Umbau Asynchronmotor

[arcobär]

Da ich momentan witterungsbedingt zur Untätigkeit gezwungen bin, habe ich mir Gedanken zu einem passenden Generator gemacht.
Ein Scheibengenerator ist sicher die beste Lösung, erfordert aber doch schon erheblichen Aufwand. Vielleicht probiere ich es mal mit dem Umbau eines Asynchronmotors.
Ich habe mir mal den Motor meines Industrielüfters angesehen. Von den Daten, Drehstrom ( 400 V), 900 U/min ( 6-polig ?), 200 W, müsste er sich doch für einen kleinen Generator eignen.
Was meint ihr?
Ich werde den Motor mal zerlegen und genauer begutachten. Über die korrekte Bestückung des Rotors mit Magneten muss ich mich auch noch informieren, da ich mich noch nicht mit diesem Thema befasst habe.

Gruß Uli

[Bernd]

Hallo Uli

400V bei 900U/min scheinen ja ein gar nicht mal so schlechtes Verhältnis zu sein.
Ich weiss zwar nicht ob man das so einfach rechnen kann/darf aber das wären dann
ja etwa 40V bei 90 U/min.
Ganz so einfach ist die Rechnerei aber wohl wirklich nicht, denn du müsstest ja den
Motor duch Einbau von Magneten erstmal zum Generator umbauen.
Ohne eine Drehbank wird man da nach meiner Einschätzung nicht weit kommen.
Mit Drehbank würde ich derzeit aber das Sandwitch-Prinzip verwenden, das der
User "Generator" im Windanlagenforum vorstellte. Nach seinem Reden führt es zu einer
hohen Effektivität des Generators.
Die erste Abbildung ist von "Günter" aus dem Windanlagenforum.
Das zweite Foto enstammt vom User "Generator" aus dem gleichen Forum.



Das pfiffige an dieser Bauart ist das die Magnete quasi "hochkant" auf der Welle angeordnet
sind und ihre Pole auf den grossen seitlichen Flächen abgeben. Mehr dazu im Text ab
Seite 1 ziemlich unten, (davor nur der "übliche" dort komischerweise vorherrschende Ton)
http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/ph ... sc&start=0

Uli ich befürchte aber das es zu kräftigen Leerlaufmomenten kommen kann. Das Leerlaufmoment
sollten nach meinem Verständnis mit der Auslegung eines Generators auf geringe Drehzahlen ansteigen.
Aber einen Versuch ist die eisenbehaftete Bauart sicher wert.

Grüsse

Bernd

[arcobär]

Hallo Bernd,

genauso sind die Rotoren der bürstenlosen Servomotore aufgebaut. Auf Arbeit habe ich noch 2 Stück rumliegen, deren Gehäuse verschwunden sind. Diese sind noch mit einem Seil umwickelt und mit einem Harz getränkt. Ob man die Magnete herausbekommen könnte ? Ich könnte es mal bei einem Rotor probieren.
Das magnetische Rastmoment bzw. das Leerlaufmoment ist bei den bürstelosen Servomotoren seltsamerweise erstaunlich gering. Ein umgebauter Asynchronmotor müsste sich eigentlich ähnlich verhalten.
Ja, ohne Drehbank kommt man leider nicht aus und damit bin ich leider wieder auf fremde Hilfe angewiesen. Meine Heimwerkerausrüstung ist recht bescheiden. Als Elektroniker befaßt man sich weniger mit anspruchsvollen mechanischen Arbeiten. Ich staune immer über deine schnellen und sauberen mechanischen Ausführungen.
Die Nuten für die Magnete müsste man auf der CNC-Fräse gut hinkriegen.

Der Lüftermotor ist leider ein Außenläufer und der Rotor ist auf die Welle aufgepresst. Vielleicht sollte man sich doch lieber einen kleinen normalen Asynchronmotor für den Umbau vornehmen. Ich werde auf Arbeit nochmal in meinem alten Motorbestand kramen, ich glaube, ein Lüfter mit normalem Asynchronmotor liegt da noch rum.

Gruß Uli

[Wind_Stefan]

Hallo,

auch ich habe mir gedanken drüber gemacht wie ich das vorgeschlagene sandwich-prinzip von user "generator" anwenden kann.
Die idee und ausführung fand ich sehr gut, vor allem da man ja flachmagnete verwenden kann. Das problem das dabei entsteht, würde ich vermuten, ist das sehr starke cogging und ernorme haltemoment durch die gerade anordnung der magnete auf dem rotor. Was man sehr schön auf der abbildung von "Günter" sehen kann.
Da ist mir eingefallen das in diesem http://www.otherpower.com/images/scimages/3538/decogging_tutorial_V1.pdf tutorial auch von zwei offset methoden die rede ist, die man für das sandwich-prinzip anwenden könnte um das cogging zu minimieren.
So wie ich das sehe wird man damit aber nur erfolg haben wenn der motor sehr hochpolig ist. Da durch die anordnung der magnete auf dem rotor der abstand zum nächsten magneten nicht zu groß sein darf um den eisensteg nicht zu dick/breit werden zu lassen. So wird man um eine neuwicklung wohl nicht herum kommen, es sei denn man findet einen schönen hochpoligen asynchronmotor bei dem man "nur" den rotor mit magneten bestücken braucht.

Gruß Stefan

[arcobär]

Hallo Stefan,

schön, dass du jetzt auch hier bist.
Hast du nicht schon einen Asynchronmotor umgebaut, der hinterher so ein starkes Rastmoment hatte?
Die Sandwich-Bauweise hat anscheinend "Generator" nicht erfunden, sondern bei den bürstenlosen Servomotoren "abgekupfert".
Bei meinen industriellen Rotoren sind die Nuten auch nicht schräg angeordnet. Leider existieren die Gehäuseteile mit der Wicklung nicht mehr, so das ich keine Aussage zur Ausführung der Wicklungsnuten, eventuell waren diese schräg ausgeführt, machen kann.
Erstaunlich ist, dass alle bürstenlose Servomotore auf Arbeit, 12 Stück von 2,5...6 KW, ein sehr geringes Rastmoment bzw. Leerlaufmoment haben, obwohl sie sich bei Wicklungskurzschluss mit der Hand nicht mehr drehen lassen.Vielleicht dürfen nicht zu starke Magnete bzw. kein zu kleiner Luftspalt gewählt werden.

Gruß Uli

[Bernd]

Hallo Stefan

Auch von mir ein herzliches Willkommen hier im neuen Vertikalrotor Forum.
Einige haben sich ja einen Nabenmotor zugelegt der zig Pole hat, ich schätze um die 50.
Leider haben bisher alle auch dort ein heftiges Leerlaufmoment (weniger Rastmoment) festgestellt.
Das das Leerlaufmoment so ausgeprägt ist, mag zum Teil der Auslegung auf geringe
Drehzahlen geschuldet sein, die ja an sich für unsere Zwecke ideal ist. Entstehen scheint
dieses "zähe Drehen" wohl durch das ständige Ummagnetisieren der Eisenanteile innerhalb der
Spulenkörper. Hier entstehen unnötige Wirbelströme die Leistung zehren.
Warum einige Generatoren ein eher geringes Leerlaufmoment haben ist mir derzeit noch
ein Rätsel.

Von Andre bekam ich einen kleinen Servomotor zur Verfügung gestellt dessen Eigenschaften
ich mal ermittelt habe. Leider liegen die Drehzahlen relativ hoch. Der wäre nur was für
sehr schnell drehende kleine Windräder.



Grüsse

Bernd

[arcobär]

Hallo,

ich habe mich mit dem Umbau von Asynchronmotoren noch mal gedanklich genauer befasst und bin zu folgenden Erkenntnissen gekommen.
Durch das Bestücken des Rotors mit Permanentmagneten wird der Asynchronmotor zum Synchronmotor und erhält dessen Eigenschaften.
Asynchronmotoren werden als 2-polige(3000 U/min), 4-polige(1500 U/min), 6-polige(1000 U/min) und 8-polige(750 U/min) Maschinen gebaut. Die Polzahl entspricht der Anzahl der Wicklungen pro Phase.
Da die Wicklungen in Reihe geschaltet sind, erreicht der 8-polige Motor nach dem Umbau im Generatorbetrieb die höchste Spannung, besitzt aber auch den höchsten Wicklungswiderstand.
Da die Wicklungen der Asynchronmotore nur für den Nennstrom ausgelegt sind, der bei der hohen Spannung relativ gering ist, besitzen diese auch einen relativ hohen Widerstand.
Im Motorbetrieb bei Nennstrom ist der Spannungsabfall unbedeutend, wird aber beim Generatorbetrieb nach dem Umbau beim direkten Anschluss an die Batterie zum Problem.
Warum?
Die erzeugte Spannung wird hauptsächlich nur durch die Stärke des Magnetfeldes, die Drehzahl und die Anzahl der Wicklungen bzw. Windungen bestimmt.
Der Strom ergibt sich aus der Spannungsdifferenz vom Generator zur Batterie und dem Wicklungswiderstand.
Nehmen wir an, der Generator erzeugt bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit eine Spannung von 36 V und der Wicklungswiderstand wäre 12 Ohm.
Bei einer Batteriespannung von 12 V würde sch ein Ladestrom von 2 A ergeben. Die Nutzleistung beträgt 24 W, aber die Wicklungsverluste 48 W. Wir hätten nur einen elektrischen Wirkungsgrad von 33%, was sehr bescheiden ist, da noch die mechanischen Verluste berücksichtigt werden müssen.
Da die Wicklungen nur für Nennstrom ausgelegt sind, wird der Motor sich bei höheren Drehzahlen stark erwärmen und irgendwann das Zeitliche segnen.

Wie sieht es nun aus, wenn wir die Ausgangsspannung des Generators elektronisch durch DC/DC-Wandlung an die Batteriespannung anpassen.
Wenn wir 36 V auf 12 V umsetzen, beträgt der Generatorstrom für einen Laststrom von 2 A nur noch ca. 1 A bei einem Spannungsabfall über die Wicklung von 12 V. Damit erhalten wir bei gleicher Ausgangsleistung von 24 W einen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 67 %.

Aus diesem Grunde werden die Asynchronmaschinen auch umgewickelt und um den Wicklungswiderstand gering zu halten, d. h. möglichst dicken Draht nehmen zu können, 6- oder 8-polige Motore verwendet, da man dann mehr Wickelraum zur Verfügung hat.

Ich denke, dass man mit entsprechendem elektronischem Wandler auch gut 4-polige Motore, die relativ häufig sind, ohne Umwickeln einsetzen kann.

Übrigens können diese Probleme der schlechten Anpassung auch bei den selbstgebauten Scheibengeneratoren auftreten.

Gruß Uli

[Huracan]

Moin Uli,

nur ein kurzer Kommentar.
Mir sind bis jetzt die besten DC/DC-Wandler als Schaltregler bekannt und die behaupten bei dieser Übersetzung einen Wirkunkungsgrad bis 80% zu haben. Ganz ohne Verlußte gehts leider auch hier nicht
Bestens H.

[Wind_Stefan]

Hallo,

@Uli und Bernd
danke euch beiden für die sehr herzliche begrüßung im neuen vertikalrotor forum.

Hast du nicht schon einen Asynchronmotor umgebaut, der hinterher so ein starkes Rastmoment hatte?

Erstaunlich ist, dass alle bürstenlose Servomotore auf Arbeit, 12 Stück von 2,5...6 KW, ein sehr geringes Rastmoment bzw. Leerlaufmoment haben, obwohl sie sich bei Wicklungskurzschluss mit der Hand nicht mehr drehen lassen.Vielleicht dürfen nicht zu starke Magnete bzw. kein zu kleiner Luftspalt gewählt werden.

Ja Uli du hast recht ich habe einen, bzw. sogar schon zwei asynchronmotoren umgebaut. Der erste war ein kleinerer "versuchsmotor" 4polig 220V/380V 0,7/04A um es mal zu testen. Leider hat der "kleine" motor einen wicklungswiderstand von 75 Ohm pro phase. Was für eine batterieladung nicht gerade als optimal zu bezeichnen ist.
War damals auch nur ein test, um zu sehen wie sich das cogging und das haltemoment nach dem umbau verhält, der eigentlich sehr positiv ausgefallen ist. Dieser motor fühlt sich beim drehen wie ein kleiner schrittmotor an und das haltemoment würde ich als sehr gering bezeichnen.

Nach diesem positiven erlebnis habe ich mich dran gemacht den "großen" servomotor auf magnete umzubauen. Das ergebnis hast du ja im anderen forum mitbekommen. Wobei ich sagen muss nachdem die magnete abgeschliffen wurden das cogging fast verschwunden ist, bis auf vier stellen die man beim drehen merkt.
Somit denke ich mir ja auch das das verhältnis von magnetmasse und luftspalt genau gefunden werden muss. Um einerseits ein leichtes drehen aber andererseits auch noch leistung vorhanden ist.
Auch habe ich mir einen fertigen servomotor besorgt der schon mit permanentmagneten bestückt war. Dieser hat, wie du bemerkt hast, kaum anfälligkeiten zum coggen und einen für die baugröße geringes haltemoment. Leider habe ich ihn noch nicht zerlegt um an die geheimnisse zu kommen die auf dem rotor schlummern.

Gruß Stefan

[Wind_Stefan]

Hallo,

hier http://greenbits.com/User+Pages/zubbly mal ein, wie ich finde, sehr interessanter link zum thema umbau eines asynchronmotors. Ist eine sehr schöne zusammenfassung wie ich finde. Leider alles in englisch aber schön bebildert.

Gruß Stefan