Hallo zusammen, ich hab gerade ein Problem, das mir etwas zu komplex ist: Ich möchte an einem kleinen Wasserrad einen Schrittmotor als Generator einsetzen. Eigentlich funktioniert das ganz gut. Dummer Weise werden Schrittmotoren aber mit kleinen Spannungen / hohen Strömen betrieben. Dementsprechend kommen beim Generatorbetrieb auch nur kleine Spannungen raus. Und zwar so klein, das ein Gleichrichter mit Schottky-Dioden schon einen großen Teil der auffrisst. Auf was muß ich denn achten wenn ich mit einem Transformator die Spannung erhöhen möchte? Am Trafo-Ausgang hätte ich dann gerne so um die 20 Volt um damit einen Solar-Laderegler zu versorgen und damit eine 12V Autobatterie zu laden. Ich hätte beim Schrittmotor folgende Daten: Innenwiderstand von etwa 1 Ohm Frequenz ca. 20-100HZ (schöner Sinus), je nach Drehzahl Spannung 1-3 Volt Strom 1-3 Ampere Alle Daten sind ca.-Daten, da ich mich noch nicht auf einen Schrittmotortyp festgelegt habe und die Drehzahl des Wasserrades je nach Wassermenge und belastung auch schwankt. Dementsprechend ändern sich Frequenz und Spannung. Ich habe schon mal einen 230/12V Trafo an den Schrittmotor gehalten. Auf der 230V-Seite kamen da um die 50V raus. Wie finde ich jetzt meinen "optimalen" Trafo? Muß ich auf die Innenwiderstände achten? (Stichwort Leistungsanpassung) Wie wirkt sich die ändernde Frequenz aus? Einfach einen Ringkerntrafo 230V/30V 3A sekundär (entspricht 3V/23V) nehmen ist sicher zu einfach gedacht, oder? Danke für Eure Hilfe, Achim
Ist das ein Trollpost? Schrittmotor als Generator -> Trafo -> Solarladeregler -> Bleiakku Anderer Vorschlag: z.B. ne kleine Lichtmashcine inklusive Regler verwenden. Daran direkt die Batterie anschließen.
Achim M. schrieb: > Auf was muß ich denn achten wenn ich mit einem Transformator die > Spannung erhöhen möchte Der Trafo muss zur Frequenz passen, und die dürfte ziemlich variabel sein. Bei unter 400Hz könntest du einen Eisenblechkerntrafo verwenden. Er muss aber auch bei niedrigen Frequenzen ausreichen, also für hohe deutlich überdimensioniert sein. (Im Prinzip: Wer 100 W bei 100Hz übertragen will, aber auch bei 10Hz funktionieren soll, muss ihn auf 1000W auslegen). Kostenmässig also völliger Quatsch.
Flo schrieb: > Ist das ein Trollpost? > Schrittmotor als Generator -> Trafo -> Solarladeregler -> Bleiakku > > Anderer Vorschlag: > z.B. ne kleine Lichtmashcine inklusive Regler verwenden. Daran direkt > die Batterie anschließen. Wieso Troll??? Das Wasserrad hat 10-20W mechanische Leistung. Aber 24h/Tag. Also weit aus mehr als eine 50W-Solarzelle. Gerade in den dunklen Monaten. Drehzahl vom Wasserrad 1U/s. damit läuft keine Lichtmaschine. Ein Getriebe für eine vernünftige Drehzahl würde den größten Teil der Leistung fressen.... wenns sich denn überhaupt bewegen würde....
Achim M. schrieb: > Ich habe schon mal einen 230/12V Trafo an den Schrittmotor gehalten. Auf > der 230V-Seite kamen da um die 50V raus. Naja, das ist doch schon mal ein Schritt in die richtige Richtung. Mach da mal einen Gleichrichter ran und füttere das in einen Solarregler mit angeschlossenem Bleiakku. Damit der gleichgerichtete Strom etwas glatter wird, kannst du ja noch einen Reservoir Elko spendieren - vllt. was um die 2000-5000µF. Der Schrittmotor könnte übrigens mit der Zeit leiden, weil die Magnete des Rotors schwächer werden. Aber für die Wissenschaft kannste es auf jeden Fall probieren.
MaWin schrieb: > Achim M. schrieb: >> Auf was muß ich denn achten wenn ich mit einem Transformator die >> Spannung erhöhen möchte > > Der Trafo muss zur Frequenz passen, und die dürfte ziemlich variabel > sein. > Bei unter 400Hz könntest du einen Eisenblechkerntrafo verwenden. Er muss > aber auch bei niedrigen Frequenzen ausreichen, also für hohe deutlich > überdimensioniert sein. > (Im Prinzip: Wer 100 W bei 100Hz übertragen will, aber auch bei 10Hz > funktionieren soll, muss ihn auf 1000W auslegen). > Kostenmässig also völliger Quatsch. Hmmm.... Wenn ich nicht unter 50Hz gehe, dann kann ich also einen "normalen" Trafo nehmen? Bei max. 3A Motorstrom nehme ich einen Trafo mit min. 3A Sekundärstrom? (ist ja bei mir primär) Auf die Leistungsanpassung (Innenwiderstand Motor = Innenwiederstand Trafo) brauche ich nicht zu achten? Oder ergibt sich das schon von selber?
Lassen wir dann mal den Schrittmor stehen: Einen Trafo kannst du bei derart variablen Bedingungen vergessen. Da ändern sich Spannung und Frequenz gleichzeitig. Du bekommst am anderen Ende keine sinnvolle Spannung zum Laden der Batterie heraus, da ein Trafo "starr" übersetzt. Wenn schon, dann wäre ein Step-Up/Boost-Wandler sinnvoller. Der ist dann unabhängig von der Frequenz des Generators und muß nur die variierende Spannung hochtransformieren.
Achim M. schrieb: > Wenn ich nicht unter 50Hz gehe, dann kann ich also einen "normalen" > Trafo nehmen? Geht auch mit weniger als 50Hz, mit entsprechend verringerter Spannung. Einen 230V/50Hz Trafo kann man bei 25Hz eben nur mit 115V betreiben. > Bei max. 3A Motorstrom nehme ich einen Trafo mit min. 3A Sekundärstrom? > (ist ja bei mir primär) Ja, aber auf RMS achten, auch für den Motor. > Auf die Leistungsanpassung (Innenwiderstand Motor = Innenwiederstand > Trafo) brauche ich nicht zu achten? Oder ergibt sich das schon von > selber? Hat der Trafohersteller schon gemacht.
Das sind ja ganz nette Überlegungen. Das funktioniert aber nur dann einigermaßen wenn irgendetwas stabil bleibt. Aber solange Frequenz und Spannung schanken, wird die ungeregelte Spannung am Ausgang nicht sinnvoll zu einem Akku passen. Entweder du regelst die Spannungswandlung oder den "Generator". Ansonsten wird das nur leidlich gut funktionieren.
Carsten R. schrieb: > Das sind ja ganz nette Überlegungen. Das funktioniert aber nur > dann > einigermaßen wenn irgendetwas stabil bleibt. Aber solange Frequenz und > Spannung schanken, wird die ungeregelte Spannung am Ausgang nicht > sinnvoll zu einem Akku passen. > > Entweder du regelst die Spannungswandlung oder den "Generator". > Ansonsten wird das nur leidlich gut funktionieren. Das sollte mir ja der Solar-Laderegler machen. Nach dem Trafo wird gleichgerichtet und mit nem Elko geglättet. Ein Solar-Laderegler hat einen Eingangsspannungsbereich von 15-50V. Sollte also kein Problem sein.
hinz schrieb: > Achim M. schrieb: > > Geht auch mit weniger als 50Hz, mit entsprechend verringerter Spannung. > Einen 230V/50Hz Trafo kann man bei 25Hz eben nur mit 115V betreiben. > > >> Bei max. 3A Motorstrom nehme ich einen Trafo mit min. 3A Sekundärstrom? >> (ist ja bei mir primär) > > Ja, aber auf RMS achten, auch für den Motor. > > .... Mit der Aussage kann ich arbeiten! Danke!
Ein Schrittmotor ist als Generator denkbar ungeeignet, da er hohe Wicklungswiderstände hat. Diese werden im Motorbetrieb benötigt um auch im Stillstand durch anlegen einer Gleichspannung ein Haltemoment zu erzeugen. Normale Transformatoren für deine Frequenz nicht geeignet und geeignete viel zu groß. Ich würde mich mal im Fahrradbereich bei Nabengeneratoren umsehen. Diese sind darauf ausgelegt bereits bei niedrigen Drehzahlen brauchbare Spannungen zu liefern und sehr leichtgängig zu sein. Genau das was du suchst. Bin mir nicht ganz sicher, aber diese haben vielleicht schon eine geeignete Elektronik integriert. Alternativ Gleichrichten (gibt schon Schottky Dioden mit ~200mV) und anschließendem DCDC Wandler.
Was ist das denn für ein Solarladeregler? Gerade bei den 12 Volt Geräten sind viele Geräte dabei, die nur die Akuspannung überwachen und dann pulsen/trennen. Sie wandeln die Spannung nicht. Das paßt dann überhaupt nicht zu deiner Konstruktion, nicht nur daß es ineffizient ist. Ein Panel liefert einen bestimmten Strom, abhängig von der Sonnenstrahlung. Mehr Strom geht nicht. Da macht die Betriebsart keine Probleme. Einen "Generator" so "kurzzuchließen" erhöht das Drehmoment am Generator unkontrolliert. Das Ding hat dann hoffentlich eine Strombegrenzung. wenn es blöd läuft, dann das sonst sehr "unrund" laufen. Effizienz: Bei Solarpanels ist die Spanung einigermaßen vorhersagbar. Das begrenzt die Verluste bei der oben genannten Betriebsart. Bei einem Wasserrad ist das anders, zumindest wenn du dabei bleibst wie du es beschreibst. Du schreibst von 20 bis 100 Hz. Ungeregelt ergibt das aber sehr große Spannungsschwankungen. Du kannst natürlich auch den Zulauf begrenzen um damit die Schwankungen zu begrenzen. Dann sind es aber nicht mehr 20 bis 100 Hz.
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Achim M. schrieb: > Spannung 1-3 Volt > Strom 1-3 Ampere Carsten R. schrieb: > Wenn schon, dann wäre ein Step-Up/Boost-Wandler sinnvoller. Das sehe ich auch so. Bleibt das Problem mit der Gleichrichtung, wofür ich einen MOSFET-Gleichrichter empfehlen würde. Auf die schnelle hab ich gerade nur diesen Link hier gefunden: https://fahrradzukunft.de/14/mosfet-gleichrichter/ ... zumindest von der Spannung her passt es scheinbar.
Carsten R. schrieb: > Lassen wir dann mal den Schrittmor stehen: > > Einen Trafo kannst du bei derart variablen Bedingungen vergessen. Da > ändern sich Spannung und Frequenz gleichzeitig. Du bekommst am anderen > Ende keine sinnvolle Spannung zum Laden der Batterie heraus, da ein > Trafo "starr" übersetzt. > > Wenn schon, dann wäre ein Step-Up/Boost-Wandler sinnvoller. Der ist dann > unabhängig von der Frequenz des Generators und muß nur die variierende > Spannung hochtransformieren. Das mit dem Step-Up Wandler ist erstmal eine gute Idee. Auf die schnelle gefunden: https://www.ebay.de/itm/5x-MT3608-max-2A-DC-DC-Step-Up-Spannungs-Wandler-Aufwarts-Arduino-Raspberry/273140148019?hash=item3f986be733:g:yRsAAOSw8CZa1zHA Aber wie bekomme ich die Gleichspannung hin? Meine Schotty dioden haben 280mV. Macht bei zwei Stück (Brückengleichrichter) 0,56V. das ist schon ein Viertel der Leistung (bei 2V).....
Achim M. schrieb: > Aber wie bekomme ich die Gleichspannung hin? Siehe oben. Allerdings bin ich nicht sicher, ob der Link, den ich angegeben habe, gut ist, hier solltest Du selber mal recherchieren.
MiMa schrieb: > Ein Schrittmotor ist als Generator denkbar ungeeignet, da er hohe > Wicklungswiderstände hat. Diese werden im Motorbetrieb benötigt um auch > im Stillstand durch anlegen einer Gleichspannung ein Haltemoment zu > erzeugen. Das kommt noch hinzu. In der Regel rasten Schrittmotoren mehr oder weniger. Dies ist bedingt durch den internen Aufbau und auch gewünscht. Bei einem Generator will man das eigentlich nicht. 20 bis 100 Hz wären 1200 bis 6000 U/Min. Da sollte man eigentlich im Lichtmaschinenbereich fündig werden. Bei der Leistung muß es nicht vom PKW sein. Bei Zweirädern gibt es kleinere Bauarten.
M.A. S. schrieb: > Bleibt das Problem mit der Gleichrichtung, wofür > ich einen MOSFET-Gleichrichter empfehlen würde. Auf die schnelle hab ich > gerade nur diesen Link hier gefunden: > > https://fahrradzukunft.de/14/mosfet-gleichrichter/ > > ... zumindest von der Spannung her passt es scheinbar. Braucht aber ausreichend Spannung für die Gateansteuerung.
Carsten R. schrieb: > 20 bis 100 Hz wären 1200 bis 6000 U/Min. Ein Schrittmotor hat üblicherweise viel mehr Pole.
hinz schrieb: > Braucht aber ausreichend Spannung für die Gateansteuerung. Mir schwebte der Einsatz irgendwelcher Steuer-ICs vor, hatte auf die schnelle keines gefunden. Hier ist eines: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm74670-q1.pdf Das Ding enthält eine Ladungspumpe und macht sich seine Steuerspannung selbst. Diese Bausteine sind wohl hauptsächlich dafür gemacht, die Flussspannung über den Gleichrichterzweigen zu minimieren, um die Gesamtverluste zu drücken. Sie sind nicht unbedingt für den Betrieb bei sehr kleinen Spannungen optimiert. Ob das geht, muss der TO bitte selber evaluieren, ich habe keine Zeit dafür.
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Achim M. schrieb: > Drehzahl vom Wasserrad 1U/s. damit läuft keine Lichtmaschine. Ein Motor von einem Deckenventilator könnte da geeignet sein. Habe da diverse Umbauanleitungen gesehen. Eigentlich wollte ich nur wissen wie meiner funktioniert. LG old.
hinz schrieb: > Carsten R. schrieb: >> 20 bis 100 Hz wären 1200 bis 6000 U/Min. > > Ein Schrittmotor hat üblicherweise viel mehr Pole. UPS... Ja, da hatte ich im Moment zu kurz gedacht. Da hast du natürlich Recht. Es ist wohl wieder Zeit für Kaffee ;-D Man müßte die echte Drehzahl des Wasserrades kennen.
Die Lösung mit dem Schrittmotor würde ich nicht umsetzen. Entweder einen Nabendynamo aus dem Fahrradsektor -> Rund-um-Sorglospaket. Wasserdicht gekapselt in einem Gehäuse und nur 2 Anschlüsse nach außen geführt. Dazu günstig und leichtgängig ohne Rastmoment. Stattdessen könntest du auch einen Gleichstrommotor aus dem Modellbaubereich verwenden. Dann kannst du auf den Gleichrichter verzichten und direkt einen DCDC speisen..
Die Eignung des Schrittmotors ist schon sehr begrenzt. Wie schon dargelegt wurde, ist es sowieso immer problematisch, sehr, sehr kleine Wechselspannungen mit halbwegs Wirkungsgrad zu "behandeln". Die Verwendung aktiver Gleichrichtung (Fets) wurde schon angeraten. Ein möglicher Ansatz wäre stattdessen noch, aus zwei synchronen Boost-/ Aufwärtswandlern einen "Bridgeless PFC Rectifier" für kleine Spannungen zu machen. Durch die 2 Wandler würden die Halbwellen separat verwendet. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Steuerspannung für die Mosfets (die aber auch Logic Level sein könnten) könnte eine Akku- Schaltung dienen? Aber ich sehe noch weitere Hindernisse - erwähne sie nur lieber nicht. Steht der Schrittmotor wirklich fest?
Carsten R. schrieb: > > 20 bis 100 Hz wären 1200 bis 6000 U/Min. Da sollte man eigentlich im > Lichtmaschinenbereich fündig werden. Bei der Leistung muß es nicht vom > PKW sein. Bei Zweirädern gibt es kleinere Bauarten. ne ne.... ich spekuliere auf 60 U/Min. Das wären bei 200 Schritten/U 50 Hz.
harada s. schrieb: > Steht der Schrittmotor wirklich fest? Interessante Frage, insbesondere, wo doch dies hier geschrieben wurde: Achim M. schrieb: > Alle Daten sind ca.-Daten, da ich mich noch nicht auf einen > Schrittmotortyp festgelegt habe
harada s. schrieb: > ...... > Steht der Schrittmotor wirklich fest? Nicht wirklich. Bis ich diesen Tread eröffnet habe sprach alles dafür: Kugellager leicht gegen Edelstahllager austauschbar, Wasser kann dem Rest des Motors nix anhaben (läuft auch unter Wasser), Keine Kohlen, keine sonstigen Verschleißteile, gibt bei niedrigsten Drehzahlen schon Leistung ab, ist in diesem kleinen Leistungsbereich zu bekommen, KOSTET 5 EURO, aber Ihr macht mir meinen Traum jetzt zur nichte :-) Jetzt schon mal vielen Dank an Alle für das konstruktive Brainstorming!
Achim M. schrieb: >Auf die Leistungsanpassung (Innenwiderstand Motor = Innenwiederstand >Trafo) brauche ich nicht zu achten? Oder ergibt sich das schon von >selber? Nein, der Widerstand der Last (nicht die des Trafos) sollte so groß wie der Innenwiderstand des Generators sein, um die maximal mögliche Leistung zu bekommen. Der Wirkwiderstand des Trafos sollte so groß wie möglich sein, denn daß sind ja Verluste. Im Idealfall hätte der Trafo nur einen induktiven Blindwiderstand, und der Wirkwiderstand wäre unendlich. Achim M. schrieb: > Ich habe schon mal einen 230/12V Trafo an den Schrittmotor gehalten. Auf > der 230V-Seite kamen da um die 50V raus. Dann nimm ihn, oder noch besser wenn die 230V-Seite Anzapfungen hätte, vielleicht so 10 Stück, dann kannst du durch Umschalten Leistungsanpassung herstellen. Dann Gleichrichter und von da direkt auf den Akku, alles Andere ist Überflüssig, fertig. Falls du befüchtest, der Akku könnte überladen werden, noch einen Parallelregler parallel schalten, und gut ist.
Achim M. schrieb: > aber Ihr macht mir meinen Traum jetzt zur nichte :-) Nein keineswegs. Den Strich durch die Rechnung macht dir die Physik ;-) Wenn dich der passende Schrittmotor wirklich nur 5€ kostet, dann probier es doch einfach mit einem kleinen Trafo und dann ach den Gleichrichter. Bestimmt nicht der beste Wirkungsgrad aber dafür fast umsonst :-) Das mit den 50Hz am Ausgang habe ich nicht bedacht. Somit kannst du einen handelsüblichen Trafo verwenden.
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