separate Brückengleichrichtern für 3 Phasen, Vorteil ?

[Bernd]

Drehstromgleichrichter aus 3 separaten Brückengleichrichtern von Vorteil ?

Was bei ersten Hören wie Spinnerei anmutet entpuppt sich nach einer längeren
Diskussion im Amiforum anscheinend wirklich als sehr vorteilhaft.
Vergleicht man die Berechnungen aus Dreieck, Stern- und separater Gleichrichtung
so geht die Rechnung deutlich zu Gunsten der separaten Gleichrichtung aus.
Grund ist vereinfacht gesagt die Tatsache das man bei separater Gleichrichtung
nicht mit dem Verkettungsfaktor 1,73 arbeitet, sondern mit glatter Verdreifachung.
Diskussion ist noch am laufen.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

das kann man so machen, aber man verliert Leistung dabei. Letztlich wird dann der Drehstromgenerator zu drei separaten Wechselstromgeneratoren, welche um 120 Grad versetzt arbeiten und in Reihe geschaltet sind. Die Spannung ist in Summe höher, aber nun um gleich drei Gleichrichterstrecken (also sechs Dioden) verknappt.

MfG. Andreas

[Bernd]

Dachte ich auch aber die Leistung steigt sogar noch an, und das kräftig.
Genaue Rechnung folgt später.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Für die Spitzenspannung mag das stimmen.
Nehmen wir an, wir haben einen Effektivwert von 10V auf jeder Phase, so wäre die Spitzenspannung einer einzelnen Phase ca. das 1,41 fache also etwa 14,1V.
Bei der B6 Gleichrichterschaltung kommen ca. 17V raus.

Jede Phase für sich würde einzeln gleichgerichtet eine Spitzenspannung von 14,1V, also in Summe ca. 42V Spitzenspannung ergeben, das ist ca. das 2,5 fache der B6 Schaltung.
Problem an dieser Schaltungsweise:
1.) 6 statt 2 Dioden immer vom Strom durchflossen, macht also nur bei größeren Spannung Sinn, da sonst die Diodenflußspannungen prozentuell große Verluste machen.
2.) nur möglich wenn die 3 Wicklungen nicht miteinander verbunden sind, also einzeln abzugreifen
3.) hohe Welligkeit bzw. große Kondensatoren notwendig um diese zu verkleinern.

[Bernd]

Ich will mal ein praktisches Beispiel geben:

Wir haben einen 3 Phasen Drehstromgenerator dessen einzelne Phasenstränge für sich jeweils 1 Ohm haben.
Dieser Generator liefert bei 100 U/min 10 Volt effektiv in jedem Spulenstrang.

Verschalten wir diese Spulenstränge zu einer Sternschaltung und verbinden einen 3 Phasen Brückengleichrichter
mit 6 Dioden mit dem Generator, dann ergeben sich folgende Werte:
Die Spannung hinter diesem Gleichrichter ist dann = Phasenstrangspannung mal Wurzel 3 (1,73) mal 1,41.
Wurzel 3 ist der Verkettungsfaktor um den die Spannung eines 3 Phasen Stern Systems gegenüber der
Spannung der Spulen einer einzelnen Phase hinter dem Gleichrichter ansteigt. Das resultiert aus der
Überlagerung der Phasen, deren einzelne Spannungen sich überlappen und daher entsprechend ihrer
Vektoren ähnlich einer Reihenschaltung ergänzen.

Der Wert "1,41" um den die Spannung zusätzlich ansteigt resultiert daraus das bei Überlagerung der Amplituden
sich keine Täler mehr zwischen den Sinuswellen ergeben und statt dessen diese fast perfekt durch die
Überlagerungen aufgefüllt werden. Aus dem Peakwert einer Amplitude wird der Effektivwert der resultierenden
Spannung.
Nochmal zusammen gefasst:
Die Spannung hinter dem Gleichrichter bei Sternschaltung ist = Phasenstrangspannung mal Wurzel 3 (1,73) mal 1,41.
Das heisst aus unsere ursprünglichen 10 Volt aus den Spulen einer Phase werden dann:
10 Volt mal 1,73 mal 1,41. Tatsächlich treten auch noch Diodenverluste auf. Richtig lautet die Kalkulation also:
10 Volt (minus 1,4 Volt) mal 1,73 mal 1,41 = 20,97 Volt

Was geschieht gleichzeitig mit dem Innenwiderstand der Spulen ?
Hier hatte die Spulen eines Phasenstrangs 1 Ohm.
In Sternschaltung ist der resultierende Gesamtwiderstand (den die Last "sieht" ) = Widerstand der Spulen einer Phase
mal 1,73. Der resultierende Gesamtwiderstand unseres Beispielgenerators hat in Sternschaltung also
1Ohm mal 1,73 = 1,73 Ohm

Schliessen wir diesen Generator kurz und ermitteln die Kurzschlussleistung, die ein Indiz für die maximal mögliche
Abgabeleistung ist indem man die Kurzschlussleistung durch 4 teilt, dann ergeben sich:
Kurzschlussleistung= P = U² durch R = 20,97²Volt durch 1,73 = 254,18 Watt

Zusammen gefasst gibt unser Testgenerator in Sternschaltung folgende Werte aus:
Spannung = 20,97 Volt
Gesamtwiderstand = 1,73 Ohm
Kurzschlussleistung = 254,18 Watt


Jetzt kommts, die Idee der separaten Gleichrichtung jeder Phase...
Die Idee ist in den Staaten unter der Bezeichnung "Jerry rig" populär.
Die Ursprungsidee inkludiert das man den Stator von vornherein mit doppelt soviel Windungen versieht
wie man es normalerweise machen würde, wobei man die Ausgänge aller Phasen separat gleichrichtet
und die erzeugten Spannungen dann alle parallel schaltet.

Wir erhöhen also die Windungsanzahl um das doppelte.
Unser Testgenerator würden dann die doppelte Spannung pro Spulen einer Phase liefern.
Die Spannung aus den Spulen einer Phasen beträgt dann 10 Volt mal 2 = 20 V
Gleichzeitig erhöht sich aber der Widerstand dieser Spulen bei gleichem Kupfervolumen um...
naaaa ??? .... das vierfache.
Die Spulen einer Phase hätten dann also nicht mehr 1 Ohm sondern 4 Ohm.

Rechnen wir jetzt mal die Werte dieses Jerry Rig Generators aus.
Die Spannung einer Phase beträgt jetzt 20 Volt.
Die Spannung nach dem Gleichrichter einer einzelnen Phase beträgt: 20 Volt - 1,4 Volt = 18,6 Volt
Schalten wir nun die Ausgänge der drei Gleichrichter parallel, dann überlappen sich die zeitversetzen
Amplituden, die resultierende Gesamtspannung erreicht nie 0 Volt, wie es bei einer einzelnen Phase
der Fall ist, sie ergänzen sich so das die Peakspannung einer Amplitude zur Effektiv Ausgangsspannung
wird, so wie auch bei der Sternschaltung.
Es ergibt sich 18,6 Volt mal 1,41 = 26,22 Volt Gesamtausgangsspannung.

Aus unseren 4 Ohm pro Spulenstrang werden durch die Parallelschaltung: 4Ohm durch 3 = 1,33 Ohm Gesamtwiderstand

Die Kurzschlussleistung beträgt : Kurzschlussleistung= P = U² durch R = 26,22²Volt durch 1,33 = 516,90 Watt

Zusammen gefasst hat die separate Gleichrichtung folgende Werte:
Spannung = 26,22 Volt
resultierende Widerstand = 1,33 Ohm
Kurzschlussleistung = 516,90 Watt

Jetzt folgt sicher erstmal ungläubiges Stirnrunzeln ...
Ich bitte euch meine Rechenschritte zu überprüfen.
Obergeil wäre es wenn jemand einen Generator hat, mit dem er diesen "Trick" mal in der Realität nachbauen und
messtechnisch überprüfen könnte.

Grüsse

Bernd

[bernhard8]

Ich hat zwar dzt nichts mit Generatorbau am Hut, bin aber recht zufrieden mit dem Simulationsprogramm LTspice.
Dieses Programm ist kostenlos, man kann damit elektronische Schaltungen sehr gut simulieren. Gerade diese Dinge sind ganz einfach. Man braucht nur Sinusquellen mit Widerstand und Dioden verschalten und sich dann den Spannungsverlauf simulieren.

Genauso kann die Leistung simuliert werden indem man im Plot U*I ausgibt.

Download:
http://www.linear.com/designtools/software/ltspice.jsp

Falls jemand Unterstützung damit benötigt meldet euch einfach. Ich würde mal mit einer einfachen Schaltung aus Quelle und Widerstand beginnen. Dann zb die Quelle auf Sinusspannung ändern und gleichrichten usw....

Natürlich sollte es am Ende jemand mit einem Generator probieren. Die Simulation könnte hier aber Arbeit sparen und Erkenntnisse liefern.

Edit: hab die Simulation aufgebaut und angehängt. Ich kann aber nicht nachvollziehen wie du auf die hohe Spannung kommst. Probiers aber einfach selbst mit der Simulation, vielleicht hab ich auch was falsch verstanden. Bei Fragen zu LTspice könnt ihr euch melden, ich hab in letzter Zeit ein bissl was damit simuliert.

[hammer2000]

Die Spannung einer Phase beträgt jetzt 20 Volt.
Die Spannung nach dem Gleichrichter einer einzelnen Phase beträgt: 20 Volt - 1,4 Volt = 18,6 Volt

Grüsse

Bernd

Die 1,4 Volt Spannungsabfall werden doch erst nach der Berechnung der Gleichgerichteten Sannung abgezogen,
also 20* Wurzel 2 -1,4 = 26,8 Volt ?


Gruß Manuel

[electrondady1]

Hallo aus Kanada Cousins.
Ich hoffe Google Übersetzungen sind akzeptabel.

diese Idee aufgetaucht Ende 2005 oder Anfang 2006. (otherpower.com)
dieser Website ist es das Format geändert.
Daten aus alten Postings ist schwer zu holen.

"Jerry manipuliert" wurde sehr kontrovers diskutiert und getestet, da geht es gegen konventionelles Denken
aber am Ende war es wie mit einigen Vorteilen akzeptiert.
viele Wind-Enthusiasten sind jetzt mit dieser Methode.
ihm den Vorzug gegenüber dem Delta-Konfiguration.

Ich bin derzeit den Bau einer kleinen 5-Phasen-Generator für die Elektrolyse von Wasser.
und Nutzung unabhängig behoben Phasen, aber ich kann noch nicht testen.

mir kommt es auf die Mathematik und die Ordnung, die wir verwenden der einzelnen Faktoren.
wie in dem Beispiel Bernd

20v x 1,4 -1.4=26.6 v.d.c.
20v-1.4 x1.4 = 26. 04 v.d.c.

und der Widerstand.
4ohm / 1 = 4 Ohm
4ohm / 3 = 1,3 Ohm

Es wurde gefunden, mit dieser Methode Spule Temperaturen reduziert werden.

Ich hoffe, diese Methode wird jemand helfen.

hello from Canada cousins.
i hope google translations are acceptable.

this idea surfaced in late 2005 or early 2006.(otherpower.com)
that website has changed it's format .
information from old postings is difficult to retrieve.

"jerry rigged" was very hotly debated and tested because it goes against conventional thinking
but in the end, it was accepted as having some advantages.
many wind enthusiasts are now using this method .
preferring it to the delta configuration.

i am presently constructing a small 5 phase alternator for the electrolysis of water.
and will use independently rectified phases but i can not test yet.

to me, it comes down to the mathematic and the order we use of individual factors.
as in Bernd's example

20v x 1.4 -1.4=26.6 v.d.c.
20v-1.4 x1.4=26..04 v.d.c.

and the resistance.
4ohms / 1=4 ohms
4ohms /3=1.3 ohms

it has been found using this method coil temperatures are reduced.

i hope this method will help someone.

[Bernd]

Danke Bernhard für die Simulationsdatei, werde mir das nachher mal angucken.

Ihr zieht den Spannungsabfall immer von der verketteten Gesamtspannung ab, aber an sich
entsteht er ja während der Gleichrichtung jeder Amplitude BEVOR die Spannungen
zusammen geschaltet werden. An sich denke ich daher das es so richtig ist wie ich
es derzeit mache, lasse mich aber vom Gegenteil überzeugen wenn es wirklich anders
richtiger sein sollte.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

ich habe das mal unabhängig von Bernhard simuliert. Nach einigen Anfangsschwierigkeiten mit Ltspice ging das ganz gut. Das Ergebnis ist allerdings ernüchternd: Es gibt so gut wie keinen Unterschied zu einer normalen Sternschaltung mit Gleichrichter. Ich vermute mal, daß die ganze Rechnerei folgenden Haken hat: Der propagierte Innenwiderstand der neuen Schaltung ist falsch berechnet. Denn man muß bedenken, daß die Wicklungen ja nicht wirklich parallel liegen, weil sie nämlich nur zeitlich nacheinander und nicht gemeinsam an der Last wirksam werden. Von daher darf man den Innenwiderstand der (Beispiel-) Schaltung mit 4 Ohm wie eine Einzelwicklung ansetzen.

MfG. Andreas