Klauenpolgenerator

[Ekofun]

Hallo Andreas,

heute kann nicht mehr,mein Kopfist leehr,Morgen gehts weiter.Guten Nacht wünsche Dir.

Grüße

Ekofun

[Bernd]

der Klauenpol-Magnetkreis ist nicht geschlossen. Sonst können man kein Magnetfeld aus den Magneten einkoppeln.

Hallo Andreas, da hast du natürlich Recht, aber bei dem Begriff "geschlossen" ging es mir mehr um die Führung der Feldlinien und hier
insbesondere um die Führung der Feldlinien ausserhalb des Spulenkerns gebündelt um alle Leiterschleifen herum.
Als geschlossen bezeichnet man Spulenkerne bei denen der Magnetfluss ausserhalb der Spulenwindungen nicht durch die Luft sondern
durch weiteres Kernmaterial führt das von einem Spulenende zum anderen um die Wicklung herum reicht.
Das hat zur Folge das alle Windungen von allen Feldlinien umschlossen werden und nahezu keine Feldlinien schon vor den äusseren
Windungen der Spule den Rückmarsch zum anderen Pol antreten können, so wie es bei einer Spule mit dicken Spulenpaket
der Fall sein könnte bei der der magnetische Rückfluss "vagabundierend" durch die Luft erfolgt. Beispiele für geschlossene Spulenkerne sind
Ringkernspulen, Trafos, Nabendynamos, E-Motoren etc. Ob dieser "geschlossene" Kreis zusätzlich einen kleinen Luftspalt enthält durch den
ein Wechselfeld eingekoppelt werden kann oder nicht ist für die Führung des Fluss als geschlossener Kreis um alle Windungen der Spule herum
unerheblich und muss lediglich bei der Berechnung der Induktivität berücksichtigt werden.
Bei einem derartigen Aufbau ist die Induktion in alle Leiterschleifen hinein gleich hoch und das war es was ich zum Ausdruck bringen wollte.
Die Induktivität so eines Systems wird unter anderen durch den Luftspalt im Kern bestimmt.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

wenn wir wussten was soll man ändern um diese begrenzung auszuschalten were schon riesen Erfolg

Wir müssen schauen was die Höhe der Induktivität beeinflusst bzw. wann überhaupt eine so hohe Induktivität nötig ist.

Nötig ist sie wenn ich nur ein schwaches Magnetfeld in die Spule hinein induzieren kann, also wenn ich genötigt bin aus einem
niedrigen magnetischen Fluss möglichst viel Induktionsspannung zu erhalten. Dann benötige ich nämlich viele
Windungen = hohe Induktivität.
Eine mögliche Abhilfe kann also sein dafür zu sorgen einen möglichst hohen magnetischen Fluss durch die Spule zu führen.
Dann erreiche ich nämlich auch mit einer Spule geringerer Induktivität bei sonst gleichen Rahmenbedingungen eine hohe Induktionsspannung !

Eine Möglichkeit die Induktivität einer Spule zu senken ist die Höhe des Spulenaufbaus zu reduzieren, sprich die Länge des Kerns
zu reduzieren. Ob das auch für Spulen gilt wie beim Klauenpolgenerator und nicht nur für Spulen mit offenen Aufbau, bei denen
der Fluss ausserhalb des Spulenkerns durch die Luft geht, da bin ich mir noch nicht sicher. Ich vermute bei Klauenpolgeneratoren
wird das nichts bringen.

Wir können die Windungsanzahl gegenüber unserem Dynamo bei gleichen Spannungsergebnis reduzieren wenn wir ihn grösser bauen.
Grund ist der dann grössere Spulenkern der bei gleichen durch ihn hindurch gehenden Fluss durch mehr Fläche die Induktion in die Spule erhöht.
Um die gleiche Induktionsspannung zu erhalten benötigen wir bei einem grösseren Aufbau daher weniger Windungen was widerum die erhöhte
Induktivität des grösseren Aufbaus reduziert.
Vermutlich bleibt diese dann in etwa gleich dem kleineren Dynamo was natürlich noch viel zu viel ist.

Im Augenblick erscheint mir die Erhöhung des magnetischen Flusses durch den Kern das einzige zu sein was keine anderen Nachteile
nach sich zieht, von evtl. erhöhten Eisenverlusten mal abgesehen. Ob für diese Maßnahme gegenüber dem Nabendynamo überhaupt
noch Spielraum ist kann ich nicht beurteilen.

Da auch die Fläche des Spulenkerns für deren Induktivität maßgeblich ist, sollte man diesen Spulenquerschnitt auf das benötigte Maß
beschränken. Ich denke das ist ein einfacher Weg den man ohne weiteres beschreiten könnte.

EDIT:
Mir kommt gerade noch eine Idee. Da die Induktivität einer geschlossenen Spule durch einen Luftspalt im geschlossenen Kern beeinflusst
werden kann müsste sich ein grösserer Abstand zwischen den Klauen doch induktivitätsmindernd auswirken obwohl (!) der magnetische
Fluss gleich gross bleibt wenn die Magnete über den Klauen stehen.
Ein grösserer Klauenabstand würde sich bei einer grösseren Bauform doch fast zwangsläufig ergeben.
Bei dem Dynamo der hier neben mir liegt sind es nur ca 2mm.
Im Umkehrschluss sollte die Induktivität der Spule im Nabendynamo steigen wenn man ein Blech oder Eisendraht um die Klauen wickelt.
Es wird Zeit das ich mir auch so ein Messgerät zulege, denn neben mir liegt eine ausgebaute Nabendynamospule die auf derartige
Experimente wartet.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Ich habe mit dem Berechnungstool dieser Seite: http://www.ebgymhollabrunn.ac.at/ipin/ph-l-ind.htm
ein bisschen herum gespielt und habe typische Werte für die Spule eines eisenlosen Scheibengenerators eingegeben.
Als Werte für eine Luftspule wählte ich abschliessend:

Spulenkern 4 x 4 cm
Spulenhöhe 1,2 cm
50 Windungen

Es ergab sich eine Induktivität von ca. 0,42 mH.
Typischerweise werden oft 3 oder 4 Spulen pro Phase in Reihe eingesetzt. Das macht dann als Hausnummer ca. 1,5 mH pro Phase.
Das ist doch mehr als ich erwartet habe wenn ich bedenke das mein eiserner Servomotor nur 4mH aufweist.

Scheibengeneratoren einer Baugrösse wie in meinem Beispiel angenommen weisen oft einen Drehzahlbereich von ca. 100 bis 500 U/min auf.
Bei 12 bzw 16 Magneten ergäbe das bei 500 U/min ca. 50 bis 60 Hz.
Der Wert für XL der Spule rechnet sich zu :

XL = 2 * Pi * f * L
XL = 6,28 * 50 Hz * 0.0015 H = 0,471 Ohm

Wie man sieht ist die begrenzende Wirkung der Spuleninduktivität bei einem typischen eisenlosen Generator zwar geringer,
muss aber trotzdem bei sehr hohen Drehzahlen im Auge behalten werden. In meinem Beispiel erreicht der Wert bei 500 U/min
den typischen Wert für den ohmschen Widerstand eines solchen Generators von ca. 0,5 Ohm.
Interessant wäre zu wissen inwiefern die Magnete die Induktivität einer eisenlosen Spule beeinflussen.

Auf dieser Seite kommt man mit den gleichen Spulenwerten auf eine andere induktivität :
http://mitglied.multimania.de/lvane/js_ ... lcoil.html

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Bernd,

die Einzelteile meines zerlegten Scheibengenerators ließen eine schnelle Messung der Induktivität einer Phasenwicklung mit und ohne Magnetfeld zu. Die Induktivität beträgt sowohl mit aufgelegter Magnetscheibe als auch ohne diese immer 160 µH. Scheinbar hat also das ruhende Magnetfeld keinen Einfluß auf die Induktivität. Hier ist allerdings kein Eisenkern beteiligt, das sind natürlich Luftspulen.

MfG. Andreas

[Bernd]

Sehr schön, dann ist das schonmal geklärt.
Trotz Magneten auf einer Eisenscheibe über den Luftspulen verändert sich die Spuleninduktivität nicht.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Die Li. vom Kfz dürfte doch eigentlich keine magn. Rastung haben? Oder sehe ich das falsch? Bei einem Stator mit Nuten
gibt es doch keine Unterbrechung des magn. Flusses. Der Fluss ist doch immer gleichmäßig umlaufend.

Doch natürlich gibt es eine Unterbrechung oder besser gesagt sogar Umkehr des magnetischen Flusses innerhalb
der Eisenkerne in den Spulen. Von einer Klaue zur nächsten polt sich das Feld um das auf die Eisenkerne wirkt.

Also gibt diese Spule, wenn sie mit hoher hoher Frequenz induziert wird, weniger Leistung ab?
Da sage ich: sie gibt die gleiche Leistung ab bei niedriger oder hoher Frequenz ab.
Eine Phasenverschiebung macht diese Spule mit ihrer eigenen Induktivität auch nich. tDie eigene Induktivität der erzeugenden
Wicklung spielt nach meiner Meinung bei keiner Frequenz eine Rolle.

Hmm... das wäre natürlich super, aber in einem Stromkreis hat der Strom doch an allen Punkten die gleiche Höhe, also auch
innerhalb der Wicklung des Generators. Warum sollte bei einem pulsierenden Strom in der Wicklung deren Induktivität keine Rolle spielen ?
Ich glaube nicht das du Recht hast, fände es aber toll wenn es dennoch so wäre.

Grüsse

Bernd

[sombrero]

Hallo Ekofun,
Zu Deiner Frage warum denn der Strom bei dem Gen. nicht höher geht als 0.5A, wenn nicht die Induktivität vom Stator das bewirkt.
Ich frage mal zurück. Warum soll es denn unbedingt diese Induktivität u. deren Blindleistung (Schuld) daran sein. Aber ich beantworte die Frage auch.
Diese Wicklung kann Induktivität haben soviel sie will, sie liefert immer Wirkleistung wenn Wirkwiderstand angeschlossen ist, und Blindleistung wenn Induktivität oder Kapazität angeschlossen ist.
Oder sie liefert Wirkleistung im Kurzschluß wenn beides angeschlossen und das ganze in Resonanz ist. Aber sie selbst macht von sich aus keinerlei Blindleistung.
Das macht erst die angeschlossene Last und dann
fließt natürlich auch durch die Statorwicklung der Blindstrom der durch die angeschlossenen Last hervorgerufen wird. So wie Bernd schreibt. Meine Antwort an Ekofun ist:
Es ist wie bei jeder Quelle das leistungsvermögen des Gen. was die Grenzen setzt. Das hat der Hersteller absichtlich so gewollt. Der hat den Feldlinienweg knapp bemessen, die Windungszahl aber doch
verhältnismäßig hoch gesetzt. So enstehen ohne Last hohe Spannung ca.20V, aber ein Lämpchen bringt die Spannung dann auf vielleicht 6V 10V zurück. Er, der Gen. regelt sich selbst herunter.
Das hat man bei Lichtmaschinen von Mopeds und Motorrädern ebenso gemacht.
Wenn die Leistung nicht wie eben beschrieben begrenzt wäre, dann könnte man erleben das das Lämpchen Überspannung bekommt u. ständig durchbrennt. Oder bei alten Fahraddynamos das Reibrad
am Fahradreifen durchrutscht.
Noch etwas zu der Simulation von Andreas. Ich meine das Diagramm: Ausgangsspannung über die Frequenz mit verschiedenen angeschlossenen Elkos. Parallel oder in Reihe.
Ich bleibe nur bei Parallel. Und hier die blaue Kurve 0uF und rote Kurve 50uF. Als Experiment ist das immer gut. Aber es kommt kein Vorteil bezüglich Leistung heraus. Oder sehe ich den Vorteil
nur nicht?
Die Spannung steigt an mit steigender Drehzahl---Frequenz an, sowohl bei der blau Kurve als auch bei der rot Kurve.
Dann aber kommt es in den Bereich der Resonanz. Obwohl beide parallel geschaltet sind liegen sie miteinander doch in Reihe. Je nach Güte von L und C fällt die rote Kurve nun mehr oder weniger steil ab.
Wenn beide sehr gut sind, geht das bis zum Kurzschluß. Also die gesamte Leistung am Drahtwiderstand. Das konnte man so vorhersagen.
Das würde auch im echten Experiment so aussehen. Dann dürften es nur keine Elkos sein.
Aber das Programm macht sicher dasselbe mit Elkos wie mit bipolaren Kondensatoren. Wie sollte es das auch unterscheiden wenn man es ihm nicht sagt?
mfG Peter Sombrero

[Bernd]

Peter wie erklärst du dir das nahmhafte Hersteller von Nabendynamos die Strombegrenzung/Leistungsbegrenzung als Ergebnis
der hohen Spulen Induktivität darstellen, sogar sehr detailiert mit diversen Formeln und Ersatzschaltbildern
anhand derer der Kurvenverlauf als Produkt der Induktivität nachzurechnen ist ? Rechnen die falsch ?
Es gibt einige sehr gute Seiten zum Thema, z.B. die hier : http://fahrradzukunft.de/1/wirkungsweis ... maschinen/

Fast noch informativer ist das PDF in diesem Link : http://www.enhydralutris.de/Fahrrad///M ... owski_.pdf

Wenn es nicht die Induktivität wäre, was begrenzt dann deiner Meinung nach den Strom ?
Mein Shimano hat nur 2 Ohm und sollte daher an einer niederohmigen Last durchaus deutlich mehr als 0,5 A liefern.
Trotz aller Bemühungen kommt der Strom aber nie höher, egal wie schnell man dreht, wieviel mechanische Leistung man zuführt.
Wenn die Induktivität eines Verbrauchers den Stromfluss im Verbraucher beeinflusst/begrenzt, wieso dann nicht die
Induktivität einer Spannungsquelle den Stromfluss in der Spannungsquelle ?

Grüsse

Bernd

[Ekofun]

Hallo Sombrero,

genau,wenn Xl nicht Schuld ist dann kann nur Konstruktion des Genis in Frage kommen ,oder? Kuken Sie mal ins Titel Eisegeni-mach selbst,da ist ein kleine Geni und er bringt ca 30Wat bei entsprechenden Drehzahlen,ist nicht größer als Nabendinamo gibt über 2A,gewickelt mit Draht 0,3mm.
Das war lüfter vom PC.Windungen ca 90 pro Spule und 4 Spulen pro Fase, hat nur zwei.Orig.Leistung war 6 Wat.

Nabendinamo bleibt bei 0,5A hängen und gehts nicht mehr.Wenn Konstruktion und nicht XL Grund dafür ist dann müssen wir den nur größer bauen
und Problem ist gelöst,zu schön,werde mich sehr freun wenn das nur were.Bin aber skeptisch.

Mich wundert das oben erwente Zwerg mehr gibt als Nabendinamo und er hat bestimmt auch XL-Wert nur zur Zeit kann ich es noch nicht messen.
Wie erklehren Sie das?? Hätte gerne Antwort darauf und danke für vorherige Antworten.

Grüße

Ekofun