Formel für die Drehzahl beim Generator?
Hallo, mit welcher Formel kann ich bei einem Generator die Drehzahl ermitteln? Gegeben sind mir P, U & I ; welche Werte benötige ich zusätzlich? Die Formel brauche ich dringend für ein Programm zum auslesen von z.B. der Leistung, aber auch der Drehzahl eines Generators im Rahmen meiner Facharbeit. Vielen Dank im voraus für Antworten! Mfg
6 Antworten
Gar nicht! Das ist völlig unmöglich!
Wenn man einen Generator mit Synchronmaschine hat, dann kann man die Drehzahl leicht über die Frequenz bestimmen. Dazu einfach einen kleinen Transformator benutzen der z.B. 3V erzeugt und das kannst Du dann per Gleichrichter einer Schaltung (z.B. Mikrocontroller) geben. Bei der Gleichrichtung drauf achten, dass es immer zwei Pulse pro Sinusschwingung gibt, hier einfach durch 2 teilen.
Hat der Generator eine Asynchronmaschine, dann kannst Du die Drehzahl schon nicht mehr richtig über die Frequenz berechnen. Der Generator hat einen "Schlupf", je höher die Last, desto stärker eilt die Frequenz der Drehzahl hinterher. Hier kriegst Du dann eine "Mindestdrehzahl", die tatsächliche Drehzahl ist Lastabhängig größer. Die meisten Generatoren sind aber zum Glück synchron.
Bei Generatoren mit Inverter sind Spannungen, Ströme und Frequenz völlig unabhängig. Die Drehzahl ist dann die, die der Antriebsmotor braucht um die notwendige mechanische Leistung zur Verfügung zu stellen. Und das ist alles andere als linear!
Bei einem Benzinmotor kannst Du die Drehzahl leicht über die Zündung abfragen. Bauanleitungen für Drehzahlmesser zum nachrüsten gibt es viele, die Schaltungen kannst Du da für Dein Projekt übernehmen. Das ist sehr genau. Auch in Autos ist der Drehzahlmesser immer an der Zündanlage angeschlossen.
Bei Diesel wird es schwieriger. Hier kannst Du entweder eine Lichtschranke einsetzen die eine Markierung an einer Riemenscheibe auswertet. Du kannst auch die Motorvibration verwenden mit einem Beschleunigungssensor. Auch das geht relativ leicht und ist sehr genau. Bei Dieselfahrzeugen mit mechanischer Einspritzung hing der Drehzahlmesser immer an der Lichtmaschine, die erzeugte dann auf einer Hilfswicklung eine Frequenz. Heutzutage ist der Drehzahlmesser am Motorsteuergerät angeschlossen das entweder die Zündung oder eben beim Diesel die Einspritzanlage benutzt um die Drehzahl zu messen.
Oder so :)
Übrigens, wenn Du nicht nur die Frequenz sondern auch den Phasenwinkel messen willst, dann ist der HAL Sensor alleine nicht gut da er seine Empfindlichkeit mit der Temperatur steigert. Hier nimmt man dann zwei. Wenn beide genau den selben Wert haben, dann steht der Magnet auch genau dazwischen, egal wie hoch der Wert eigentlich ist. So kompensiert man direkt alles und kennt den genauen Drehwinkel der Welle. Das benutzen alle Autos mit vollelektronischer Zündung damit die sowohl mit kalten als auch mit heiß gefahrenen Motoren immer korrekt zünden. Statt Magnet werden beim Auto die Zähne wo das Anlasserritzel rein greift überwacht, am fehlenden Zahn wird die Position "OT" (erster Zyliner, "O"berer "T"otpunkt) erkannt.
Deine vorgegebenen Größen sind hier im Prinzip alle irrelevant für die Drehzahl. Die Drehzahl des Generators ist grundsätzlich von der Antriebsmaschine vorgegeben. Natürlich können wir auch hier schier endlos alle möglichen Größen und Rückwirkungen irgendwie in Verhältnisse zueinander setzen, um auf nützliche Rückschlüsse für Deine Aufgabe zu kommen:
Der mechanische Leistungsaufwand zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Drehzahl des Generators, also die zugeführte Leistung (P zu) ist gleich Drehzahl mal Drehmoment.
Beim üblichen einpoligen Generator ist die Drehzahl gleich der Frequenz.
Die abgegebeneLeistung (P ab) ist gleich der zugeführten Leistung mal cos. Phi mal Wirkungsgrad. Sie ist weiterhin gleich Spannung U mal Stromstärke I.
Wenn Du nun bei Aufrechterhaltung der zugeführten mechanischen Leistung nur verbraucherseitig den elektrischen Widerstand erhöhst, senkst Du damit bei der Antriebsmaschine das Drehmoment ab und erhöhst die Drehzahl bis zur Leerlaufdrehzahl bei Abschaltung des Verbrauchers, der Generator "dreht durch" bei Stromstärke null. Letztlich "hängt ja alles mit allem irgendwie zam". Aber die gesuchte Universalformel im Sinne Deiner Aufgabenstellung wirst Du kaum finden:
Die Drehzahl des Generatorsließe sich z.B. einfach als Frequenz des Wechselstromes ablesen bzw. der Gleichstrompulsfrequenz.
Die Drehzahl des Generators wäre z.B. einfach als Verhältnis von Leistung zu Drehmoment zu bestimmen. Aber zum Drehmoment werden wir kaum Vorgaben finden wie beim Sportwagen. Das Verhältnis von Drehmoment und elektrischer Spannung haben die Generatoren-Wickler vorgegeben, das ließe sich ggfs. messtechnisch ermitteln oder aus den Wicklungsdaten. Letzteres überlasse ich als Soziologe für heute lieber den Technikern.
Letztendlich mangelt es Deiner Fragestellung schlicht an der Vorgabe, von welchen Stellgrößen des gesamten Aggregats unter Einbeziehung der Antriebsmaschine einerseits und des angeschlossenen Stromkreises samt Widerstand andererseits Du überhaupt die Drehzahl in Abhängigkeit bringen willst.
Du kannst die Drehzahl in Abhängigkeit bringen zur Treibstoffzufuhr einer Diesel-Antriebsmaschine oder zur Höhe der Wassersäule über einem Turbogenerator einerseits oder vom elektrischen Widerstand am anderen Ende der Energiewandlungskette. Außerdem reichen zur Lösung Deiner Aufgabe die Kenngrößen der Bauelemente nicht hin. Da würde ich zu experimentellen Messgrößen greifen.
Die Frequenz.bei 50 Hz (Hertz),50 Umdrehungen pro Sekunde.
oder P=M * w hier ist M das Drehmoment an der Welle und w (Omega) die winkelgeschwindigkeit der Welle in rad pro Sekunde.
Siehe Physik-Formelbuch,was du in jeden Buchladen kaufen kannst !!
Frequenz und Polzahl und Phasenwinkel?
Die Drehzahl ergibt sich aus der Frequenz und der Polzahl.
Danke für die Antwort, ich hab das Problem jetzt mittels eines Hall-Sensors gelöst. Die Lichtschranke war für mich ebenso eine Option, aber denn Sensor hatte ich halt gerade zur Hand :D lg