forum.hcrs.at Foren-Übersicht forum.hcrs.at
Freier Gedankenaustausch zur
HCRS Home Labor Page

 
 FAQFAQ   SuchenSuchen   MitgliederlisteMitgliederliste   BenutzergruppenBenutzergruppen   RegistrierenRegistrieren 
 ProfilProfil   Einloggen, um private Nachrichten zu lesenEinloggen, um private Nachrichten zu lesen   LoginLogin 

Effizienter Pulsmotor?

 
Neues Thema eröffnen   Neue Antwort erstellen    forum.hcrs.at Foren-Übersicht -> Magnetismus
Vorheriges Thema anzeigen :: Nächstes Thema anzeigen  
Autor Nachricht
Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Sa Jan 31, 2009 2:13 pm    Titel: Effizienter Pulsmotor? Antworten mit Zitat

Hier geht es nicht um einen OU-Motor, sondern um einen E-Motor, welcher möglichst viel Leistung für die Grösse/Gewicht hat. Dies wäre speziell wichtig bei mobilen Dingen, wie E-Fahrzeuge.

Bin ich der einzige der findet, dass die Magnetanordnung von normalen Elektromotoren eigentlich blöd ist?
Die Magnete oder Spulen sind ja radial angeordnet. Nun weiss man ja bei Magneten, dass die Kraft umso stärker ist, je näher diese beisammen sind. Doch gerade bei herkömmlichen Motoren (Synchrone Permanentmagnetmotore, welche ja üblicherweise bei E-Fahrzeugen benutzt werden) ist es ja so, dass wenn die Magnete (ich bezeichne die Spule jetzt auch immer so, ist ja einfach ein E-Magnet) am nähesten beisammen sind, die Kraft zwischen den Magneten radial ist, d.h. nichts von dieser Kraft wird für den Drehmoment des Motors benutzt!

Hier ein Schema zur Veranschaulichung:



Erst wenn die Magnete etwas auseinander sind, hat man eine kleine tangentiale Komponente, welche einen Drehmoment ergibt:



Aber eben auch hier wird nur eine kleine Komponente des eigentlichen Kraftvektors zwischen den Magneten in ein Drehmoment umgesetzt.

Das kennt man ja vom Spielen mit seinen Neodym-Magneten. Es ist beinahe unmöglich diese direkt voneinader wegzuziehen, aber sehr einfach diese seitwärts voneinander wegzuschieben. Nun ist es aber gerade diese "Seitwärts"-Kraft welche zum Antrieb von normalen E-Motoren benutzt wird!

So wie ich das sehe bedeutet dies, dass man einen verdammt starken E-Magnet basteln muss, nur um etwas Drehmoment zu bekommen. Was bedeutet der E-Motor ist unnötig gross und teuer zum Herstellen bzgl der Leistung.
Am effizientesten würde man eben die Magnetkraft zwischen den Magneten direkt benutzen, dann würden sich die Magnete aber gegeinander hin- und weg-bewegen wie ein herkömmlicher Zylinder bei einem Auto. D.h. um daraus eine Rotation zu erzeugen bräuchte man ebenfalls eine mechanische Umsetzung (Nockenwelle, usw...). Bob Teals Motoren waren so aufgebaut. Doch diese mechanische Umsetzung würde IMHO den ganzen Sinn von wegen möglichst klein und leicht für die Leistung zunichte machen.
Deshalb meine Idee eine Mischlösung: Man ordnet die Magnete in einem bestimmten Winkel zueinander an, dafür muss man aber die Magnete "im Querschnitt" konisch machen, da sonst keine Rotation mehr möglich ist.

Das würde dann etwa so aussehen:



Um die Effizienz zu erhöhen, würde man die Magnete nur ganz kurz bestromen, wenn diese gerade aufeinanderstehen. So hätte man ein gehöriges Drehmoment auch mit nur rel. kleinen Magneten.
Da aber die Magnete jeweils nur ganz kurz arbeiten, und den Rest der Zeit unbestromt sind, ist die Leistung über alles gesehen wieder klein. Doch das könnte man kompensieren, indem man die Leistung für die Kurzzeit-Bestromung drastisch erhöht. D.h. für einen kurzen Moment fliesst ein sehr hoher Strom durch die Magnete, da diese dann aber längere Zeit nicht mehr feuern, haben Sie wieder Zeit sich abzukühlen.

Diese Kurzzeit-Bestromung (Puls) hat aber einige Nachteile, man wird garantiert eine Oszillation bekommen, da alles ein L und ein C hat. Und da der Impuls extreme Hochfrequenz-Anteile hat, wird da einiges Schwingen.
Deshalb die Idee, wenn es schwingen will, dann lassen wird es schwingen (und fügen am besten noch eine Kapazität in den Schwingkreis um eine kontrollierte Schwingung auf einer bestimmten Frequenz zu haben). D.h. Permanentmagnete im Rotor kommen nicht mehr in Frage, da durch die Oszillation die E-Magnete im Stator ständig die Polarität wechseln.
Man könnte jetzt einfach auch Spulen im Rotor nehmen und diese gegeneinander ausrichten. Das würde sicherlich das Drehmoment noch mehr erhöhen, hat aber das Problem, dass man jetzt Schleifkontakte haben müsste. Man könnte aber auch einfach nichtmagnetische Metalle nehmen (z.B. Alu oder Kupfer) und diese statt der Permanent-Magnete im Rotor anordnen. Bedingt durch das AC-Feld der Stator-Spule gäbe es Wirbelströme im Rotor und die beiden würden sich abstossen.

Sicherlich hat diese Art von Motor auch einige Nachteile. E.g. Der Motor kann immer nur eine bestimmte Leistung pro Puls in die Spulen schicken. D.h. die Leistung insgesamt ist von den Anzahl Impulsen abhängig, welche wiederum von der Drehzahl abhängig sind. D.h. bei langsamen Drehzahlen hätte so ein Motor nicht viel Leistung. Das geht sogar soweit, dass der Motor sogar nicht mehr in der Lage wäre von selbst zu starten, wenn beim Einschalten die Magnete nicht zufälligerweise aufeinander liegen.

Aber alles in allem würde es mich doch Wunder nehmen, wieviel Leistung man mit einem solchen Motor für die Grösse/Gewicht bekommen würde im Vergleich zu einem normalen Motor.
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Heinemann



Anmeldedatum: 26.01.2009
Beiträge: 6
Wohnort: D-Magdeburg

BeitragVerfasst am: Sa Jan 31, 2009 3:09 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Sowasaberauch, Deine Magnetfeldtheorie ist zu einfach gedacht. Das Magnetfeld realer Maschinen ist schon mittels FEM optimiert und die Form der Polschuhe ist auch kein Zufallsprodukt. Wirkungsgrade über 90 % sind möglich. Zahlreiche Diplomarbeiten und Dissertationen beschäftigen sich mit derartigen Problemen. Aber auch unkonventionelle Antriebe entsprechen nicht immer Deiner Theorie, siehe Perendev z.B. hier in hcrs. Bau Deinen Motor und zeig uns wie er funktioniert ! Gruss W.
_________________
Theorie ist, wenn man alles weiß, aber nichts funktioniert. Praxis ist, wenn alles funktioniert, aber keiner weiß warum. Bei uns vereint sich alles: Nichts funktioniert und keiner weiß warum!
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Sa Jan 31, 2009 3:20 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Deine Magnetfeldtheorie ist zu einfach gedacht. Das Magnetfeld realer Maschinen ist schon mittels FEM optimiert und die Form der Polschuhe ist auch kein Zufallsprodukt.


Sicherlich sind sie optimiert für die Art der Motore. Aber ich habe ja die Kritik ausgeübt an der Art der Motoren und nicht an deren Ausführung.
Und das Problem von 0 Drehmoment, wenn die Magnete aufeinander sind, kann man ganz einfach bei jedem Motor sehen, wenn er Stillstandsbestromt ist (z.B. Schrittmotor). Erst mit einer Ablenkung fängt der Motor an Drehmoment zu bekommen. Um an einem bestimmten "Punkt" bei Stillstand ein Drehmoment (Haltemoment) zu bekommen, muss der Regler deshalb immer lastabhängig die Feldansteuerung etwas versetzen (Servo Regler).

Zitat:
Wirkungsgrade über 90 % sind möglich

Sicherlich, habe ich ja nie bestritten. Aber wie ich ja bereits zu Beginn dieses Threads gesagt habe, geht es mir nicht um die Effizienz Input/Output, sondern um die Effizienz, wieviel Output für die Grösse des Motors.
Wahrscheinlich hast Du das überlesen...

Zitat:
Aber auch unkonventionelle Antriebe entsprechen nicht immer Deiner Theorie, siehe Perendev z.B. in hier in hcrs


???
Keine Ahnung was du damit meinst. Perendev soll doch ein reiner Permanentmagnetmotor sein, also eine FE-Maschine. Hat doch überhaupt nichts mit dieser Idee hier zu tun?

Zitat:
Bau Deinen Motor und zeig uns wie er funktioniert

Ich hab ja beschrieben wie er funktioniert. Und funktionieren würde er ja sicher. Die Frage wäre nur wieviel Leistung für die Baugrösse wäre zu erreichen.


Zuletzt bearbeitet von Sowasaberauch am Sa Jan 31, 2009 3:34 pm, insgesamt einmal bearbeitet
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Ambassador



Anmeldedatum: 22.05.2007
Beiträge: 756

BeitragVerfasst am: Sa Jan 31, 2009 3:31 pm    Titel: Antworten mit Zitat

"Herkömmliche Motoren", sagen wir große DC Motoren sind typischerweise so designed, dass der Rotor im gegebenen Stator-Magnetfeld versucht, sich entsprechend dem Stator-Magnetfeld auszurichten.
Im Idealfall sind es 90° zwischen Rotor-M-Feld und Stator-M-Feld.
Bei Mehrphasen-Motoren rotiert, vorgegeben durch die Statorspulen, ein virtuelles M-Feld, dem der Rotor folgt. Ich spar mir jetzt die Erklärung zum Thema Asynchronmotor, Slip etc. .
Was Du da anführst gilt also eher für Pulsmotoren ala Adams oder Bedini SGM oder ähnliche, erstmal egal ob OU oder nicht.

Ich kann Deine Vorstellung bzgl. der Anordnung nachvollziehen.
Allerdings hat das primär wenig mit der Effizienz der Motoren zu tun.
Ansteuerung und Leistungsfaktorkorrektur spielt da eine viel größere Rolle.
Ein und derselbe Pulsmotor kann hoch effizient sein, oder einfach nur Müll, und das nur bei verschiedenenr Ansteuerung.

Ein kleines herkömmliches Induktionsmotörchen, sagen wir ursprünglich gedacht für 5 kW, kann bei weit höheren Drehzahlen ein enormes Mehr an Leistung erbringen.
Gleiches Drehmoment, jedoch mehr RPM -> Mehr Leistung.
Durch einen gut austarierten Rotor und Lager, die für hohe RPMs gedacht sind, kann so ein Motor bei höheren RPMs problemlos das X-Fache der normalen Leistung bringen. Fehlendes Drehmoment wird hier einfach durch mehr RPM kompensiert. Ein enormes Mehr an Leistung, ohne zusätzliches Gewicht ist also absolut kein Problem.

Aaron
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden E-Mail senden
Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Sa Jan 31, 2009 8:24 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Normale Elektromotoren, gebaut für 50 Hz, einfach per FU schneller drehen lassen schmälert aber den Wirkungsgrad, das nur am Rande.
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Ewald



Anmeldedatum: 18.09.2006
Beiträge: 175
Wohnort: Oberösterreich

BeitragVerfasst am: Sa Feb 07, 2009 5:27 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn ich meinen Prüfantrieb (2 poliger 0,37 KW Drehstrommotor) mit max. 12000 Upm am abgebildeten Lenze FU (in 3 x 400 Volt Dreieckschaltung mit elektronischer Strombegrenzung) betreibe, bringt der Motor knapp 1KW Antriebsleistung, der Wirkungsgrad wird aber deutlich schlechter, als unter 100 Hz Betriebsfrequenz.



Ich habe auch versuchsweise einen unkonventionellen Drehstromgenerator mit 6 poligen Schenkelpol Stator und 4 poligen Polrad aufgebaut.



Diese Lösung funktioniert nicht schlecht, bringt aber auch keine Vorteile gegenüber herkömmlichen Komponenten.

Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: So Feb 08, 2009 1:24 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Normale Elektromotoren, gebaut für 50 Hz, einfach per FU schneller drehen lassen schmälert aber den Wirkungsgrad, das nur am Rande.

Zitat:
Durch einen gut austarierten Rotor und Lager, die für hohe RPMs gedacht sind, kann so ein Motor bei höheren RPMs problemlos das X-Fache der normalen Leistung bringen. Fehlendes Drehmoment wird hier einfach durch mehr RPM kompensiert. Ein enormes Mehr an Leistung, ohne zusätzliches Gewicht ist also absolut kein Problem.


Die Frage ist immer, was ist ein "normaler" Elektromotor?
Ich habe zum Vergleich eben einen Synchron-Motor mit Permanentmagnetrotor genommen, sowie diese benutzt werden in üblichen Servo-Applikationen.

Und hier ist die Leistung bzgl Drehzahl vom Grundprinzip eigentlich ganz simpel, sowie Aaron das erwähnt hat, je schneller je mehr Leistung. Das Problem hierbei ist jedoch, dass Spulen eine gewisse Zeit benötigen bis sie den vollen Strom "durchlassen". D.h. deshalb nimmt die Kraft der Stator-E-Magnete mit der Drehzahl immer mehr ab. Bei hohen Drehzahlen können diese dann in der kurzen Zeit nur noch geringe Ströme durchlassen, ergo nur noch eine kleine Kraft ist vorhanden. D.h. die Gesamtleistung nimmt dann wieder ab. So gibt es also eine optimale Drehzahl, bei der der Motor die grösste Leistung abgeben kann.
Deshalb lässt man Servo-Motoren ja auch so wickeln, dass sie in der für die Applikation benötigten Drehzahlen am optimalsten sind. D.h. ein Servomotor für hohe Drehzahlen hat nur kleine Spulen und deswegen viel weniger Nm/A, als ein Motor für kleine Drehzahlen mit grossen Spulen. Die Leistung die er abgeben kann, ist zwar wegen der kleineren Nm/A Zahl geringer bei gleicher Drehzahl, dafür kann er schneller Drehen. In der Praxis kommt das dann etwa aufs gleiche raus bzgl. abzugebender Leistung.
Man kann diese maximale mögliche Drehzahl aber enorm pushen, indem man höhere Spannungen zur Ansteuerung nimmt, da dadurch schneller grössere Ströme in den Spulen fliessen. In der Praxis hat dies jedoch einige Nachteile. Z.B. die Isolation. Zudem auch höhere resistive Verluste (Wärme).
Dies könnte man eben dadurch umgehen, dass man nur Impulseweise bestromt, eben gerade dann, wenn bedingt durch die aktuelle Lage die Nm/A ratio am besten ist.
Zudem ist es eben diese Anordnung der Magnete, bei der ich sage, Sie sind suboptimal bei konventionellen Motoren. Eine schräge Anordnung müsste einen um einiges höheren Drehmoment für die gleiche Magnetstärke (Spulengrösse) erreichen als eine konventionelle Anordnung. D.h. für die gleiche Spulengrösse müsste die Nm/A ratio um einiges höher sein. Und da die Spulengrösse die maximale Drehzahl bestimmt, bei der der Motor am effektivsten ist, müsste der gesamte Motor leistungsfähiger sein im Bezug zur Grösse.
OK, der grösste Nachteil wäre dann wohl, wie vorhin bereits erwähnt, dass so ein Impulsmotor, dafür in niedrigen Drehzahlen eine viel kleinere Leistung abgibt. D.h. wäre wahrscheinlich nur von Vorteil bei Applikationen mit einer bestimmten fixen Drehzahl (und von diesen gibt es wohl nicht allzuviele).
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden
Ambassador



Anmeldedatum: 22.05.2007
Beiträge: 756

BeitragVerfasst am: So Feb 08, 2009 7:45 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Und hier ist die Leistung bzgl Drehzahl vom Grundprinzip eigentlich ganz simpel, sowie Aaron das erwähnt hat, je schneller je mehr Leistung. Das Problem hierbei ist jedoch, dass Spulen eine gewisse Zeit benötigen bis sie den vollen Strom "durchlassen". D.h. deshalb nimmt die Kraft der Stator-E-Magnete mit der Drehzahl immer mehr ab. Bei hohen Drehzahlen können diese dann in der kurzen Zeit nur noch geringe Ströme durchlassen, ergo nur noch eine kleine Kraft ist vorhanden. D.h. die Gesamtleistung nimmt dann wieder ab. So gibt es also eine optimale Drehzahl, bei der der Motor die grösste Leistung abgeben kann.
Die Realität ist etwas komplexer. Die reaktive Komponente der Motorspulen sorgt dafür, dass weniger Strom durch die Spulen strömt bei höherer Frequenz und gleicher Voltzahl. Diese reaktive Komponente korrespondiert mit dem "UNBELASTETEN Teil" des Motorlaufes. D.h. dass ein unbelasteter Induktionsmotor WENIGER Strom bei höherer Frequenz nimmt, was nicht unbedingt von Nachteil ist.
Muss der Motor Leistung aufbringen, sinkt die Gesamtreaktanz, d.h. der Motor zieht unter Last wieder mehr Strom, auch bei höherer Frequenz.
Ein zusätzliches Mehr an Leistung kann man, wie Du bereits gesagt hattest, mit höherer Spannung erreichen.

Die von Dir beschriebenen Pulsmotoren sind, genau wie alle anderen Motoren, nur dann wirklich effizient, wenn man die reaktive Komponente beachtet und die Impedanz zur Quelle hin matched. Bei Induktionsmotoren funktioniert das mittels Kondensatoren und ein tunen des Motors hin zu einem Powerfaktor von nahezu 1.
Einen 5,5 kW Motor kann man so locker bei 3000 RPM mit weniger als 20 Watt laufen lassen, oder mit anderen Worten...ein durchschnittliches Netzteil eines Kinderkeyboards reicht aus, um den Rotor eines 40 kg 5,5 kW Induktionsmotors unbelastet bei voller Geschwindigkeit laufen zu lassen, wenn die Impedanz matched.

Bei Pulsmotoren muss hierfür der BEMF wieder eingefangen und zurück zur Quelle gesendet oder weiter verwendet werden...wiederum die reaktive Komponente des Motors.

Sieh Dir die "hocheffizienten Pulsmotoren" von Adams oder Bedini an. Was die tun ist letztlich nichts anderes als "Powerfactor Correction für Pulsmotoren".

Aaron
Nach oben
Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden E-Mail senden
Beiträge der letzten Zeit anzeigen:   
Neues Thema eröffnen   Neue Antwort erstellen    forum.hcrs.at Foren-Übersicht -> Magnetismus Alle Zeiten sind GMT + 1 Stunde
Seite 1 von 1

 
Gehe zu:  
Sie können keine Beiträge in dieses Forum schreiben.
Sie können auf Beiträge in diesem Forum nicht antworten.
Sie können Ihre Beiträge in diesem Forum nicht bearbeiten.
Sie können Ihre Beiträge in diesem Forum nicht löschen.
Sie können an Umfragen in diesem Forum nicht teilnehmen.


CrackerTracker © 2004 - 2017 CBACK.de

Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Deutsche Übersetzung von phpBB.de