Lichtmaschinenumbau....wenn man so will..

  • Hallo, ich habe mal eine Frage, bzw. ein kleines Problem.


    Ich besitze derzeit ein Simson S50 Moped, dessen Lichtleistung chronisch Unterdimensioniert ist. 15/15W Scheinwerfer. Dem entsprechend ist auch die Lima/Ladeanlage dimensioniert. Da ich genug von dem Teelichtschein habe, und auch anderseits weiteren Bedarf an el. Energie habe, habe ich beschlossen, das ganze etwas umzubauen.


    Hier sieht man mal den Aufbau der Anlage.
    http://www.ddrmoped.de/forum/u…post-2-1227808558_big.jpg
    Die Bestückung sieht je eine Spule für Zündung, Scheinwerfer, Rücklich/Batterieladung vor.
    Diese drei Spulen werden von einem Polrad "erregt". Das Problem ist, das sowohl der Strom fürs Licht zu wenig ist, und der Ladestrom für die Batterie bei Fahrt mit Licht auch äußerst knapp bemessen ist. Regelmäßig muss nachgeladen werden, weil die Blinker den ganzen Strom "auffressen".


    Mein vorhaben ist es jetzt, die vorhandenen Spulen durch die größten erhältlichen (12V-42W) zu ersetzen, und in Stern oder Dreieckschaltung zu einer permanent erregten Drehstromlichtmaschine umzubauen. Das Problem, was ich jetzt habe, ist eigentlich auch der Grund des Umbaus. Der viele Strom!


    Wie ich in den letzten Tagen meiner Recherche erfahren musste, reicht ein Drehstromgleichrichter nur aus, um die Batterie zu kochen. Sogenannte Thyristorregler verlagern das Problem nur...entweder kocht der Regler oder die Spulen. Wo also hin, mit der Energie, die Zeitweise nicht benötigt wird?
    Kann man eine oder zwei der Spulen bei nichtbedarf einfach "freischalten"? Im Prinzip soll die Energie ausschließlich zur Ladung der Batterie genutzt werden, und sämtliche Verbraucher aus der Batterie gespeist werden.


    Der Grundbedarf (Fahrt mit Licht) beträgt 35W Scheinwerfer (ggf. 55/60W bei H4-Umbau), 5W Rücklicht, 2W Tachobeleuchtung, und ab und zu mal 21W/42W Stopplicht/Blinker.
    Der Rest wäre dann zur Freien Nutzung, wobei ich dazu sagen muss, das es ggf. weitere Beleuchtungen geben kann/soll, da dieses Möpp ggf. ein Umbau für Veranstaltungen werden soll. Ich bin also nicht zwingend an die STVO gebunden. Auch ist geplant, eine Musikanlage einzubauen, die sicherlich einiges an Strom fressen wird.


    Um beim Thema zu bleiben.... Wohin mit der Energie, wenn sie grad nicht gebraucht wird? Wenn das Möpp ohne Licht und Last läuft, wären das um die 120W, die zuviel wären.


    MFG Andy

  • Hallo,


    das was Du da hast ist ein "Schwulimazu" - ein Schwunglichtmagnetzünder und der enthaltene Generator ist eine klassische Wechselstromlichtmaschine. Die lassen sich leider kaum regeln. Die einzig praktikable Art der Regelung ist das Verheizen überschüssiger Energie. Wie schon gesagt verbrät ein Thyristorregler überschüssige Energie durch Kurzschließen in den Lichtspulen, ein Überladeschutz würde diese über einen Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeben. Allen Lösungen gleich ist der Nachteil, dass Energie verschenkt wird, die dem Antrieb entnimmen wird und dann nicht mehr weiter genutzt werden kann. Aber weil diese Art der Lima eben so supersimpel und billig ist, wird sie in Rasenmähern und Mopeds immer noch gern verwendet.


    Ich habe selbst seit längerer Zeit ein Projekt mit einem alten Moped am laufen, bei dem ich versuche, möglichst viel aus den Spulen herauszukitzeln. Dabei habe ich auch versucht, die Menge der benötigten Energie über einen Längsregler auszukoppeln, ohne die Lichtspulen stets voll zu belasten. Schätze, ein durchgehendes Kernkraftwerk ist leichter unter Kontrolle zu bringen als dieser Längsregler... :cursing: Entweder verliert man durch die Spannungsverluste im Regler so viel Strom, das nicht mehr genug übrigbleibt, oder der Regler brennt durch Überspannung bei geringer Last und hoher Drehzahl ab. Das Optimum ist, wenn nicht gerade beides wechselweise der Fall ist. :S


    Wenn es sich um ein älteres Moped handelt, sollte man bei zu wenig Ladestrom aber zuallererst mal das Polrad neu aufmagnetisieren lassen. In der Regel ist die Leistung nur deshalb so lausig, wiel die Magnete im Polrad über die Jahre völlig erschlafft sind. Und wo kein vernünftiges Wechselmagnetfeld ist, da kann man auch keinen Strom in Spulen erzeugen.


    Grüße, Tom

  • Was ist mit der Idee, Zeitweise unbenötigte Spulen vom System zu trennen? Dann müsste man nich so viel Strom verheizen.


    Hab grad nochmal durchgerechnet...

    Zitat

    Der Grundbedarf (Fahrt mit Licht) beträgt 35W Scheinwerfer (ggf. 55/60W
    bei H4-Umbau), 5W Rücklicht, 2W Tachobeleuchtung, und ab und zu mal
    21W/42W Stopplicht/Blinker.

    Da ich ja im Zuge des Umbaus auf Batteriezündung umbauen muss, schlägt diese auch nochmal mit 20-30 Watt zubuche. Den Rest der 42W-Spule würde dann der Batterieladung zugute kommen.


    MFG Andy

  • Wie ich schon schrieb: Ich hab's mit einem Längsregler versucht. Ein Längsregler ist eine Art sich automatisch verstellender Widerstand zwischen Lichtspule und Verbraucher, mit dem Ziel, die Ausgangsspannung möglichst unabhängig von Drehzahl und anliegender Last konstant zu halten. Im Extremfall trennt der Längsregler auch die Verbindung völlig. Die dabei auftretenden technischen Probleme (deutlich verminderte Leistungsabgabe durch Reglerverluste und Halbleiterschäden durch sehr hohe Spannungen bei abgeregltem Regler) habe ich bis heute aber nicht lösen können. Theoretisch ist das natürlich möglich. Stellt sich nur die Frage, wie teuer eine funktionierende Problemlösung mit Blick auf die Entwicklungskisten letztlich wird. Und dann stellt sich auch noch die Frage nach der Portierbarkeit oder Universalität. Je nach Spulendimension, Drahtstärke, Windungsanzahl, Magnetstärke und Motordrehzahl ergeben sich komplett andere Werte und ich fürchte, so ein kitzliger Längsregler wird darauf abgestimmt sein müssen, um korrekt, sicher und langlebig(!) zu funktionieren.


    Grüße, Tom

  • Hallo Andy&Tom


    Längsregler sind im Zusammenhang mit Konstantromquellen leider die denkbar schlechtesten Lösungen, weil damit wirklich viel Energie sinnlos verheizt wird. Schließt man leerlaufende Generatorwicklungen mit Thyristoren kurz, dann werden überwiegend nur Blindströme verursacht, weil der mögliche Kurzschlußstrom nicht wesentlich höher wird! Wer das nicht glaubt, soll am besten selber nachmessen oder dieses Beispiel analysieren.



    An Mopeds sind meistens recht kleine Bleiakkus istalliert, deshalb wäre es wiederum kontraproduktiv das Fahrlicht mit Gleichstrom zu versorgen. Weil unsere kleinen Magnetzündergeneratoren bei tiefen Motordrehzahlen überhaupt keinen Ladestrom erzeugen, würde diese Betriebsart im Stadtverkehr niemals funktionieren und der arme Bleiakku wäre meistens beinahe leergesaugt. Deshalb am besten an Deiner Simson beide Generatorspulen parallelschalten und wie bisher mit der primären Zünderrerspule die außenliegende Zündspule versorgen. Die Summenleistung beider Generatorspulen wird aufgrund von Ausgleichsströmen geringfügig sinken, aber diese Verluste bleiben garantiert im einstelligen Wattbereich. Dann einen kombinierten 12 Volt AC/DC Spannungs/Laderegler nachschalten und das Fahrlicht mit Wechselstrom versorgen. Nach der Thyristorregelung könnte das ganze bei einem grenzwertigen Lichtspulenumbau so ähnlich aussehen.



    Für drehwillige 50 ccm Kleinkrafträder arbeiten solche Lösungen erfahrungsgemäß zufriedenstellend, weil unter 6000 Upm ohnehin kaum brauchbare Motorleistung möglich ist. Wird bei moderateren Motordrehzahlen die Nennspannung an der Scheinwerferlampe benötigt (beispielsweise für 45 Km/h Fahrzeuge mit 2,9 PS Motoren), dann muß man die Windungszahl erhöhen und folglich auf höchstmögliche Spitzenströme verzichten. Eine kleineren 12 Volt 45/40 Watt Biluxlampe erreicht dann beispielsweise ab 3500 Upm ihre Betriebsspannung.



    Nicht ohne schwerwiegende Gründe, wird auch heute noch das Fahrlicht von vielen 50 ccm Zweitaktrollern mit Wechselstrom versorgt. Ein 170 Watt starker Drehstromgenerator würde kleinen Zweitaktmotoren im Drehzahleller beinahe den Garaus machen, deshalb findet man funktionierende Gleichstrom Bordnetze bestenfalls an modernen 50 ccm Viertaktrollern.

  • Mir ist es immer noch ein Rätsel, weshalb eine offene Spule (Längsregler) in einem magnetischen Wechselfeld mehr Leistung in Wärme umsetzen soll, als eine kurzgeschlossene (Thyristorregler). Erklärung bitte.


    Grüße, Tom

  • Hallo Tom,


    Die Koerzitivfeldstärke der Dauermageten in unseren Polrädern ist nicht wirklich hoch, so daß bei höheren Motordrehzahlen das Gegenfeld der belasteten oder kurzzgeschlossenen Spulen eine beinahe vollständige Entmagnetisierung bewirkt, oder ähnlich zu verstehen wie magnetische Sättigung. Aus diesem Grund arbeiten permanenterregte Generatoren auch wie Konstantstromquellen. An feldgeregelten Generatoren wäre es schon schwieriger, das Magnetfeld mit einem Gegenfeld zu entmagnetisieren. Dort kann man aber die Erregerspannung abschalten, folglich gibt es so gut wie keinen magnetischen Fluß


    Am durchgeschalteten Thyristor (Permanentmagnetgenerator) wird nur dessen Flußspannung mal der Stromstärke als externe thermische Leistung verbraten, welche bei 50% Einschaltdauer (nur während der negativen Halbwellen) erfahrungsgemäß bei wenigen Watt liegt. Sollen stattdessen bei 14 Volt auch nur bescheidene Ströme von 2 Ampere entsorgt werden, dann sind das schon üppige 28 Watt! Als Längsregler im herkömmlichen wäre das möglicherweise noch viel schlimmer, wenn Eingangsseitig beispielsweise 40 Volt DC anliegen! Aus diesem Grund wird auch niemand solche oder ähnliche Lösungen als Serienprodukte installieren. Garantiert haben das schon viele Leute ausprobiert und mussten solche Ideen später als kontraproduktiv verwerfen.


    Ich kann mich sogar noch an einen Prototyp als sogenannter Quer oder Schuntregler von Dir für eine Honda CY50 errinnern, das liegt aber schon einige Jährchen zurück! Auf der anderen Seite lohnt es sich nicht einen kompakten AC/DC Spannungsbegrenzer/Laderegler selber herzustellen, weil solche Komponenten (welche erfahrungsgemäß zuverlässig funktionieren) "für durchschnittlich 15.- Euro" gehandelt werden.

  • Die Koerzitivfeldstärke der Dauermageten in unseren Polrädern ist nicht wirklich hoch, so daß bei höheren Motordrehzahlen das Gegenfeld der belasteten oder kurzzgeschlossenen Spulen eine beinahe vollständige Entmagnetisierung bewirkt, oder ähnlich zu verstehen wie magnetische Sättigung.

    Keine Ahnung, kann sein. ?(


    Aber das erklärt jedenfalls nicht, warum eine offene (unterbrochene) Feldspule sich aufheizen sollte.


    Grüße, Tom

  • Hallo Tom,


    wo hast Du gelesen, dass sich eine offene (nicht stromdurchflossene) Feldspule aufheizt?


    Hier geht es um permaneterregte Magnetzündergeneratoren, welchen man eben mit Thyristorkurzschlußregelung am vernünftigsten steuern kann! Längs, Quer oder Schuntregelungen bei 14 Volt Betriebsspannung, wären (auch wenn sie funktionieren) von der Energiebillanz kontraproduktiv.

  • Da:

    Längsregler sind im Zusammenhang mit Konstantromquellen leider die denkbar schlechtesten Lösungen, weil damit wirklich viel Energie sinnlos verheizt wird. Schließt man leerlaufende Generatorwicklungen mit Thyristoren kurz, dann werden überwiegend nur Blindströme verursacht, weil der mögliche Kurzschlußstrom nicht wesentlich höher wird!

    Ich verstehe das so, dass immer dann, wenn der Lichtspule keine Last abgenommen wird, diese die Leistung dann "verbrät". Bei kurzgeschlossener Wicklung soll das lt. obiger Aussage eben nicht der Fall sein. Für mich ein klarer Widerspruch, Koerzitivfeldstärke, magnetische Sättigung und magnetischer Fluß hin oder her. Ich beziehe mich jetzt nur auf die Gegenüberstellung "Thyristor-Kurzschluss-Verbrat-Regler" gegenüber Längsregler (den 14V-Querregler möchte ich jetzt mal unbeachtet lassen, da dessen Last gegenüber der Lichtspule naturgemäß bei jeder Verbraucherlast gleich hoch ist, nämlich stets 100%).


    Der Längsregler stellt dagegen bei Null-Last keinerlei Last dar, denn er tut ja nichts anderes, als durch Widerstandserhöhung die Last zu vermindern, wenn die Spannung wegen abnehmender Verbraucherlast zu weit zu steigen droht. Dadurch steigt die Spulenspannung vor dem Regler und bleibt dahinter konstant. Bei Lastzunahme des Verbrauchers verringert sich der Widerstand des Längsreglers, so dass eine höhere Last an die Lichtspule gelegt wird: Die Ausgangsleistung steigt (soweit nicht die Maximalleistung der Lichtspule überschritten wird).


    Daraus ergibt sich für den Längsregler folgendes Leistungsaufnahmebild:

    • Bei verbraucherseitiger Null-Last erreicht auch die mechanische Leistungsaufnahme der Lichtspule von der Kurbelwelle ein Minimum, da nur ein sehr geringer Ausgangsstrom fließt.
    • Bei verbraucherseitiger Volllast liegt die mechanische Leistungsaufnahme im Maximum, es fließt ein hoher Ausgangsstrom
    • Bei mittlerer Verbraucherlast liegt die mechanische Leistungsabnahme zwischen 50 und 80%, je nach dem, ob ein linearer oder ein getakteter Längsregler verwendet wird.

    So sonderlich konstant kann der Strom bei der Lichtspule auch nicht sein, sonst würden die Thyristoren in den Reglern ja nicht dauernd wegen hoher Stromtransienten abkacheln.


    Habe ich jetzt den Strom nicht begriffen, oder haben wir uns falsch verstanden?


    Grüße, Tom

  • Hallo Tom,


    wo hast Du gelesen, dass sich eine offene (nicht stromdurchflossene) Feldspule aufheizt?


    Hier geht es um permaneterregte Magnetzündergeneratoren, welchen man eben mit Thyristorkurzschlußregelung am vernünftigsten steuern kann! Längs, Quer oder Schuntregelungen bei 14 Volt Betriebsspannung, wären (auch wenn sie funktionieren) von der Energiebillanz kontraproduktiv.

    @ Ewald, das war ja meine Frage gewesen, wo ich die Antwort in dem Beitrag bisher noch nicht so finden konnte.


    Was passiert mit der Spule, wenn ich sie abklemme, weil ich sie "grad" nicht brauche? Damit könnte ich doch den Regler quasi entlasten, oder? Ich meine, wenn der Stromkreis nicht geschlossen ist, kann da keine Spannung induziert werden. Das wären dann pro Spule 42W weniger, die verheizt werden müssten.


    Davon abgesehn, welcher der Shunt-, Längst-, Quer-, oder Hochkanntregler were denn nun das beste?

  • Hallo Newman


    Nur bei niedrigen Motordrehzahlen, würde dauerhaftes kurzschließen der Generatorwicklungen erheblich höhere Antriebsleistung als leerlaufende Spulen bewirken. In dieser Betriebsart sind aber die Leerlaufspannungen meistens so niedrig, daß der Thyristor vom AC Regler erst überhaupt nicht angesteuert wird. Wenn die Beleuchtung als Grundlast eingeschaltet ist, dann begrenzt der AC-Regler allmählich bei Motordrehzahlen um 5000 Upm.


    Werden Generatorwicklungen (beispielsweise für selbstgefrickelte Rennfahrzeuge) bei hohen bei hohen Motordrehzahlen überhaupt nicht belastet, dann verursachen die Magnetisierungsverluste höhere Antriebsleistung als wenn die Spulen permanent kurzgeschlossen werden. In diesem Fall bleiben zwar die Spulen relativ kühl, dafür heizt aber das Polrad mörderisch. Ich verwende für solche Zwecke einen Prüfantrieb mit schlanken zweipoligen 0,37 KW Drehstrommotor in Dreieckschaltung und einen 3x400 Volt 1KVA Frequenzumrichter von Lenze.



    Damit kann ich Drehzahlen zwischen 250 bis 13000 Upm stufenlos nachbilden, je nach verwendeten Polrad wird am Drehstromwattmeter (vor dem Frequenzumrichter) im Drehzahlbereich zwischen 6000 bis 7500 Upm die benötigte Wirkleistung niedriger, wenn ich die Generatorwicklungen kurzschließe. Bei mittlerer Nennlast tritt dieser Effekt ungefähr 1000 Upm höher auf und bei fünfstelligen Drehzahlen ist die Leistungsaufnahme mit leerlaufenden Generatorwicklungen erheblich höher.


    Aus diesem Grund haben schon vor ca. 30 Jahren ersthafte Rennfahrer (bzw. Techniker welche auch Ahnung von dieser Materie hatten), von 6 poligen LIma-Statoren in Sternfom das Blechpaket von allen 5 Generatorwicklungen weggefräst und nur die Zündgeneratorspule alleine belassen. Diese war zwar im Rennbetrieb ein armes Schwein, aber für ein Rennen hat diese Technik meistens durchgehalten.


    Magnetzündergeneratoren im Leistungsbereich unter 100 Watt würde ich immer nach diesem Prinzip regeln.



    Vom Innenleben sieht das so ähnlich aus.



    Hallo Tom


    Hohe Drehzahlen sind der große natürliche Feind von leerlaufenden permanenterregten Magnetzündergeneratoren, bei einer Trial Maschine mit bescheidenen 3000 Upm wäre es wiederum vernünftiger die Generatorwicklungen unbelastet zu betreiben, falls man keine Beleuchtung braucht.


    Weil permanenterregte Magnetzündergeneratoren keine feste Spannungsanbindung haben und bei hohen Drehzahlen sehr hohe Leerlaufspannungen erzeugen, wäre ein linearer Längsregler im Teillastberieb zum scheitern verurteilt. Das könnte bestenfalls bei 95% Nennlast so einigermaßen funktionieren (wenn der Generator bereits natürlich knapp über seine erwünschte Nennspannung heruntergewürgt wird), oder eben ohne Belastung oder ganz kleinen Stromstärken, wo kein oder nur sehr wenige Strom fließt!


    Wenn Du mit einem linearen Längsregler arbeiten willst, müsstest Du vorher die mögliche Lerlaufspannung beispielsweise auf ungefähr 15 Volt mit Thyristoren niederprügeln und die Differenz beispielsweise mit einen low-Drop Regler möglich Verlustarm ausbügeln.


    Bei Spulen mit eher kleinen Leistungen kann man auch einen öffnenden Thyristor als steuerbaren Einweggleichrichter vorschalten, falls man beispielsweise energiesparende LED Leuchten ohne Akku versorgen will.



    Abrauchende Thyristoren kennt man überwiegende von kräftigen Drehstromgeneratoren wo pro Phase schon üppige Ströme um 15 Ampere fließen und die verwendeten Thyristoren nur 15 Ampere Dauerstrom laut Datenblatt schaffen. Auf der anderen Seite findet man auch Billigchinesen, welche solche Fehlkonstruktionen herstellen.



    Und hier noch der Schaltplan:



    PS: Jeder soll regeln wie er will, ich kann in diesem Zusammenhang nur meine langjährigen Erfahrungen mitteilen!

  • Schuld an der Verlustleistung ist also nicht die Wicklung, sondern die Ummagnetisierungs- oder auch Eisenverluste genannt. Sehe ich das jetzt richtig?


    Einen Längsregler an der Wechselstromlima würde ich aus den genannten Gründen (hohe Eingangsspannung) auch immer als Schaltregler auslegen. Die Bezeichnung "Längsregler" hatte ich nur in dem Zusammenhang gewählt, das der Regler "längs" zwischen Lichtspule (mit Gleichrichter) und Verbraucher geschaltet wird und eben keine Quer- bzw. Kurzschlussregelung stattfinden sollte. 14V/5A bei Eingangsspannungen von 50V und darüber ergeben in der Tat keinen Sinn.


    Der einfache querregelnde MicroCharge-Überladeschutz arbeitet aber wunderbar an den Trecker-Lichtspulen: Keine vergasten Batterien mehr, keine abgerauchten Regler mehr, keine kaputten Lichtspulen mehr. Allerdings drehen die Briggs & Stratton auch keine 10.000U/min.


    Grüße, Tom

  • Der Simsonmotor auch nicht. Der is angegeben mit ner max. Drehzahl von 5500 U/Min.


    @ Ewald, entweder bin ich zu blöd, dich zu verstehen, oder ich lese um deinen Antworten immer irgendwie herum, den DIE Antwort hab ich bisher noch nicht gefunden, obwohl schon 3 mal gefragt. ;)

    Zitat

    Was passiert mit der Spule, wenn ich sie abklemme, weil ich sie "grad" nicht brauche?

    Mir gehts jetzt nicht ums Kurzschließen oder abregeln. Mir gehts ums ABKLEMMEN, Sprich, Kabel ab! Isses damit möglich, die Unnötige Erwärmung von Spule, Polrad und Regler zu umgehen? Klares ja oder nein. ;)


    MFG Andy

  • Hallo Tom,


    allmählich kommen wir auf eine gemeinsame Linie, in der Tat sind die Ummagnetisierungsverluste bei hohen Drehzahlen das große Problem. Ein Flyback Schaltregler wäre auf einer Seite ein wunderbarer Ausweg, welcher sich aber bei tiefen Drehzahlen leider als Bumerang entwickelt. Sinkt die Eingangsspannung am Schaltregler zu weit ab, steigt bekanntlich die Stromaufnahme (welche der Generator irgendwann nicht mehr liefern kann) und dann bricht der Regler zusammen. Auch das erhöhen der Drehzahl nützt in diesem Zustand nichts, weil der permanenterregte Generator wie eine Konstantstromquelle arbeitet, deshalb müsste man eine Art Watchdog Timer realisieren, damit der Schaltregler in einem gewissen Zyklus pumpt und so wenigstens ein aufladen des Ladeelkos mit einer bestimmten Mindestspannung ermöglicht.


    Das ganze hat leider noch einen zweiten Hacken, wenn die Motordrehzahl hoch und die Last am 14 Volt Bordnetz niedrig ist, steigt die Eingangsspannung vom Schaltregler sehr hoch an. In diesem Fall bräuchten wir einen großzügigen Ladeelko für ausreichend hohe Bestriebsspannung und naturgemäß auch ausreichend spannungsfeste Powermosfet Transistoren, welche dann leider wieder einen viel zu hohen On-Widerstand verursachen und folglich eine schlechte Effizienz bewirken. Deshalb ist für hochdrehende Motorräder der altbewährte und vor allem einfache Thyristor Kurzschlußregler noch die beste technische Lösung.

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