Hallo Zusammen,

als Windneuling wollte ich einen kleinen Savonius-Rotor bauen mit 30 cm Durchmesser und 50 cm Höhe bauen. Die Leistung in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl und Windgeschwindigkeit habe ich berechnet, siehe Tabelle unten.

Nun suche ich einen passenden Generator dafür. Meine Wunsch ist Generator ohne Bürsten (d.h. keine ehemalige Lichtmaschine oder ähnliches), um den Bürstenverschleiß nicht zu haben, und ohne Getriebe, um die Energieverluste und den Wartungsaufwand mit dem Getriebe nicht zu haben.

In dem Grundlagenbeitrag im Forum stand, dass Schrittmotoren dazu gut geeignet wären. Nun gibt es ja eine ganze Reihe von Schrittmotorenherstellern mit unterschiedlich umfangreichen Datenblättern; bei E-Bay gibt es meist wenig bis gar keine Daten zu den angebotenen Schrittmotoren.
Hättet Ihr da einen Tipp, wo ich gut zu einem passenden Schrittmotor kommen könnte?

Ich wäre auch mit einer niedrigeren Spannung zufrieden, die ich dann hochtransformieren würde und/oder mit Spannungswandlern usw. arbeiten würde.

Schön, aber wenn auch nicht völlig ausschlaggebend wäre, die spannungsmäßige "Orkanfestigkeit" - dies werde ich mal kurz erklären. Mir wäre es lieb, wenn der zukünftige Savonius einen - der ja doch recht seltenen Orkane - überstehen würde. Da der Savonius unbelastet eine maximale Schnelllaufzahl von 2 hat, käme er bei orkanmäßigen 12 Windstärken, entsprechend 126 km/h bzw. 35 m/s auf maximal 4500 Umdrehungen/Minute. Sorge macht mir dort die elektrische Spannung im Motor/Generator, hier könnte es bei zu hoher Spannung dann ja zu entsprechend Überschlägen kommen. Die Leistung ließe sich ja - zumindest meiner Vorstellung als Nicht-Elektrotechniker nach - noch durch entsprechend Schaltungen in einen Bereich bringen, dass der Motor/Generator es thermisch übersteht.

Falls es bei der Motorauswahl hilft - Durchmesser und Höhe wären auch noch etwas veränderbar, um den Savonius-Rotor dann an den Motor/Generator anzupassen.

Hier der "Normal-Bereich"

Windstärke [Beaufort] 1,1 2,3 3,3 4,1 4,9 5,6 6,2 6,9 7,5
Windgeschwindigkeit [m/s] 1 3 5 7 9 11 13 15 17
Schnelllaufzahl 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Umdrehungen [U/min] 64 191 318 446 573 700 828 955 1082
Leistung [W] 0,02 0,63 3 8 17 31 51 78 114


der Sturm -Bereich

Windstärke [Beaufort] 8,0 8,6 9,1 9,6 10,1 10,6 11,1 11,6 12,1
Windgeschwindigkeit [m/s] 19,0 21,0 23,0 25,0 27,0 29,0 31,0 33,0 35,0
Schnelllaufzahl 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Umdrehungen [U/min] 1210 1337 1464 1592 1719 1846 1974 2101 2228
Leistung [W] 159 215 283 363 458 567 693 836 997

Und der "Worst-Case" im Orkan

Windstärke [Beaufort] 12,1
Windgeschwindigkeit [m/s] 35,0
Schnelllaufzahl 2,0
Umdrehungen [U/min] 4456



Viele Grüße

Malte

Wird die Windgeschwindigkeit zu hoch, kommt es zum Strömungsabriss un der Rotor dreht nicht mehr so schnell. Solange du eine Last angeschlossen hast ist auch nicht mit solch hohen Spannungen zu rechnen. Das gibt in der Regel der Generator durch seine Bauart auch gar nicht her.
Du kannst mal den PSM42BYGHW603 von Pollin oder vielleicht sogar besser den TMCM-MOTOR von Reichelt ausprobieren. Die hab ich aber noch nicht getestet.

Hallo XXLRay,

vielen Dank für die Tipps. Ich habe mir dann das Datenblatt bei Pollin heruntergeladen und hätte da noch eine Frage:

Aus dem Drehmoment kann ich mir dann die Leistung und eine entsprechende Kurve des Generators errechnen: Leistung [W] = Drehmoment [Nm ]* Umdrehungszahl [1/s],
bedeutet dieses PPS - Umdrehung pro Sekunde oder ist das besondere Abkürzung im Schrittmotorbereich?

Viele Grüße

Malte

P.S.: Copyright für den Screen-Shot liegt selbstverständlich bei Pollin GmbH

Hallo Malte
Mit meiner früheren Firma haben wir etwa 50 mal (handelsübliche von SEB) Schrittmotoren an zweiflügeligen KWAs (1,5 kw bzw 3 kW) zum Batterieladen eingesetzt. Wichtig ist (beim Batterieladen) dass die Abgabespannung mittels Transformator umgeschaltet wird. Entweder 220 Volt oder 380 Volt bei unseren Motoren. Das hat sehr gut funktioniert. Natürlich müssen diese Schrittmotoren eine grössere Übersetzung haben denn die Dinger sind einfach auf hohe Drehzahlen ausgelegt. Bei uns haben sie zwischen 750 bis 1200 U/min gedreht. Bei etwa 1000 Umdrehungen (spannungsabhängig) wurde umgeschaltet. Beim Batterieladen hast du noch keine Last solange die Batteriespannung noch nicht erreicht wird und demgemäss ist das Anlaufen (mit Ausnahme des Getriebes) kein Problem. Im Idealfall den Schrittmotor in Stern schalten, dann arbeitet er weicher. Wenn du dann zusätzlich noch zwischen jede Phase einen kleinen Kondensator klemmst (im Dreieck) funktioniert das ganze einwandfrei.
Gruss
Constant

[quote]Wird die Windgeschwindigkeit zu hoch, kommt es zum Strömungsabriss und der Rotor dreht nicht mehr so schnell. [/quote]

@XXLRay - bist Du Dir da beim Savonius sicher? Beim C-Rotor warte ich jedenfalls immer noch auf eine Möglichkeit (Formel 1 Rakete) den Punkt, wo was abreißt herauszufinden. Dort steigen die Drehzahlen linear mit der Strömung an. Das Konzept ist miteinander verwandt.

Messungen mit sehr hohen Windgeschwindigkeiten sind mir nicht bekannt, Angaben, dass beim Savonius die Strömung abreißen soll schon, mir auch, aber keine konkreten Mess-Ergebnisse oder wissenschaftliche Untersuchung dazu, die das bestätigen.

Du weißt, dass manche Fachbuchautoren den Savonius etwas desinteressiert nur pro Forma mit in ihren Inhalt aufnehmen und den Text dazu meist sehr ähnlich woanders abschreiben!

Ich hab eben nochmal bei Schulz nachgelesen:

Unter 1.1 Grundsätzliches schreibt er: "Die Drehzahl steigt linear, die Leistung mit der 3.Potenz." In diesem Kapitel ansonsten keine Angaben zu Strömungsabrissen, das ganze Buch darauf durchlesen wäre etwas zeitraubend... Vielleicht weißt Du Genaueres?

Die Leistung vorher zu berechnen wird schwierig. Schließlich wurde der als Motor und nicht als Generator gebaut. Nen groben Daumenwert hast du immer mit Nennspannung mal Nennstrom. Was PPS sein soll weiß ich nicht. Vielleicht heißt es auch power per step...

Bei diesem Schrittmotor muss die Spannung auch nicht transformiert werden. Dafür ist die Nennspannung zu gering. Auch eine hohe Übersetzung ist vermutlich nicht nötig. Genaueres bringt aber nur eien Messung.

Die Savoniusdiagramme, die ich kenne, fallen in der Regel bei hohen Windgeschwinndigkeiten ab.

Hallo in die Runde,

vielen Dank für die Tipps. Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, geht es beim Schrittmotor als Generator nicht ohne Getriebe ... ?

Die PPS habe ich jetzt gefunden, sie werden im Trinamics-Anwenderforum beschrieben.

http://www.trinamic.com/ttdg/p…f=8&t=3661

PPS sind die Anzahl der Schritte pro Sekunde, die der Schrittmotor macht. Mit dem Schrittwinkel lassen sich dann die Grad/s und daraus die Umdrehungen/s berechnen.

Gibt es denn noch andere "käufliche" Generatoren, die OHNE Getriebe auskommen?

Zum Strömungsabriss - in mindestens einer Stellung des Savonius ist bei sehr hohen Geschwindigkeiten ein Strömungsabriss wahrscheinlich, siehe Bild.
Spannend ist nur, wo diese Geschwindigkeit liegt...



Viele Grüße

Malte

Ich habe mit dem Howard Schrittmotor, der früher bei Pollin und auch oft in Ebay angeboten wurde, sehr gute Erfahrungen gemacht.
Äußerlich ähnelt er dem von XXLRay vorgeschlagenen Modell, ich bin zu wenig Elektrotechniker, um Konktetes dazu sagen zu können ob sie auch sonst ähnlich sind. Das könnte XXLRay vielleicht klären.

Mit einem 29 cm x 29 cm großen C-Rotor läuft hier bei uns ein solcher Howard Schrittmotor ohne Getriebe direkt und lädt ein paar Akkuzellen für die Ledbeleuchtung im Hühnerstall von Freund Stefan, klaglos seit drei Jahren. Vor kurzem mußte ich einen Flügel mit Panzertape sichern, weil ich Brunos Heißklebetechnik noch nicht kannte. Die Rillenlager des Motors sind bisher, obwohl sie falsch sind, es müßten bei vertikaler Drehachse Drucklager sein, noch nicht ausgeleiert, das liegt aber auch am geringen Rotorgewicht - PVC Schaumplatte, unter 200 g netto das Ganze ohne Motor.

Was ich zum Howard weiß, ist, dass da 5 Kabel rauskommen, jeweils Rot-Braun und dann grün-weiß Kabel, die klemmt man so in dieser Farbfolge an jeweils einen Brückengleichrichter und diese beiden werden dann am Gleichstrom-Ausgang parallel verbunden, so dass man dort einen Plus und einen Minus-Kontakt hat, der zum Akku läuft.

Vorsicht beim Testen mit dem Messgerät, ich hatte meinen Minimax mit 10 000 Umdrehungen dran und hab fürchtetlich eine gewischt bekommen. Über 700 V Spannung, aber wohl sehr wenig Stromstärke, sonst könnte ich das hier nicht schreiben.

Bei den Drehzahlen eines vergleichbaren Savoniusrotors mit 30 cm Durchmesser sind höhere Drehzahlen als bei meinem C-Rotor zu erwarten, insofern kannst Du damit locker die Lade-Erhaltung einer Autobatterie aufrechterhalten und nebenbei sporadisch auch ein bißchen Ledbeleuchtung veranstalten. 12er Ledriegel strahlt schon blendend weiß auf, wenn von der Hand angedreht. Das taten alle Schrittmotoren dieser Größe, die ich bisher in der Hand hatte. Aber den Kabelsalat muß man schon in der richtigen Reihenfolge anschließen, sonst gibt es weniger oder garkeine Leistung, je nachdem.

Hallo Carl,

danke für den Tipp. Das ist ja beruhigend, dass es unter bestimmten Umständen auch ohne Getriebe geht. Wenn ich das richtig verstanden, schafft der Howard-Schrittmotor sogar die 12Volt für die Autobatterie?

Viele Grüße

Malte

Guckst Du, ich gerade Howard für Dich in Drehmaschine gespannt und gemessen: Bei 140 RPM - 12 V Leerlaufspannung, bei 190 RPM - 18 V Leerlaufspannung. Ob reicht, fragst Du Guru XXLRay! Ich kein Ahnung mit Leerlaufspannung. Mein 29 cm x 29 cm C-Roti mit Howard läd prima drei 1,2V Zellen in Serie für Led vom Hühnerstall weil Kabel falsch verbunden und kleine Ahnung dass Rot-Braun auf ein Brückengleichrichter und grünweiß auf anderen richtig und powerfull. Bis XXRay getroffen und gefragt wie wird angeschlossen. Vorher nur Kabelsalat bunt, kleine Spannung, reichte aber auch für Hühnchen.

Ich habe dir schon Motore rausgesucht, die potentiell ohne Getriebe die 12V schaffen. Wie ich schon gesagt habe sind die von Haus aus aber nicht als Generatoren gedacht. Deswegen kann ich die Eignung aus den Angaben nur raten. Gewissheit bringt dir, wie schon erwähnt, nur eine Messung "am lebenden Objekt".

Hallo Carl,

vielen Dank für die Mühe, die Du Dir mit dem Ausbauen und Nachmessen gemacht hast. Da bin ich etwas gerührt...

Ich finde die Idee gut,auch 3,6 V zu nutzen, man muss sich ja nicht umbedingt auf 12 V hocharbeiten...

Hallo XXLRay,

danke noch einmal für die Motorvorauswahl - das war ein Superstart-Schritt in den Schrittmotorendschungel.

Genaue Werte wird man sicher nur messen können, das sehe ich auch so.

Mir würden ja schon Abschätzungen und Ännaherungen sehr helfen,
meine Sorgen sind, dass ich mit einem zu großen Generator den Savonius "abwürge" oder dass der Savonius bei zu kleinem Generator bei einer zu hohen Schnelllaufzahl mit dem entsprechend niedrigen strömungsmechanischen Wirkungsgrad läuft.

Wieso sollte man das nicht berechnen können?

In den Handbüchern gibt Trinamic unter Back-EMF (Abschnitt 6.4) eine Formel für die im Motorbetrieb in den Spulen induzierte Gegenspannung an. Das sollte ja mindestens ein Hinweis auf die im Generatorbetrieb induzierte Spannung sein.
Hier grabe ich mich noch mal rein.
Z.B.: http://www.trinamic.com/tmc/me…manual.pdf

Viele Grüße

Malte

Als grobe Schätzung kannst du annehmen, dass die Leistung linear mit der Drehzahl ansteigt bis du Nennleistung (Nennspannung mal Nennstrom) bei Nenndrehzahl erreicht hast. Genauer kann man das kaum berechnen, wenn man nicht mehr Details über den Innenaufbau des Motors weiß. Das geht dann aber auch über meine Kenntnisse hinaus.

Hallo
Schrittmotoren, sowie die meisten PM-Synchronmotoren, geben ihre Leistung (fast) immer im Quadrat ab, wenn sie die produzierte Leistung auf einen Widerstand abgeben. Das bedeutet Sie geben doppelten Spannung UND DOPPELTEN STROM AB. Natürlich nehmen sie die Leistung auch im Quadrat von der WkA auf. Wenn sie jetzt die Leistung an eine Batterie abgeben sieht das ganze etwas anders aus. Weil die Batteriespannung nur in einem kleinen Bereich wechselt, wird zwar die Windrad-Leistung auch im Quadrat abgenommen aber weil die Spannung nur unwesentlich ansteigen kann, wird die abgegebene Leistung (FAST NUR) lineär erzeugt. Mit höherer Leistung wird der Wirkungsgrad am Schrittmotor immer schlechter. Er wird wärmer und kann auch schneller durchbrennen. Deshalb (SIEHE OBEN IN MEINEM TEXT) haben wir die abgegebene Spannung bei hoher Leistung (mittels Transformator) erhöht um mit dem Schrittmotor wieder in einem günstigen Betriebsbereich zu arbeiten. Die Verluste am Trafo sind kleiner als OHNE Trafo. Desweiteren konnten wir den produzierten Strom über grössere Entfernungen transportieren.
Gruss
Constant

Was ich noch vergessen hatte. Wenn du einen Schrittmotor als Geberator an einer WkA betreibst UND AUCH die abgegebene Spannung varierst, kannst du problemlos die 1,5 fache bis doppelte Leistung rausholen als von der Firma als Motorleistung angegeben ist.
Gruss
Constant

Bei meinen Schrittmotoren konnte ich das bisher nicht feststellen. Muss ich mal bei den nächsten prüfen.

@Constant: Ich bin mir nicht ganz sicher, ob Du die Dimensionen der Schrittmotoren, die in diesem Thread in Frage kommen, richtig einschätzt. Der hier als Rotor dienende Savonius hat 30 cm Durchmesser und ist keinen Meter hoch. Ich vermute, Du verwechselst das mit großen Schrittmotoren aus dem Maschinenbau, die Du für Deine größeren Projekte genutzt haben könntest. Unsere kleinen Schrittmotoren die XXLRay und ich mit dem Howard vorschlugen, werden normalerweise in Druckern verbaut und haben nur sehr wenige Watt Verbrauch/Leistung. Da noch einen Trafo zwischenzubauen verkompliziert das Ganze und man weiß auch nicht, ob sich das dann sonderlich lohnt zumal es auch ohne ganz gut geht.

Hallo Carl,

gerade die kleinen Schrittmotore sind oft recht hochohmig, geben dafür aber richtig gut Spannung ab. Gegen die geringe Akkuspannung gequält, bleibt die Leistung sehr bescheiden. Eine Transformation mit Abwärtswandler oder Blech-Trafo könnte die geringe Leistungsausbeute durchaus deutlich erhöhen. Bei diesen kleinen Leistungen muss man messen und rechnen, mit Handauflegen ist dort kein Wirkungsgrad anhand der thermischen Verluste abzuschätzen.

MfG. Andreas

Hallo Carl
Natürlich bin ich mir bewusst, dass es sich hier um eine ganz kleine Anlage handelt. Ich habe ja auch geschrieben, dass wir normalerweise (VIEL) grössere Motoren eingesetzt haben, wo der aufwand natürlich ein ganz anderer ist.
Wir hatten damals mehrere (sehr viele) Konzepte auf der Drehbank getestet bevor wir uns im Endeffekt für zwei unterschiedliche Prinzipien entschieden haben. Für den Batteriebetrieb den Schrittmotor und für grössere (ab 12 kW) WkAs mit Direkt-Netzeinspeisung, den Käfigläufermotor mit Frequenzmodulator. Ich denke, es ist doch trotzdem sinnvoll aus der Erfahrung zu erzählen, das spart manchem Kollegen eine Menge (Forschungs)-Arbeit.
Gruss
Constant