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1

Mittwoch, 20. Dezember 2006, 10:28

Innovation: Drehstrommotor

Hallo zusammen,
es sind ja schon so manche Innovationen im Spur1 Bereich zu sehen, aber neue Ideen sieht man oft zu wenig.

So hat z.B. eine kleine Schweizer Firma zu finden unter www.rail4you.ch
schon vor l?ngerer Zeit einen Drehstrommotor entwickelt, wobei der Stator eben aus 3 Magnetspulen besteht, der Rotor aus hochwertigen Dauerpermanentmagneten. Die Drehung erfolgt nun durch Erregung der Statorwicklungen ?ber eine elektronische Steuerung. Die Stellung des Motores wird mit Hallsensoren ermittelt.

Somit entfallen verschlei?abh?ngige Teile wie B?rsten, Kollektoren usw.
Au?er den Lagern (Kugellager zu empfehlen) gibt es im Motor keine Ber?hrungen drehender Teile.
Der Motor w?re sehr ger?uscharm.

N?chster Vorteil w?re die Lastregelung, die entfallen kann, da die Drehzahl durch die Feldsteuerung der Elektronik bekannt ist.

Der M?rklin Sinusmotor soll ja auch auf dieser Technologie beruhen.

Nachteil w?re, die Decoder m??ten f?r die Steuerung der Motoren anders konstruiert sein.

Ich denke, ingesamt k?nnte die Laufkulur durch eine solche Ma?nahme bei Spur1 - Loks verbessert werden.

W?re das nicht etwas f?r K + K oder auch andere, M?rklin k?nnte es, macht es aber (zur Zeit) nicht in Spur1.
MfG. Berthold

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »bbenning« (20. Dezember 2006, 12:11)


2

Mittwoch, 20. Dezember 2006, 20:34

Der Gedanke an Drehstrommotoren ist zun?chst sehr reizvoll, schon aufgrund der genannten Vorteile durch einfachen Aufbau und Verschlei?freiheit, allerdings w?rde es sich bei dem beschriebenen Motor wegen der Permanentmagnete um einen Drehstromsynchronmotor handeln, dieser bietet nat?rlich den enormen Vorteil, dass er immer mit der vorgegebenen Drehfelddrehzahl rotiert, aber er hat den kapitalen Nachteil, dass er nicht unter hoher Last anlaufen kann, wenn das Drehfeld noch nicht kr?ftig genung ist, den Anker mitzuziehen, au?erdem wird er bei ?berlast nicht langsamer sondern bleibt schlagartig stehen, weil er au?er Tritt ger?t, daher ist der Asynchronmotor (Kurzschlu?l?ufer) der geeignetere Motor, da er im Anlauf im Anker eine hohe Induktion und somit ein enorm hohes Magnetfeld induziert, die modernen 1:1 E-Loks werden ?brigens alle mit Kurzschlussl?ufermotoren betrieben, der Aufbau ist noch billiger und einfacher, da der Rotor noch nicht einmal Magnete ben?tigt.
Viele Grüße aus Köln an alle Spur1-Freunde

und allzeit HP1

Claus-Peter Gehring

(Piet)

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Piet« (20. Dezember 2006, 20:36)


geri

Gerald

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3

Mittwoch, 20. Dezember 2006, 20:43

Hallo Experten,

so?n bisschen weiss ich ja noch aus meiner Schulzeit, aber das geht nun zu weit. Kann mir jemand einen Link o.?. geben, wo man sich das mal ansehen kann.
Ich begreife eher visuell :O
Lieben Dank im voraus.
Liebe Grüsse,
gerald ehrlich

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4

Donnerstag, 21. Dezember 2006, 07:36

Hallo geri,

Hier sind Beispiele aus dem H0 - Bereich zu finden:
http://www.rail4you.ch/dokumente/Drehstrommotor.pdf

Nat?rlich k?nnten es auch Varianten des Drehstrommotores sein, es ist ja erst einmal ein grunds?tzlicher Gedanke, so etwas auch in Spur1 zu machen.

Besonders interessant d?rfte der relativ einfache Motoraufbau sein, die Elektronik der Endstufe bzw. Treiberstufe ist nat?rlich vollkommen anders aufgebaut.
MfG. Berthold

5

Donnerstag, 21. Dezember 2006, 10:56

Hallo an alle,

im Bereich des Flugzeugmodellbaus gibt es schon seit einiger Zeit eine gro?e Palette von brstenlosen ( brushless 9 ) Motoren und zugeh?rigen Reglern.
Inzwischen auch recht kosteng?nstig.


Diese k?nnten f?r Selbstbauer oder Umbauer vielleicht interessant sein.

viele Gr??e

Hans

peterle

unregistriert

6

Donnerstag, 21. Dezember 2006, 11:43

hallo

die vom modellbau habe etwas zu viel leistung da geht es ja ?ber die 10 ampere
faulhaber und maxon hat auch solche motoren die kann man f?r den modellbau gut gebrauchen
nun frage ich die fachleute
wie wird so ein motor am decoder angeschlossen und wie ist die regelung?

mal davon abgesehen ich habe fauli b?rstenmotoren in loks eingebaut
die laufen schon ?ber 15 jahre ohne probleme

gruss peterle

7

Donnerstag, 21. Dezember 2006, 11:44

Lieber Piet,
was Du schreibst, trifft nicht so ganz zu. Denn du ber?cksichtigst nicht die durch beliebig einstellbare Frequenz gegebenen M?glichkeiten.

1. Das Feld kann immer gleich stark eingestellt werden. Das hat nichts mit dem ersten Moment zu tun.

2. Bei frei einstellbaren Strombelegen ist gibt es auch die Frequenz 0 mit der synchronen Drehzahl 0. Dabei kann man die Richtung des St?nderfeldes zum L?uferfeld (Polradwinkel) frei einstellen. Dabei l?uft dann auch ein Synchronmotor mit mehr als dem Nenndrehmoment an.
Das klappt sogar ohne Magneten im L?ufer. Die Form des Eisens reicht.

3. Wenn eine Synchronmaschine schl?pft, kann man das St?nderfeld langsamer drehen lassen und sie wieder einfangen. Das Drehmoment bricht dann nicht zusammen.

4. Eine Assynchronmaschine hat bei fester Frequenz rast im Anlauf das St?nderfeld ?ber den L?ufer. Dann gibt es nur ein hohes Anlaufdrehmoment, wenn der L?ufer einen hohen Wiederstand hat. Das ist aber im Dauerbetrieb schlecht, weil der L?ufer dan heiss wird. (Deshalb hatten die alten italienischen Elloks regelbare Wasserwiderst?nde im L?uferkreis)

5.Bei Asynchronmmaschinen gibt es ein sehr grosses Drehmonent genau dann, wenn der L?ufer sehr gut leitet und wenig Verluste hat. Wenn dann das St?nderfeld sehr langsam ?ber den L?ufer streicht, werden darin grosse Str?me induziert, die bewirken, das der L?ufer dem St?nder folgt. Jetzt muss die Steuerung nur noch daf?r sorgen, dass das St?nderfeld immer etwas schneller ist als der L?ufer. Das heist, wenn der L?ufer steht, muss sich das St?nderheld langsam bewegen.

6. Bei unseren winzigen Spur1 Mot?rchen kann auf Grund physikalischer Gesetzm?ssigkeit kein so guter Wirkungsgrad wie bei grossen Maschinen erreicht werden. Das ist zum Nachteil frequenzgesteuerter Asynchronmaschinen. Ausserdem ist die Regelung der Differenzdrehzahl zwische L?ufer und St?nder nicht ganz einfach und kostet bei kleinen Motoren relativ viel bezogen auf den Motor. Daher ist f?r unsere Anwendungen eine L?sung, wie die von M?rklin, die g?nstigste, w?hrend bei dem Grossen Vorbild die einfache Asynchronmaschine bevorzugt wird.

Frohe Weihnachten
Christian
Christian

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8

Donnerstag, 21. Dezember 2006, 15:21

Hallo Railrunner,
ich versuchs mal:
Stellen Sie sich einen zweipoligen Elektromotor vor, der au?en einen negativen und einen positiv geladenen Dauermagneten hat.
Der Rotor (meist das sich drehende Innere) hat eine Spule mit Eisenkern, deren Enden links oder rechts der Achse postitiv oder negativ geladen sind. Flie?t nun Gleichstrom durch die Spule, wird der Eisenkern positiv oder negativ geladen. Bekanntlicher Weise ziehen sich die positiven und negativen Elemente an, so dass der Rotor h?chstens eine halbe Umdrehung macht. Sollte er nun weiterlaufen, mu? das Magnetfeld umgepolt werden. Das macht der Kollektor in Verbindung mit den Kohleb?rsten. Der Kollektor dreht sich mit dem Rotor mit und ist in diesem Fall zweipolig.

Die meisten Gleichstrommotore in Spur1 haben allerdings 5 Pole, das ist effektiver.

Aber das angesprochene Problem ist eben dieser Kollektor und die schleifenden B?rsten, hier entseht Verschlei? und Leistungsverlust, Funkenbildung, Hochfrequenzst?rungen.

Bei dem neueren Drehstrommotor besteht der Stator aus 3 Spulen, der Rotor hat fest eingebaute Dauermagnete. Damit das funktioniert, werden die Spulen rundherum elektronisch gesteuert geladen. Kommt nun ein positiver Dauermagenet in die N?he der Spule, muss diese negativ geladen werden . Die Regelung mu? deshalb die Stellung des Rotors kennen, das macht ein Hallsensor, der die Elektronik mit Impulsen drehzahlsynchron versorgt. Ein Hallsensor arbeitet auch ber?hrungslos und l?st durch Magnetfeld einen Impuls aus.

Somit kann man auf sich ber?hremde und verschlei?abh?ngige Teile verzichten . Au?erdem braucht der Stromflu? zum Messen der Drehzahl (Decoderelektronic) nicht unterbrochen zu werden, weil die Drehzahl der Elektronik bekannt ist.

Da solch eine Steuerung genau zeitgesteuert werden mu? (wann die Magnetfelder umgeschaltet werden m?ssen) kommen Microprozessoren zum Einsatz , die das regeln. Die Konstruktion des Motores muss genau ber?cksichtigt werden.

Ich hoffe, dass das einigerma?en zu verstehen war, ansonsten mal im Internet nachschauen (dort bauen sich manche b?rstenlose Motore f?r den Modellflugberieb).
MfG. Berthold

9

Donnerstag, 21. Dezember 2006, 16:51

@Christian Fricke

Du hast nat?rlich vollkommen recht, ich hatte meine Ausf?hrungen auf etwas vereinfachtere Steuerungen bezogen und daher nicht so ausf?hrlich dargestellt, denn dieser Steuerungsaufwand, der mittlerweile in jedem guten Frequenzumrichter eingebaut ist und f?r einen sehr guten Motorlauf sorgt, ist so in der Form wahrscheinlich nicht in einer Spur1-Lok unterzubringen, abgesehen nat?rlich vom erheblich schlechteren Wirkungsgrad bei miniaturisierten Drehstrommotoren.
Viele Grüße aus Köln an alle Spur1-Freunde

und allzeit HP1

Claus-Peter Gehring

(Piet)