Warum entsteht extreme überspannung wenn man drehstrom in gleichstrom umwandelt?
Hi liebe community und die physiker unter euch :D ich habe eine frage die ich lange versuche zu bewältigen. Ich habe einen generator selber gebaut mit einem drehstrommotor und einem dieselmotor. Mit 3 kondensatoren konnte ich den drehstrommotor zu einem generator umfunktionieren und das klappt sehr gut, der motor hat 4kw und gibt je phase ca 1.1 kw ab. Und das ist der nachteil ich kann insgesamt 3.3 kw strom nehmen aber nicht alles auf einmal und in der regel brauchen nur heizgeräte zb wasserkocher herd etc soviel strom. Und diese funktionieren auch mit gleichstrom effektiv ! Daher habe ich mir überlegt einen ausgang zu bauen, der alle phasen vereint damit ich die ganze leistung für bestimmte geräte nehmen kann. Ich habe jeder phase einen eigenen brückengleichrichter gegeben und die ausgänge jeweils parallel geschaltet also 3x + und 3x - somit habe ich theoretisch meine 3.3 kw. Als ich die spannung dann aber gemessen habe stellte ich fest das die bei 450-600v lag obwohl jede phase nur glatt 230v abgibt. Es liegt wohl daran das sich die amplituden überlagern. Meine frage ist jetzt wie kann ich dieses problem bewältigen? Würde es mit der M3 schaltung (3 dioden) besser funktionieren und nicht zu so einer überspannung führen? Ich habe in meinem fall brückengleichrichter verwendet vielen dank schonmal ! 🥰
3 Antworten
- n Gleichrichter für Drehstrom besteht aus 6 Dioden: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gleichrichter_Drehstrom.svg
- die 230V sind die Effektivspannung...
- die Scheitelspannung pro Phase ist etwa 325V... also:
-
- die Scheitelspannung bei Drehstrom ist nochmal viel höher... keine Ahnung warum...
- du könntest deine Schaltungen dort vorab simulieren (das qualmt weniger): http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html
ich würde einen Schaltwandler benutzen, der alle drei Phasen gleichmäßig und ohmsch belastet... d. h. die Blindleistung wird ziemlich gut gering gehalten...
- nur „3 Dioden“? kannst mal die Schaltung aufmalen? also unter 4 Dioden kenn ich persönlich keinen richtigen Gleichrichter... *kicher* bin als Infomagier aber auch eher ganz andere Schaltungen gewohnt...
- ja... wie du schon vermutet hast, liegt es daran, dass die Phasen um 120° gegeneinander verschoben sind... dadurch ist dann wohl das Maximum einer Phase an einer Stelle, wo ne andere Phase ziemlich viel niedriger ist, als nämlich die dritte der Phasen...
- n Schaltwandler ist cool... der frisst nich viel Strom... also einfach son 4-Dioden-Gleichrichter für jede Phase völlig ohne Kondensator und dann an jeden Gleichrichter einen Schaltwandler dranklemmen und deren Ausgänge würde ich dann gleichmäßig belasten...
- zur Not wird eben der Überschuss in Akkus eingespeist... Eisen-Nickel-Akkus könnten gut sein, wenn die Selbstentladung nicht zu viel ist... sonst eben LiFePO4- oder Blei-Chemie...
Ich danke dir ! Ich weiss welche schaltung du meinst die mit 4 dioden ist für einfachen wechselstrom für drehstrom gibt es welche mit 6 dioden (b6) oder mit 3 (m3) es gibt auch welche mit mehr dioden die sind aber nur in hochleistungsbereiche angebracht. Einen kondensator werde ich selbstverständlich anschliessen um die schwankungen zu vernichten. Akku aufladen kann ich nicht da der ausgang ein gleichstrom mit 230-250v sein wird und den kann ich schlecht heruntertransformieren😂 da ist es einfacher den an die einfache eine wechselstromphase des generators anzuschliessen dir vor dem gleichrichter ist. Diese gleichrichtung soll nur für heizgeräte die viel strom brauchen sein
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Half-wave_rectifier3.png/240px-Half-wave_rectifier3.png das ist die schaltung die ich meine
aber der Kondensator macht dir doch gerade die Blindleistung, die wohl die Hälfte des erzeugten Stroms zunichte macht... oda?
- also mit der Schaltung nimmst du ja stets nur die obere Halbwelle mit... oda?
- hast das mal simuliert? dann wird dir bestimmt einiges klarer...
- und fang am Besten mit ohmschen Wid erständen an... also keine Spulen und keine Kondensatoren... nur Dioden und Wid erstände....
- was sagst du zu meinem Plan mit den drei 4-Dioden-Gleichrichter mit je einem Schaltnetzteil (also drei), die alle die selbe Ausgangs-Leistung erbringen...? zu teuer?
Bei Gleichspannung entsteht keine Blindleistung.
Da es sich um einen generator handelt würde ich einen Sechspuls Gleichrichter empfehlen. Bei Dreipuls werden die negativen Wellen nicht benutzt dadurch dreht der generator zu Hälfte im Leerlauf.
Für Heizelemente brauchst man keinen Kondensator. Dieser dient nur zu Glättung und erhöht keineswegs den Wirkungsgrad.
öhm? wir reden hier ja wohl über drei Phasen, die immer nur im Bereich der positiven Spitzen ihrer Sinusschwingung belastet werden... das ist ja wohl dermaßen „distorted“, dass die Blindleistung erheblich ist... vllt sogar weit über 50%...
Schau bitte nochmal nach was Blindleistung ist.
Was du meinst ist theoretisch Wirkungsgrad. Theoretisch weil bei unbelasteten Halbwellen der Verbrennungsmotor nicht die volle Leistung bringen braucht und auch nicht macht.
Dass dadurch der der Verbraucher weniger Leistung zur Verfügung bekommt hat auch nichts mit dem Blindleistung zu tun.
Gruß
- manno...
- WP: Blindleistung und besonders Verzerrungsblindleistung
- Simulation: Falstad
- siehst du 's jetzt?
wir reden hier ja wohl über drei Phasen, die immer nur im Bereich der positiven Spitzen ihrer Sinusschwingung belastet werden... das ist ja wohl dermaßen „distorted“, dass die Blindleistung erheblich ist... vllt sogar weit über 50%...
Das hat NICHTS mit Blindleistung zu tun... Und eine B6U ist genau dafür da, dass immer die max Spannung ohne nennenswerte Einbrüche zur Verfügung steht.
Der Ladekondensator zur Glättzung der Spannung erzeugt auf der Wechselspannungsseite eine Blindleistung, ja. Braucht er aber nicht, da er, ausreichend groß dimensioniert, die Spannung nur noch mehr nach oben treiben (nämlich auf U-Spitze des Sinus, was bei der B3U 325V wären und bei der B6U sogar 563V)... Aber er will ja runter. Nur, egal was er macht, er hat immer mehr wie 230V bei Gleichrichtung... Das kann nie so funktionieren, wie er sich das vorstellt... Deshalb wird er auch nie eine 230V-Heizung daran betreiben können...
Besser wären 3 kleine Heizungen mit je 1kW, die er ganz normal im Stern geschaltet betreibt (230V eben)... Dann hat er die 3kW in Summe, und symetrisch belasteten Generator...
- warum hat es nich mit Blindleistung?
- hast du die Simulation nich gesehn? wie erklärst du dir denn die unterschiedliche Leistung?
- was ist denn für dich dann „Verzerrungsblindleistung“?
- seit wann wird die Blindleistung besser, wenn die Stromspitze größer wird?
- LOL
- von dem Schritt hin zur Gleichspannung rätst du also ab... wie er für gleichmäßige Belastung der 3 Phasen mit seinen ganzen Verbrauchern sorgen soll, erklärst du aber nich...
- das war 's dann für mich, wenn da nix Neues kommt...
Blindleistung hast Du, wenn der Strom Phasenversetzt zur Spannung ist. Ist er aber nicht, es werden lediglich die Spannungsspitzen belastet, um den Kondensator nachzuladen. Ansonsten speist der Kondensator den Verbraucher.
Verzerrungsblindleistung hast Du durch Harmonische.. (2. 3. 5. ect... also alles was außerhalb des Sinus 50Hz liegt...)
Die Blindleistung wird nicht besser, es ist einfach keine...
Lies meinen letzten Satz. 3 kleine Heizungen je 1kW zur symetrischen Belastung. Habe also einen Lösungsansatz geboten!
Spannung am Verbraucher, Spannung der Quelle und Strom der Quelle
Da ist keine Phasenverschiebung in dem Sinne erkennbar, sondern lediglich, dass nur im Spannungsmaximum ein Ladeimpuls für den Kondensator entsteht. Was zudem die Generatorwicklung impulsartig stark belastet...
- geht es nich um viele verschiedene Verbraucher?
- und die sollen auch noch mit 230V (also AC oder DC) betrieben werden...
- wie soll man in deinen Simulationen denn ne Phasenverschiebung sehen?
- in meiner Simulation sieht man sogar, dass das Strom-Maximum vor dem Spannungsmaximum eintritt...
- Blindleistung ist also nicht immer ne Phasen-versetzte Sinus-Schwingung... sondern eben alles, was nich nach nem rein ohmschen Verbraucher aussieht... sobald n Kondensator dabei ist, wird es schwierig...
- zum Glück haben heutige SMPS ne PFC Stufe...
Andere Alternativen, um mehr Lösungen zu nennen:
Anderen Generator nutzen (3kW-Wechselstromgenerator)
Eine Schaltung entwickeln, die aus der Gleichspannung durch ein Pulsmuster und einem nachgeschalteten Trafo wieder Wechselspannung macht (Frequenzumrichter/Wechselrichterprinzip)
Andere Geräte nutzen, die eben keine 2kW auf einmal brauchen...
Mit dem vorhandenen Generatorsatz ist eben nichts anderes möglich. Ich kenne auch keinen fertigen Inverter, der aus Drehstrom -> Wechselstrom macht, mit entsprechender Summenleistung...
Der Ladestrom fängt natürlich VOR dem Maximum an, da die Spannung ja am Kondensator schon zusammen gebrochen ist. In dem Moment, wo die Generatorspannung im Sinus über die Kondensatorspannung kommt, fließt ein Ladestrom in den Kondensator und zugleich auch ein Laststrom durch den WIderstand, je höher der Sinus kommt, um so geringer ist die Spannungsänderung am Kondensator und der Ladestrom nimmt ab. Sobald die Generatorspannung im Sinus unter die Spannung des Kondensator fällt, versorgt der Kondensator die Last und der Generator liefert keinen Strom mehr in die Schaltung. Es ist also einfach das Nachladeverhalten des Kondensator in Verbindung mit einer Diode und einer Sinusförmigen Spannung. Du hast am Kondensator eine Gleichspannung, die nachgeladen wird..
Noch mal entwas deutlicher, was passiert..
Du hast also nur eine schwankende Wirkleistung. Blindleistung hast Du NUR, wenn der Strom noch positiven Sinus hat und die Spannung schon negativ ist, oder andersrum (vor/nacheilender Strom)... Da Du aber nie eine solche Situation hast, wo eine Phase noch eine positive Spannung hat, aber der Strom ihr entgegengesetzt gepolt ist, hast Du KEINE Blindleistung... Strom und Spannung bleiben IMMER in Phasenlage... ;)
- letzter Versuch: Siehst du jetzt die Oberschwingungen beim Strom?
- also für mich ist da eindeutig Verzerrungsblindstrom und damit auch Blindleistung...
- was du über das unterschiedliche Vorzeichen schreibst, ist mir gar nich klar... wär ja n komischer Zufall, wenn das so wär...
Du hast harmonische drauf, aber KEINE Blindleistung. Immernoch nicht... Harmonische sind Schwingungen abseits der Nennfrequenz von 50Hz...
Blindleistung beschreibt den Anteil einer Stromkennlinie zur Spannungskennlinie, die nicht polaritätsgleich der Spannung ist... Blindleistung entsteht NUR, wenn eben der Strom negativ zur positiven Spannung ist und umgekehrt...
In dieser Schaltung entsteht Blindleistung. Du hast einen Bereich, in dem Du Strom und Spannung mit unterschiedlichen Vorzeichen hast... Kapazitiv eben Strom voreilend, induktiv wäre der Strom nacheilend... Wirkleistung ist der Bereich, wo Strom und Spannung Phasengleich sind.
In den anderen Schaltungen tritt diese Situaltion NICHT auf, dass Spannung und Strom gegenläufig sind... Somit auch keine Blindleistung. Nur eine nicht sinusförmige Wirkleistung auf der Spannungsquelle... Blindleistung schiebt Strom zurück zur Quelle, entgegengesetzt der Quellspannung. Nur dann hat man Blindleistung...
- deine Definition von Blindleistung ist falsch...
- guck doch nochmal unter „Verzerrungsblindleistung“ nach... da müsstest du ne Formel mit den zusätzlichen Frequenzanteilen finden...
- wie kann man überhaupt glauben, es sei in Ordnung und hätte keinen Namen, wenn man den Generator nur bei jeder zweiten Halbwelle einmal ganz kurz aber heftig belastet? LOL
- mich wundert eigentlich, dass in der Simulation nicht mehr aus dem Ruder läuft... aber es ist eben eine ideale Wechselspannungs-Quelle... in Wirklichkeit sieht es alles noch viel schlimmer aus... glaub ich...
Blindleistung im klassischen Sinne hast Du keine (Pendelnde Leistung zwischen Versorgungsnetz und Verbraucher, hieß bei uns aber auch nicht Verschiebungsblindleistung, wie heute unterschieden wird)... Dabei bleibe ich... ;)
Die genaue Definition bzw Beschreibung der "Verzerrungsblindleistung", auch schon mal "Verzerrungsleistung" genannt, habe ich mir noch mal gemütlich durchgelesen... Da hatte ich tatsächlich ein Verständnisproblem. Dass solche Nadelimpulse auch darunter fallen war mir so nicht geläufig... Dachte da an reine Oberwellen, wieder was gelernt...
Ich habe nie behauptet, dass diese Ladeimpulse ok sind, oder eben keinen Namen hätten. Die können ganz schöne Probleme Verursachen... Mir war eben nur nicht bekannt, dass diese als "Verzerrungsblindleistung" geführt werden. Da zu meiner Lehrzeit solche abartigen Belastungen durch die heutigen Schaltnetzteile noch nicht so das Thema waren, ist es vlt in der Lehre auch untergegangen.... Da haben wir nur Blindleistung im klassischen Sinn gelernt und berechnet. Aber keine pulsartigen Sonderbelastungen durchgenommen...
na dann haben wir ja n paar Stunden an einander vorbei geredet... kicher
Warum die gemessene Spannung so hoch ist, wurde dir ja schon erklärt.
Was ich nicht verstehe: Laut deinem Kommentar legst du Wert auf einen hohen Wirkungsgrad. Dem widerspricht, dass du einen Dieselmotor zum Antrieb eines Generators verwendest. Warum betriebst du die Geräte nicht mit Netzstrom?
Ein dieselmotor hat von allen hubkolben-verbrennungsmotoren den höchsten wirkungsgrad der benziner wird niemals so viel erreichen und wird immer ein schlucker ohne drehmoment sein. Ich habe eine garage, in der habe ich aber kein stromnetz.
Du solltest mal deinen Anschluß zeichnen, wie Du die Gleichrichter verschaltet hast...
https://de.wikipedia.org/wiki/Dreiphasengleichrichter
Hier siehst Du die verschiedenen Schaltungen und die resutierende Gleichspannung daraus...
Hallo, danke für den hinweis also belastung klingt schlecht ich möchte einen hohen wirkungsgrad erreichen und nicht die energie in wärme umwandeln das wäre zu schade. Es geht aber auch mit 3 dioden und tatsächlich wenn ich den brückengleichrichter an 230v anschliesse ist die ausgangsspannung fast gleich. Die überspannung kommt nur nach der parallelschaltung aller ausgänge...