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| Die
Strommühle (1): |
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Erster
Schritt ist die Entwicklung eines Handmodells für die
Energiegewinnung mit Hilfe von Permanentmagneten und Kupferdrahtspulen.
Die räumliche Anordnung von Spulen und Magneten zueinander und
untereinander ist dabei von entscheidender Bedeutung
für die spätere Effizienz des Generators. Die Achse,
eine
8mm-Gewindestange, läuft in zwei Kugellagern (Typ
Roller-Skates),
die jeweils in Holzkörper eingelassen sind.
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| Die
Strommühle (2): |
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In
der Detailaufnahme von schräg unten sieht man die Anordnung
der Spulen und Magnete. In der drehbaren Holzscheibe sind 40 Magnete
(rund, 10 * 10 mm) eingelassen. Bei den 30 Spulen handelt es sich um
einen
ebay-Restverkauf von kernlosen Drosselspulen. Es wird
3-Phasen-Wechselstrom produziert. Die kurzschlussträchtige
Gleichrichtung an der Unterseite der Strommühle wurde
inzwischen durch eine externe Anordnung ersetzt.
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| Die
Strommühle (3): |
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An
der Unterseite ist die 3-phasige Verdrahtung angebracht (hier leider
noch mit fast lauter gleichfarbigen Litzen). Die Holzplatte in der
Mitte beherbergt das untere Kugellager.
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und sie
mahlt Strom: |
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Die
Strommühle erweist sich nicht gerade als Kraftwerk. Von Hand
angetrieben ist die Stromausbeute etwa 3 Watt.
Aber als Modell für verschiedene Tests zeigt sie sich dennoch
gut
geeignet. Hier im Bild leistet sie gute Dienste bei der Programmierung
der PC-gestützten Datenaufzeichnung - vor allem in Zeiten ohne
Wind.
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Versuche mit
der Strommühle bestätigten:
- 1. Die gemessene Leerlaufspannung (plus
1,4 Volt Diodenverlust) ist proportional zur Drehzahl des Generators.
Damit ist die
verfügbare Gesamtleistung proportional zum Quadrat der
Drehzahl.
- 2. Der Spannungsabfall durch Leistungsentnahme
(also die Differenz aus Leerlaufspannung und gemessener
Spannung) folgt dem Ohmschen Gesetz und berechnet sich als
Produkt von
Innenwiderstand der
Spule und Stromfluss. Der Innenwiderstand der Spule ist (je nach
Material) weitgehend konstant und
kann bei Stillstand des Rotors als ohmscher Widerstand gemessen werden.
- 3. Damit kann das elektrische Verhalten eines
Permanentmagnet-Generators durch zwei Kenngrößen
vollständig beschrieben werden:
- 1. Verhältnis aus
Leerlaufspannung und Drehzahl,
- 2. Wirksamer Innenwiderstand der Spulen.
In Bezug auf die räumliche Konstruktion waren folgende
weiteren
Zusammenhänge
erkennbar (bzw. aus der Physik ableitbar):
- 4. Die Gesamtleistung ist proportional zur
Anzahl der Magnete, zur induktiven Wirkung des Einzelmagneten (ich
verstehe nichts von Magnetismus, aber die Größe der
Magnete und der Grad ihrer Magnetisierung gehen hier ein.) und zum
Quadrat ihrer absoluten Geschwindigkeit (jeweils
vorausgesetzt, gleichbleibende Effizienz der Strominduktion in der
Spule während der Passage).
- 5. Berechnung der Fliehkräfte der
Magnete: - folgt -
- 6. Bei 3-Phasen-Gleichrichtung ist ein Glättungskondensator zunächst praktisch entbehrlich.
- 7. Zur Optimierung der Passage (Magnet
läuft an Spule vorbei) sind folgende Maße
wichtig:
- Innendurchmesser der Spule
- Außendurchmesser der Spule
- Größe (Durchmesser) des
Magneten
- Anzahl der Phasen des Generators
- Hieraus berechnen sich die optimalen Spulen-
und Magnetabstände!
- Der Spalt zwischen Magneten und Spulen ist für
eine gute elektromechanische Koppelung nach handwerklicher
Möglichkeit zu minimieren.
- Beispiel Strommühle: 3-phasiger
Drehstromgenerator aus 30 Spulen (10 je Phase) und 40 Magneten.
Innendurchmesser (Luftbereich) einer Spule ca. 12 mm,
Außendurchmesser ca. 24 mm. Durchmesser eines Magnets 15
mm.
Hieraus folgt nach Zeichnung und Rechnung, dass
- 1. Magnete
sowie Spulenmitten mit einem Radius von 110 mm angeordnet
werden,
- 2.
die Spulenmitten am besten 23 mm voneinander entfernt sind
(Ränder
wurden leicht eingekürzt, dann dicht an dicht),
- 3.
die Magnetmitten am besten 17,3 mm voneinandern entfernt sind, also
Abstand
2,3 mm zwischen benachbarten Magneten ,
- 4. die Magnete in ihrer Polung
alternieren (!).
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Hier
könnte Ihre eigene Strommühle stehen!
Au ja:
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