Verlustleistung innerhalb des Generators reduzieren

[Bernd]

Hallo Leute

Wie wir im Thread zum Selbstbau eines eisenlosen Generators bereits erörtert haben, entsteht
in Generatoren aufgrund ihres Innenwiderstandes bei höheren Abgabeleistungen eine sehr grosse
Verlustleistung die einfach in der Spule in Wärme verbraten wird.
Das gilt insbesondere dann, wenn man einen Generator mit höherer Nennspannung zur Ladung
von 12V Akkus, z.B. einen 24V, 36V, 48V.... Generator zur Ladung einer 12V Bleibatterie
verwendet, denn die Generatoren mit höherer Nennspannung haben regelmässig auch höhere
Innenwiderstände. Je höher die Nennspannung desto schlimmer.

Es gibt zwei Tricks mit denen man dem Übel unter Umständen begegnen kann. Unser User
Max alias Menelaos ist auf diese prima Idee gekommen.
Handelt es sich bei dem Generator um einen für Drehstromerzeugung, was bei nahezu allen
grösseren Modellen der Fall ist, dann bietet sich die Option an die Verschaltung der Spulen
während (!) des Betriebs automatisch zu verändern, denn mit den alternativen Beschaltungen
"Sternschaltung oder Dreieckschaltung" ändert sich der Innenwiderstand erheblich.

Die Sternschaltung eines Drehstromgenerators erzeugt eine höhere Spannung. Das ist gut
für einen frühen Ladebeginn. Leider ist der Innenwiderstand dabei aber recht gross.
Die Beschaltungsart "Dreieck" hat einen 3x kleineren Innenwiderstand als die Sternschaltung,
allerdings erzeugt sie auch wesentlich weniger Spannung.

Gäbe es nun eine Automatik die bei geringen Drehzahlen auf Stern und ab der doppelten
Ladedrehzahl auf Dreieck schalten könnte, dann würden sich die Verluste an der Spule bei
höheren Leistungen auf 1/3 reduzieren!
Leider ist dazu ein "Umschalter" notwendig, der bei den Strömen sicher nicht so ganz einfach
zu realisieren ist. Vielleicht ginge das auch per FETs oder so ? Eure Meinungen sind gefragt.

Bei einem einfachen 1 Phasen Generator gibt es auch einen Trick, allerdings klappt der nur
wenn man den Generator selber wickelt oder seine Spule von Haus aus schon aus parallel
gewickelten Drähten besteht.
Die Spule muss also aus mind. zwei parallel gewickelten Drähten bestehen, welche im unteren
Drehzahlbereich in Reihe verschaltet werden (früher Ladebeginn) und ab einer gewissen
Drehzahl dann parallel geschaltet werden. Das viertelt (!) dann die Verluste an der Spule.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Die Stern/Dreieckumschaltung würde ich wegen der schwierigen Realisierbarkeit per Transistorbeschaltung lieber mit Relais machen, die Schaltkontakte sollen aber in jedem Fall durch RC-Glieder geschützt werden da sonst die Kontakte bald kaputt sind wenn man praktisch bei voller Last umschaltet.

In meiner Schulzeit wurden dafür normalerweise zwei große (so Tennisballgröße) Schütze genommen, von denen nur jeweils einer aktiv sein kann (sonst gibts nen satten Kurzschluß, das ist auch ein paarmal vorgekommen.). Mit solchen Schützen kann man dann Motore bis einige kW schalten (bei 400V Drehstrom).
Ich würde für unsere Zwecke eher Relais mit Umschalter verwenden, davon würden dann 3 Stück benötigt (außer man hat ein Relais mit 3 solcher Kontakte), wobei bei inaktiven Relais das Ganze in Sternschaltung rennt. Hab das mal kurz illustriert, man entschuldige die miese Paint Grafik.

stern_dreieck.GIF (3.86 KiB) 10068-mal betrachtet

Zu deiner Serien/Parallelschaltung von Wicklungen: Im Drehstrom-Bereich heißt das Dahlander-Schaltung, erfordert aber ein bißchen mehr Relais...

[Bernd]

"Gibts schon, von Bosch" ..... daran muss ich immer denken wenn ich glaube etwas entdeckt zu haben,
aber es das in Wirklichkeit schon gibt. (bezogen auf die Dahlander Schaltung)

Die Stern/Dreieck Wechselsschaltung besteht ja nur aus drei Wechslern, das wäre ja noch zu schaffen.
Es müssten aber Folgewechsler sein, damit es keinen Kurzschluss gibt.
Das Problem dürften aber wie schon von Dir angesprochen die enormen Ströme sein mit denen
man da hantiert. Auch der Funke durch Selbstinduktion beim öffnen des Kontaktes ist nicht zu
verachten und bedarf einer Löschstrecke, ich habe ja noch im Relaiszeitalter gelernt, zumindest
im Fernmeldebereich gabs es davon damals noch genug.
Falls es so ein Relais/Schütz als bistabile Ausführung gäbe, wäre das natürlich energetisch sehr
vorteilhaft, dann würde das Relais nur einen winzigen Moment Strom ziehen und danach nicht mehr.
Ich bezweifle aber das es das gibt.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Hier eine Seite auf der im unteren Bereich auf die unterschiedlichen Ergebnisse bei verschiedenen
Drehzahlen mit Stern- oder Dreieckbeschaltung beim Laden eines Akkus eingegangen wird.
Ich finde die Ergebnisse in sofern sehr erstaunlich, als das man mit der "verlustarmen" Dreieckschaltung
bei hohen Drehzahlen sogar auch noch nahezu die doppelte Ladeleistung in den Akku bekommt.
Das muss sicher dem Umstand zu verdanken sein das die Verluste im Generator bei Dreieck
Beschaltung deutlich kleiner ausfallen.
Auch deckt sich das Messergebnis mit meiner Einschätzung das man ab doppelter Stern-Ladebeginn
Drehzahl auf Dreieck umschalten sollte.
Das das Umschalten aber soviel Gewinn bringt hätte ich nicht erwartet.

http://www.windstuffnow.com/main/alt_from_scratch.htm

Nebenbei wird dort ein Luftspulengenerator mit feststehender eiserner Rückschlussplatte gezeigt.

Grüsse

Bernd

[Wind_Stefan]

Nebenbei wird dort ein Luftspulengenerator mit feststehender eiserner Rückschlussplatte gezeigt.

Hallo Bernd,

die Rückschlussplatte, wie du sie bezeichnest, besteht aber nicht aus einer maßiven platte sondern ist aus einem blechsteifen gefertigt. Der zu einer spirale aufgewickelt ist um, ich denke mal, das cogging zu minimieren das durch die ummagnetisierung entsteht.

Gruß
Stefan

[Bernd]

Cogging, also Rasten, würde bei dem durchgehenden Ring gar keins auftreten weil es beim drehen keine
Unterbrechung der Magnetisierung gibt, wie es beim Polschuhwechsel eines Magneten der Fall wäre, sondern
nur dieses permanente, zähe, teigige Drehgefühl das aus den Wirbelstromverlusten innerhalb des Eisenrings
resultiert. Man nennt es auch Leerlauf- Anlauf- oder Schleppmoment. Aber vielleicht versteht man
im englischsprachigen Raum auch das unter Cogging.

Durch das Blechen (wichtig dabei das die Bleche elektrisch isoliert voneinander montiert werden) kann man diesen
Effekt reduzieren, aber das weisst du sicher schon.
Ich gehe noch einen Schritt weiter mit meiner Idee so ein Rückschlussring aus lackierten dünnen Eisendraht
zu wickeln ! Ich stelle mir vor das das die Wirbelstromverluste nochmals erheblich nach unten drückt.
Gleichzeitig kann man so auf sehr einfache Weise einen beliebig grossen Rückschlussring herstellen.

Damit habe ich nun auch gleich meine Idee für eine weitere Variante des Luftspulengenerators verraten.

Grüsse

Bernd

[arcobär]

Ich habe schon Versuche mit Schnittbandkernen gemacht. Wenn die schmale Seite des gewickelten Bandes zu den Magneten zeigt, ist kein "teigiges" Bremsmoment zu spüren und die Magnetscheibe dreht sich spielend leicht.
Als Kern habe ich einen Schnittbandkern aus einem großen Strommessglied verwendet. Durch die verwendeten Speziallegierungen treten nur vernachlässigbare Wirbelströme auf.
Ich habe auch schon Kontakt mit einer Firma, die Schnittbandkerne wickelt, aufgenommen. Die wickeln nach Kundenwunsch nahezu jede Abmessung. Ein Kern von z.B. 15...20 cm Durchmesser sollte ca. 20...30 € kosten.

Gruß Uli

[Bernd]

Sehr interessante Sache Uli. Könnte man bei der Firma auch einen Schnittbandkern relativ
geringer Dicke, z.B. 10mm aber grossen Durchmessers, z.B. 60cm bestellen ?
Auf jeden Fall hört sich das sehr spannend an, vor allen weil du sagst das es keine Verluste
in dem Stahl gibt.
Allerdings ist meine Idee mit dem lackierten Eisendraht sicher auch einen Versuch wert.

Grüsse

Bernd

[arcobär]

Die kleinste Dicke (Höhe) war wohl 15 mm. Als Durchmesser sollen bis 1,5 m möglich sein.

Das mit dem Draht ist einen Versuch wert, aber optimaler ist sicher ein Schnittbandkern, da dieser aus besonderem Stahl(hoher Siliziumanteil) speziel dafür gefertigt wird.