"fremderegte" GM - eine Grundlagendiskussion

[The Man]

Hallo zusammen,

im Rahmen eines Projektes denke ich über die Fremderregte GM nach.
Ich hatte das Fremd in Anführungszeichen gesetzt, da ich gerade ein Experiment fahre, wo ich bei einem alten Motor
https://storage.driveonweb.de/dowdoc/31d6e24b27c9f6273877f3fe2eac3ac4.JPG
die inneren Magneten entfernt habe und welche außen angesetzt habe. Die kann ich ja dann verschieben und auf die Art den magnetischen Fluss durch den Anker ändern.

Es ist ja so, dass sich bei Verringerung des mag. Flusses und in Grenzen einer gewissen Last die Drehzal erhöhen müsste.
Ich beobachte aber das Gegenteil. Selbst wenn ich an meinem Motor nichts an der Welle habe und einen der Magneten etwas zur Seite schiebe, sinkt die Drehzahl. Kann es daran liegen, dass ich schon in einem so geschwächten Bereich bin, dass das Drehmoment nicht reicht, um die Drehzahl gegen die Reibung der Lager durchzusetzten?

Mein Versuch soll sein, an den oben verlinkten Motor eine kleine Luftschaube als Last zu hängen, deren Wiederstand mit steigender Drehzahl sich ebenfalls erhöht. Jetzt müsste eine Feldschwächung doch eigentlich trotzdem zu einer höheren Drehzahl führen, da ja die Maschiene so schnell drehen muss, bis in ihr die Gleiche Spannung erzeugt wird wie an den Klemmen anliegt, minus den Spannungsabfall am ohmschen Teil der Ankerwicklung.

Außerdem, müsste ja auch der Wirkungsgrad sinken, da durch erhöten Strom höhere Ohmsche Verluste auftreten.


mfg,
The Man

[RoboHolIC]

Hallo The Man.

Zum Ersten: Ich kann deinen Link nicht ansehen, ich bräuchte passende Login-Daten.

Zum Zweiten: Die inneren Magnete entfernen und außen welche ansetzen? Hmm, da entsteht doch ein riesiger Luftspalt, der den magnetischen Fluß und damit die mögliche Gegeninduktion drastisch reduzieren dürfte. Hat der Motor ein Eisengehäuse? Das würde zusätzlich den magnetischen Fluß der äußeren Magnete zum großen Teil kurzschließen.
Wie sieht es mit dem Ankerstrom aus? Ist der viel höher als im normalen baulichen Zustand? Das wäre ein Hinweis auf die fehlende Gegeninduktion.

Gruß
Christian.

[The Man]

Hat der Motor ein Eisengehäuse? Das würde zusätzlich den magnetischen Fluß der äußeren Magnete zum großen Teil kurzschließen.

Das war der entscheidende Tip, danke schön. Ich habe das Gehäuse einfach abgezogen und so wieder auf die Achse geschoben, dass der Anker freiliegt.
Jetzt kann man deutlich vernehmen, dass wenn ich mit den Magneten vom Anker weggehe die Drehzal steigt und ab einem gewissen Punkt wieder sinkt. Da war meine obige Annahme wohl richtig, dass ich schon so weit in der Feldschwächung war, dass die Lagerreibung nicht überwunden wurde.

Hatte die "Freigebe-Logik" bei driveonweb falsch verstanden. Jetzt geht der Link.

[The Man]

Die nächste Nuss zum Knacken:

Mir ist aus vergangenen Jahren eingefallen, dass ich mal einen Motor in meinem RC Auto mit variablem Timing hatte. Ich versuche jetzt herauszufinden, was das genau bedeutet. Klar habe ich dabei rausgefunden, dass man damit das Verhältniss von Drehzal zu Drehmoment ändert. Auch, dass mit zunehmender Drehzahl der Wirkungsgrad sinkt.

Aber mir fehlt eine Einordnung auf Studiumsniveau. Dazu muss ich sagen, ich hatte das als Fach, aber das war nicht immer sonderlich erquicklich.
Meine Frage ist einfach, ob das Ändern des Timings letztendlich in den Bereich der Feldschwächung gehört?

Klar, das Feld an sich wird nicht schwächer, aber ich kenne keine anderen Mechanismen, an denen es liegen kann, dass man das Drehzahl-Drehmoment-Verhältnis ändert. Wie ich darauf komme ist folgende Überlegung:

Bei der Feldschwächung wird der Wirkungsgrad mit zunehmender Drehzahl schlechter. Das liegt daran, dass aufgrund des schwächeren Feldes eine höhere Drehzahl nötig ist, bis die zur Quelle äquvalente Induktionsspannung erzeugt wird. Da das Feld schwächer ist, ist mehr Strom nötig, um das nötige Drehmoment zu erzeugen, der Wiederum am Ohmschen Teil der Ankerspule zu höheren Verlusten führt.
Was für mich aber wieder dagegenspricht, dass das Timing in den Bereich der Feldschwächung gehört ist, dass ja das Magnetfeld gleich bleibt, also doch weiterhin die gleiche Spannung induziert werden müsste. Diesen Zwiespalt kriege ich nicht ganz aufgelöst.

Gibt es mit zunehmenden Timing so etwas wie eine Phasenverschiebung? Kann es das sein? Ihr seht, ich stehe in eiener Sackgasse.

[ranke]

Ich vermute, Du meinst mit "Timing" den Kommutierungszeitpunkt in Bezug auf das Erregerfeld. Normalerweise wird ja die Stromrichtung in dem Läuferstrang umgeschaltet, der sich gerade im weitgehend erregerfeldfreien Bereich zwischen den Polen des Erregerfelds befindet. Wenn man an einer anderen Stelle kommutiert, dann kommt das im Prinzip einer Feldschwächung gleich. Bei den meisten Scheibenwischermotoren (mit 2 Geschwindigkeiten) ist das auch so gelöst, die Bürsten für die langsame Geschwindigkeit stehen gegenüber, für die hohe Geschwindigkeit wird eine dritte Bürste verwendet, die etwas versetzt zur "normalen" Bürste steht. Die Kommutierung ist somit sogar asymetrisch (eine symetrische, versetzte Kommutierung bräuchte eine vierte Bürste, so etwas wird in der Automobilbranche wegrationalisiert).
Für größere Leistungen dürfte das Prinzip nicht geeignet sein, weil durch die "falsche" Kommutierung auch entsprechendes Bürstenfeuer entsteht (es wird ja zu einem Zeitpunkt kommutiert, wo die EMK nicht Null ist).

[The Man]

Für größere Leistungen dürfte das Prinzip nicht geeignet sein, weil durch die "falsche" Kommutierung auch entsprechendes Bürstenfeuer entsteht (es wird ja zu einem Zeitpunkt kommutiert, wo die EMK nicht Null ist).

So in die Richtung geht meine "Befürchtung" auch. Ich glaube, dass man mit zunehmender Gradzahl beim Timing eine Halbumdrehung in Anteile aufteilt, wo in denen der "falschen" Kommutierung eine Gegenstrombremse stattfindet. So lange die Winkelanteile der antreibenden Abschnitte überwiegen, dreht sicher der Motor natürlich.

Also würdest du meine Vermutung unterstüzen, dass es eben der Feldschwächung nur ähnlich ist, aber da noch andere Wirkmechanismen am Werke sind?

[ranke]

Anderer Wirkmechanismus? Ich würde sagen das selbe Prinzip, aber eine andere technische Umsetzung. Der Läuferstrom muss sich durch mehrere Läufernuten bewegen, die induzierte EMK entspricht (bei gegebender Drehzahl) der örtlichen Flußdichte. Die gesamte EMK der Einzelleiter addiert sich nun. Bei der klassischen Feldschwächung wird die EMK aller Nuten gleichmäßig geschwächt, bei der verschobenen Kommutierung bleiben die meisten Nuten wie gehabt, und einige wenige haben keine oder sogar eine entgegengesetzte EMK. In der Summe bleibt sich das für die mechanischen und elektrischen Verhältnisse gleich: das Nennmoment sinkt, die Leerlaufdrehzahl steigt.
Ob die "falsche" Kommutierung wirklich die Bürsten stärker beansprucht ist wahrscheinlich eine Frage des Einzelfalls, immerhin findet man aber bei größeren Maschinen häufig Wendepole, die das Feld bei der Kommutierung gezielt so steuern, dass die Strombelastung an den Bürsten im Umschaltmoment möglichst wenig Verschleiß und Bürstenfeuer erzeugt. Da wird sich schon jemand etwas dabei gedacht haben.

[The Man]

anderer Tag, andere Gedanken...

Angenommen (erstmal unabhängig davon, wie das zu kostruieren währe) ich würde hingehen und bei einer permanent erregten GM die Magneten entlang der Welle verschieben, so das vom Anker immer mehr frei wird. Hier bin ich inzwischen auf den Trichter gekommen, dass es keine Feldschwächung im eigentlichen Sinne währe. Integriert über die Fläche der Spule auf dem Anker währe es natürlich das Gleiche. Aber die Feldschwächung lebt ja davon, dass die induzierte Gegenspannung sinkt und dadurch die Drehzahl steigt. Das Induktionsgesetzt ist ja nun U = n*L*dI/dt. Demnach würde die Länge der Spulenschleifen keine Rolle spielen, nur die Anzahl der Windungen. Das würde auf mein obiges Gedankenexperiment bedeuten, dass bei gleicher Drehzahl noch die gleiche Gegenspannung vorliegt; die Leerlaufspannung also gleich bleibt. Nichts desto trotz, muss bei Belastung mehr Strom gezogen werden, da weniger der sich im Leiter befinden Elektronen zur Summe der Lorenzkraft beitragen. Also würde man sich auf die Art ordentlich ins Knie schießen, und nur den Wirkungsgrad verhunzen, ODER?

[ranke]

Das Induktionsgesetzt ist ja nun U = n*L*dI/dt

Ich kenne das hier: U = -L*dI/dt
Das ist die Formel für die Selbstinduktion. Sie beschreibt die induzierte Spannung bei einer von außen erzwungenen Stromänderung durch die Spule. Oder andersherum: sie sagt, welche Spannung ich an einer Spule mit gegebener Induktivität L anlegen muss um eine bestimmte Stromänderung zu bekommen.

Für die von einer äußeren Magnetfeldänderung (Erregerfeld) generierte Induktionsspannung zu berechnen wäre (bei näherungsweise konstantem Spulenstrom) anzuwenden:
U=-N*d phi/dt
wobei phi der magnetische Fluß wäre, der sich bei Deinem Gedankenexperiment mit den axial verschiebbaren Erregermagneten entsprechend ändern würde. Es läuft dann wohl doch auf eine Feldschwächung heraus.

[The Man]

Peinlich, peinlich...falsches Gesetz genommen.

Stimmt, Phi ändert sich natürlich. Naja, immerhin war ich mit dem Gedanken an die Integration schon nah dran...
Villeicht also doch ein Ansatz, dem es mal zu versuchen wert ist.


Danke schön