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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik messen wieviel Strom "zur Verfügung steht"


Autor: Jonny Bee (Gast)
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Hallo zusammen

Diefolgende Frage ist theoretischer Natur, also:

Wenn ich einen Generator (z.B. Fahrraddynamo) habe, der bei Nennleistung 
6Volt und 3Watt liefert, wie kann ich dann "messen" wieviel Strom der 
z.B. bei halber Leistung produziert.
Also ums klarer zu machen:

Der Dynamo ist so ausgelegt, dass er in einer bestimmten Radgrösse bei 
einer gewissen Geschwindigkeit, zum Beispiel bei 20km/h in einem 26" 
Rad, seine volle Leistung erbringt. Wenn ich jetzt aber wissen will, 
wieviel watt mir bei , z.B. 12km/h zur Verfügung stehen, welche 
Schaltung brauche ich denn da?

Würde es genügen, einen sehr starken Widerstand, der sicher über der 
erbrachten Leistung liegt anzuschlissen und den Strom zu messen, der 
dann fliesst - damit wüsste man dann ja Bescheid über die erbrachte 
Leistung, oder funktioniert das so nicht? (fürfte ja eigentlich nicht da 
das rein theoretisch den Dynamo überlasten müsste)

Wie könte man das denn sonst messen, wie macht ihr das?

Liebe Grüsse


Jonny Bee

: Verschoben durch Admin
Autor: einbesucher (Gast)
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ich nehme an die Frage darf nicht lauten: "wieviel Strom der
z.B. bei halber Leistung produziert."

sondern müsste lauten: welche Leistung kann der Dynamo bei 
Geschwindigkeit x zur Verfügung stellen.


Die theoretische Betrachtung ist nicht ganz so trivial, am besten wäre, 
man hätte ein Datenblatt des Dynamos, evtl. stellt der Hersteller eins 
zur Verfügung?

Praktisch gilt: Man kann den Dynamo mit immer kleineren Widerständen 
belasten, was zu immer höheren Strömen und zu immer höheren abgerufenen 
Leistungen führt. Irgendwann ist der Dynamo dann an der Grenze und die 
Spannung wird zusammenbrechen. Natürlich kannst du damit auch das Ding 
überbeanspruchen, es hat nämlich bestimmt keinen Strombegrenzer ;-)

Autor: MaWin (Gast)
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Zur Strommmessung schliesst man ein Amperemeter an,
denn wenn man wie du nach "wie viel Strom" fragt
ist der Kurzschlussbetrieb die richtige Antwort.

Natürlich war deine Frage falsch, denn im Kurzschluss
liefert das Ding keine Leistung mehr, die Frage nach
dem Strom war also unsinnig.

Du hättest nach der maximalen Leistung fragen müssen,
bei der muss man die Belastung anpassen (es sei denn
man kennt den Innenwiderstand der Quelle, dann kann
man immer mit diesem konstanten Widerstand belasten,
leider ist der Innenwiderstand eines Dynamos nicht
konstant sondern abhängig von der Drehzahl=Frequenz
eben damit nicht mehr als 3W herauskommen und deine
lampen grillen würden).

Zur Ermittlugn der maximalen Leistung tut es also nur
ein MPP maximum power point tracking.

Allerdings ist das beim Fahrraddynamo reichlich witzlos,
ab einer bestimmten Geschwindigkeit liefert der recht
zuverlässig 3 Watt und nur 3 Watt, und darunter eben
sowieso zu wenig.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Jonny Bee schrieb:
> Würde es genügen, einen sehr starken Widerstand, der sicher über der
> erbrachten Leistung liegt anzuschlissen und den Strom zu messen, der
> dann fliesst - damit wüsste man dann ja Bescheid über die erbrachte
> Leistung, oder funktioniert das so nicht?
Es funktioniert eigentlich schon....
Aber: es ist nicht garantiert, dass du dann auch die maximale Leistung 
aus dem Generator herausholst. Denn die maximale Leistung hast du, wenn 
dein Lastwiderstand genauso groß ist wie der Innenwiderstand des 
Generators...

Autor: Einfach (Gast)
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Das Buch sagt da:
Stromanpassung     : R_Last = << R_innen

Spannungsanpassung : R_Last = >> R_innen

Leistungsanpassung : R_Last = R_innen

P_max = U_out² / 4 R_innen

Autor: Einfach (Gast)
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Erklärung zu:
 > P_max = U_out² / 4 R_innen

Die U_out entspricht nicht der Klemmenspannung, sondern der erzeugten 
Ur-Generatorspannung (ohne Verlust am Innenwiderstand).

Autor: befestiger (Gast)
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MaWin schrieb:
> Natürlich war deine Frage falsch, denn im Kurzschluss
>
> liefert das Ding keine Leistung mehr, die Frage nach
>
> dem Strom war also unsinnig.
>
>
> Du hättest nach der maximalen Leistung fragen müssen...
>
>

Mal wieder eine typische MaWin-Antwort...

Hauptsache erstmal den Fragenden verunglimpfen.

Das Wort "sachlich" ist ihm fremd. Schade.

Autor: Peter R. (pnu)
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Wenn der Generator linear arbeitet, was er unterhalb seiner maximalen 
Leistung ( bei den oben genannten 20km/h beispielsweise) wohl tut, und 
wenn der Schlupf zwischen Rad und Generator nicht allzu groß ist, kann 
man folgende Annahmen machen:

Die Spannung ist proportional zur Geschwindigkeit.
Damit ändert sich auch der Strom proportional zur Geschwindigkeit.

Die maximal entnehmbare Leistung ändert sich mit dem Quadrat der 
Geschwindigkeit.

Bei nichtlinearer Last, einer Glühbirne beispielsweise, ändern sich die 
Verhältnisse etwas:

Sie hat die Tendenz, den Strom zu stabilisieren. Dann ändert sich die 
Leistung nicht mehr so schnell (quadratisch), das ist aber nur 
ermittelbar, wenn man die Kennline der Lampe und damit die Kennlinie U = 
f(I) zur Verfügung hat.
Würde z.B. die Glühlampe für I = const. sorgen, änderte die Leistung 
sich nur proportional zur Geschwindigkeit.

Die maximal verfügbare Leistung kann man ermitteln, indem man Rinnen = 
Rlast macht und aus der dann entstehenden Spannung oder dem bestehenden 
Strom P = Iquadrat mal R rechnet  - bzw. U quadrat durch R. Dieser Wert 
wird sich auch proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit verändern.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Peter R. schrieb:
> Die maximal entnehmbare Leistung nimmt mit dem Quadrat der
> Geschwindigkeit ab.

Bitte? Das erkläre mir mal etwas genauer.
Du sagst wenn z.B. bei 15km/h die entnehmbare Leistung 6W ist, dann iste 
bei 30 km/h (doppelte Geschwindigkeit) die entnehmbare Leistung nur noch 
1/4 (nimmt im Quadrat ab) also 1,5W???????
Und warum bitte sollte sich das so verhalten? Vertauschst Du da nicht 
einfach etwas mit P = U²/R?

Ich würde eher denken, daß die maximal entnehmbare Leistung in erster 
Näherung nur vom Strom abhängt, da er bei zu viel Strom einfach zu heiss 
wird und die Wicklung durchbrennt. Auch der Innenwiderstand hängt doch 
zunächst mal (in grober erster Näherung) vom Widerstand der Wicklung ab 
und damit die Verlustleistung im Dynamo vom Strom.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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U.R. Schmitt schrieb:
> Peter R. schrieb:
>> Die maximal entnehmbare Leistung nimmt mit dem Quadrat der
>> Geschwindigkeit ab.
>
> Bitte? Das erkläre mir mal etwas genauer.
> Du sagst wenn z.B. bei 15km/h die entnehmbare Leistung 6W ist, dann iste
> bei 30 km/h (doppelte Geschwindigkeit) die entnehmbare Leistung nur noch
> 1/4 (nimmt im Quadrat ab) also 1,5W???????

Ähh Peter, du hast jetzt aber schnell deinen Text geändert oder?

Autor: Peter R. (pnu)
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Ja, so ist es, beim dritten Überlesen fiel mir die krumme Formulierung 
auf.

Beim Fahrraddynamo stellt die im Generator erzeugt Wärme wohl nicht die 
Grenze dar, sondern nur die durch Innenwiderstand und Leerlaufspannung 
bestimmte Leistungsabgabe.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Peter R. schrieb:
> Beim Fahrraddynamo stellt die im Generator erzeugt Wärme wohl nicht die
> Grenze dar, sondern nur die durch Innenwiderstand und Leerlaufspannung
> bestimmte Leistungsabgabe.

Hmm, mir ist einer abgeraucht weil ich mit der Standardbeleuchtung ne 
längere leichte Gefällestrecke mit knapp über 40 gefahren bin. Ich tippe 
auf zu viel Strom und zu viel Wärme. Verschleiß wars garantiert keiner, 
fahre fast nie im Dunkeln.
Und das ist ein Markenrad vom Fachhändler, keins von Lidl oder Aldi.

Autor: Peter R. (pnu)
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Na ja, da spielt das quadratische Verhalten schon eine Rolle. In solch 
einem Extremfall, wo 3W bei 20 km/h Nennfall sind, hats eben bei 40km/h 
12W - und das reicht schon, um einen Dynamo zu schmoren.

Aber diese Dynamos sind nicht für Leute ausgelegt, die mit 40 Sachen 
durch die Gegend rasen, womöglich auf einem von Fußgängern mitbenutzten 
Radweg.

Oder, anders gesagt, die Ausnahme mit 40km/h dürfte wohl nicht den 
Regelfall darstellen.

Autor: Henry (Gast)
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Pech, dass in der Formel nichts quadratisches enthalten ist.

Induzierte Spannung(V):  E = -N x dphi/dt

Autor: Markus (Gast)
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Henry schrieb:
> Pech, dass in der Formel nichts quadratisches enthalten ist.
>
> Induzierte Spannung(V):  E = -N x dphi/dt

zum Glück ist in P = U*U/R was quadratrisches enthalten ;-)

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Peter R. schrieb:
> Aber diese Dynamos sind nicht für Leute ausgelegt, die mit 40 Sachen
> durch die Gegend rasen, womöglich auf einem von Fußgängern mitbenutzten
> Radweg.
>
> Oder, anders gesagt, die Ausnahme mit 40km/h dürfte wohl nicht den
> Regelfall darstellen.
Wie kommt es eigentlich daß du mir einfach so Gefährdung 
unterstellst????
Sorry, aber das war eine Landstraße mit längerer leichter Gefällstrecke, 
und 40 ist nicht gerast. Und der Dynamo sollte sowas für 5 min. 
aushalten.

Spar dir deine Kritik für die Rennradfahrer auf, die ihr Hirn 
ausschalten und über jede rote Ampel brettern.

Peter R. schrieb:
> Beim Fahrraddynamo stellt die im Generator erzeugt Wärme wohl nicht die
> Grenze dar, sondern nur die durch Innenwiderstand und Leerlaufspannung
> bestimmte Leistungsabgabe.
Peter R. schrieb:
> wo 3W bei 20 km/h Nennfall sind, hats eben bei 40km/h
> 12W - und das reicht schon, um einen Dynamo zu schmoren.

Irgendwie kannst du dich in deiner Argumentation nicht entscheiden.

Wenn du 20km/h in der Ebene als Regel siehst bist du entweder jenseits 
von 75 oder ein notorischer Sesselhocker :-)
Ich bin weiß Gott nicht sportlich aber mit einem normalen Tourenrad 
fährst du eher 24 bis 27 km/h im Schnitt.

Autor: tex (Gast)
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Die Messung ist eigentlich recht Simpel.
Über 2 unterschiedlich große Lastwiderstände (es geht natürlich auch mit 
einem) misst Du den Spannungsfall über dem Widerstand. Aus den 
Messwerten kannst Du Dir den "aktuellen" Innenwiderstand der Quelle 
ausrechnen, was Dir wiederum Auskunft über den maximalen Strom, bzw die 
maximal abnehmbare Leistung liefert.

Autor: Henry (Gast)
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Peter R. schrieb:
> Beim Fahrraddynamo stellt die im Generator erzeugt Wärme wohl nicht die
> Grenze dar, sondern nur die durch Innenwiderstand und Leerlaufspannung
> bestimmte Leistungsabgabe.

Genau, der Innenwiderstand ist ein festes Merkmal der Konstruktion, aber 
eine Leistungsabgabe ist im Zustand ´Leerlaufspannung´ gar nicht 
möglich.
Da könnte Peter mal drüber nachdenken.

Autor: Jonny Bee (Gast)
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tex schrieb:
> Die Messung ist eigentlich recht Simpel.
> Über 2 unterschiedlich große Lastwiderstände (es geht natürlich auch mit
> einem) misst Du den Spannungsfall über dem Widerstand. Aus den
> Messwerten kannst Du Dir den "aktuellen" Innenwiderstand der Quelle
> ausrechnen, was Dir wiederum Auskunft über den maximalen Strom, bzw die
> maximal abnehmbare Leistung liefert.

Okay, aber du sagst was von dem "aktuellen" Innenwiderstand, und die 
Andern sagen was von wegen:

Henry schrieb:
> Genau, der Innenwiderstand ist ein festes Merkmal der Konstruktion

Also was stimmt denn nun?

Wenn ich weis wie hoch der Spannungsabfall über dem Lastwiderstand ist, 
wie kann ich dann auf den innenwiderstand schliessen? Ich wäre froh wenn 
du mir das Ganze ein bisschen von A bis Z erklären könntest, denn ich 
bin ein bisschen verwirt - alle schreiben etwas anderes!?

Oder ist es einfach tatsächlich so einfach (wenn auch nicht 100% 
präzise) einen grossen Widerstand anzuschliessen und den Strom zu 
messen?

Lg

Autor: MaWin (Gast)
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> Also was stimmt denn nun?

Henry's Aussage ist bei einem Fahrraddynamo eben gerade NICHT so.

Autor: MaWin (Gast)
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befestiger schrieb:
> Mal wieder eine typische MaWin-Antwort...

Noch so ein Honk der aus Feigheit mal eben zum Rumstänkern
einen neuen Namen für sich erfindet.
Dir ist wohl das Risiko zu hoch, daß ich deinem echten Namen
bei Fragen nicht mehr antworte, und pinkelst lieber anonym
anderen ans Bein.

Geh zurück in deinen Kindergarten.

Autor: Henry (Gast)
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Egal was für einen Dynamo du kaufst, der Innenwiderstand eines solchen 
Generators ist für jedes Modell spezifiziert (auch dann, wenn keiner der 
Hersteller ein Datenblatt rausrückt), er ist fix, auch wenn MaWin das 
erst mal nur bestreitet und nicht ausführt.
Es gibt keine Kobolde die so nach Bedarf schnell mal ein paar 
Kupferdräht drauf- oder wieder abwickeln.

Autor: Hans Mayer (hansilein)
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spulenwiderstand!=innenwiderstand

Autor: U. B. (pasewalker)
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> Beim Fahrraddynamo stellt die im Generator erzeugt Wärme wohl nicht die
> Grenze dar, sondern nur die durch Innenwiderstand und Leerlaufspannung
> bestimmte Leistungsabgabe.

>> Genau, der Innenwiderstand ist ein festes Merkmal der Konstruktion, aber
>> eine Leistungsabgabe ist im Zustand ´Leerlaufspannung´ gar nicht
>> möglich.

Der Fahrraddynamo ist so konstruiert, dass er in einem grösseren 
Geschwindigkeitsbereich
( ca. 10 ... 25 km/h, hängt logischerweise vom Raddurchmesser ab ! ) für 
einigermassen helles Licht sorgt UND die ( Glüh-) Lampen am Leben lässt.

Seine Leerlaufspannung ( übrigens nicht gerade sinisförmig ) ist 
drehzahlproportional und damit ausgesprochen ungünstig.

Deswegen hat er relativ grosse Streuinduktivität "eingebaut"; deren 
Impedanz ist genauso drehzahlabhängig und wirkt sich bei zunehmender 
Geschwindigkeit stärker aus.

Der Dynamo ist also eher eine reale Stromquelle als eine 
Spannungsquelle, bei 25 km/h ist die Leerlaufspannung wesentlich höher 
als 6 V.

Merkt man sofort, wenn der Scheinwerfer abbrennt: Das Rücklicht wird 
dann völlig überlastet und verabschiedet sich gleich hinterher.

( Im Netz gibt's dazu auch einige Abhandlungen. )

Autor: Hans Mayer (hansilein)
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"Etwas zur Technik:
Ein Nabendynamo ist gemäß STZVO konstruiert. Das heißt, er liefert bei 
"normaler" Radfahrer-Geschwindiigkeit (etwa 15 km/h) eine Leistung von 3 
Watt an eine 6 Volt Beleuchtungsanlage. Bei höheren Geschwindigkeiten 
steigt der (komplexe) Innenwiderstand Zi des Dynamos so weit an, dass 
die Ausgangsspannung bei konstanter Last (unveränderte Lampenschaltung) 
nur unwesentlich ansteigt.

Die Ausgangsspannung des Dynamos ist im Leerlauf, d.h. bei fehlender 
Belastung und den üblichen Fahrrad-Geschwindigkeiten in etwa 
proportional zur Geschwindingkeit. Hierzu aus [1] die folgenden 
Anhaltswerte: bei 16 km/h etwa 12 V und bei 40 km/h etwa 30 V (effektive 
Wechselspannung).

Wenn jedoch der Lastwiderstand erhöht wird, d. h. anstelle einer 
Scheinwerferlampe werden zwei Lampen in Serienschaltung betrieben, dann 
kann der Dynamo eine höhere Spannung (12 Volt) und somit auch eine 
höhere Leistung (12V x 0,5A = 6 Watt) erzeugen. Aber nur bei 
entsprechend höheren Geschwindigkeiten (> 20 - 25 km/h). Bei geringen 
Geschwindigkeiten ist das Licht (mit den zwei Lampen in Serie, ohne 
Extramaßnahmen) zwangsläufig schlechter, oder gar unzureichend."

aus http://home.vrweb.de/~k-d.redeker/akkulamp/Charger2.htm

Autor: MaWin (Gast)
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> auch wenn MaWin das erst mal nur bestreitet und nicht ausführt

Muss ich das erst ausführen, damit du das auch noch lernen kannst ?

Kannst du nicht selber nachschlagen ?

Schon einfachste grundlegende Überlegungen sollten dir sagen, daß ein 
Fahrraddynamo offenbar was besonderes ist, denn sonst würden an ihm die 
üblichen Glühlampen nicht überleben, bzw. bei normaler Fahrt nicht hell 
genug sein können.

Damit ein Fahrradynamo das kann, kann er keinen konstaten 
Innenwiderstand haben, sondern muß einen drehzahlabhängigen 
Innenwiderstand besitzen, also einen frequenzabhängigen. Das hatte ich 
übrigens oben schon ausgeführt, du hättest meine Beiträge nur mal 
aufmerksam lesen müssen.

Frequenzabhängige Widerstände arbeiten mit dem Blindwiderstand von 
Spulen und Kondensatoren, sind also komplexe Widerstände und nicht rein 
ohm'sche Widerstände, die das einzige sind was du zu kennen scheinst.

Schlag also mal nach wie ein Fahrradynamo funktioniert, oder lies was 
die beiden zuvor dir schon vorgekaut haben.

Autor: Henry (Gast)
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> Frequenzabhängige Widerstände arbeiten mit dem Blindwiderstand
 > von Spulen und Kondensatoren
Hmm, und wo sind die, außer du zählst die Lampendrahtwendel und das 
Schutzblech aus Kunststoff dazu, auf dem die Kohleleitung aufgdruckt
liegt ?
Und Feld-Eisen gibt es kaum in der Naabe.
Das ist der Physikversuch mit U-Magnet und Cu-Draht, da findet
auch keine Verschiebung von Spannung u. Strom statt.

Dazu hattest du nichts zu sagen (von Hans Mayer):
 > anstelle einer Scheinwerferlampe werden zwei Lampen in
 > Serienschaltung betrieben

die Erklärung:
 > dann kann der Dynamo eine höhere Spannung (12 Volt) und
 > somit auch eine höhere Leistung (12V x 0,5A = 6 Watt) erzeugen.

Ja, sollten 2 Lampen in Reihe den Strom nicht halbieren?

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