Elektronische Erregerschaltung für Drehstrom-Lima

 
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Elektronische Erregerschaltung für Drehstrom-Lima

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Gepostet: 26.09.2011 - 13:04 Uhr  ·  #1
Hallo,
die Erregerschaltung hat folgende Eigenschaften:
1) kein Feldstrom bis zur vorgegebenen Drehzahl. Die Achse ist leichtgängig
2) die Drehzahl, bei der die Erregung beginnen soll, ist frei einstellbar
3) der Feldstrom steigt oberhalb dieser Drehzahl kontinuierlich von Null bis zum max. Wert an
4) sparsamer Stromverbrauch. Der Feldstrom ist pulsweiten-moduliert, 100% Modulationsgrad. Keine heizenden Bauteile
5) voller Erregerstrom nutzbar. Schützt die Anlage vor Überdrehzahl
So funktioniert die Schaltung: Der Stator der Lima gibt auch ohne Erregung bei Drehung der Achse eine kleine Wechselpannung ab. Die Frequenz ist der Drehzahl proportional. Der Zusammenhang bei Auto-Limas ist 100Hz bei 1000 UpM. Die Wechselspannung wird an zwei beliebigen Phasen vor dem Gleichrichter abgegriffen, verstärkt und zu einem Rechteck begrenzt. Mit der fallenden Flanke des Rechtecks wird ein Monoflop (ICM 7555) mit 2,9ms Zeit gestartet. Der Ausgang wird integriert (100k und 220nF). Damit erhält man eine Drehzahlproportionale Gleichspannung. Bis hier handelt es sich um nichts anderes als einen analogen Drehzahlmesser, wie er in älteren Diesel-PKW verbaut wurde. Diese Gleichspannung und eine mit dem Poti einstellbare Referenzspannung gelangen auf den PWM-Steller im unteren Teil. Überschreitet die Gleichspannung die eingestellte Referenz, so schaltet der N-Fet pulsweise die Feldspule an OV. Je größer die Differenz der beiden Spannungen ist, um so länger schaltet der Transistor ein. Bis er schließlich dauernd leitet. Eine LED zeigt den Einsatz an. Die Schaltfrequenz ist variabel und liegt im Hörbereich.



Mit dieser Dimensionierung ist die Schaltung bis 300Hz entsprechend 3000 UpM brauchbar. Bei noch höherer Drehzahl fällt die drehzahlproportionale Gleichspannung auf den halben Wert zurück. Noch ein paar Hinweise zum Aufbau: Die Verbindungen zwischen N-Fet, Freilaufdiode SK4F und Elko 1mF (1000 mikro Farad) kurz halten. Der N-Fet muß den maximalen Feldstrom locker verkraften und sollte ein kleines Kühlblech bekommen. Nicht bezeichnete Dioden sind Universaltypen (z.B. 1N 4448). 0my1 bedeutet 0,1 mikro Farad, 4k7 sind 4,7kOhm. Der Ruhestrombedarf von 8mA kann durch Verwendung eines 78L08 Spannungsreglers etwas gesenkt werden. Ob man die Schaltung oben an der Lima anbringt, oder unten im Haus ist egal. Im einen Falle hat man wenige Kabel und im anderen Falle kann man leicht einstellen.

Ich habe ein paar Tests mit einer Lima und auch anderen Erregerschaltungen gemacht. Die Lima eine "Iskra" 55A. Feldstrom 4A. Bei vollem Feldstrom fließt oberhalb 850UpM abrupt viel Ladestrom (Feldstrom bereits abgezogen). Selbsterregung mit Schottky-Dioden Einweg-Gleichrichter 3-phasig und 1mF Siebelko: "Zündung" bei 1600UpM, und noch 1A Ladestrom bei 900UpM. Zusätzliche Rombach-Schaltung setzt die Zünd-Drehzahl auf 1200UpM herab.
Ich habe obige Schaltung so eingestellt, daß die Erregung bei 900UpM beginnt. Dabei ist die Strombilanz etwas negativ. Bei 970UpM ist die Erregung maximal und es fließt 1A Ladestrom. Erfahrungen am Repeller liegen z.Zt noch nicht vor.

Edit: Ich hab mal die Formatierung des Bildes korrigiert - XXLRay
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Re: Elektronische Erregerschaltung für Drehstrom-Lima

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Gepostet: 26.09.2011 - 15:58 Uhr  ·  #2
echt cool :-)
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Re: Elektronische Erregerschaltung für Drehstrom-Lima

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Gepostet: 08.10.2011 - 09:44 Uhr  ·  #3
Ach du heiliger Bimbam ,

Für mich ist das alles Fachchinesich ,trotzdem wird man schlauer und Schlauer

Danke an dieses Forum und den Netten Leuten die Ihr wissen weitergeben
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elektrische Erregung ?!

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Gepostet: 22.11.2011 - 18:26 Uhr  ·  #4
@ Gleichstrom & friends,

solche Iden gefallen mir gut,
könnte es doch realistisch werden, dass man sich zu Zeiten drastischer Magnetpreise wieder an die elektrische Erregung besinnt.

Auch wenn sie etwas Wirkungsgrad schluckt, hat sie gerade für Lademaschinen einen weiteren unschätzbaren Vorteil:
Man kann durch die Steuerung der Erregung dem begegnen,
dass die Induktionsspannung EMK mit steigender Drehzahl in Höhen anssteigt, die durch Spannungsfall an der Summe aller Widerstände nur schwerlich auf Ladespannung des Akkus gedrückt werden kann. Abfallen von der Nenn-TSR wäre die Konsequenz.

In der Schaltung oben ist ein Beginn gemacht, dahingehend, dass wegen dem Lastkraftrippel/Leichtanlauf die Erregung erst einsetzt, wenn lohnende Drehzahlen vorhanden sind.

Da wir mit der Pulsweiten-Modulation ein digitales Stellglied haben, ist bezüglich Ansteuerung aber noch wesentlich mehr drin:

1. Runterregeln zur Deckelung des Maximalstromes zum Eigenschutz von Lima + Gleichrichter.
2. Begrenzung der Generatorspannung zum Überlade-Schutz des Akkus.
1+2. hat der KFZ-REgler auch.
3. Ladestromsteuerung nach angebotener Leistung.
Entweder durch Regelung nach TSR-Optimum. Dann braucht man einen seperaten Windmesser.
Oder im Sinne einer Kennfeldsteuerung. Dazu braucht man die gemessene Anlagenkennlinie.

Ist nicht ganz einfach. Bin auch nicht der Spezialist.
Zumindest verstehe ich aber die Schaltung oben. Wer die nachbaut könnte noch Fragen haben. Würde mich nicht wundern.

Die Verluste durch elektrische Erregung dürften übrigens umso geringer sein, je höher man mit den Arbeitsdrehzahlen hoch geht.
Das heißt, Getriebe könnten wieder modern werden, und wenn es nur einstufige mit Zahnriemen oder Rippenband sind.
Zahnriemen würde ich bevorzugen, mit ner Lösung, wo das große Rad nicht verzahnt sein muss.
Hat einen Gummibelag. Bei Max seinem blauen Dingens so gesehen.

Na dann...!

Gruß vom W.
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Re: Elektronische Erregerschaltung für Drehstrom-Lima

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Gepostet: 09.02.2012 - 11:15 Uhr  ·  #5
Hallo W,
sorry das ich erst jetzt antworte. Bis Mai habe ich nur selten Gelegenheit online zu gehen.
Zunächst vielen Dank für die guten Ideen.
In meinem Schaltungsdesign nutze ich als Werkzeug die elektrische Erregung des Feldes. Damit kann man nicht alle Probleme erledigen. Vergrößert man die Erregung, steigen Drehmoment und Ladestrom an. Verringert man sie, sinken beide und der Repeller läuft ungebremst. Bei meiner Anwendung, die noch immer einem Praxistest entbehrt, war es sinnvoll die Repellerdrehzahl zu begrenzen. Der Strömungsabriß (stall) war hilfreich. In anderen Anwendungen kann eine stetige Steigerung der Erregung mit der Drehzahl besser sein. Ein Test ergab, daß eine Erweiterung des Drehzahlbereichs von 900-1200 UpM bis zur vollen Erregung durch Parallelschalten eines Widerstandes 2,2 kOhm zum 100nF (OpAmp Pin6 nach Pin7), möglich ist. Wünscht man einen noch größeren Bereich, braucht man ein anderes Design.
Eine Laderegelung über die Erregung ist für eine Kwa nicht gut möglich. Verringert man die Erregung zwecks Vermeidung von Überstrom oder Überladung, steigt die Repellerdrehzahl unerhört an.
Meines Wissens wird der Ladestrom von KFZ-Ladereglern nicht begrenzt. Es gibt auch keinerlei Meßeinrichtung. Man vertraut auf üppig dimensionierte Dioden und den Innenwiderstand der Generator-Wicklung (...und deren guter Kühlung).

Es ist leicht möglich die Erregung über ein Anemometer zu steuern. Z.B. baut man sich mit einem kleinen Gleichstrommotor ein Schalenkreuz- Anemometer. Es soll bei Einsatz der Erregung gut 2V abgeben. Der Differenzkomparator und der Timer ICM 7555 entfallen. Die Spannung des Anemometers wird an den +Eingang des OpAmps angelegt. Schutzdioden wie an Pin10 sind nötig. Durch Parallelschalten eines Kondensators kann dem Anemometer zu einer Trägheit ähnlich der des Repellers verhelfen. Was passiert beim Furling? Irgendwann muß man die Erregung abschalten.

Zitat
3. Ladestromsteuerung nach angebotener Leistung.
Entweder durch Regelung nach TSR-Optimum. Dann braucht man einen seperaten Windmesser.
Oder im Sinne einer Kennfeldsteuerung. Dazu braucht man die gemessene Anlagenkennlinie.


Die Ladestromreglung verstehe ich so: In einer bekannten Kwa gehört zu jeder Windgeschwindigkeit eine Ausgangleistung. Statt der schwer messbaren Leistung kann man auch nur den Strom nehmen. Der Feldstromregler mißt die Windgeschwindigkeit und den Ladestrom. Anhand einer gespeicherten Kennlinie, die u.a. TSR berücksichtigt, wird der Feldstrom solange verändert, bis der Ladestrom korrekt ist.

Das Ermitteln der Kennlinie einer Kwa ist keine leichte Übung. Allzu genau muß sie aber nicht sein. Vielleicht reichen in der Praxis drei Kennlinien und Anpassung an das Windrad.
Ein anderer Weg wäre der Einsatz eines MPPT zur Feldstromregelung. Wenn die Dinger nur nicht so verflixt kompliziert wären...
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Re: Elektronische Erregerschaltung für Drehstrom-Lima

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Gepostet: 10.02.2012 - 21:33 Uhr  ·  #6
Hallo,
späte Antwort. Irgendwie ist ausnahmsweise das Thema nicht automatisch abboniert worden.

Zitat
Meines Wissens wird der Ladestrom von KFZ-Ladereglern nicht begrenzt. Es gibt auch keinerlei Meßeinrichtung. Man vertraut auf üppig dimensionierte Dioden und den Innenwiderstand der Generator-Wicklung (...und deren guter Kühlung).

Sonderbar. Das konnten doch schon die mechan. Regler früher.
Zur Strommessung braucht es ja nicht unbedingt ein Messwiderstand sein. Magnetsensoren an irgendeinem Leiter tun es ja auch.

Jedenfalls wäre es eine Möglichkeit, die ganze Leistungselektrik incl. Generator vor Überlastung zu schützen.

TSR-Optimum-Regelung - eigentlich das Ziel aller sonstigen "Gehhilfen" - hattest Du beschrieben.

MPT ist auch nicht Lösung aller Probleme.
War bei einem Fall zugegen, da hat man wegen der Trägheit das wieder verworfen.

Gruß, W.
 
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Nachgebaut

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Gepostet: 01.01.2013 - 21:01 Uhr  ·  #7
Hallo Gleichstrom, ich weiss ich bin spät, aber ich habe deine Schaltung nach gebaut und sie funktioniert im großen und ganzen. Falls jemand diese nachbauen möchte anbei der eagle file als screenshot.
Jetzt denke ich zur besseren Steuerbarkeit doch eher einen uc ein zu setzen. Hat da jemend Erfahrung oder ne Idee?
Mir schwebt ein nano Arduino vor weil ich den gerade hier herum liegen habe.
Gruß
Andreas
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