergibt ca. 4,75 Watt. Wenn du so wie empfohlen die beiden gleichgerichteten a-b Stränge in Reihe schaltest, erhälst du eine Leistung von ca 9,5 W. Nun ist die tatsächlich abgegebene Leistung vom Verhältnis des Generatowiderstandes zum Lastwiderstand abhängig. Der grauen Theorie zufolge ist die Leistungsabgabe maximal, wenn Ri=Ra. Probiere doch mal andere "Lastwiderstände" zB. Kennzeichenbeleuchtungslämpchen aus
Bei einer Reihenschaltung stehen dir ( vorausgesetzt die Mitelanzapfungen des Genis sind nicht verbunden) knapp 4 V bei 2,4 A bei 300 rpm zur Verfügung. Damit kannst du schon einen Akku laden, wenn die Ladebedingungen eingehalten werden.
Offensichtlich ist dein Generator ein Reluktanzläufer, der sich im Prinzip genau so wie ein Klauenpolgenerator verhält. Hier kann ich der Ansicht von Bernd nur zustimmen.Diese Generatoren stecken voller Überraschungen. Lies dir mal Bernd's Testergebnisse mit Nabendynamos durch.Wenn es dir gelingt das Teil mal zu öffnen und reinzuschauen, wirst du sicher als Rotor ein oder mehrere "Zahnräder" sehen, die in einem Statorgehäuse laufen, das aus mäanderförmig gezahnten mit Kupfer bewickelten Polschuhen besteht. Manchmal sind es 4 Polschuhe manchmal 8, und manchmal 9. Je nachdem wieviel Kupfer und Eisen da verbaut sind, kannst du aus dem Geni eine bestimte Leistung "rauskitzeln". Zwischen den "Zahnrädern" des Rotors ist ein meist relativ schwacher Ringmagnet eingeklebt. Wenn dir dein Generator nicht mehr gefällt und du drauf und dran bist den in den Müll zu werfen, dann gehe einmal das Wagnis ein und tausche den saft-und kraftlosen Ringmagnet zwischen den "Zahnrädern" gegen einen passenden Ringmagneten aus 52er Neodym. Die Kennwerte des Eisenweges lassen sich damit zwar nicht verändern, aber das Teil erzeugt schon Spannung beim blossen Anschauen . Aber bitte genau hinschauen , die Zahnräder sind um einen halben Zacken versetzt auf der Welle angebracht.
Viel Erfolg
N.B.

[Bernd]

Der Innenwiderstand einer in Betrieb befindlichen 12 Volt 50 Watt Lampe beträgt ca. 2,9 Ohm.
An sich würde das als Last gut zum Innenwiderstand deiner Wicklung von 0,4 Ohm passen.
Die Spannung dürfte rein elektrisch gar nicht so stark einbrechen.
Ich vermute das die Bauart die maximale Leistung begrenzt, wie ja schon weiter oben ausgeführt.
Du kannst ja mal zwei oder mehr dieser 50 Watt Lampen in Reihe schalten und dann noch mal messen.

Grüsse

Bernd