Schrittmotor gleichrichten, wie?

2 Phasen bipolar
 
o_lampe
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Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 24.09.2022 - 08:57 Uhr  ·  #1
Ich habe gestern zwei Schrittmotoren über einen Zahnriemen gekoppelt um so das Generatorverhalten bei stabilen Drehzahlen zu testen.
Als Geni habe ich einen 12V/0.4A Stepper aus einem alten 3D Drucker auserkoren.
Alle Schaltbilder, die ich gefunden habe, beziehen sich aber entweder auf einphasigen AC oder Dreiphasen AC im Stern/Dreieck.
Um sicher zu gehen, habe ich die zwei getrennten Spulen separat gleichgerichtet mit 8 Einzeldioden.

Aber es gibt doch sicher auch hier eine Möglichkeit, die beiden Spulen zusammenzuführen?

 
FamZim
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 24.09.2022 - 12:06 Uhr  ·  #2
Hallo

Dieser Motor hat 2 Spulen oder Parungen.
Sie werden abwechselnd mit Spannung versorgt und erzeugen dadurch die Drehung.
Als Generator erzeugen sie abwechseln eine Spannung und können gleich gerichtet werden mit je einer Brücke, das ist schon mal richtig.
Man kann aber auch je eine Leitung zusammenlegen zu einem kwasi Sternpunkt.
dann hat man 3 Leitungen.
Diese dann wie Drehstrom behandeln und gleichrichten.
Ist auch nicht obtimal , braucht aber nur 6 Dioden.
Da es eh nur geringe Spannung gibt möglichst nur Schotkidioden mit geringer Durchschaltspannung verwenden.

Gruß Aloys.
o_lampe
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 24.09.2022 - 12:41 Uhr  ·  #3
Danke Aloys,
ich komme bei zwei Phasen nur auf 4 Dioden, aber ich bin schonmal beruhigt, dass man die Phasen zusammenschalten darf.

Schottky würde ich verwenden, habe aber massenhaft SI-Dioden zur Verfügung. Das muss für so eine Spielerei reichen.
Der Geni-Stepper hat fast 40V ausgespuckt bevor der "treibende" Stepper nicht schneller konnte.
Bei simulierten 10m/s waren es noch 13.8V; bei 4m/s immerhin noch 5.3V unter Last (270R)
10m/s entspricht bei meinem Mini Ogrinsky-Rotor 550RPM, das ist für einen Stepper schon viel, vorallem bei 16-fach microstepping (3200 steps/turn)

Ich muss mir nur noch eine bessere Last einfallen lassen, die ich regeln kann.
Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 24.09.2022 - 18:45 Uhr  ·  #4
FamZim schrieb:
Zitat
Man kann aber auch je eine Leitung zusammenlegen zu einem kwasi Sternpunkt.
dann hat man 3 Leitungen.
Diese dann wie Drehstrom behandeln und gleichrichten.
Ist auch nicht obtimal , braucht aber nur 6 Dioden.
Nur dass man bei Drehstrom an den Sternpunkt eben nicht anschließt!.... Sondern nur an R,S,T.

Wenn es trotzdem geht, gut. Müsste aber mit Oszi ergründet werden.
2 zusätzliche Dioden machen den Kohl nicht fett.
Dann doch lieber 2 Wechselstrom-Greatzbrücken mit je 4 Dioden?
Dann kann das mit dem Oszi entfallen.

Schotky, wenn sie wenig Flussspannung haben sollen, dann haben sie auch wenig Sperrspannung.
Über 100V etwa kann man auch gleich Si-Dioden nehmen.

Hab was von 40V gelesen. Also wenn das auf das Doppelte ansteigen kann, dann bitte genau hin sehen!
Bei solch hohen Spannungen rentiert sich Schotky nicht.

Dass die Spannung bei lediglich 270 Ohm so stark zusammen gebrochen ist, das macht schon nachdenklich.
o_lampe
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 25.09.2022 - 09:42 Uhr  ·  #5
Zitat geschrieben von Che

Hab was von 40V gelesen. Also wenn das auf das Doppelte ansteigen kann, dann bitte genau hin sehen!
Bei solch hohen Spannungen rentiert sich Schotky nicht.

Dass die Spannung bei lediglich 270 Ohm so stark zusammen gebrochen ist, das macht schon nachdenklich.


Hallo,
die 40V hab ich gesehen ohne Last bei max. Drehzahl von umgerechnet 45m/s.

Aber deine Bemerkung ist trotzdem ein guter Hinweis. Ich habe eine neue Messreihe mit 40 Ohm aufgenommen, ich werde die entsprechenden Leerlaufspannungen zum Vergleich ins Diagramm einfügen. (Diagramm wird nachgereicht)

Der Generator hat dabei übrigens schon bis zu 8W ausgespuckt, das finde ich erfreulich.
Jetzt muss ich noch die Leistungskennlinie des Rotors ausrechnen (eher schätzen wg. fehlendem Wirkungsgrad) und dann die richtige Übersetzung ausknobeln.
Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 25.09.2022 - 09:59 Uhr  ·  #6
Reiche doch mal einen D und eine H vom Rotor rüber! Im rechnerischen Abschätzen von erwartbaren leistungen bin ich ziemlich gut.
o_lampe
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 25.09.2022 - 10:15 Uhr  ·  #7
Danke, das wäre super!
Der Durchmesser ist 350mm und die Höhe 600mm.
Es handelt sich aber um einen (fast) unbekannten Ugrinsky VAWT. Daher kann man sowohl die Schnellaufzahl als auch den Wirkungsgrad nur schätzen.
Nach unbestätigten Quellen soll er ~40% leisten, das wurde von Experten hier im Forum aber schon bezweifelt.
Ich hätte mit Schnellaufzahl =1 und 30% gerechnet.
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 25.09.2022 - 10:40 Uhr  ·  #8
Zitat von XXLRay
Zitat
Leistung[W] = 0,5 * Luftdichte[kg/m³] * (Windgeschwindigkeit[m/s])³ * Durchströmte Fläche[m²] * Wirkungsgrad


Bei dieser Formel ist die SLZ nicht erforderlich, damit werde ich mal rechnen.

Sieht so aus als müsste ich noch grösser bauen, damit was dabei rauskommt.
4m/s => 0.11W
8m/s => 0.89 W
10m/s => 1.74 W
12m/s => 3 W
15m/s => 5.86 W

Die Leistung des Rotors steigt wesentlich schneller an, als die Leistung des Generators. Hier die richtige Übersetzung zu finden ist der Knackpunkt.
o_lampe
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 25.09.2022 - 14:16 Uhr  ·  #9
Hier das Diagramm mit Leerlaufspannung U0 und geschätzter Leistung des Rotors

 
Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 25.09.2022 - 18:25 Uhr  ·  #10
Vw über 13 m/s sind bei mitelguten Standorten wie z.B. Berlin mit 4,1 m/s Jahresmittelwind von der Wahrscheinlichkeit her uninteressant, s. Bilder 20 und vor allem 21 in http://www.geopolos.de/Entwick…c528057652

Nach bestem Wissen und gewissen ergeht die Ersatzberechnung im Anhang. Ersatz deshalb, weil der Ansatz ansich für Normalwindräder gemacht ist. Habe von der Wirkfläche rückwärts rechnen müssen.
Was beim Normalwindrad für D raus gekommen wäre, ist zu erkennen. Habe aber mit dem fn-Korr.-Faktor die wahren Drehzahlen und Drehmomente bestimmt.

Das mit dem WR klammere mal geistig aus! Würde sich bei so einem Kleinding nicht lohnen.
Der aerodyn. Cp geht linear ein. Alle anderen Cp auch.

Da bei 13 m/s eben ca. 50W möglich erscheinen, solltest Du Ausschau halten nach einem anständigen Generator.
Evtl. einen den ElvWis vertreibt.

Grüße, Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 26.09.2022 - 09:45 Uhr  ·  #11
In meinen Leistungsberechnungen ist ein Fehler. Ich habe (windgeschwindigkeit * durchströmte Fläche)³ gerechnet :/
Leider kann ich das nicht mehr korrigieren...

@Che
Mein Rotor hat einen Umfang von ~1.1m. Bei einer SLZ von 1 ergibt das 55rpm bei 1m/s. Aber du kommst auf erheblich niedrigere Drehzahlen. Weil der Generator den Rotor soweit runterbremst?
Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 26.09.2022 - 21:59 Uhr  ·  #12
Da hast Du Recht.

Da war bei mir noch ne Berechnung für einen kleinen Darrieus drin.
Außerdem habe ich beim fn_Korrektur-Faktor genau falsch rum gerechnet. Der dreht ja schneller, weil er den geringeren D hat.

Im Anhang korrigierte Version. Einfach über bisher gespeicherte Datei rüber bügeln!

Gruß, Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 29.09.2022 - 12:57 Uhr  ·  #13
Ich habe hier mal kräftig aufgeräumt und radiert. Ich hoffe es geht jetzt fachlich weiter...!
vg
max
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 05.10.2022 - 10:28 Uhr  ·  #14
Ich habe noch einen 12poligen Stator ausgegraben (18mm hoch, 50mm Durchmesser). Sein Magnetfeld ist recht schwach, was aber für wenig Rastmoment sorgt. Weniger als beim hochgelobten 3W Nabendynamo.
Würde ich ihn als Motor neu wickeln und eine neue Glocke mit Neodym Magneten spendieren, käme ich sicher auf 800-1000Watt.
Aber so wie er ist, werde ich mal versuchen, was er als Generator taugt. (50W Spitzenleistung wurde berechnet für meinen Ugrinsky Rotor)
 
FamZim
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 05.10.2022 - 14:10 Uhr  ·  #15
Hallo

Ich habe 2010 mit mehreren 24 Spuligen versuche als Motor und Generator gemacht.
Die waren 15 mm dick und 65 mm Durchmesser, also änlich Deinem Stator.
Bei ~ 6 000 U/min waren 600 W zu erreichen, das ist aber sicher nicht Deine angestrebte Drehzahl .
Alles ist dort
https://www.rc-network.de/threads/bl-als-generator.202472/
Zu lesen.
Kanst ja mal reinschauen.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 06.10.2022 - 21:52 Uhr  ·  #16
@ Lampe:
Zitat
Stator ausgegraben (18mm hoch, 50mm Durchmesser). Sein Magnetfeld ist recht schwach
Seit wann kümmert man sich um das Magnetfeld eines Stators? Was doch nur ein Restmagnetismus sein kann.

Das, was relevant ist, kommt doch vom Rotor, der die Magneten trägt.
o_lampe
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 07.10.2022 - 09:48 Uhr  ·  #17
Hallo Che,
gefällt mir, dass du alles so genau liest :)
Wenn du das Bild anklickst, siehst du auch den Rotor der dazu gehört. Dieser hat diesen Industrie-typischen weichen Magnetstreifen mit dem geringen Rastmoment. Ich hoffe, dass der im Originalzustand für 50W Generatorleistung taugt (bei den niedrigen Ugrinsky-Drehzahlen) .
o_lampe
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 07.10.2022 - 09:58 Uhr  ·  #18
Zitat FamZim
Zitat

Ich habe 2010 mit mehreren 24 Spuligen versuche als Motor und Generator gemacht.

Hallo Aloys,
hab ich mir angeschaut und die Zeitreise war erfrischend. Wieviel Halbwissen und "learning by doing" es damals noch gab, hatte ich schon fast wieder vergessen :D
Trotzdem gab es einen Aha-Effekt, der einen Unterschied zwischen Motor- und Generatorbetrieb für mich erklärt hat:
Ein Motor kann bei einer bestimmten Spannung im Leerlauf nur bis zu einer max. Drehzahl beschleunigen,
aber einen Generator kann man über diese Drehzahl hinaus betreiben, was dann zu Messwerten führt, die ich mir bisher nicht erklären konnte.
FamZim
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 07.10.2022 - 10:55 Uhr  ·  #19
Hallo

Ja achte auf den Magnetfeldschwund ! das wurde bis dato eher nicht gemessen, mußte Ich erst mal drauf kommen !
Alles mit Neodyms, die Feritte sind eigentlich auch sehr stark, lassen nur kein so starkes Feld durch wie die Neodyms.

Gruß Aloys.
Che
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Re: Schrittmotor gleichrichten, wie?

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Gepostet: 07.10.2022 - 22:12 Uhr  ·  #20
Ferrite sind bei gleichem Volumen nur ca. 1/3 so "stark", wie solche aus Nd! Mit mehr Magnetmaterial kann man aber was verbessern.

@ Lampe:
Eine wichtige Erkenntnis "Motor als Generator" ist auch, dass er als Generator die Nennspannung des Motors nicht bei dessen Nenndrehzahl erreicht, sondern erst bei etwas über der Leerlaufdrehzahl.
So zumindest für Gleichstrommaschinen mit Kommutator.
Bei synchronen Drehstrommaschinen ist das schwieriger anzuwenden, da die Drehzahl ja durch die Stromfrequenz gegeben ist.
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