Hallo zusammen,
habe im Moment etwas Zeit und möchte auch etwas "Senf" dazugeben.
Bernd schrieb:
Ich habe folgende Frage:
Nehmen wir mal einen Scheibengenerator.
Im ersten Fall mit normalen Spulen die aus vielen Windungen Kupfer
bestehen, also herkömmliche Bauart.
Die Spulen werden an ihren Ausgängen kurzgeschlossen, der Generator
erzeugt also ein kräftiges Bremsmoment.
Zweiter Fall, Der Generator arbeitet mit Spulen, die aus einem einzigen
dicken Leiter bestehen, also eine Art Kupferring, dessen Masse an Kupfer
der der "normalen Spulen" in Beispiel 1 entspricht. Auch wieder
Kurzschluss der Spulen.
Meine Frage ist, welcher der Generatoren erzeugt ein höheres
Bremsmoment ? Welches Beispiel erzeugt ich mehr Energie?
Beide gleich ? Liegt einer vorn ?
Wir hatten dieses Thema schon mal drauf.
Soweit ich mich erinnere, haben wir damals festgehalten, daß dieses
Bremsmoment, das man beim Durchdrehen von Hand, sehr schön spüren kann,
durch die Spulen des Generators erzeugt wird. Da die Spulen
von dem Gesamtstrom des Kreises durchflossen werden, bauen sie das
Feld eines Elektomagneten auf.
Die Fest-Magnete der Rotorscheiben überlaufen diese gebildeten
Elektromagnete und bremsen nun den Lauf der Rotorscheiben ab.
Hier ist meiner Meinung nach auch die Erklärung zu suchen, warum ein
1Phasen Wechselspannungsgenerator immer so einen rastbehafteten
Umlauf hat (Bei gleicher Anzahl Spulen wie Festmagneten). Die Abbremsung
ist am stärksten, wenn die Magnete sich bestimmter Position
über den Spulen befinden. Hat man 12 Magnetpaare auf den
Rotorscheiben, so wird man pro Umdrehung auch 12 Rastpunkte zu überwinden haben.
Diese Generatoren "Rattern" spürbar und auch die entstehenden Vibrationen
sind bis zum Boden hin hörbar (auf dem Mast montiert)
Ein 3 Phasen Drehstrom Generator hat hier den Vorteil, daß durch die
120° Verschiebung der drei Phasen zueinander, sich die Anziehung und
die Abstossung in etwa ausgleicht(versimpelt), sodaß ein rastfreier,
gleichmäßig schwerer Umlauf entsteht.
Laut entsprechender Formel aus dem Fachbuch sind für dieses elektro- magnetische
gebildete Kraftfeld die Höhe des Stromes sowie Anzahl der Spulenwindungen
ausschlaggebend für dies erzeugte Magnetfeld.
magnetische Kraft( Durchflutung der Spule mit Kraftlinien, wird in Amperewindungen
angegeben)
(theta) = I (Strom) * N (Windungen)
So wie ich das verstehe, spielt hier die Menge Kupfer der Spule eine wichtige Rolle:
Vorrausgesetzt die Eingangsleistung der Rotoren sowie das Magnetische
Feld wären konstant, da im Prinzip nach dem Verhalten einer Spule gefragt wird,
gehen wir der einfachheithalber davon aus, daß jede Spule konstant mit 10Watt
Leistung versorgt wird, alle Spulen sollen die gleiche Leiterlänge haben.
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Eine einzelne Spule habe 100 Windungen 1mm² Querschnitt bei z.B 0,1Ohm.
Wir bekommen einen Stromfluß der von der Höhe der erzeugten Spannung und dem
Widerstand der Spule abhängt. (Die Spule ist ja bei gewünschtem Kurzschluß
der einzige Verbraucher im Kreis.)
der Strom errechnet sich:
I = Wurzel aus P / R
I = Wurzel aus 10Watt / 0,1ohm
I = 10A
magnetische Durchflutung theta = I * N
theta = 10A * 100Windungen.
theta = 1000 Amperewindungen
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Eine Spule habe 100 Wdg. aber einen Querschnitt von 2,0mm², also gleiche Länge aber
doppelten Querschnitt mit entsprechend halbiertem Widerstand von 0,05ohm.
(Natürlich nimmt die Spule an Umfang zu!)
I = Wurzel aus 10Watt / 0,05ohm
I = 14,14A
theta = 14,14A * 100 Windungen
theta = 1414 Amperewindungen
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Eine Spule habe 100 Wdg. und einen Querschnitt von 0,5mm² dann mit einem
Widerstand von 0,2ohm.
I = Wurzel aus 10Watt / 0,2ohm
I = 7,07A
theta = 7,07A * 100Windungen
theta = 707 Amperewindungen
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Aus diesen drei Beispielen schließe ich, daß bei gleicher Leiterlänge und
Windungszahl die magnetische Feldstärke theta mit größerem Querschnitt zunimmt,
entsprechend mit kleinerem Querschnitt abnimmt. Die Masse Kupfer ist verantwortlich
für den jeweiligen Spulenwiderstand R der sich jeweils ändert, während ja die
Windungszahl gleich blieb.
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Nun sieht es in der Praxis ja so aus, daß man in der Regel für eine Spule eine
bestimmte Menge Platz hat, bedingt durch Statorgröße oder Form.
Habe ich z.B. 100Wdg. und 1mm² Querschnitt so ergibt die 10Watt Eingangsleistung
1000 Amperewindungen magnetische Durchflutung.
Bringe ich nun 2,0mm² Windungen in die gleichen Abmessungen der Spule, so werden
auf Grung des doppelten Querschnitts nur die Hälfte der Windungen unter zu bringen sein.
Wenn man für diesen Fall jetzt mal überschlägt:
Spule jetzt mit 50Windungen 2,0mm²Querschnitt.
-Spule mit 100Wdg. aber 2,0mm²Querschnitt wird den halben Widerstand der 1,0mm² Spule haben,
also 0,05ohm
- Spule mit 50Wdg. und 2,0mm² Querschnitt wird nochmal den vorhergehenden Widerstand
halbieren auf Grund der halbierten Gesamtlänge alsoerhalten wir 0,025ohm.
Errechnen wir nun die Feldstärke für diese Spule.
I = Wurzel aus 10Watt / 0,025ohm
I = 20A
theta = 20A * 50Windungen
theta = 1000 Amperewindungen
Hier sieht man, daß bei gleichen Spulenabmessungen (und in etwa gleicher Masse Kupfer)
die magnetische Durchflutung ebenfalls die gleiche bleibt.
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Im letzten Beispiel verringern wir den Querschnitt von 1,0mm² auf 0,5mm².
Auf Grund dessen können wir die doppelte Windungszahl also statt 100Wdg. jetzt 200Wdg.
in den gleichen Abmessungen unterbringen.
Widerstand wird wie folgt überschlagen:
-100Wdg. mit 1,0mm²Qerschnitt haben einen Widerstand von 0,1ohm.
-100Wdg. mit 0,5mm²Querschnitt werden auf Grund des halben Querschnitts den doppelten
Widerstand haben, also 0,2ohm.
-200Wdg. mit 0,5mm²Querschnitt werden auf Grund der doppelten Windungslänge nochmal
den doppelten Widerstand bekommen, also 0,4ohm.
jetzt errechnen wir
I = Wurzel aus 10Watt / 0,4ohm
I = 5A
theta = 5A * 200Windungen
theta = 1000 Amperewindungen
Auch hier klar zu erkennen, bleiben die Abmessungen der Spulen gleich und somit die
Masse der Kupferleitungen, bleibt auch die magnetische Kraft in etwa gleich.
Der magnetische Fluß ist also bei drei unterschiedlichen Querschnitten und unterschiedlichen
Windungszahlen in etwa gleich, wenn die Gesamtabmessungen die gleichen bleiben.
Im Gegensatz zu den ersten drei Beispielen, wo mit Änderung des Querschnitts auch eine
Änderung der Abmessungen einherging.
Diese Überschlagsrechnungen sind natürlich, vor allem was den tatsächlichen
Gesamtquerschnitt angeht, ziemlich ungenau (Luftzwischenräume usw)).
Aber ich denke, die Zusammenhänge sind klar zu erkennen.
Dies ist mein momentaner Wissensstand zu diesem Punkt, natürlich muß
meine Meinung nicht die richtige sein.
(Lese gerade, daß auch Harald und Peter bereits in die gleiche Kerbe geschlagen haben.
)
Gruß
Günter
Westerwald
