Jo, das Kugelwippspiel kommt später, jetzt erstmal der magnetlose Motor

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Geschrieben von Werner am 25. September 2021 13:54:20:

Moin,

bei mir ist das auch so, dass ich weiß, dass es so sein muß, weil sonst irgendein Gesetz nicht erfüllt wird. Aber danach will ich den Mechanismus wissen, nicht weil ich es sonst nicht glaube, sondern weil ich es wissen will.

Bei den Kugeln habe ich mich immer gefragt, was passiert, wenn ich an eine Seite eine Kugel hänge, die exakt doppelt so schwer ist, wie die anderen. Wenn ich die dann loslasse, fliegen auf der anderen Seite auch wieder zwei Kugeln ??? So rein aus dem Bauch bezweifele ich das ein wenig, könnte mir eher vorstellen, dass dann ein Durcheinander in der Kugelreihe entsteht. Aber wie gesagt, später, das Ding wird auch noch geknackt.

Der Motor ohne Permanentmagneten ist dagegen viel einfacher, ich werde eine Zeichnung anfertigen, die sich dann auch für das Thema Feldschwächung eignet.

Nun aber ohne Zeichnung:

Ein Eisenteil, dass sich in der Nähe und Ausrichtung einer elektromagnetischen Spule befindet, wird durch die bestromte Spule angezogen. Wir lassen das aber nicht zu, sondern halten das Teil fest. Die Spule ist so bestromt, dass sie dem Eisenstück den Nordpol zeigt. Das Eisen richtet dadurch sich so aus, dass es der Spule den Südpol zeigt. Umgekehrt geht es genau so.

Es entsteht eine Magnetkraft, die abhängig von der Stromstärke in der Spule ist.

Nun lassen wir zu, dass das Eisenstück sich der Spule nähert - aber geordnet, nicht flitschen lassen. Durch die Änderung des Magnetfeldes - das Eisenstück schneidet jetzt Feldlinien - wird in der Spule eine Gegenspannung erzeugt, die den Stromfluss verlangsamt. Also angelegte Spannung minus induzierte Spannung ist jetzt die neue, für den Stromfluß verantwortliche Gesamtspannung.

Je schneller wir es dem Eisenstück erlauben, sich der Spule zu nähern, desto geringer wird der Stromfluß in der Spule und folglich auch die Kraft, mit der sich das Stück bewegt.

Die Besonderheit gegenüber einem Permanentmagneten ist nun, dass die Magnetwirkung des ferromagnetischen Bauteils auch geringer wird, sodaß die Gegenspannung in der Spule nicht linear abnimmt, wie beim Magnetmotor, sondern sozusagen im gegenseitigen Einvernehmen ein neues Gleichgewicht gefunden wird.

Daher können solche Motoren auch enorme Drehzahlen aufbauen, weil (tätäää fasching jetzt kommt es !) die Feldschwächung für neue Verhältnisse sorgt, also aus einem Starkmagnetmotor einen Schwachmagnetmotor macht.


Sobald ich den Stromfluß durch die Spule unterbreche, ist der ganze Zauber vorbei und außer einer kleinen Restmagnetisierung führt nichts mehr zu irgendwelchem Spannungsaufbau.

Zurück zum ersten Versuch: was für vorwärts gilt, gilt auch für rückwärts. Das durch die Spule magnetisierte Eisenstück wird jetzt gegen die Kraftrichtung von der Spule entfernt. Was passiert? Die induzierte Spannung führt jetzt zu einem höheren Stromfluß, das Magnetfeld wird verstärkt. Dadurch wird die hineingesteckte mechanische Energie zu elektrischer Energie gewandelt. Würde man nun die Spule schlagartig von der Spannungsquelle trennen und gleichzeitig kurzschließen, dann würde sich der Strom in der Spule rasant aufbauen und das Magnetfeld immer stärker werden, bis wir nicht mehr in der Lage sind, das Eisenstück weiter zu entfernen.

(Der Motor würde quasi blockieren)


Und so komme ich zu der Erkenntnis (die mir jeder nach Herzenslust wieder umwerfen darf), dass es nicht darauf ankommt, welche Polung ich beim Tesla-Motor anlege zum bremsen, sondern einzig und allein auf den genauen Zeitpunkt, in dem dem Eisen gerade von Spule wegbewegt. Sobald das Magnetfeld "antwortet", muß sofort eine Regelung eingreifen, die das ganze im Zaum hält und daraus eine brauchbare Stromabgabe macht.


Ich bin allerdings der Ansicht, dass im Bereich sehr sehr langsamer Drehzahlen das ganze nicht mehr effektiv funktionieren kann, weil dann die Ohmschen Wiederstände in den Wicklungen die Ströme so begrenzen, dass die Bremskräfte sehr klein werden - sodaß also zum rein elektrischen Anhalten des Fahrzeugs Strom aufgewendet werden muß und nicht rekuperiert werden kann.


Ein Wort noch zum FU: bei Fahrzeugantrieben ist das anders, als bei Aggregaten. Dort wird nämlich die Frequenz zuerst erhöht und dann Strom/Spannung nachgeführt. Die Läufer haben in der Regel so wenig Masse, dass durch die Erhöhung der Spannung sich zwar sehr schnell die Läuferstellung ändert, aber die Drehzahl nicht wirklich ansteigt. Da die meisten FU-Motoren keine Stellungsgeber haben, merkt die Elektronik nur stark verzögert und sehr ungenau, dass der Motor nun für eine höhere Frequenz bereit ist. Man läßt also etwas "Spiel" und ändert die Frequenz, wodurch die Läuferstellung einen höheren Stromverbrauch erzeugt, der dann entsprechend nachgeregelt wird. Die Frequenzänderung über die Zeit ist auch intern begrenzt, wird aber beim Einrichten normalerweise auch absichtlich noch weiter reduziert. Wir fahren Antriebe mit Frequenzänderungen von locker mal 30 Sekunden auf Nennfrequenz, gelegentlich auch mehr.

Damit die Motoren überhaupt hochfahren, wird zu Beginn einfach eine Festfrequenz mit Festspannung aufgegeben. Sobald dann der FU sinkenden Strom verzeichnet, dreht er weiter auf.


Bei Modellen ist es übrigens auch so, dass für die Rennautos andere Regler verwendet werden, als für die Flugzeuge oder Schiffe. Da ich selbst mit Modellautos nichts zu tun habe, habe ich noch nie versucht, das eine mit dem anderen zu tauschen. Ich weiß aber von den Händlern, dass es nicht geht.


Gruß

Werner

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