Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduktiv?

Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Famzim » Fr 22. Nov 2013, 14:20

Hallo Leute

Da fällt mir wieder eine Menge zu ein, die ich erklären möchte. :idea:

Zur heissen Dräten :
Ich habe mit einer " Mittelfrequenz-Lötanlage " dicke Kupferanschlüsse gelötet.
Diese arbeitet mit 10 kHz, also 10 000 Hz.
nur durch diese hohe Frequens UND geeignet starken Magnetfeldern ist es möglich, CU oder Alu , Messing oder sonstiges bis zum Schmelzpunkt zu erhitzen.
Leistung dazu ab 20 Kw . Der Strom ab etwa 500 A , und die Teile direkt daneben halten.
Ein Draht , etwa 3 cm lang parallel dazu bringt eine 2,5 Birne zum leuchten.
Der Strom einer Wicklung von Bohrmaschinen, ist im Feld etwa 20 A/mm² und im Anker 30 A/mm², also auch schon der Kühlungsmöglichkeit angepasst.
Der Betriebsstrom ist bei Motoen und Generatoren ein reines Külproblem.
Einem Magnetfeld ist es zimlich wurscht ob die ( zb ) 100 Windungen mit 0,5 mm² CU oder 5 mm² CU gewickelt ist.
Bei 10 A hat diese Wicklung die gleiche Auswirkung auf das Feld, was Drehmoment und Feldablänkung angeht.

Bei Feldablänkung sind wir schon beim zweiten Punkt .
Nehmt mal 2 gleiche Magnete, und fürt den jeweils gleichen Magnetpol gegen einander.
Je dichter sie kommen um so grössere Kraft braucht man um dieses zu bewerkstelligen.
Nun denken wir mal nach, wie das Magnetfeld wohl aus sehen mag, genau in der Mitte zwischen den beiden ?
Das Feld von Magnet eins wird sicher nicht durch den M zwei gehen , und umgekehrt auch nicht.
Also ist der " Durchfluß " gleich null.
Was vom Feld über ist wird seitlich abgeleitet zum jeweiligen Magnet.
Insgesammt wird das Feld jedes Magneten dadurch SEHR behindert und schwächer.
Wenn sie ganz zusammen gedrückt sind, sollte es auch erhebliche Auswirkungen auf die andere Seite jedes Magneten, meßbar machen.
So beeinflußt also jeder Magnet der in das Feld eines anderen kommmt auch dessen Feld.

Kommen wir nun zum Elektromagnet, den jede Spule eines Generators, bei Belastung erzeugt.
Dieses verändert nun das Feld der Permanentmagneten, je nach stärke.
Auch der Abstand zum eigentlichen Magneten ist da maßgeblich, den je grösser er ist, um so mehr Platz ist für die ablänkung.
Ist nur auf einer Seite ein Magnet wie beim Einscheiben Generator, und auf der anderen Seite nicht mal ein Rückschluß hat der E Magnet dann freie Bahn, und die Lehrlaufspannung geht erheblich durch das schwächer werdende Feld zurück.
So sinkt die G Spannung nicht nur durch den CU Widerstand, sondern durch ein schwächer werdendes " die Spule durchdringendes Feld.
Auch die Eisengenis haben nur auf einer Seite den Magnet, und nur passiefen Rückschluß auf der anderen.
Lediglich der Dualscheiber greift von beiden Seiten auf die Spulen zu.
Diese müsste sich nun gegen 2 Feinde wehren, um deren Feld zu schwächen, was erheblich schwieriger ist.
Eine beeinflußung ist aber sicher auch dort meßbar. ( Das habe ich auch erst alles, seit ich hier schreibe so erkannt :oops: )
Fakt ist für mich das man nur aus Lehrlaufspannung und CU Widerstand, auf keinen Fall den tötlichen Lehrlaufstrom errechnen kann, das hab ich auch schon mal geschrieben, das sieht bei Einscheibern, und allen mit viel oder nur Luft, und auch bei Eisengenis anders aus.
Ich habe bis jetzt alle meine Maschinen im Generatorbetrieb problemlos kurzschließen können ohne Schäden zu verursachen.
Die Motorströme die bei Motorbetrieb reingeleitet werden liegen oft 50 % über dem meßbaren Kurzschlußstrom.(Volle Drehzahl).
Wenn die jetzt vom CU Widerstand alleine bestimmt würde, wäre ja ein Motorbetrieb gar nicht möglich.

Na ja Denken und Forschen wir halt weiter :D
Wer schliest seinen Geni mal bei niedrigen Umdrehungen kurz, (nur ganz kurz) ??

Gruß Aloys.
Famzim
 
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon vm » Fr 22. Nov 2013, 17:40

Hallo Aloys

Famzim hat geschrieben:Na ja Denken und Forschen wir halt weiter :D
Wer schliest seinen Geni mal bei niedrigen Umdrehungen kurz, (nur ganz kurz) ??

Gruß Aloys.


Sowas in der Art habe ich mit Hochpoligen Genis ( dem BL und dem ala Black ) probiert und bin nicht annähernd an den Strom bei 50% Wirkungsgrad ( gerechnet über Widerstand und Spannung ) heran gekommen, da scheinbar das Magnetfeld der recht kleinen Magneten schon weit vorher so stark durch die Spulen geschwächt wird das alles förmlich schlagartig zusammenbricht.( beide Genis waren für etwa 500 W bei 500U/min ausgelegt allerdings mit unterschidlichen Spannungen und Strömen )

Der Vorteil ist allerdings das die Genis dadurch bis zu einer Gewissen Drehzahl kurzschlussfest sind :?
und eigentlich will ich sie auch nicht unter 75 % Wirkungsgrad betreiben , eher bei 85-95% .

mfg.Volker
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Bernd » Fr 22. Nov 2013, 19:07

Für das Beeinflussen des Magnetfeldes eines Magneten durch ein anderes Magnetfeld, z.B. das einer Spule, gibt es doch
auch einen Wert der diese Größe kennzeichnet. Die Bezeichnung fällt mir allerdings gerade nicht ein.
Ich weiss noch das sich die Magnetfelder von z.B. Ferritmagneten um ein vielfaches leichter "platt machen" liessen
als die von z.B. Neodym und zwar mehr als es der Unterschied in der magnetischen Flussdichte rechtfertigen würde.

P.S. @ Aloys
"Durchbrennen" muss ja nicht zwingend heissen das die Drähte schmelzen und Kupfer aus dem Stator raus tropft.
Es reicht ja schon wenn die Isolierung verschmort und die Wicklung durch nachfolgende Kurzschlüsse unbrauchbar wird.
Beim Scheibengenerator könnten sich auch die Spulen in der Harzscheibe durch Überhitzung heraus lösen bzw. diese beschädigen.
Beispiele dafür findet man in amerikanischen Foren.

Die Kraft die man spürt wenn man einen kurz geschlossenen Generator dreht, nämlich das Kurzschlussdrehmoment, mal der
Drehzahl ergibt die Leistung die in diesem Augenblick in den Spulen des Generators in Wärme umgesetzt wird.
Einen wirksamen "Eigenschutz" der das verhindern könnte gibt es nicht, daran ändert auch die Tatsache nichts das das Spulenmagnetfeld
das Magnetfeld der Permanentmagneten beeinflusst/schwächt, denn was übrig bleibt reicht alle mal noch aus um den Generator im
Kurzschlussfall zu zerstören wenn er dabei kräftig und schnell genug gedreht wird.

Der Vorteil ist allerdings das die Genis dadurch bis zu einer Gewissen Drehzahl kurzschlussfest sind

Mit solch eine Vermutung wäre ich sehr vorsichtig !!
Na dann probier das doch mal aus wie lange er durchhält!
Kannst ja mal berichten bis zu welcher Drehzahl die Wicklung keinen Schaden nahm.
Es dürfte dann wohl eine sehr sehr niedrige gewesen sein. ;)
Wenn du Glück hast werden die Neos vorher so heiss das sie ihre Wirkung verlieren.
Das scheint mir der einzige mögliche Eigenschutz gegen Überlastung zu sein.


Grüsse

Bernd
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Famzim » Sa 23. Nov 2013, 15:06

Hallo Bernd

Ich schreibe das ja nicht aus der Glaskugel ab sondern habe mich mit Meßungen befast.
Auch mit zusätzlichen Meßspulen .
Hier noch mal so ein paar Daten zum studieren:
------------------------------------------
Nichts desto trotz

Hab ich eben Messungen gemacht um dem "Magnetfeldschwund" auf die Spur zu kommen.
Die Messspule ist im 28 poler geblieben, nur hab ich den auch mal als Motor laufen lassen und den 32 poler als Generator.
Erste reie mit 32 pol Motor und 28 pol Generator (mit Messspule).

.....Generator 28 pol...................................................Motor 32 pol
..Drehzahl....Spannung....Strom....Messspulenspannung---Spannung....Strom
...3470...........21,7V.........0...............3,189V.-----------33,4V........1,7A
...2840...........14,7V.......10,5A...........2,260V.-----------30,5V.......12,7A
Nur durch den Drehzahlverlust sollten Diese Werte heraus kommen!
....................17,7V..........................2,600V
Die Feldstärke liegt bei dieser Belastung also nur noch bei ~87% !

Dann der 32 pol Generator mit 28 pol Antriebsmotor.

.....Generator 32 pol....................................................Motor 28 pol
..Drehzahl....Spannung....Strom----Messspulenspannung...Spannung....Strom
...3840...........26,3V........0....---------3,545V.................33,3V.........1,9A
...3150...........16,6V......11,0A---------3,263V.................30,2V........15,5A
Nur durch den Drehzahlverlust sollten Diese Werte herauskommen!
.....................21,6V............----------2,900V
Die Feldstärke ist aber bei Motorbetrieb noch gestiegen um 12,5 %

Ich sehe das als Beweis, das bei Generatorbetrieb das Feld stark abnimmt, und bei Motorberieb zunimmt. Der Unterschied ist immerhin bei dieser "geringen" Last schon 25 %
Das ist eventuel auch nicht Linear ? ! ?
Das deutet auf einen grösseren Generator hin als anfangs gedacht!
Dickere Magnete mildern es bestimmt, ändern aber am System nichts.
-------------------------------------------
Und :
-------------------------------------------
Nochmal Messungen:
Motor nun der 32 Poler und Generator 28 Pole.
Darum die etwas niedrigeren Drehzahlen!
Drehzahl--- Moment--- Motor V--- Motor A--- Gen.V (Y)- Gen.Strom- Mess Spule
3500 --------20 -------34,4------3,3---------22,6------------0------3,25
3370 --------40 -------33,9------5,5---------21,0------------0------3,09
3010 -------120--------32,6-----13,6---------15,2-----------11,4----2,41
2930 -------140--------32,0-----15,7---------14,0-----------13,7----2,21
2870 -------160--------31,6-----17,9---------11,9-----------17,1----1,9
2860 -------164--------31,5-----18,4---------10,0-----------19,4----1,62
2880 -------160--------31,7-----17,7----------8,5-----------21,0----1,41
3070 --------97--------32,5-----11,2----------2,9-----------24,0----0,75
U/min-------Ncm---------V--------A------------V-------------A-------V

Ich denke man kann die untereinander stehenden Werte auch gut ohne Kurve sehen!
Das höchste Drehmoment mit 164 Ncm bei 2860 U/min.
Generatorspannung schon unter 50 %.
Motor max Leistung.
Auch die Messspule zeigt 50 % Spannung.
Danach sinkt die Antriebsleistung bei wieder steigender Drehzahl.
Das Drehmomend sinkt auf 97 Ncm trotz steigendem Generatorstrom.
Bei Kurzschluß am Gleichrichter zeigt das V Meter 2,9 V am Y Phasenausgang.
Messspule auch nur noch 0,75 V für das wirksame Magnetfeld, im gegensatz zu 3,25 V im "fast" Lehrlauf.

Ja so sieht es aus am BL Generator.
-----------------------------------------
Dann noch mal der Gleiche G aber mit 2 parallelen Kreisen:
------------------------------------------
Ich habe den Motorgenerator noch ein mal gequält und folgendes heraus gefunden .

Drehzahl--Kurzschlußstrom-- Drehmoment !
1000 U/min-----43 A-------------164 Ncm
2000 U/min-----66,2A-----------146 Ncm
3000 U/min-----71 A------------111 Ncm
4000 U/min-----72,3A-----------88,8 Ncm
5000 U/min-----72 A------------75,2 Ncm
6000 U/min-----72 A------------65,8 Ncm

Wie man sieht, steigt der Strom nicht weiter an, auch bei erheblich höherer Drehzahl.
Wobei "erheblich", das DREIFACHE ist, und nicht einzelne Prozente !!!!!!
Das Drehmoment sinkt aber fast so stark wie die Drehzahl zu nimmt .

Ich sehe somit auch erwiesen an, das ein Motor, der durch den Steller ganz kurz geschlossen wird sich nicht selbst zerstören kann.
(Der gemessene Strom ist Gleichstrom hinter dem 3 Phasen Gleichrichter am Generator.)
-----------------------------------
Ich denke , da es ein Eisengeni ist, das alle anderen die auch den Magnetgesetzen unterliegen zwar anders, aber in änlicher Form reagieren werden.
Der Spannungsstabielste sollte dabei der Duale sein.
Auch ist das gröste Drehmoment bei niedriger Drehzahl.

Gruß Aloys.
Famzim
 
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Bernd » Sa 23. Nov 2013, 16:22

Ich bezweifle ja nicht das man im Kurzschluss nicht das an Antriebsleistung in den Generator pumpen muss was man mit einfachen
Rechnungen ermittelt, die diese Magnetfeld abschwächenden Effekte nicht berücksichtigen, das habe ich doch nie behauptet!
Trotzdem würde er durchschmoren wenn man das länger als ein paar Sekunden macht, weil auch die Antriebsleistung die er wirklich
aufnimmt dazu ausreichen würde, da habe ich keine Zweifel.

Aloys du meinst also man könnte jeden Generator ruhig kurz schliessen und dann mit einem sehr kräftigen Antrieb
auf ordentlich Drehzahl bringen und das schadet ihm durch die von Dir dargelegten Effekte nicht, auch wenn ich das eine Weile so durchziehe?
Habe ich deine Aussage so richtig wiedergegeben ?

Wo bleibt dann die hohe Antriebsleistung die ich in dem Augenblick in den durch den Kurzschluss äussert schwergängigen Generator hinein stecke ?
Wo geht die deiner Meinung nach hin wenn sie nicht in den Spulen des Generators zu Wärme wird und ihm angeblich nicht schaden kann ?

Nach dem Gesetz der Energieerhaltung muss die für den Antrieb des kurz geschlossenen Generators aufgebrachte Antriebsleistung ja irgendwo bleiben.

Wer schliest seinen Geni mal bei niedrigen Umdrehungen kurz, (nur ganz kurz) ??

Gruß Aloys.


Nun wenn da nichts passieren kann, dann wärst DU doch an der Reihe deine These mit einem solchen Versuch zu stützen.
Schliesse einen deiner Motoren mit Permanentmagneten kurz und dann treibe diesen dann von aussen an, aber nicht nur kurz mal sondern lange. ;)
Erst bei kleinen Drehzahlen und dann immer mehr, es kann ja nichts passieren nach deinem Aussagen. :)


Grüsse

Bernd
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Bernd » Sa 23. Nov 2013, 16:54

Drehzahl--Kurzschlußstrom-- Drehmoment !
1000 U/min-----43 A-------------164 Ncm
2000 U/min-----66,2A-----------146 Ncm
3000 U/min-----71 A------------111 Ncm
4000 U/min-----72,3A-----------88,8 Ncm
5000 U/min-----72 A------------75,2 Ncm
6000 U/min-----72 A------------65,8 Ncm

Wie man sieht, steigt der Strom nicht weiter an, auch bei erheblich höherer Drehzahl.
Wobei "erheblich", das DREIFACHE ist, und nicht einzelne Prozente !!!!!!


Diese Tabelle erinnert mich daran was mit einem belasteten Nabendynamo passiert.
Dieser kann auch nur einen bestimmten Kurzschlusstrom erzeugen der bei weiterer Drehzahlerhöhung nicht weiter ansteigt.
Die mechanische Aufnahmeleistung sinkt bei einigen Modelle mit zunehmender Drehzahl sogar so weit, das sie bei höheren Drehzahlen im
Kurzschlussfall(!) kurioser weise bei einigen Nabendynamos sogar niedriger liegt als im unbelasteten Leerlauf !!
Die Begründung gab es auch irgendwo im Netz zu lesen.

Das der Strom in deinem Motorgenerator nicht weiter als bis auf 72A ansteigen kann dürfte unter anderem aber auch der Sättigung
des Eisens zuzuschreiben sein. Da können die Magnetfelder machen was sie wollen wenn das Eisen in Sättigung ist, geht einfach kein
höherer Strom in den Spulenwindungen zu erzeugen.
Diese Begrenzung durch das gesättigte Medium Eisen haben wir bei eisenlosen Systemen nicht.

Ich sehe somit auch erwiesen an, das ein Motor, der durch den Steller ganz kurz geschlossen wird sich nicht selbst zerstören kann.

Wenn ich es richtig im Kopf überschlagen habe, hast du deinem Generator in dem Versuch bis ca. 350 Watt mechanische Energie zugeführt.
Was haben die bewirkt wenn nicht dessen Spulen stark erhitzt?
Ich weiss nicht wie groß dieser Motor ist, kann mir aber kaum vorstellen das der das auf Dauer gut finden würde, es sei denn er wird extrem gekühlt.


Grüsse

Bernd
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon vm » Sa 23. Nov 2013, 22:27

Hallo Bernd

Das geht sicher nicht bei jedem Geni da er sehr hoch polig sein muss , aber an einem Fahrraddynamo könnte man das sicher probieren ( habe aber keinen :( )

ps .die Abhandlungen über Nabendynamos kenne ich

man kann also kurzschlussfeste Genis bauen

mfg.Volker
Zuletzt geändert von vm am Sa 23. Nov 2013, 22:32, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Bernd » Sa 23. Nov 2013, 22:31

Was geht nicht an jedem Generator weil er hochpolig sein müsse ?????

man kann also kurzschlussfeste Genis bauen


Weil ein Nabendynamo nur 500mA abgeben kann und dann sein Eisenkern zu macht?

ich denke es geht nicht darum ob man einen solchen bauen könnte wenn man es wollte, sondern ob jeder kurzschlussfest ist, so wie es hier anklang.
Insbesondere auch die eisenlosen !

Wie ist eigentlich deine Meinung, wo blieben die 350 Watt mechanische Energie die Aloys seinem kurz geschlossenen Generator zuführte ?


Grüsse

Bernd
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon Famzim » Sa 23. Nov 2013, 22:37

Hallo

Ein paar fehlende Daten.
Gewicht kleiner als 600 g, Durchmesser ~ 75 mm.
24 Stege mit jeweils 15 Windungen, Drahtdurchmesser 0,95 mm
Windungslänge ~ 5 cm .
Je Phase also 8 Spulen, immer 2 in reie und das 4 mal parallel.
Strom pro 1 mm² sind dann 25 A.
Phasenwiderstand 0,03 Ohm, gesammt im Stern dann 0,052 Ohm.
Spannungsverlust in der Wicklung bei 72 A dann 3,74 V und verbratene Leistung 269 W .
So sieht er aus:
65,15-YYYY-05..jpg
65,15-YYYY-05..jpg (63.35 KiB) 9064-mal betrachtet


Somit stehen jedem Magneten eine Spule mit 15 Windungen , die mit 72 : 4 = 18 A bestromt ist gegenüber. (das ist ja nicht viel).
Die Spannung die noch induziert wird ist in jedem Schenkel, wenn ich mich auf die unbestromte Meßspule verlasse, dann von über 3 V in der 2 ten Meßreie auf etwa 0,75 V zusammen gebrochen.
Das zeigt das zurückgedrängte Feld in den Stegen , da ist von Sätigung keine Spur.
Das ist laut Meßspule aber bei Motorbetrieb der Fall, eine stärkung des Feldes durch das Spulenfeld.
Beide Maschinen haben bauartbedingt einen Radiallüfter für die Kühlung.
Das übernehmen doch bei Euren die Magnete, wenn an der Achse Luft nachströmen kann.
Das ist er.
Rastung-Messen-17..jpg
Rastung-Messen-17..jpg (45.79 KiB) 9064-mal betrachtet


Die Meßreien laufen ohne unterbrechung an einem Stück durch.
Erst 1 Min Warm laufen, auch für die Antriebsakkus. (Spannung sinkt etwas).
Danach auf Drehzahl bringen.
Dann alle Werte ablesen und aufschreiben.
Danach auf die nächste Drehzahl gehen und wieder Ablesen und aufschreiben.
Das Einstellen dauert auch schon mal .
Test geschätzte 10 min.
Die ausgeblasene Külluft ist dann warm ,beide Maschinen ebenfals Handwarm.
Keine weitere Erwärmung erkennbar, irgendwann muß ich ja abschalten.

Beim kurzgeschloßenen Nabendynamo blockt die Spule das ummagnetisieren bis auf einen kleinen Rest, so kann etwas der Ummagnetisierverluste dafür gespart werden.
Famzim
 
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Re: Generatorauslegung - Ist hohe Magnetdichte kontraproduk

Beitragvon vm » Sa 23. Nov 2013, 22:38

Hallo Bernd

Kurzschließen ohne in gleich zu zerstören!

Nachteil er ist auch nicht zum Bremsen wie bei deinem Black 300 fähig, da das erforderliche Drehmoment mit einen Schlag in den Keller geht !!!! :o

mfg.Volker
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