Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

Exceltool als Auslegungshilfe
 
Menelaos
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 21.09.2010 - 13:15 Uhr  ·  #61
Naja, nicht auf den Milimeter genau...aber doch ziemlich.

Es ist auch sehr wohl möglich das bei der Auslegung so zu konfigurieren. Wenn die Spulen etwas trapezförmig sind und das SPulenloch genau dem Abstand der Magnete zueinander entspricht hat man das. Es ist keine Fage der 374 Aufteilung sondern die, wie dicht man die Spulen aneinander rückt. Meine Magnete sind innen 3,7 cm auseinander. Mein Spulenloch ist unten 3 cm breit und oben 4 cm. Das passt ziemlich gut.

Gruß
Max
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 21.09.2010 - 16:48 Uhr  ·  #62
Stimmt, die 3/4 Aufteilung besagt ja nur das die Magnetpositionen der einzelnen Phasen
unterschiedlich sein müssen. Wenn die Schenkel einer Spule also synchron geschnitten werden
kann die 20% Abweichung nicht daher rühren.

Eugen
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 21.09.2010 - 17:47 Uhr  ·  #63
Also, dies wäre aber siche rnoch ein wichtiger Aspekt, den man im Tool auch noch einbauen könnte, denn wenn man nicht die Konstellation hat wie Max, dann liegt das Tool eventuell nochmal 20% daneben, ...

aber gehen wir Punkt für Punkt vor... noch jemand was zu sagen zu meinen zuletzt aufgeführten Punkten ?
Menelaos
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 21.09.2010 - 19:02 Uhr  ·  #64
Hallo daniel, ich denke nicht dass das tool dann nochmal groartig mehr daneben liegt wenn nicht synchron geschnitten wird. Nehmen wir doch mal an es wird genau NICHt synchron geschnitten. Dann hat man wohl eine kleinere Spitzenspannung aber dafür dann auch quasi doppelt so viele "Impulse" über die Zeit, so dass die Durchschnittsspannung nach dem gleichrichten wohl wieder die gleiche ist...in etwa zumindest.

Beib Bausatzgenerator ist es übriges nicht so sehr synchron wie beim großen und auch da kamen wir ja auch den gleichen Abweichungswert...

Gruß
Max
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 21.09.2010 - 21:36 Uhr  ·  #65
Wenn der Versatz gross würde, dann sinkt die maximale Spannung, auch nach Gleichrichtung !
Was sich verbesseren könnte wäre ein geringerer Anteil an Restwelligkeit der Gleichspannung.
Das was wir aber alle so sehr brauchen, eine möglichst hohe maximale Spannung, wäre dann nicht mehr
im gleichen Maße gegeben. Im einfachsten Falle zeichnet man sich zwei Sinuskurven auf die
um einige Grade versetzt sind und addiert händisch die zeitgleich auftretenden Spannungswerte.
Ab einem bestimmten Winkelversatz erschreckt man sich wie kräftig die resultierende Spannung einbricht.


Eugen
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 21.09.2010 - 22:06 Uhr  ·  #66
Da kann meiner Meinung anch aber iegentlich auch nicht so hundert prozentig stimmen. Wenn der STrom gleich bleibt, die Spannung aber letztlich kleiner würde, so bedeutet das dass die Leistung des Generators dann kleiner wird. Das kann aber nicht sien, da immer noch in der gleichen Zeit gleich viel Kupfer geschnitten wird. Die Leistung kann also nicht kleiner werden...
...Aber selbst wenn es so ist, einen großen Versatz kann es bei einer sinnvollen Auslegung des Generators auch fast gar nicht geben, vor allem dann nicht wenn ma die Spulenschenkel icht breiter macht als die Magnete und sie leicht trapezförmig gestaltet- kommt igentlich fast immer hin. Auf ein paar Grad kommt es dabei sicherlich auch nicht sooo sehr doll an.

Es gibt so viele mögliche Erklärunge für die 20 % Spannungsabfall. Auch mag es Zufall sein dass es bei allen 3 Generatoren in etwa der selbe Faktor war. Aber wo sollen wir ansetzen...?!
Man weiß es nicht!

Ich für meinen Teil habe mir deshalb einfach in den Feldern für die Berechnung der IWndungszahlen den Faktor 1,25 eingebaut und meine, somit in Zukunft auf der sicheren Seite zu sein...

Gruß
Max
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 22.09.2010 - 08:28 Uhr  ·  #67
danielCV
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 22.09.2010 - 19:37 Uhr  ·  #68
Also, ich gehe mal wieder Punkt für Punkt vor:

Zu 1: scheint ja nix mehr zu sagen gewesen zu sein.

Zu 2: Die Leistungsberechnung werde ich nun anpassen, es ergeben sich nun ganz andere Sichtweisen, die bisher zu Grunde gelegte war leider ziemlich daneben... nun werden wir anstatt die Verlustleistung über den Innenwiderstand zu berechnen um die Leistung daraus zu bekommen, andersrum die Leistung getrennt berechnen, und auch nunmehr nur noch eine Graphik für Stern und Dreieckschaltung erhalten, denn die Leistungen beider Generatoren sind ja gleich. Das Dilemma mit dem Innenwiderstand besagt nicht notwendigerweise dass wenn dieser geringer ist auch automatisch die Leistung höher ist... da ja die Spannung auch variabel ist...
Auch eröffnet dies nochmals andere Sichtweise über VErwendung von Stern und Dreieckschaltung....vielleicht mache ich dazu nochmal ein separates Thema auf... :)

Zu 3: Ich denke man könnte auf jeden Fall einmal einen Korrekturfaktor einbauen, solange wir keine bessere Lösung haben. Meiner Meinung nach ist noch viel zu tun besonders bei der Berechnung der magn. Flussdichte.
eisenloser
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 22.09.2010 - 21:09 Uhr  ·  #69
Zitat geschrieben von Menelaos
Wenn der STrom gleich bleibt, die Spannung aber letztlich kleiner würde, so bedeutet das dass die Leistung des Generators dann kleiner wird. Das kann aber nicht sien, da immer noch in der gleichen Zeit gleich viel Kupfer geschnitten wird. Die Leistung kann also nicht kleiner werden...

Nein das stimmt so nicht. Die Spannung (und damit die Leistung) kann sogar gleich null werden, trotz riesen Mengen an
Kupfer die sich im Magnetfeld befinden.
Als Stichwort nenne ich mal die bifilare Wicklung, bei der sich die induzierten Spannungen gegenseitig vollständig aufheben.
Das gleiche geschieht, wenn auch in abgeschwächter Form, wenn wir Spannungen aus zeitversetzten induktionen generieren.

Beispiel:
Die höchste Induktion erhalten wir wenn die Teilspannungen die es zu addieren gilt, genau phasengleich sind.
Addieren wir zwei absolut phasengleiche Spannungen so erhalten wir genau den doppelten Spannungswert.

Das andere Extrem ist ein Zeitversatz von 180 Grad. Dabei heben sich die Spannungen, egal wie gross sie sind, genau
gegeneinander auf. Wir erhalten ein Resultat von 0 Volt.

Bei einem Versatz von mehr als 0 Grad und weniger als 180 Grad liegt unser Ergebnis also irgendwo zwischen doppelter
Spannung und Null Spannung, abhängig von der Höhe des Versatzes.
Ab ein paar Grad kann das schon einiges ausmachen, wobei "Grad" natürlich nicht der Winkelgrad einer Generatorumdrehung ist,
sondern bezug auf den Bereich nimmt auf dem die jeweilige Spule überstrichen wird.


Eugen
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 22.09.2010 - 22:45 Uhr  ·  #70
Hallo,
auch wenn ich hier als Quereinsteiger euren Berechnungen nur schwer folgen kann, meine ich doch der hier besprochen Problematik etwas zufügen zu können oder zumindest eine neu blöde Frage stellen zu können?
@ Max, beim Bau des Bausatz-Scheibengenrators 01 ist mir aufgefallen, dass durch die konische Form des Spulenkerns (im äusseren Bereich = Magnetbreite, im inneren Bereich ca.- 3mm Magnetbreite) natürlich kein gleichmäßiges "Überstreichen der Magnete über die Spulen" möglich ist. Irgendwie hängt immer eine Ecke der Magnete im falschen Bereich der zu erregenden Spule. Anders herum würde bei einer quadratischen Wicklungsform der gleiche Effekt auftret
Vielleicht habt ihr ja das schon alles mitberechnet und ich leige total daneben?

Gruß Klaus
danielCV
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 22.09.2010 - 23:41 Uhr  ·  #71
Hallo, also Zusammenfassung: Im Idealfall sollten die Spulenschenkel der Trapezförmigen Spulen immer in die Mitte des Kreises (des Stators) zeigen, dann stimmt auch der Winkel der Kreisbewegung der Magneten über die Spulen.
Menelaos
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 23.09.2010 - 01:59 Uhr  ·  #72
Hallo Klaus,
Eigentlich sollte innen das Spulenloch 2 cm breit sein und außen 3 cm...!
Aber das macht meiner meinung nach nicht viel aus. Es kommt nicht sooo genau darauf an, vor allem bie Sternschaltung nicht. Bei Dreieck sind die Toleranzen wesentlich kleiner.

Gruß
Max
dabro
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 12.10.2010 - 17:09 Uhr  ·  #73
Hallo,
ich möchte noch mal zurück auf die reduzierte Spannung kommen die Max gemessen hat. Ich denke ich habe eine Spur warum das so ist. Meiner Meinung nach liegt es an der Formel in der Zelle F35. Dort wird unter anderem die induzierte Spannung berechnet mal vereinfacht gesagt mit der Formel Uind = B*l*v - Diese Formel ist nur dann korrekt, wenn die Magneten die ganze Zeit einen Leiter schneiden. Durch unsere Anordnung von Spulen zu Magneten ist es aber so, dass die Magneten zu der Zeit wo sie sich in der Mitte des Spulenloches befinden keinen Leiter schneiden. Integriert man einen Magneten über die Leiterbreiten im Verhältnis zur Spulenlochbreite so erhält man ein Verhältnis von 6/9 bzw 2/3. Das entspricht der Zeit in der wirklich der Leiter von einem Magnet geschnitten wird.
Berechnet man jetzt einmal den Effektivwert der Spannung aus diesem Zusammenhang mit einer vereinfachten Formel ( http://de.wikipedia.org/wiki/Effektivspannung - die dritte Formel nach der Überschrift Definition 1) so erhält man einen Effektivwert der Spannung von Wurzel(6/9) = 81,6%. Das kommt der von Max gemessenen realen Spannung dann doch schon sehr nahe.
Was meint ihr dazu.

Grüße
Jan
danielCV
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 12.10.2010 - 22:19 Uhr  ·  #74
Hallo Jan

es freut mich, dass Du weiterdenkst, denn es fehlt ja noch sehr viel an dem Tool. Ich muss auch dringend die Version 1.7 mit den letzten Erkenntnissen mal online stellen...

Zu Deinem Gedanken: Ich bin mir nicht so sicher, ob das so richtig gedacht ist, denn in einer Phase sind ja jeweils 3 Spulen hintereinander überstrichen, so dass es ja zu einem Sinus kommt. Du sprichst ja praktisch davon, dass eine zeitlang gar nichts passiert auf einer Phase ? dann wäre es auch kein Sinus...

Denn die eigentliche Berechnung des Effektivwertes auf einer sinusförmigen Phase (RMS) ist ja in der Formel schon drin...eine weitere Minderung der Spannung durch die Spulenlöcher ist meiner Meinung nach hier also nicht zutreffend.
dabro
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 13.10.2010 - 11:29 Uhr  ·  #75
Hallo Daniel,

der Sinus kommt durch den Abstand zwischen den Magneten zustande, das berücksichtigt aber nicht den Abstand zwischen den Spulen. Die einzelnen Magnete kommen jedoch durch das Spulenloch und produzieren in dieser Zeit auch keine Leistung, das muss irgendwo berücksichtigt werden.
Wie würdest du die Berechnung sonst bei dieser Wicklungsform machen?



Irgend was ist da noch nicht ganz richtig auch wenn ich noch nicht ganz dahinter gekommen bin was...

Schau dir auch mal den Sinus der von einem Magnet an einer Phase erzeugt wird an. Es entsteht ein sauberer Sinus über der Spule, aber dann entsteht erst mal kein Sinus von diesem Magnet mehr bis die nächste Phase kommt, es entsteht also eine Lücke. Das ist bei dieser anderen Wicklungsweise ganz anders.
In der Berechnung wird so getan als erzeugt jeder Magnet an jeder Phase ständig einen Sinus, was nicht der Fall ist.

Grüße
Jan
Menelaos
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 13.10.2010 - 11:47 Uhr  ·  #76
Moin moin,

Ich will die Diskussion gerade nicht sprengen und finde sie auch sehr interessant. Für den Bau des nächsten genis mit dem ich schon angefangen habe habe ich die ANzahl der vom Tool ermittelten WIndungen um 25 % erhöht. Ich werde berichten ob das den gewünschten Zweck erfüllt.

ABer nun mal noch zu etwas anderem.

Bernd aus dem Windradforum hat zusammen mit ein paar Amis einige Messungen vorgenommen bzw. Simulationen am Rechner gemacht. Es geht mir mal wieder um die Leistungsberechnung.

Demnach ist es so, unabhängig ob Stern oder Dreieck, dass die an den Generator nach dem Gleichrichter angeschlossene Last einen Widerstand sieht der um 13,5 % kleiner ist als jender den man zwischen 2 Phasen messen kann.
Für die Berechnung der Verlustleistungen in den Spulen, muss also nicht wie in der letzten Version des Tools geändert der gemessene Phasenwiderstand durch 1,73 geteilt werden, sondern man muss ihn mit 0,865 multiplizieren.

Dann sollte das nun endgültig stimmen.
Das hat sich nun auch bei der Vermessung des Bausatzgenerators bestätigt welche Bernd gemacht hat und die man hier findet:

http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=8&t=781


Was die Theorie von Jan angeht...

Ich bin da, ähnlich wie Daniel auch etwas gespaltener Meinung. Einerseits macht es schon Sinn was er sagt, andererseits versuche ich den Gedanken uaszubauen und stoße dann auf folgendes Paradoxon welches wir bereits eigentlich abgehandelt hatten:

Wenn man die einzelnen Spulen nun nicht direkt aneinanderlegt, sondern Platz zwischen ihnen läösst und den generator somit (unnötig) vergrößert, wie sieht es dann aus?
Dann wäre der Abstand zwischen den SPulen und damit die Zeit in der sich ein Magnet im "Leerlauf" befindet noch viel größer!

Somit würde sich der von Jan beschriebene Effekt noch deutlich mehr bemerkbar machen. Gleichzeitig würde das dann aber auch eine kleinere Leistung bedeuten.
Dem ist ja aber nicht so denn es wird weiterhin bei gleicher Drehzahl gleich viel Kupfer geschnitten. Die Leistung bleibt also gleich. Also können sich ja auch Strom und Spannung nicht ändern...oder?!

Auch cih wüsste gerne wo die Spannungsdifferenzen herkommen, bin mir aber unsicher ob das der richtige Ansatz ist... :-(

Gruß
Max
dabro
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 13.10.2010 - 16:02 Uhr  ·  #77
Ok, die Erkenntnisse von Bernd sind sehr interessant... würde mich interessieren was da dahinter steckt.

Max, wie ist das bei dir. Du schreibst das dein Generator immer 20% unter der errechneten Spannung liegt. Wie sieht es denn mit der Leistung aus? Liegt diese auch 20% unter den errechneten Werten?

Du meinst durch ein Vergrößern des Generators bei gleichbleibender Magnet- und Spulenanzahl bleibt die Spannung und die Leistung konstant, Max? Ich sehe das anders, die Formel sagt Uind = B * l * v - im Falle eines vergrößerten Generators erhöht sich die Geschwindigkeit mit der die Magneten über die Spulen streichen auch wenn die Drehzahl konstant bleibt, damit müsste die induzierte Spannung steigen. Effektiv passiert aber im Tool nichts, da sich das Verhältnis ändert. Das heißt es wird zwar eine höhere Spannung induziert, der Sinus hat aber Lücken, dadurch gleicht sich die Effektivspannung wieder aus. Von daher für mich kein Paradoxon.
Wir verwenden um den Effektivwert des Sinus zu berechnen den Effektivwert 1/Wurzel(2). Das entspricht genau dem Effektivwert eines Signals das nur zu 50% eingeschaltet ist, was dem Magnetabstand entspricht. Das Bedeutet ein Leiter wird zu 50% der Zeit von einem Magnet geschnitten. Gesamt würde das aber nur gelten wenn die Leiter direkt ohne Abstand und Spulenlochbreite nebeneinander liegen würden und somit jeder Magnet zu jederzeit einen Leiter schneidet. Dies ist nicht der Fall sondern nur zu 6/9 der Zeit und das wiederum entspricht genau einem Effektivwert von Wurzel(6/9) = 81,6 %. Dieser Faktor ist mit dem Effektivwert zu multiplizieren. Das würde ja auch sehr gut zu deinem Korrekturfaktor passen Max.

Grüße
Jan
danielCV
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 13.10.2010 - 20:21 Uhr  ·  #78
Hallo Jan,

die Annahme ist falsch. bei unserer Berechnung gilt nicht Uind=B*l*v sondern Uind=A*B*l*w (w=elektrische Winkelgeschwindigkeit), A=(Fläche Magnet). Wir hatten das einmal diskutiert woanders hier im Forum.
Durch die Vergrösserung der Scheiben, wird die absolute Geschwindigkeit grösser, aber nicht die Winkelgeschwindigkeit. Die Leistung bleibt immer gleich.
Einmal (kleine Scheiben) kleinere Spannungen über längere Zeit hinweg, oder (grössere Scheiben) grössere Spannungen über kürzere Zeit hinweg.
Nach Gleichrichtung ist dann auch eine doppelt so lange Zeit die halbe Spannung dasselbe wie eine halb so lange Zeit die doppelte Spannung...
Ein Paradoxon ist es nicht, aber immer wieder denken viele nicht an die Fläche und Winkelgeschwindigkeit, sondern nur Leiterlänge und Geschwindigkeit... das ist falsch.
Die benötigte Zeit für eine Umdrehung ist im übrigen ja auch immer dieselbe, ob grosse Scheibe oder kleine Scheibe...
eisenloser
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 13.10.2010 - 23:29 Uhr  ·  #79
Ich glaube ihr errechnet die induzierte Spannung einmal über die Formel für die Induktionsform
nach Faraday 1 und einmal über die Formel für die "übliche" Spuleninduktion nach Faraday 2.
Letztere erechnet die Induktion über die Flussänderung pro Zeiteinheit und bewertet dabei
die Spulenfläche.
Die andere Formel für die Induktion eines bewegten Leiters im Magnetfeld benötigt naturgemäß
keine Angaben der Spulenfläche.

Wenn man ein und den selben Generator mit dem Formelwerk für beide Induktionsarten
durchrechnet kommen ähnliche Ergebnisse heraus, aber nicht gleiche. <_<
Welche ist nun "passender" bzw. die richtige Kalkulationsart der Induktionshöhe ?
Wenn das Tool derzeit mit der Formel für die "Spuleninduktion" arbeitet könnte man ja mal
versuchsweise das Tool mit der anderen Formel arbeiten lassen und schauen ob sich die
Differenz "zur Realität" vergrössert oder verkleinert.

Dabei sollte man bedenken das die Formel für die Induktionsform direkt in den Leiter hinein
einen Peakwert ausgibt und die "Spulenformel" einen Effektivwert.

Das das Gesamtergebnis gleich bleibt wenn man Magnete und Spulen mit grösserem Abstand montiert
kann man durchaus ambivalent betrachten. Es entsteht die Hälfte der Zeit die doppelte Spannung.
Integriert man diese Spannung über die Zeitachse glaubt man vielleicht dadurch wieder die normale
Spannungshöhe zu erzielen. Ich glaube aber das ist falsch, denn 50% der Zeit mit doppelter Spannung entspricht
nicht 100% der Zeit mit halber Spannung da die Spannung mit dem Quadrat in die Leistungsformel eingeht.

Begründung:

Wenn ich die Hälfte der Zeit (an einer ohmschen Last) die doppelte Spannung anlege, dann
erziele ich die Hälfte der Zeit die vierfache(!) Leistung. Integriere ich die erzielte Leistung über
die Zeitachse ergibt das, das ich über die Gesamtzeit die doppelte Leistungsmenge erziele,
und das in dem ich nur den Durchmesser und damit die relative Geschwindigkeit, mit der sich
die Magnete und Spulen kreuzen, verdoppelt habe.
Eine hohe Kreuzungsgeschwindigkeit ist also für sich gesehen immer ein Vorteil.


Eugen
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Re: Tool zur Berechnung von Scheibengeneratoren

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Gepostet: 13.10.2010 - 23:37 Uhr  ·  #80
Jan hast du den Zeitraum in dem nach deiner Auffasung keine Spannung erzeugt wird
mal auf dem Oszilloskop angeguckt ?
Ich konnte das bisher noch bei keinem Scheibengenerator sehen wenn ich mir den
Spannungsverlauf einer Phase anschaute.

Max hast du das mal bei deinen Generatoren mit einem Oszilloskop angeguckt ?


Eugen
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