Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

 
XXLRay
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Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 14.12.2008 - 23:49 Uhr  ·  #1
Ich hab mal die Generator-Leistung nach Drehzahl eines "Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203" von Pollin für momentan €2,95 vermessen.
Hilfreich war dabei mein Deluxe- Akkuschrauber mit Drehzahlmesser (Fahrradtacho mit 1666 als Radumfang):


(Zum Vergrößern anklicken)

Kennzeichen des Motors nach Datenblatt:

Bipolar (2 Phase)
12VDC, 480mA
Coil: 25 Ohm
3.6 degrees/step
Detent Torque: 80 g-cm
Holding Torque: 600 g-cm

Abbildung:

(Zum Vergrößern anklicken)

Zuerst habe ich eine Spule im Leerlauf gemessen und danach beide Spulen in Reihe im Leerlauf und danach beide Spulen in Reihe mit 4Ω belastet. Die Messung wurde für Wechselspannung durchgeführt:

(Zum Vergrößern anklicken)

Diagramm:

(Zum Vergrößern anklicken)
BerndH
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 14.12.2008 - 23:59 Uhr  ·  #2
Oh solche Messungen liebe ich, toll gemacht !

Deine Belastung mit 4Ohm hat bei dem Widerstand der Wicklung(en) von zusammen vermutlich 50 Ohm
die Spannung natürlich zusammen brechen lassen. Vielleicht wäre ein höherer Belastungswiderstand
in der Grössenordnung des Wicklungswiderstandes einen zweiten Versuch wert ?

Ich hätte die Leerlaufspannung doch höher eingeschätzt angesichts der Daten des Motors.
Das sich in Reihe der Spulen nicht die doppelte Spannung ergibt, dürfte eine Folge des Phasenversatzes der Spulen sein.
Energetisch liegt man in der Ausbeute vermutlich besser wenn man die Spulen einzeln nutzt.

P.S. die Idee mit dem Fahrradtacho die Drehzahl zu messen ist Oberklasse.
Obwohl ich selber einen einsetze um meine Rotordrehzahl zu messen, wäre ich nie auf die
Idee gekommen das er auch zur Ermittlung so hoher Drehzahlen taugt.
Kaum zu glauben das der Reedkontakt das mitmacht bei über 500 U/min.

Ich unterschätze den Fahrradtacho in seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeit regelmässig. :)
arcobär
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 11:17 Uhr  ·  #3
Hallo,

auch ich habe noch mal mit den Schrittmotoren probiert. Den kleineren Motor habe ich in eine Bohrmaschine eingespannt und gedreht. Mit 5 Ohm belastet habe ich maximal 4 V Spitze an einer Phase erreicht, die sich bei steigender Drehzahl nicht mehr erhöht haben. Der Motor hatte 1,2 Ohm Wicklungswiderstand.
Den großen Motor habe ich bei gleicher Last nur mit der Hand gedreht. Die Spannung ist unter Last kein Sinus mehr und sieht eher Trapezförmig aus. Mehr als 2 V habe ich unter Last per Hand nicht erreicht.

Fazit: Schrittmotore sind als Generatoren nicht geeignet.

Wir werden um den Bau eines Scheibengenerators nicht herum kommen.

Mir schwebt ein Generator mit Flachwicklung auf Leiterplattenmaterial vor.
Damit ließe sich ein Luftspalt von ca. 2 mm realisieren. Ein einphasiger Generator wäre eventuell wegen der erzielbaren höheren Spannung bei der geplanten relativ geringen Leistung (100-200W) günstiger. Bin aber noch in der Planungsphase.

Gruß Uli
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 11:39 Uhr  ·  #4
Ich hab jetzt nochmal eine Leistungsmessung einer Phase gemacht, die ich mit 50Ω belastet habe:


(Zum Vergrößern anklicken)

Spannungskurven:

(Zum Vergrößern anklicken)

Leistungskurve:

(Zum Vergrößern anklicken)

Die Drehzahlen, die nötig sind, um eine potentielle Ladespannung von 12V zu erreichen, liegen schon relativ hoch. Ein Schnelläufer mit geringem Durchmesser könnte die aber durchaus erreichen. Da aus dem Motor wohl maximal 0,5W rauszuholen sind, wäre das meiner Meinung nach auch machbar. Ich hab bloß grad keine Zeit, hier mal schnell ein Kleinstwindrad durchzurechnen.
XXLRay
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 12:43 Uhr  ·  #5
Ok, ich hab doch genug Zeit :)

Über die Formel "Leistung = 0,5 x Luftdichte x Fläche x Windgeschwindigkeit³ x Wirkungsgrad" kann man die benötigte Fläche folgendermaßen berechnen:
Fläche = 0,5W / (0,5 x 1,2 x 3³ x 0,3) = 0,1m²

Den benötigten Radius lässt sich aus der Formel "Fläche = PI x r²" berechnen:
r = sqrt(0,1/3,14159...) = 0,18m, also ein Durchmesser von 36cm
Das ist erfreulich klein. Oder sollte ich mich verrechnet haben?

Daraus ergibt sich nach "2 x PI x Radius" der Umfang:
u = 2 x 3,14159... x 0,18 = 1,13m

Ein Windrad mit einer neutralen Schnellaufzahl von 1 bewegt die Flügelspitzen mit Windgeschwindigkeit. Das bedeutet bei einer Windgeschwindigkeit von 3m/s eine Umdrehungszahl von:
RPM = (Windgeschwindigkeit x 60 Sekunden) / Umfang = (3 x 60) / 1,13 = 160

Sinnvolle Ladespannungen werden, wenn man beide Spulen in Reihe betreibt, wohl schon bei 600 RPM erreicht. Um jetzt schon bei einer Windgeschwindigkeit von 3m/s laden zu können, benötigen wir ein Rotorprofil mit einer Schnelllaufzahl von 600 / 160 = 3,75 oder noch besser 4. Ich meine, das ist mit einem Zweiflügler gar nicht so schwer zu erreichen. Der Motor ist also durchaus für ein kleines Erstlingswindrad geeignet.

Noch besser wäre vermutlich der HOWARD Ind. 1-19-4201 der zum einen eine höhere Nennspannung von 24V aufweist und zum anderen eine geringere Leistung hat, was ein kleineres Windrad und somit im Vergleich höhere Drehzahlen ermöglicht.
coupe777
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 16:13 Uhr  ·  #6
Hallo

Ihr habt die Spulen in reiche gemessen .

Nimmt mal zwei gleiche einPhasen Gleichrichter und Schiesst das an die einzelnen Phasen ein und die Ausgänge von den Gleichrichtern Parallel .

Das seltsame was passieren wird das die Spannung höher ist als bei einer Phase und die Gleichrichter eigentlich parallel geschaltet sind nicht im reiche .

Und die Stromstärke steigt natürlich auch was auch normal ist bei Paralleleschaltung .

Aber das die Spannung steigt hat keiner von euch vermutet .

So erhält man auch mehr Leistung bei Belastung .

MfG Coupe777
XXLRay
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 16:47 Uhr  ·  #7
Ich verstehe nicht so richtig, was du sagen willst. Du möchtest die Wechselspannung der einzelnen Spulen gleichrichten und dann die gleichgerichteten Spannungen parallel zueinander schalten. Warum glaubst du, dass diese Spannung höher ist, als wenn du zwei Spulen in Reihe schaltest?
BerndH
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 16:56 Uhr  ·  #8
Hallo XXLRay
Danke für die schönen und vor allen aussagekräftigen Diagramme.
Die Leistungen sind ja leider nicht gerade so der Brüller.
Durch die Diagrammdarstellung kann man sich viel besser einen Eindruck verschaffen als nur durch eine Tabelle.
Ich habe hier noch einen Servomotor liegen, den werde ich auch mal mit dem Fahrradtacho vermessen.
Es ist ein 48V Motor, allerdings mit einer hohen Nenndrehzahl von glaube ich 7500.

Hallo Uli
Zitat
Mir schwebt ein Generator mit Flachwicklung auf Leiterplattenmaterial vor.
Damit ließe sich ein Luftspalt von ca. 2 mm realisieren. Ein einphasiger Generator wäre eventuell wegen der erzielbaren höheren Spannung bei der geplanten relativ geringen Leistung (100-200W) günstiger.

Uli nach dem was ich mir bisher anlesen konnte, ist neben der Magnetkraft im Luftspalt ebenso entscheidend
wieviel Kupfer man im Magnetspalt unterbringen konnte.
Ich sage bewusst "Kupfer" und nicht Windungen, weil die Anzahl der Windungen nur den
Innenwiderstand sowie die Spannung beeinflussen. Die erzielbare Leistung hängt tatsächlich neben der
magnetischen Flußdichte im Luftspalt, von der reinen Menge Kupfer ab die von den Feldlinien (im richtigen Winkel !!) getroffen wird.

Das heisst das eine grosse Menge an Kupfer im rechten Winkel zu den Feldlinien getroffen, eine grosse Leistung erzeugt.
Daher glaube ich das eine Platinenspule, trotz des dadurch möglichen sehr kleinen Luftspaltes,
keine sehr grosse Leistung erzeugen wird, weil die Kupferschicht ja mengenmäßig im Verhältnis zum Luftspalt relativ gering ist.

Noch eine Erfahrung die ich machen konnte:
Als mein Scheibengenerator noch im Messstand verbaut war, konnte ich bei 1 Phasenbetrieb gegenüber
3 Phasenbetrieb ein kräftiges "Durchrütteln" des Rotors verzeichnen.
Mit einer Phase ergibt sich im Leistungsabgabeverlauf ein permanentes auf und ab zwischen volle Leistung und null Leistung.
(kennste natürlich selber wie der Verlauf der 1 Phasen Wechselspannung aussieht)
Diese Schwankungen sind es wohl, die dann hörbar am Rotor rütteln.
Beim 3 Phasenbetrieb sinkt die Leistungsabgabe nie auf null, sondern schwankt viel weniger,
nämlich genau in dem Maße des Brummspannungsverlaufs vor Gleichrichtung.
Geräusche/Rütteln ergaben sich im 3 Phasen Betrieb daher keine.
coupe777
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 17:03 Uhr  ·  #9
Zitat
Ich verstehe nicht so richtig, was du sagen willst. Du möchtest die Wechselspannung der einzelnen Spulen gleichrichten und dann die gleichgerichteten Spannungen parallel zueinander schalten.


ja genau das

Die Spannung ist zwar nicht höher als zwei Spulen im reiche .

Die Spannung ist aber höher als eine einzelne Phase .

Und man hat bessere Leistungausbeute gegenüber der Reihenschaltung .

MfG Coupe777
XXLRay
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 17:24 Uhr  ·  #10
Ja, es ist klar, dass der Strom von zwei Spulen, die parallel (über Gleichrichter) angeschlossen sind einen höheren Strom und damit eine höhere Leistung liefern, als eine einzelne Spule. Warum aber auch die Spannung höher sein soll, verstehe ich nicht.

Im Übrigen kann das Miniwindrad noch kleiner ausgelegt werden. Damit erreicht man höhere Drehzahlen. Bei Ladebeginn, also 3m/s Wind muss nicht eine Leistung von 0,5W erzeugt werden, sondern nur ca 0,3W.
Die notwendige Fläche beträgt also nur 0,062m².
Der Radius verringert sich dadurch zu 0,14m, was einem Durchmesser von 28cm entspricht.
Bei einem resultierenden Umfang von 0,88m folgt daraus eine neutrale Schnelllaufzahl bei 3m/s Wind von 200 RPM.
Deswegen ist nur ein Profil mit einer Schnellaufzahl von 3 nötig, um die 600 RPM für den Ladebeginn zu erreichen.
Vielleicht schaff ich es ja noch vor den Festtagen in den Baumarkt um mir Material für einen Minirohrflügler zu beschaffen.
arcobär
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 19:38 Uhr  ·  #11
Hallo Bernd,

die Ausführung der Wicklung als Leiterbahnen ist nicht unüblich. Man sieht sie häufig bei Scheibenläufermotoren. Man könnte damit sogar relativ leicht die "Sternenwicklung" realisieren.

Das mit der Kupfermenge ist mir bei Luftspulen nicht verständlich. Bei Spulen mit Eisenkern sollte man die Wickelnuten voll mit Kupfer füllen, da sonst das Feld geschwächt wird.

Hast du bei deinem einphasigen Betrieb auch entsprechend viel Magnete verwendet?
Die Spannung ist bei einphasigem Betrieb welliger, aber dafür ist die Frequenz und Spannung bei gleicher Spulenzahl 3 mal so hoch. Bei Generatoren für Langsamläufer ist gerade eine hohe Spannung sehr wichtig. Da muss man vielleicht ein paar Kompromisse machen.

Wechselstromgeneratoren werden seltsamerweise bis ca. 200 W meist einphasig ausgeführt. Hat das nur finanzielle Gründe?

Gruß Uli
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 19:48 Uhr  ·  #12
Zitat geschrieben von arcobär
Wechselstromgeneratoren werden seltsamerweise bis ca. 200 W meist einphasig ausgeführt. Hat das nur finanzielle Gründe?
Das hat vermutlich einfach Platzgründe. Drei Phasen, die die benötigte Spannung erzeugen benötigen einfach viel mehr Platz als eine einzelne Phase.
BerndH
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 20:03 Uhr  ·  #13
Hallo Uli, vielleicht sollten wir das mit dem Scheibengenerator lieber aus diesem Thread auskoppeln,
denn das wird anhand des Titels hier niemand vermuten.
Hier noch eine sehr interessante Diskusion, vielleicht kennst du sie auch schon:
Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=2…sc&start=0

Und im folgenden Link hat Günter alias WWW .Freak mal wieder mustergültig die Zusammenhänge von
Spulengrösse und Spulenaufbau zum Leistungsertrag erläutert. Wirklich sehr interessant.
Forum/phpBB2/viewtopic.php?t=2…c&start=10
Zitat
Hast du bei deinem einphasigen Betrieb auch entsprechend viel Magnete verwendet?

Beim einphasigen Betrieb kamen nur 1/3 der Spulen und Magnete zur Wirkung, da hast du schon Recht das
dadurch eine niedrigere Frequenz entstanden ist die viel stärker am Gerät ruckelt.
Trotzdem läuft ein 3 Phasen Generator gleichmässiger im Sinne von weniger stark
schwankender mechanischer Leistungsaufnahme und ich vermute auch, das dadurch das
typische "Generatorbrummen" das durch eben diese Effekte entsteht und bei vielen Windrädern höhrbar ist, geringer wäre.

Auch unter Ausnutzung aller Magnete bzw. Spulen wird aber im Einphasen- wie im Dreiphasenbetrieb die
selbe Frequenz erzeugt. Wird schön deutlich wenn man sich die Abbildungen von Tobi anguckt und
sich vorstellt was passiert wenn man den Rotor um einen definierten Winkelgrad dreht.
Man kann ja leider nicht beliebig die Spulenanzahl vergrössern, bzw. die Spullen immer weiter
verkleinern, dann wäre es natürlich was anderes.
Bei gleichem Wicklungsaufbau hätte man bei Einphasenbeschaltung im Verhältnis zur Drehstromerzeugung aber
die 3 fache Windungsanzahl zur Verfügung, dadurch möchtest du schon bei geringen Drehzahlen
eine hohe Spannung generieren, ich verstehe.

Beim Dreiphasenscheibengenerator lässt sich der Luftraum aber besser ausnutzen, da man
die Spulenschenkel ja nicht beliebig in die Breite ziehen kann. Wieder siehe Abbildungen von Tobi.
Oder gibt es noch andere Lösungen/Prinzipien die ich noch nicht kenne ?
coupe777
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 20:21 Uhr  ·  #14
Code
Warum aber auch die Spannung höher sein soll, verstehe ich nicht.


Versuche das einfach aus du wirst schon das selber sehen das die Spannung auch höher ist als bei eine Phase .

Die Leistung ist meiner Meinung auch höher weil neben der Stromstärke auch die Spannung steigt und die Verluste sind viel niedriger .

Ich habe das beim einem 5phasen Schrittmotor versucht mit jeder zukommenden Phase die parallel geschaltet wird erhöht sich die Spannung .
und natürlich auch der Strom .

MfG Coupe777
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 15.12.2008 - 20:52 Uhr  ·  #15
Achso, jetzt versteh ich das. In der Regel messen Voltmeter den Mittelwert einer pulsierenden Gleichspannung. Wenn nur eine Phase gemessen wird, sind die Anteile unter dem Maximalwert der Spannung relativ häufig. Je mehr Phasen du dazu schaltest, desto geringer werden die Spannungsanteile unterhalb der Spitzenspannung. Folglich steigt der Mittelwert. Es steigt also nicht der Maximalwert der Spannungswelle sondern die "Ausfüllung" der Spannung.
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 17.12.2008 - 15:12 Uhr  ·  #16
BerndH
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 17.12.2008 - 16:48 Uhr  ·  #17
@XXLRay
Hut ab, darauf muss man erstmal kommen. Auf diese Idee wie das Phänomen zu erklären ist,
wäre ich nie gekommen.
XXLRay
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 17.12.2008 - 17:07 Uhr  ·  #18
Microkwa
 
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 10.02.2011 - 11:44 Uhr  ·  #19
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Re: Leistungsmessung - Schrittmotor Howard Ind. 1-19-4203

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Gepostet: 10.02.2011 - 12:16 Uhr  ·  #20
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