Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 50 Hz Wechselstromgenerator Funktionsprinzip


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von Schrauber 47 (Gast)


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Habe vom Sperrmüll die Reste eines Synchron Generators mitgenommen 
dessen Funktionsweise ich noch nicht verstehe. Der Läufer besteht aus 
einem Permanentmagneten ( Feld orthogonal zu Drehachse ) und einer Spule 
die diesen umschließt . Spulenache ebenfalls orthogonal zur Drehachse . 
Soweit erkennbar sind Spulenanfang und Spulenende mit einer Diode 
verbunden . Schleifringe - Bürsten gibt es nicht . Der Spulenstrom - 
Erregerstrom muß folglich irgendwie durch Induktion erzeugt werden . Der 
Stator besteht aus zwei um 180 ° verdrehten Spulen . 4 Zuleitungen 
führen in die Statorspule. Auf der Generatorwelle direkt anschließend 
befindet sich eine Kurbelwelle mit Pleul und Kolben . Rest fehlt.  Ohne 
die Läuferspule würde der Scheitelwert der abgegebenen Wechselspannung 
auch bei konstanter Drehzahl stark von der angeschlossenen  elektrischen 
Last abhängen. Die Läuferspule hat folglich die Aufgabe dem 
entgegenzuwirken. Sie muß also das durch den Permanentmagnet erzeugte 
rotierende B Feld mit zunehmender elektrischer Last vergrößern. Wie das 
nun allerdings bewerkstelligt wird verstehe ich bisher nicht. Vielleicht 
kennt jemand den Trick der Geschichte ? M.f.G Schrauber 47

von Ingo W. (uebrig)


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Hier ein Faden von Klaus (RIP!), mit einem ähnlichen Fall. Bin mir jetzt 
nicht sicher, ob in diesem Faden die Funktion geklärt werden konnte, 
aber auf jeden Fall, viel Interessantes zu lesen:
Beitrag "3kw Stromerzeuger hat keine Ausgangsspannung"

von hinz (Gast)


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Ingo W. schrieb:

> Beitrag "3kw Stromerzeuger hat keine Ausgangsspannung"

Und darin der Schaltplan eines solchen Generators:

https://www.mikrocontroller.net/attachment/90275/originalschaltplan_des_Generators.png

von Schrauber 47 (Gast)


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Ingo W. schrieb:
> Hier ein Faden von Klaus (RIP!), mit einem ähnlichen Fall. Bin mir jetzt
> nicht sicher, ob in diesem Faden die Funktion geklärt werden konnte,
> aber auf jeden Fall, viel Interessantes zu lesen:

Danke . Aber über das Funktionsprinzip steht da leider nichts . 
Schrauber 47

von Ingo W. (uebrig)


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Schrauber 47 schrieb:
> Danke . Aber über das Funktionsprinzip steht da leider nichts .
> Schrauber 47

Naja, Frank hatte sich da schon an einer Erklärung versucht:
Beitrag "Re: 3kw Stromerzeuger hat keine Ausgangsspannung"

Dann versuche ich mich auch mal dran: der Restmagnetismus, in 
Zusammenhang mit der kapazitiven Blindlast, führt erstmal dazu, dass das 
Teil asynchron in Gang kommt. Die Wechselspannung in der Läuferwicklung 
wird jetzt gleichgerichtet, womit die Erregung gegen ist. Dass dieser 
Strom auch im Synchronbetrieb weiter aufrecht erhalten wird, kann ich 
mir nur in der Welligkeit der Läufermagnetisierung durch die Nuten 
erklären. Aber ich hoffe auch auf einen fachkundigen Mitleser ;-)

von Daniel G. (daniel4161)


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Hello,

ich habe mich vor einer Weile mal mit einem 3kW China-Aggregat befasst, 
dessen Aufbau mit deiner Beschreibung ganz gut übereinstimmt.

Hier war es auch so, dass auf dem Rotor eine Wicklung aufgebracht war, 
welche mit über Schleifkontakte an eine eingegossene (und in meinem Fall 
defekte) Elektronik angeschlossen war. Zusätzlich befand sich quer im 
Blechpaket des Rotors ein stabförmiger Permanentmagnet. Die Wicklung des 
Stators war üner Sicherungen mit den Ausgängen (230V, 400V) verbunden.

Meine Vermutung zur Funktionsweise:

Der Generator funktioniert als umgekehrte Synchronmaschine. Nur so kann 
eine konstante Ausgangsfrequenz (ohne Umrichter etc.) gewährleistet 
werden.
Die Wicklung auf dem Rotor wird im stationären Betrieb über die 
Schleifkontakte mit DC versorgt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, mit 
welchem die Ausgangsspannung in der Statorwicklung induziert wird. 
Soweit so gut.

Nur... woher kommt der Strom für die Erregerwicklung auf dem Rotor, wenn 
man das Aggregat hochfährt (also mit 0V im System)? Hierfür ist der 
kleine Stabmagnet im Rotor. dieser induziert beim Hochfahren eine kleine 
Spannung in die Statorwicklung, welche gleichgerichtet der Rotorwicklung 
zugeführt wird. Nun ist ja das Magnetfeld des Rotors stärker, wodurch 
mehr Spannung im Stator induziert wird, wodurch ein stärkeres Magnetfeld 
im Rotor erzeugt werden kann. Dieser Kreislauf endet aber nicht mit 
einer Milliarde Volt am Stator, sondern wird von der anfangs erwähnten 
Elektroik begrenzt und nach Bedarf geregelt, sodass an der 
Statorwicklung die 230 bzw 400V anliegen.

Die Frequenz wird dabei von der Drehzahlregelung des Verbrenners 
vorgegeben.

Bitte verbessern wenn was nicht Stimmt :)

VG Daniel

Edit: Ein paar Bilder wären hilfreich

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von Schrauber 47 (Gast)


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Daniel G. schrieb:
> Hier war es auch so, dass auf dem Rotor eine Wicklung aufgebracht war,
> welche mit über Schleifkontakte an eine eingegossene (und in meinem Fall
> defekte) Elektronik angeschlossen war. Zusätzlich befand sich quer im
> Blechpaket des Rotors ein stabförmiger Permanentmagnet. Die Wicklung des
> Stators war üner Sicherungen mit den Ausgängen (230V, 400V) verbunden. Danke für 
die Antwort . Das beschriebene Prinzip ist gut verständlich . Unverständlich wird 
es bei mir durch den Wegfall der Schleifkontakte bei meinem Generator.

von Schrauber 47 (Gast)


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Hier Bild vom Läufer

von Schrauber 47 (Gast)


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Hier ist auch da Ende des Permanentmagnets zu sehen . Hatte in der 
Ausgangsbeschreibung einen Fehler dein den ich korrigieren muss. Im 
Stator befinden sich nicht ein sondern zwei Spulenpaare die um 90 Grad 
verdreht sind. Schrauber 47

von Daniel G. (daniel4161)


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Sehr interessante Sache. Dann mumss es ja fast so sein, dass das 
Rotormagnetfeld durch induzierten Strom erzeugt wird. Damit dort ein DC 
Strom fließt ist dann vermutlich die dicke Diode im Rotor verbaut (und 
ein Widerstand? Ist dieser Parallel zur Diode geschalten? Was ist da 
noch?).

Eine in reihe geschaltene Diode würde Stromfluss in eine Richtung 
unterbinden, somit aber auch eine Iduktion unmöglich machen, richtig?
Kann dafür der parallel geschaltete Widerstand sein, damit auch in 
Rückrichtung ein Strom fließt (aber ein kleinerer) und somit das 
Wechselfeld nicht "symmetrisch"?

Es bleibt damit aber ein Synchrongenerator. Asynchron (falls das 
überhaut als Generator möglich ist) würde sich die Frequenz ja 
lastabhängig verändern, weil mal mehr und mal weniger Schlupf herrscht.

Was diese Induktionsgeschichten betrifft bin ich aber auch kein Experte, 
sondern nur Bastler mit ein bisschen Erfahrung.

VG Daniel

von Patrick H. (hopa)


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Hallo,
das scheint eine bürstenlose Erregung zu sein. Stichwort hierfür 
"rotierender Diodengleichrichter" oder manchmal auch "rotierender 
Transformator".

: Bearbeitet durch User
von St. E. (reval)


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Daniel G. schrieb:
> Sehr interessante Sache. Dann mumss es ja fast so sein, dass das
> Rotormagnetfeld durch induzierten Strom erzeugt wird. Damit dort ein DC
> Strom fließt ist dann vermutlich die dicke Diode im Rotor verbaut (und
> ein Widerstand? Ist dieser Parallel zur Diode geschalten? Was ist da
>
> Es bleibt damit aber ein Synchrongenerator. Asynchron (falls das
> überhaut als Generator möglich ist) würde sich die Frequenz ja
> lastabhängig verändern, weil mal mehr und mal weniger Schlupf herrscht.
>
Ist zwar ein ganz anderes Thema, aber ja das geht auch. Hab vor Jahren 
mal einen Asynchronmotor und einen DC  Motor gekoppelt. Asynchronmotor 
an 50 Hz.  Nun läuft der DC Motor als Generator . Nun DC Motor an 
regelbares Netzteil angeschlossen . Bei Erhöhung der Spannung erhöht 
sich die Drehzahl  ( Schlupf im Asynchonmotor wird geringer ) . Bei 
weiterer Spannungserhöhung wird der Schlupf irgendwann negativ . Nun 
läuft der Asynchronmotor als AC Generator. Schaut man sich bei diesem 
Versuch die U  und I kurven am Oszi an sieht man sehr schön wie  der 
Phasenwinkel sein Vorzeichen ändert. Versuch ist sehr einfach aufzubauen 
und beeindruckend wie ich finde. Schrauber47

von St. E. (reval)


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Denke es gibt eine Erklärung des Ganzen. Um das mögliche Prinzip zu 
erklären führe ich einige Abkürzungen ein. S1 sei die Statorspule in der 
die Spannung induziert wird die abgegeben wird. B1 Ihr  Magnetfeld , I1 
ihr Spulenstrom und B1•  Ihre Magnetfeldänderung. Entsprechend S2 die 
ihr um 90  °  verdrehte zweite Statorspule , S3 entsprechend die 
Rotorspule. S2 wird benutzt um in der über die Diode kurzgeschlossenen 
S3 ein Feld zu induzieren . Dies ist immer dann möglich wenn die Achse 
von S3 nicht mit derjenigen von S1 übereinstimmt. Nehme mal an das Feld 
des Permanentmagneten ist so gewählt, dass ohne Leistungsabgabe des 
Generators bei 50 Umdrehungen / s genau die gewünschte Spannung an S1 
anliegt, so ist in diesem Betriebszustand kein I3 notwendig. Wird nun 
ein Verbraucher angeschlossen so ist I1  nichtmehr 0 . B1 ungleich 0 , 
B1• ungleich 0. Das von S1 erzeugte Feld schwächt das B des 
Permanentmagneten und U1 sinkt. Folglich muß nun B3 ein Feld erzeugen um 
diesen Abfall wieder auszugleichen. Das geht nun einfach indem I2 so 
gesteuert wird, dass U1wieder den gewünschten Wert erreicht. Da B1 und 
B2 orthogonal zueinander stehen induziert B2• nie direkt eine Spannung 
in S1 sondern immer nur über den Umweg der rotierenden S2. Denke so 
funktioniert das Ganze. Ein kleiner  MC muß nur U1 überwachen und I2 in 
Abhängigkeit von U1 und dem Drehwinkel des Rotors steuern. Denke so 
funktioniert das ganze . Schon spannend wie ich finde. Für Anregungen / 
Kritik zu dem Erklärungsversuch wäre ich dankbar.

von St. E. (reval)


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Keine Kritik zur Erklärung? Keine Zustimmung bisher ? Gruss

von Fire H. (fireheart)


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St. E. schrieb:

> Ist zwar ein ganz anderes Thema, aber ja das geht auch. Hab vor Jahren
> mal einen Asynchronmotor und einen DC  Motor gekoppelt. Asynchronmotor
> an 50 Hz.  Nun läuft der DC Motor als Generator . Nun DC Motor an
> regelbares Netzteil angeschlossen . Bei Erhöhung der Spannung erhöht
> sich die Drehzahl  ( Schlupf im Asynchonmotor wird geringer ) . Bei
> weiterer Spannungserhöhung wird der Schlupf irgendwann negativ . Nun
> läuft der Asynchronmotor als AC Generator. Schaut man sich bei diesem
> Versuch die U  und I kurven am Oszi an sieht man sehr schön wie  der
> Phasenwinkel sein Vorzeichen ändert. Versuch ist sehr einfach aufzubauen
> und beeindruckend wie ich finde. Schrauber47

Ja, das ist die klassische "fremderregte" Konfiguration. Man kann einen 
einfachen Asynchronmotor leicht zum Generator machen, wenn er bereits 
ein externes Drehfeld angeschlossen hat. Das gibt im die nötige 
Blindleistung und wenn man ihn dann schneller als mit Synchronfrequenz 
betreibt, wird er zum Generator.
Diese Lösung eignet sich für Inselbetrieb natürlich nicht.

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