250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon Bernd » Fr 13. Mär 2009, 18:27

Hallo Freunde

Carl hat mir ein Radnabenmotor, 36V 250W, eingespeicht in eine 28 Zoll Alufelge, zur Verfügung gestellt.
Dafür zunächst mal vielen Dank an Carl, der diesen Motor erworben hat damit wir alle von den ermittelten
Meßwerten und gewonnenen Erkenntnissen profitieren können.

Es handelt sich dabei um einen Antriebsmotor für ein E-Bike, ausgestattet mit Neodym Magneten, hergestellt von
der Firma "Nine Continent". Dieser Motor arbeitet mit Drehstrom, der ihm aus einem 36V Akku über eine
Steuerelektronik und einen "Gasgriff" zugeführt wird. Ich untersuchte seine Eigenschaften als low rpm
Drehstromgenerator !

Die Anschlussdrähte ragen einseitig aus der (ebenfalls einseitig) durchbohrten Achse heraus. Im Foto gut
zu erkennen die drei dickeren Drähte für die Phasen sowie die dünnen Drähte für die Steuerelektronik.

Bild Bild

Bild Bild

Als ich die Achse des Motors das erste mal von Hand drehte, entfuhr mir ein " nääää, das darf ja wohl nicht wahr sein",
denn ich konnte die Achse nur unter grosser Kraftanwendung millimeterweise drehen. Der Grund war allerdings,
das sich zwei der drei Drähte für die Drehstromphasen dabei berührten und somit der Generator kurz geschlossen
war. Die Kraft die dann nötig ist um die Achse zu drehen ist subjektiv empfunden wirklich extrem hoch.

Mit offenen Anschlussdrähten empfindet man das Drehen an der Achse als "schwergängig". Sehr überraschend
war für mich dabei das nahezu vollständige Fehlen eines Rastmoments, das hatte ich ganz anders erwartet. Zu spüren ist
"lediglich" die besagte Schwergängigkeit, die man auch als Verlust- oder Leerlaufmoment bezeichnet, welches
sehr wahrscheinlich durch die Ummagnetisierungsverluste der Eisenanteile innerhalb des Generators entsteht.
Ich habe dieses Verlust- bzw. Anlaufmoment, das für das Andrehen überwunden werden muss, mit ca. 0,38 Nm
ermittelt. Wenn man unterstellt das dieses Verlustmoment auch bei höheren Drehzahlen in etwa gleich bleibt, dann
entstehen dadurch folgende (Leerlauf)Verlustleistungen im Generator, die zunächst überwunden werden müsssen,
bevor eine Leistungsabgabe erfolgen kann.

bei 30 U/min = 1,2 Watt Verlustleistung
bei 60 U/min = 2,4 Watt Verlustleistung
bei 100 U/min = 3,4 Watt Verlustleistung
bei 150 U/min = 6,0 Watt Verlustleistung
bei 200 U/min = 8,0 Watt Verlustleistung
bei 300 U/min = 12 Watt Verlustleistung
bei 500 U/min = 20 Watt Verlustleistung

Jetzt folgen die elektrischen Messungen am Generator. Als erstes ermittelte ich den ohmschen
Widerstand
zwischen jeweils zwei der drei Phasenanschlüsse mit erstaunlich niedrigen ca. 0,5 Ohm.
Setzt man vorraus das der Motor im Stern verschaltet ist, dann bedetuet das lediglich ca. 0,25 Ohm pro Phase.
Da hätte ich einen deutlich höheren Widerstand erwartet, vielleicht 1 oder 2 Ohm, aber um so besser.
( Weniger = besser )

Ich habe dann die Achse des Motors im Schraubstock fixiert und die drei Phasen an einen, aus 6 Schottky
Dioden bestehenden, Drehstrom Brückengleichrichter angeschlossen. Es folgte dann zunächst die Messung
der Leerlaufspannung bei verschiedenen Drehzahlen ohne Belastung.

Bild Bild

Ich habe das eingespeichte Rad von Hand gedreht und gleichzeitig über einen Fahrradtacho die Drehzahl
ermittelt sowie über ein Multimeter die erzeugte Spannung hinter dem Brückengleichrichter gemessen.
Folgende Leerlaufspannungen konnte ich messen:

60 U/min = ca. 8,5 V
100 U/min = ca. 14 V

Die Leerlaufspannung blieb auch bei anderen Drehzahlen recht konstant proportional zur Drehzahl, nämlich etwa
U/min mal 0,14 = Leerlaufspannung. Aus dieser Erkenntnis kann man dann folgende Leerlaufspannungen
rechnerisch ermitteln:

30 U/min = 4,2 V
150 U/min = 21 V
200 U/min = 28 V
300 U/min = 42 V
500 U/min = 70V

Dann habe ich Leistungswerte unter Belastung mit zwei unterschiedlichen 12V Halogenlampen gemessen,
während der Generator mit 60 U/min rotierte:

12V Halogen 20 W, 60 U/min = 7V und 1,3A = 9,1 Watt
12V Halogen 35 W, 60 U/min = 6,2V und 2,2A = 13,6 Watt

Resumee:
Mir persönlich erscheint dieser Radnabenmotor, eingesetzt als Drehstromgenerator, besser geeignet zu sein
als ich das vor meinen Tests vermutete. Negativ gegenüber einem eisenlosen Generator sind ganz klar die
Leerlaufverluste zu nennen, welche nach meiner Einschätzung aber in ihrer Höhe gerade noch akzeptabel sind,
insbesondere wenn man den vergleichsweise günstigen Preis des Generators und dessen Fähigkeit bedenkt,
ohne ein Getriebe aus relativ geringen Drehzahlen Leistung erzeugen zu können.
Um eine Ladespannung für einen 12V Akku zu erreichen sind nur knapp 100 U/min nötig. Damit kann man diesen
Generator durchaus als ausgeprägten "Low Speed" Generator bezeichnen, wie man ihn bei Vertikalrotoren,
wegen der dort meist vorherrschenden geringen Drehzahlen bei hohem Drehmoment, gut einsetzen kann.

Sein Anlaufmoment beträgt knapp 0,4 Nm. Als Beispiel: unser 50 x 50cm C- Testrotor 3 Flügler erzeugt bei
ca. 4m/s ein Drehmoment von 0,2 bis 0,25 Nm) Daraus resultiert das ein C-rotor in der Grössenordnung von
ca. 1m x 1m (4 faches Drehmoment) gut zu diesem Generator passen müsste. Gleiches gilt vermutlich für einen
Savoniusrotor. Evtl. wäre aber ein Rotordurchmesser von 1m bei ca. 1,5m Flügelhöhe noch besser geeignet, weil
dadurch mehr Drehmoment bei gleich (hoher) Drehzahl entstehen würde = früherer Ladebeginn und mehr Leistung.

Mit einem Gleichrichter, der wie bei unserem "Miniwindradprojekt" als Spannungsverdoppler arbeitet,
würde man nicht erst bei 100 U/min, sondern weitaus früher in den 12V Ladebeginn kommen. Nach meiner
Einschätzung ist das auch ratsam, da sonst der Ladebeginn erst bei vergleichsweise hohen Windstärken erfolgen
würde. Auch wäre ein Step up Wandler, wie in Jürgen vorschlug, sicher interessant.

Grüsse

Bernd
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon Andre » So 15. Mär 2009, 11:19

Hallo Bernd,

wie immer eine , und mittlerweile von dir schon fast gewohnt, 1a Vermessung eines potentiellen Generators.
Absolut saubere Arbeit. Insgeheim hab ich mit einer höheren Spannung gerechnet, von unseren Nabendynamos
verwöhnt, aber mit der entsprechendes Gleichrichter/Verdopplerschaltung kommen wir sicher auch ans Ziel.

Nochmal, Spitzenarbeit Bernd und einen dreifacher Schulterklopfer mit Riesendankeschön an unseren Spender Carl Bild

Gruss
Andre
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon Bernd » So 15. Mär 2009, 13:26

Hallo Andre und vielen Dank für dein Lob. :)

Ich habe mal ein bisschen in unserem Forum gestöbert und bin erstaunt was hier mittlerweile
alles an Informationen enthalten ist. So hast du Andre schon vor einer Weile mal einen Link
zu einem Forum gepostet, den ich hier nochmal reinstellen möchte. Der Link verweist auf einen
Test des Nine Continent Nabenmotors als Antriebsmotor.

http://www.pedelecforum.de/wiki/doku.ph ... ontinent&s

Super finde ich folgende Abbildung die den Motor geöffnet zeigt. Man kann sehr schön abzählen
das 40 Magnete dicht an dicht eingebaut sind die 36 Spulen gegenüber stehen.

Bild

Bild

Grüsse

Bernd
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon jb79 » So 15. Mär 2009, 21:24

@Bernd: Welche Strom/Spannungswerte sind denn das hinter dem Gleichrichter? War da noch eine Glättung verbaut und hast du im AC oder DC Bereich gemessen?
Beides wird nämlich bei fehlender Glättung geringere Ergebnisse liefern, weil dort ja nur eine pulsierende Gleichspannung anliegt.
Man müßte also die pulsierende Gleichspannung wohl auch noch ausreichend mit Siebkondensatoren glätten.

Trotzdem: sehr schöne Meßreihe, welche Signale kommen eigentlich an den Meßdrähten raus?

btw: noch eine recht einfache Regel zum Generator: die Leerlaufspannung entspricht ungefähr der Geschwindigkeit, die das 28 Zoll Rad haben würde.
Bei einem Durchmesser von 28 Zoll hat man einen Abrollweg von 28Zoll*0,0254m/Zoll*3,14=2,23m. Das entspricht bei 60U/min, also 1 Umdrehung pro Sekunde ca. 8,04km/h. Mit Gummi am Rad (also etwa 2 Zoll mehr Durchmesser) kommt man noch näher hin auf 1V pro km/h. :mrgreen:
lg Jürgen
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon Bernd » So 15. Mär 2009, 21:38

Hallo Jürgen, alle Messungen erfolgten hinter dem Gleichrichter. Wie schon geschrieben ist
es ein Drehstrom Zweiweg Gleichrichter. Da fiel eben schon das Stichwort "Drehstrom".

Wenn man Drehstrom gleichrichtet, so entsteht kein pulsierender Gleichstrom der zwischen den
Halbwellen immer wieder bis auf 0 Volt runter geht, wie bei der Gleichrichtung von "normalen"
Wechselstrom, sondern es entsteht ein richtiger Gleichstrom, der bei einer Zweiweggleichrichtung nur
noch eine erstaunlich geringen Restwelligkeit aufweist.
Ich hatte versuchsweise einen Kondensator angeschlossen, so wie ich es auch mal beim Nabendynamo
gemacht hatte, allerdings jetzt mit dem Resultat das sich die Messwerte, selbst im Leerlauf, praktisch
überhaupt nicht veränderten. Ich nahm das als Indiz für die anscheinend nur noch sehr gering vorhandene
Restwelligkeit und habe den Kondensator dann, weil sich keine Änderungen ergaben, weg gelassen.

Bild

Welche Signale die Steuerleitungen liefern kann ich leider nicht sagen. Ich habe da keine Unterlagen.
ich nehme an evtl. Thermosensoren und Hallsensoren für die Drehzahl.

Grüsse

Bernd
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon jb79 » So 15. Mär 2009, 23:27

Waaaaaa, ich glaub an manchen Tagen mach ich nur falsche Annahmen, natürlich kommt bei einem B6 Gleichrichter hinten keine pulsierende Wechselspannung raus sondern eine wellige Gleichspannung, die ca. der 6 fachen Frequenz der Drehzahl entspricht. Eine Glättung wird bei dieser Art Gleichrichter meist mit einem LC Glied vorgenommen, weil Dreiphasengleichrichter häufig in einem höheren Leistungsbereich vorkommen. Kondensatoren, die hohe Ströme und Spannungen glätten sind viel teurer als Spulen, die das gleiche können.
Auf einen Kondensator würde ich trotzdem nicht verzichten, schon weils für eine weitere Verarbeitung (Boost-Converter) ein leichter zu verarbeitendes Signal gibt.

Ist über den Motor/Generator eigentlich bekannt, ob der in Stern oder Dreieckschaltung läuft? Wenns eine Dreieckschaltung ist, dann könnte man die Spannung um das Wurzel 3-fache (also Faktor 1,73) erhöhen, indem man das Ganze zu einer Sternschaltung umbaut. Der Generator würde dann höhere Spannungen bei geringerem Strom bringen, was gerade bei niedrigen Drehzahlen hilft wenn die Diodenflußspannungen ca. 1V wegnehmen.

Überlege gerade, welcher Typ Wandler am besten wäre für unsere Zwecke, hier bietet sich entweder ein Inverswandler oder ein Sepic Wandler. Beide können eine Ausgangsspannung generieren die größer oder kleiner ist als die Eingangsspannung.
Der Inverswandler hat dabei den Nachteil, daß die entstehende Spannung gegenüber Masse negativ ist, allerdings kann man ja die Batterie einfach anders anklemmen, man darf nur nicht die Masseleitungen vor und nach dem Wandler miteinander verbinden, das gibt dann nen satten Kurzschluß. Außerdem ist die Dimensionierung einfacher. Man kann aber die Spule auch als HF Trafo ausführen, womit das Masseproblem zu korregieren ist.
Der Sepic Wandler benötigt zwei Spulen und einen guten (teuren) Kondensator zur Energieübertragung (also 2 zusätzliche Bauteile) und ist wohl schwieriger zu dimensionieren, hat aber den Vorteil, daß die Massepotentiale vor und nach dem Wandler gleich sind.
lg Jürgen
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon peter » Di 17. Mär 2009, 01:49

Hallo zusammen
lese seit einiger zeit in eurem forum und bin positiv überrascht wie viel zeit,arbeit u.geld ihr in eure windkraftanlagen steckt,nicht so wie die meisten Pv-anhänger die ohne sendungs bewustsein nur geld verdienen wollen.da ich der irrrigen meinung war ihr wollt alles selbst bauen melde ich mich erst jetzt wo ich gesehen habe das ihr auch zukaufteile für eure entwicklungsarbeit verwendet.bei der suche für mein eigenes projekt(leider habe ich nur wenig zeit zum bau der anlage) habe ich einen hersteller in (china cn-dcmotor)gefunden.diese firma liefert generatoren in 12/24/36/48V(bei 100-200rpm)von 100W-einigen Kw u."konverter".keine angst vor china-company`s es sind zwar zähe verhandlungen u. relativ hohe nebenkosten aber unter dem strich sind preis u. qualität Ok.(wir importieren für unseren haus umbau alles mögliche von led`s-vakuumröhren kollektoren).
Ps:kann mir im forum jemand über die rechtliche seite der errichtung einer kleinwindanlage(inselanlage) in Österreich(Nö.)auskunft geben?hat schon jemand einen selbstbau genehmigt bekommen?

lg.Peter
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon jb79 » Di 17. Mär 2009, 15:54

Normalerweise ist der Bürgermeister als Baubehörde erster Instanz zuständig, wenn der sich nicht auskennt würde es mal bei der NÖ Landesregierung versuchen.
Woher aus NÖ kommst du?
Edit: Hab mal etwas gesucht und das hier gefunden. Es bestätigt auch das, was ich vermutet habe, erstmal ist der Bürgermeister zuständig. Am besten also eine Zeichnung machen, aus der hervorgeht was, wo und wie groß das Ganze ist und dort abgeben.


Zu den China-Motoren, ich denke dort kann man eventuell auch speziell angepaßte Kleinserien zu Preisen produzieren lassen, die man in Europa nicht erreicht.
Was man in jedem Fall berücksichtigen sollte sind Versandkosten und Zoll, denn der Motor/Generator wird wohl über die Geschenkgrenze gehen.

btw: Meinst du diese Generatoren?
lg Jürgen
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon Herz_aus_Stahl » Do 19. Mär 2009, 17:34

wie dick ist denn der wicklungsdraht?
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Re: 250W Radnabenmotor/Generator, Testbericht

Beitragvon Andre » Do 19. Mär 2009, 17:45

Hallo

Die Bilder des geöffneten generators stammen aus dem Pedetec Forum. Wenn ich Bernd richtig verstanden habe, blieb sein
Mötor geschlossen. Insofern können wir nur anhand des Bildes schätzen wie stark der Draht ist. Bezog sich deine Frage darauf ?

Gruss
Andre
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