Magnetzahl - Spulenzahl

Hallo Zusammen

Ich interessiere mich für die Stromerzeugung durch Windkraft und habe eine Frage bezüglich dem Thema Scheibengenerator. Um mich in das Thema einzufinden, habe ich mir einen Scheibengenerator gekauft, der wie folgt aufgebaut ist. In der Mitte ist eine Scheibe mit 9 Spulen, oberhalb und unterhalb ist eine bewegliche Scheibe mit je zwölf Magneten, deren Anordnung so ist, das sich Nord und Süd Pol abwechseln. Diese Zuordnung 9 Spulen und 12 magnetische Pole verstehe ich nicht.

Gehe ich vom Prinzip eines Wechselstromgenerators aus so wie es im Internet zu finden ist, so ist die Abhängigkeit Spulen zu Magneten 1:2 - für einen Drehstromgenerator liegt das Verhältnis gleich, nur eben dreifach. Für den Aufbau eines 4 poligen Drehstromgenerators benötige ich dann dementsprechend 3x2 Spulen und im Verhältnis passend 12 Magnete (6 poliger Nord/Süd Pol).
Durch die magnetische Induktion wird in einem Leiter ein Strom induziert, wird er durch ein Magnetfeld bewegt. Benutze ich anstatt eines einzelnen Leiters eine Leiterschleife, verdoppelt sich die induzierte Spannung. So ist es im Internet zu lesen. Nach meinem Verständnis sollte sich dieses Prinzip auch auf einen Scheibengenerator anwenden lassen, nur dass eben die Anordnung horizontal kreisförmig ist. Für den Scheibengenerator mit 9 Spulen (3 Spulen für eine Phase) sollten demnach die Anzahl der magnetischen Pole 18 sein, damit zeitgleich ein Schenkel der Spulen vom Nordpol und der andere Schenkel der Spulen vom Südpol eines magnetischen Feldes "durchflossen" wird. Bei einer Zuordnung 9 Spulen zu 12 Magneten ist das jedoch nicht möglich. Das müsste bedeuten, dass die magnetische Induktion nicht optimal genutzt wird?

Kann mir jemand diesen Unterschied von Theorie und angewendeter Praxis erklären? Warum also das Verhältnis Spulen/Magneten 3:4 und nicht 1:2 ist?

Danke! Lifthrasir

Guten Morgen Seti2

Danke für den Link!

Okay, hier erkenne ich einen Denkfehler. Bei einem Wechselstrom Generator habe ich eine Spule und zwei Magneten, bei einem Drehstrom Generator habe ich 3 Spulen und zwei Magneten oder bei einem vierpoligen Generator dementsprechend 6 Spulen und 4 Magneten - nur passt die Anzahl 9 Spulen und 12 Magnete nicht in dieses Schema, denn demnach müssten es 9 Spulen und 6 Magneten sein.
Auch scheint diese Anordnung nur für überlappende Wicklungen zu gelten, doch bei dem Scheibengenerator sind die 9 Spulen nebeneinander angeordnet.

Was ich auch nicht verstehe, in dem ersten Schaubild der Erklärung sind die Spulen bifilar gewickelt, doch bei einer gegensätzlichen Wicklung würde sich die induzierte Spannung aufheben (linke Hand Regel)?

Gruß, Detlef

Hallo Aloys,

Zum Thema "bifilar" widerspricht Dir Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Bifilar - dort wird eine bifilare Wicklung stets als im gleichen Verhältnis gegenläufige Wicklung von zwei Drähten aufgeführt, mit dem Ziel die induktiven Blindwiderstände (bei z.B. Drahtwiderständen) zu eliminieren. In der Zeichnung aus dem Link zu dem ich mit dem Verweis auf eine bifilare Wicklung geantwortet habe, sind die Spulen in Serie gewickelt und im Magnetfeld nach meiner Ansicht als "bifilar gewickelt" zu bezeichnen, da sich die induzierten Spannungen/Ströme in Bezug auf die Magnetfeldpolung aufheben müssten.

So wie ich es in der Schule gelernt habe (und soweit ich mich daran erinnere) wird bei einem Drehstromgenerator die 120° Phasenverschiebung dadurch hervorgerufen, das die Spulen örtlich eben um 120° Winkelverschoben sind (360 Vollkreis in drei Segmente à 120°). Theoretisch könnte ein Drehstromgenerator auch mit zwei um 180° oder 4 um 90° verschobenen Phasen bestückt sein, was jedoch immer ein Anlaufproblem eines synchron Drehstrommotor mit sich bringen würde da die elektromagnetischen Nord und Südpole (Anker/Stator) im schlimmsten Fall exakt 180° zueinander stehen und so der Motor nicht selbstständig anlaufen würde.
Ein Dreiphasen Drehstromgenerator ist demnach entweder mit 1x3 Spulen und 2 Magneten als 2 poliger Generator (3000U/min - 50Hz) oder mit 2x3 Spulen und 4 Magneten als 4 poliger Generator (1500U/min - 50Hz) aufgebaut.
Nach meinem Verständnis werden die drei Spulen, die je zu einer Phase gehören und im Verhältnis gleichmäßig zueinander verschoben sind (2polig 120°, 4polig 60°, 6polig 40°, 8polig 30°...) als je 1 Spule (1x3) gezählt, wenn es um das Verhältnis Pol/Magnetzahl zu Spulen geht - oder? Denn jede Spule für sich induziert eine Spannung, eine Phase, die separat genutzt werden können, denn ein Drehstromgenerator erzeugt drei Phasen, 3x 230V (Phase zu Nullleiter/Sternschaltung) oder 3x400V (Spannung zwischen Phase und Phase L1-L2, L2-L3, L3-L1 - Dreieckschaltung). Ergo hat weder die Magnetanordnung etwas mit der Phasenverschiebung in unserem Drehstromnetz zu tun, noch die Zusammenschaltung der Spulen im Stator. (mein Verständnis)

Aus dem Grund verstehe ich logisch den Aufbau 9 Spulen zu 12 Magneten (3:4) nicht. Wenn die Magneten (z.B. des Scheibengenerators) abwechselnd Nord/Südpol, angeordnet sind, dann werde die beiden Schenkel einer Spule nicht zeitgleich von magnetischen Feldlinien des Nord und Südpol "geschnitten". Nach den elektromagnetischen Induktionsgesetz (laut Wikipedia) wird in einer Leiterschleife deren Windung 180° verschoben ist und die in einem Magnetfeld gedreht wird, eine optimale induzierte Wirkung erzielt, weil die Winkelgeschwindigkeit der Leiterbahnen zum Magnetfeld immer gleich ist und die induzieret Spannung sich durch die 180° Anordnung addiert.
Ich habe versucht Bilder hochzuladen und weiß nicht ob das geklappt hat, denn bei der Funktion "Vorschau" konnte ich die Bilder nicht sehen.

In einem Aufbau eines Generators mit einem Verhältnis Spulen zu Magneten 3:4 wird Strom induziert. Nach meinem theoretischen Verständnis jedoch nicht optimal, so wie es bei einem Verhältnis Spulen zu Magneten 1:2 wäre - selbst wenn es sich um einen Drehstromgenerator handeln würde, da jede Phase einzeln betrachtet werden müsste, denn jede Phase für sich induziert einen 50Hz Wechselstrom, so wie sie in einem Wechselstrom Generator auch induziert werden würde. Ein Drehstromgenerator ist nach meinem Verständnis nichts anders als drei Wechselstromgeneratoren in einem Gehäuse um je 120° Winkelverdreht...

...9 Spulen müssten demnach zur optimierten Induktion mit 18 Magneten zusammenarbeiten, wenn die Spulen nebeneinander liegen und wenn die 9 Spulen überlappend angeordnet wären, so müssten es 3 magnetische Pole und somit 6 Magneten sein. Ich denke einfacher wäre jedoch ein gradpoliger Aufbau, also 2, 4 oder 8 Pole.

Wo ist mein Denkfehler warum mir das Verhältnis Spulen zu Magneten 3:4 (9:12) nicht ins Konzept des Verständnis passen will???

Wenn du ein Verhältnis 1:2 hast, bekommst du aber keine Phasenverschiebung zwischen den Spulen. Die willst du aber für einen ruhigeren Lauf haben.

Danke für die informativen Antworten! Bitte entschuldigt, wenn ich nicht so schnell antworte, zurzeit ist bei uns viel zu tun und die Arbeit geht vor dem Hobby...

Hallo Aloys,

Danke für die ausführliche Erklärung! Ich bin ein visueller Mensch, deswegen sind zum Verständnis für mich Bilder wichtig und einfacher.
Wenn ich Dich richtig verstanden habe, dann wäre links unten eine Anordnung überlappender Spulen mit passender Magnetbestückung und rechts oben die passende Drehstrom Wicklung mit nebeneinander liegenden Spulen und passender Anordnung der Magneten?

Ich habe gelesen, das es zwei verschiedene Bauarten von eisenlosen Generatoren gibt. Eine Art wird "Glockenanker-Motor/Generator" genannt und ist im Verhältnis Länge/Durchmesser wie ein herkömmlicher Generator, also länger als hoch. Diese Bauform soll im Wirkungsgrad geringer sein als der Typ "Scheiben-Motor/Generator" die dem der Durchmesser im Verhältnis wesentlich größer ist als die "Länge" (bzw. dann Bauhöhe)?

Nach meinem Verständnis sollten bei einem Scheibengenerator der Durchmesser so groß wie möglich sein, damit die Schenkel der Spulen so lang wie möglich sind. Und die Schenkel/Wicklungen der Spulen sollten möglichst parallel zu den Magneten in der Scheibe stehen, was bedeuten würde, das die Spulen ein dreieckiges/trapezförmiges Design erhalten?

Ich habe einen Scheibengenerator gesehen, der im Aufbau mit drei Magnet bestückten Scheiben und zwei mit Spulen versehenen Scheiben konstruiert war. Dazu habe ich auch Fragen.
Bei den beiden oben/unten-liegenden Magnetscheiben sollten sogenannte Rückschlussscheiben eingesetzt werden (wie ich verstanden habe, dienen die Rückschlussscheiben dazu das Magnetfeld zu bündeln?). Was ist mit der mittleren Magnet bestückten Scheibe, reicht es wenn dort einfach nur Magneten in eine z.B. Acrylscheibe eingesetzt werden? Oder ist eine anderweitige Konstruktion nötig um die Magnetfelder zu bündeln?
Bringt ein solcher doppelstöckiger Aufbau einen Vorteil?

Danke für Eure Hilfe! Je mehr ich mich damit beschäftige, desto interessanter wird das Thema, aber umso mehr Fragen kommen auch.

Grüße aus Foshan,
Detlef

Hallo Detlef

Zu dem Bild links unten, diese Anordnung bringt drei Halbwellen (3 Phasen) hintereinander mit der Welle nach oben, und dann alle drei Halbwellen nach unten.
Das ist zwar auch 3 Phasenstrom, aber die sollen ja durcheinander, also gleichteitig Wellen oben und unten haben.
Das geht, wenn die Spulen wie im Bild angeortnet sind, aber die mittlere, gelbe Phase, umgekehrt angeschlossen wird, also Ende und Anfang vertausch werden, auch.

So ein doppelstökiger Generator hat von unten nach oben, ein Rückschlußring mit Magneten, dann im ersten Luftspallt den Stator Nr !, dann einen reinen Magnetring, der die Magnetfelder weiter zum nächsten Stator Nr2 leitet, und hinter diesem wieder Magnete mit Rückschlußring.
So geht das Magnetfelt durch beide Statoren mit der Führung und Verstärkung des Feldes, zwischen Ihnen, durch den Magnetring .
Es stehen so aber nur drei Magnete, die praktisch in reie arbeiten, den beiden Luftspallten gegenüber.
Das Feld wird insgesammt daturch etwas schwächer ausfallen.

So etwas ist für eine Serienfertigung von Generatoren unterschiedlicher Leistung eine gute Möglichkeit immer gleiche Bauteile zu verwenden, um dann für grössere Leistung 2 hintereinander zu bauen.

Gruß Aloys.

Hallo Aloys,

Ich habe eine Frage zu den Rückschlussscheiben. Wie dick müssen solche Scheiben im Verhältnis zu den Magneten sein? Aus welchem Material sollten die Rückschlussscheiben sein? Und wenn ich wie auf dem Bild Keile einsetze, aus welchem Material sollten die Keile sein?

(Übrigens, die Zeichnungen sind mit SketchUp einen Free 3D Zeichenprogramm erstellt)

Grüße,
Detlef

Hallo Aloys,

Ich hatte geplant die Rückschlussscheiben etwa 5mm dick zu machen und die Magneten 60x20x10, also 10mm dick. Die Keile sollten dann also zum Beispiel aus Aluminium sein? Oder kann es auch PMMA sein?
Ich spiele erst zeichnerisch etwas rum, eine andere Magnetbestückung wäre mit einem Halbach Array, ich denke dann müssten die Keile aber wieder aus Eisen (magnetisch) sein oder? Zeichnungen kosten noch kein Geld und lassen oft noch Fehler in der Planung erkennen. Ich mag das Zeichenprogramm SketchUp, es ist nach meiner Ansicht wesentlich einfacher zu bedienen als ein CAD Programm. Ich überlege schon mir die Pro Version zu kaufen, da ich dann mittels dgx und anderen Formaten mit jeden CAD Programm und somit auch mit unserem Laser Cutter und 3D Drucker kommunizieren kann. Vielleicht bekommen wir in Zukunft auch noch CNC gesteuerte Maschinen - dann wäre alles für mein Hobby perfekt - ich darf unseren Maschinenpark auch privat nutzen, wenn ich es nicht übertreibe...

Gruß Detlef

P.S. ich sehe gerade wie oft einige Bilder herunter geladen wurden - wäre schön wenn noch mehr Leute antworten und nicht nur heimlich dabei sind - oder habt ihr keine Erfahrung so wie ich?

Hallo XXL Ray

Das mit dem "Basteln" kann ich gut verstehen

Zum Verständnis - wenn ich einen Scheibengenerator wie auf dem gezeigten Bild habe, zwei Scheiben mit Spulen und drei Scheiben mit Magneten und diese Bauart in einem einfachen Aufbau umwandeln möchte ohne den Durchmesser zu verändern. Müsste ich theoretisch die eine Spulenscheibe doppelt so hoch machen um die Menge an Kupfer/Drahtwindungen aus zwei Scheiben in einer Scheibe unterzubringen - richtig? Die Größe der Magneten müsste sich ebenso verändern, mindestens um 50% pro Rückschlussscheibe, die dementsprechend auch dicker ausfallen müsste.
Der Abstand der beiden Rückschlussscheiben würde sich verdoppeln (wegen dem mehr an Kupfer) - wie ist es dann mit dem magnetischen Fluss zwischen den Scheiben, da sich der Abstand verdoppelt hat? Wird das Magnetfeld durch den größeren Abstand schwächer, oder wird dieser Umstand durch die 50%ige Erhöhung der Magneten pro Rückschlussscheibe kompensiert?

Ich muss sagen, das Thema ist sehr komplex und es sind viele Dinge zu bedenken. Deswegen danke ich Euch für Eure Unterstützung und Geduld meine Fragen zu beantworten und Euer Wissen und Eure Erfahrungen mit mir zu teilen!

Grüße aus Foshan,
Detlef

Warum tut eigentlich keine Eisen in die Spulen? Das wuerde doch den Magnetfluss in der Spule drastisch verstaerken.