Forum

Hallo,
in den Kommentaren zu diesem Video
https://youtu.be/RNwf3Y-N-oo
läuft eine kleine Diskussion über die Kräfte, die die Drehscheibe in Bewegung setzen.
Laut Wikipedia ist es eine besondere Bauform eines Asynchronmotors.
Strom- und Spannungsspule erzeugen ein Magnetfeld, das ein dem Produkt aus Spannung und Strom entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Kann Jemand am Beispiel einer Phase die Entstehung des Drehfeldes erklären.
Wenn möglich unter Berücksichtigung des bekannten Bierglases mit viel Schaum.
Und, was führt dazu, dass bei Richtungsänderung des Leistungsflusses sich auch die Drehrichtung ändert.

Der "Knackpunkt" sind wohl die im Winkel der Drehachse versetzten Spulen für Strom und Spannung. Eine Spule einzeln betrachtet erzeugt ein Magnetfeld, welches in der Zählerscheibe , deren Fläche größer als der Feldquerschnitt ist, kurzgeschlossen wird. Das passiert unabhängig davon, wo sich das Feld durch die Scheibe befindet. Das würde dem Experiment mit der Magnetschaukel (ein dünner Leiter bewegt sich quer durch das Magnetfeld) im Feld entsprechen, wenn man den Leiter der Magnetschaukel als deutlich größer als das Magnetfeld annimmt. Es wirkt also keine Kraft auf die im (Wechselstrom-) Magnetfeld befindliche Scheibe, die ein Drehmoment zur Folge hätte. Jetzt erzeuge ich mit Wechselstrom gleicher Phase ein weiteres Magentfeld, im Drehwinkel Winkel (z. B. 90°) versetzt zum ersten Magnetfeld. Bei gleicher Phase dürfte (wenn ich das richtig verstehe) immer noch kei Drehmoment entstehen, da ja zwei phasengleiche Magnetfelder auf die gleiche Scheibe einwirken. Vertausche ich aber die Anschlüsse einer Spule, erzeuge ich gegenphasige Magnetfelder. D. h. dass die Krafteinwirkung zwischen beiden Spulen und der Scheibe unterschiedlich und auch maximal ist und die Scheibe beginnt, sich zu drehen. Da die Kraft proportional der Amplitude des Magnetfeldes ist, wird klar, das bei Abschalten (Nulldurchgang) einer Spule das Produkt "0" ist und die Scheibe wieder steht. Bei Wechselstrom wird daher bei jedem Nulldurchgang einer Spule der aktuelle Momentanwert der anderen Spule mit "0" multipliziert. Das Produkt und somit die Drehgeschwindigkeit ist so phasenabhängig. Wir können mit dieser Konstruktion also mit einem Strompfad und einem Spannungspfad ein Drehmoment in der Scheibe erzeugen, welches dem momentanen Produkt beider Phasen entspricht. Also erhalten wir die Wikleistung. Bei reiner Blindleistung haben wir eine Phasenverschiebung von genau 90° - da würden sich die Krafteinwirkungen der versetzten Spulen aufheben, der Zähler würde stehen, obwohl in der "Stromspule" ein Strom fließt (Maximum einer Phase = der anderen Phase). Erzeuge ich jetzt eine weitere Phasenverschiebung, dann würde der Zähler, nachdem er stehen geblieben ist, beginnen, in die andere Richtung zu laufen. Wir speisen also ein.... Wichtig bei der Betrachtung ist vielleicht noch, dass (wie bei der Magnetschaukel) Die Frequenz direkt en Einfluß auf die Drehgeschwindigkeit hat - die Zähler sind also auf exakt 50Hz angewiesen.
So, das war jetzt mein Versuch so ganz ohne den Bierschaum - Entschluldigung . Ich habe das jetzt mal so geschrieben, wie ich mir das vorstelle, und habe nichts nachgesehen - da können also noch Ungenauigkeiten oder Denkfehler enthalten sein (dafür aber keine Spuren von Erdnüssen). Ins Grübeln bin ich gekommen, als ich über
das entstehende Drehmoment nachdachte. Ist das einfach nur die Differenz der Krafteinwirkung beiden Spulen auf die Zählerscheibe oder spielen da Ausgleichsströme in der Scheibe zwischen den Magnetfeldern eine Rolle???.
Mir sind die Ferrarismotoren als Stellmotoren in XY-Schreibern in Erinnerung - die waren erstaunlich schnell und recht kräftig, Da mußte man auf sein Finger aufpassen, das konnte sehr schmerzhaft, wenn man die auf dem Papier hatte.

» Der "Knackpunkt" sind wohl die im Winkel der Drehachse versetzten Spulen
» für Strom und Spannung. Eine Spule einzeln betrachtet erzeugt ein
» Magnetfeld, welches in der Zählerscheibe , deren Fläche größer als der
» Feldquerschnitt ist, kurzgeschlossen wird. Das passiert unabhängig davon,
» wo sich das Feld durch die Scheibe befindet. Das würde dem Experiment mit
» der Magnetschaukel (ein dünner Leiter bewegt sich quer durch das
» Magnetfeld) im Feld entsprechen, wenn man den Leiter der Magnetschaukel als
» deutlich größer als das Magnetfeld annimmt. Es wirkt also keine Kraft auf
» die im (Wechselstrom-) Magnetfeld befindliche Scheibe, die ein Drehmoment
» zur Folge hätte. Jetzt erzeuge ich mit Wechselstrom gleicher Phase ein
» weiteres Magentfeld, im Drehwinkel Winkel (z. B. 90°) versetzt zum ersten
» Magnetfeld. Bei gleicher Phase dürfte (wenn ich das richtig verstehe)
» immer noch kei Drehmoment entstehen, da ja zwei phasengleiche Magnetfelder
» auf die gleiche Scheibe einwirken. Vertausche ich aber die Anschlüsse einer
» Spule, erzeuge ich gegenphasige Magnetfelder. D. h. dass die
» Krafteinwirkung zwischen beiden Spulen und der Scheibe unterschiedlich und
» auch maximal ist und die Scheibe beginnt, sich zu drehen. Da die Kraft
» proportional der Amplitude des Magnetfeldes ist, wird klar, das bei
» Abschalten (Nulldurchgang) einer Spule das Produkt "0" ist und die Scheibe
» wieder steht. Bei Wechselstrom wird daher bei jedem Nulldurchgang einer
» Spule der aktuelle Momentanwert der anderen Spule mit "0" multipliziert.
» Das Produkt und somit die Drehgeschwindigkeit ist so phasenabhängig. Wir
» können mit dieser Konstruktion also mit einem Strompfad und einem
» Spannungspfad ein Drehmoment in der Scheibe erzeugen, welches dem
» momentanen Produkt beider Phasen entspricht. Also erhalten wir die
» Wikleistung. Bei reiner Blindleistung haben wir eine Phasenverschiebung
» von genau 90° - da würden sich die Krafteinwirkungen der versetzten Spulen
» aufheben, der Zähler würde stehen, obwohl in der "Stromspule" ein Strom
» fließt (Maximum einer Phase = der anderen Phase). Erzeuge ich jetzt eine
» weitere Phasenverschiebung, dann würde der Zähler, nachdem er stehen
» geblieben ist, beginnen, in die andere Richtung zu laufen. Wir speisen also
» ein.... Wichtig bei der Betrachtung ist vielleicht noch, dass (wie bei der
» Magnetschaukel) Die Frequenz direkt en Einfluß auf die Drehgeschwindigkeit
» hat - die Zähler sind also auf exakt 50Hz angewiesen.
» So, das war jetzt mein Versuch so ganz ohne den Bierschaum -
» Entschluldigung . Ich habe das jetzt mal so geschrieben, wie ich mir das
» vorstelle, und habe nichts nachgesehen - da können also noch
» Ungenauigkeiten oder Denkfehler enthalten sein (dafür aber keine Spuren von
» Erdnüssen). Ins Grübeln bin ich gekommen, als ich über
» das entstehende Drehmoment nachdachte. Ist das einfach nur die Differenz
» der Krafteinwirkung beiden Spulen auf die Zählerscheibe oder spielen da
» Ausgleichsströme in der Scheibe zwischen den Magnetfeldern eine Rolle???.
» Mir sind die Ferrarismotoren als Stellmotoren in XY-Schreibern in
» Erinnerung - die waren erstaunlich schnell und recht kräftig, Da mußte man
» auf sein Finger aufpassen, das konnte sehr schmerzhaft, wenn man die auf
» dem Papier hatte.

Da hätte ich zunächst noch die Frage (weitere werden folgen), wie die Strom- und die Spannungsspule zueinander angeordnet sind.
Der Winkel von 90° wäre zwar logisch, aber auf Bildern scheint der kleiner zu sein.

Wenn ich beide Spulen mit gleicher Phasenlage beaufschlage muss sich die Scheibe aber drehen (wäre z.B. eine ohmsche Last).

» Da hätte ich zunächst noch die Frage (weitere werden folgen), wie die
» Strom- und die Spannungsspule zueinander angeordnet sind.
» Der Winkel von 90° wäre zwar logisch, aber auf Bildern scheint der kleiner
» zu sein.

Ist auch nicht logisch.


» Wenn ich beide Spulen mit gleicher Phasenlage beaufschlage muss sich die
» Scheibe aber drehen (wäre z.B. eine ohmsche Last).

https://de.wikipedia.org/wiki/Ferrarisl%C3%A4ufer


Und sehr ausführlich:

https://www.ostron.de/sonstiges/Funktion-und-Innenaufbau-eines-Energiezaehlers.html

» » Da hätte ich zunächst noch die Frage (weitere werden folgen), wie die
» » Strom- und die Spannungsspule zueinander angeordnet sind.
» » Der Winkel von 90° wäre zwar logisch, aber auf Bildern scheint der
» kleiner
» » zu sein.
»
» Ist auch nicht logisch.
»
»
» » Wenn ich beide Spulen mit gleicher Phasenlage beaufschlage muss sich die
» » Scheibe aber drehen (wäre z.B. eine ohmsche Last).
»
» https://de.wikipedia.org/wiki/Ferrarisl%C3%A4ufer
»
»
» Und sehr ausführlich:
»
» https://www.ostron.de/sonstiges/Funktion-und-Innenaufbau-eines-Energiezaehlers.html

Vielen Dank für den Lesestoff.

» » Da hätte ich zunächst noch die Frage (weitere werden folgen), wie die
» » Strom- und die Spannungsspule zueinander angeordnet sind.
» » Der Winkel von 90° wäre zwar logisch, aber auf Bildern scheint der
» kleiner
» » zu sein.
»
» Ist auch nicht logisch.

Ich hatte 90° als Beispiel gewählt, weil mein Gedanke war, dass z.B. genau 180° schlecht wären, lag ich da denn richtig? Leider geht das aus dem Ostron-Artikel nicht hervor, dort steht nur: Zitat "Die einzelnen Feld- und Wirbelstromüberlagerungen verhalten sich im Rotor recht komplex und werden vom Hersteller genau berechnet, justiert und nachfolgend geeicht, sodass auch über den gesamten Lastbereich eine präzise Messung ausschliesslich der Wirkleistung sichergestellt ist."
»
» » Wenn ich beide Spulen mit gleicher Phasenlage beaufschlage muss sich die
» » Scheibe aber drehen (wäre z.B. eine ohmsche Last).

das war auch meine erste Idee. Dass würde aber bedeuten, dass an zwei Orten (Stromspule / Spannungsspule) phasengleich identische Felder auf/abgebaut werden. Bei einer angenommen gleichen Magnetisierung würden beide Felder praktisch parallel die gleiche Wirkung auf die Al-Scheibe haben - wie kann da ein Drehmoment entstehen? Möglich, dass ich da einen Effekt in der Al-Scheibe übersehen habe, siehe auch das Ostron-Zitat oben. Drehe ich eine Spule jetzt um 180°, dann habe ich zwar noch die gleichen Feldstärken da ich Strom und Spannung wie zuvor belassen würde. Aber ich habe jetzt maximale Feldunterschiede, auch eben bei Gleicheit beider Felder, da ich eines der Felder invertiert habe. Das ergibt für mich mehr Sinn. Andererseits geht es ja eigentlich um eine Multiplikation, während ich hier die Felddifferenzen betrachte und eben die Vorgänge in der AL-Scheibe nicht genau kenne....aber vielleicht weiss das hier ja jemand...
»
» https://de.wikipedia.org/wiki/Ferrarisl%C3%A4ufer
»
»
» Und sehr ausführlich:
»
» https://www.ostron.de/sonstiges/Funktion-und-Innenaufbau-eines-Energiezaehlers.html

Ich will jetzt nicht klugscheißen, das Prinzip ist halt wie bei einem Spaltpolmotor, der hat auch 2 Wicklungen, eine Hauptwicklung mit vielen Windungen (entspricht im Ferrariszähler dem Spannungspfad) und dementsprechend großer Induktivität, und dem Strompfad im Zähler, analog zu den beiden Kurzschlußwicklungen (das ist ja nur jeweils ein Kurzschlußring am jeweiligen Spaltpol), aber wie da das Drehmoment auf die Aluscheibe entsteht, weiß ich jetzt auch nicht.

--
greets from aix-la-chapelle

Matthes

» Ich will jetzt nicht klugscheißen, das Prinzip ist halt wie bei einem
» Spaltpolmotor, der hat auch 2 Wicklungen, eine Hauptwicklung mit vielen
» Windungen (entspricht im Ferrariszähler dem Spannungspfad) und
» dementsprechend großer Induktivität, und dem Strompfad im Zähler, analog zu
» den beiden Kurzschlußwicklungen (das ist ja nur jeweils ein Kurzschlußring
» am jeweiligen Spaltpol), aber wie da das Drehmoment auf die Aluscheibe
» entsteht, weiß ich jetzt auch nicht.

Dann will ich versuchen, es zu erklären. In einem Leiter wird eine Spannung induziert, wenn sich das Magnetfeld ändert. Umso schneller es sich ändert, desto höher die Spannung, das kennt man auch vom Fahrraddynamo, wenn man langsamer fährt, wird das Licht dunkler. Die 230V Spannung liegen an einer Spule, die ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld induziert in einem Leiter eine Spannung. In diesem Fall in der Aluscheibe. Im Nulldurchgang ist die Geschwindigkeit der Spannungsänderung am größsten, beim Maximalwert der Sinusschwingung ändert sich die Spannung am wenigsten. Also wird im Nulldurchgang der Netzspannung wegen der hohen Änderungsgeschwindigkeit die höchste Spannung in die Scheibe induziert und damit der hohe Strom erzeugt. Dieser hohe induzierte Strom erzeugt wieder ein Magnetfeld. Dann gibt es noch die Stromspule. Die erzeugt auch ein Magnetfeld in der Scheibe. Dieses Magnetfeld ist aber nicht phasenverschoben, wie das Magnetfeld der Spannungsspule. Die beiden um 90° phasenverschobenen Magnetfelder erzeugen dann das Drehfeld.

» » Ich will jetzt nicht klugscheißen, das Prinzip ist halt wie bei einem
» » Spaltpolmotor, der hat auch 2 Wicklungen, eine Hauptwicklung mit vielen
» » Windungen (entspricht im Ferrariszähler dem Spannungspfad) und
» » dementsprechend großer Induktivität, und dem Strompfad im Zähler, analog
» zu
» » den beiden Kurzschlußwicklungen (das ist ja nur jeweils ein
» Kurzschlußring
» » am jeweiligen Spaltpol), aber wie da das Drehmoment auf die Aluscheibe
» » entsteht, weiß ich jetzt auch nicht.
»
» Dann will ich versuchen, es zu erklären. In einem Leiter wird eine Spannung
» induziert, wenn sich das Magnetfeld ändert. Umso schneller es sich ändert,
» desto höher die Spannung, das kennt man auch vom Fahrraddynamo, wenn man
» langsamer fährt, wird das Licht dunkler. Die 230V Spannung liegen an einer
» Spule, die ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld induziert in einem
» Leiter eine Spannung. In diesem Fall in der Aluscheibe. Im Nulldurchgang
» ist die Geschwindigkeit der Spannungsänderung am größsten, beim Maximalwert
» der Sinusschwingung ändert sich die Spannung am wenigsten. Also wird im
» Nulldurchgang der Netzspannung wegen der hohen Änderungsgeschwindigkeit die
» höchste Spannung in die Scheibe induziert und damit der hohe Strom erzeugt.
» Dieser hohe induzierte Strom erzeugt wieder ein Magnetfeld. Dann gibt es
» noch die Stromspule. Die erzeugt auch ein Magnetfeld in der Scheibe. Dieses
» Magnetfeld ist aber nicht phasenverschoben, wie das Magnetfeld der
» Spannungsspule. Die beiden um 90° phasenverschobenen Magnetfelder erzeugen
» dann das Drehfeld.

Wer hätte das gedacht!

--
greets from aix-la-chapelle

Matthes

ok, das war eigentlich klar. und auch der Vergleich mit dem verwandten Spaltpolmotor ist naheliegend. Bei genauer Ansicht auf der von xy verlinkten Ostron-Seite ist es dann klar geworden. Ich bin (ohne genau nachzulesen) vom Ferraris-Stellmotor ausgegangen. Dessen Anker ist sozusagen ein AL-Rohr mit recht dünner Wandung, sonst nix. Daher hat der auch so ein geringes Trägheitsmoment. Und die Magnetpole wirken nur von außen auf den Anker. Jetzt hatte ich mir die Rotorscheibe im Zähler als zum Rechteck abgerollte Zylinderwand vorgestellt, also die Magnetpole dann nebeneinander auf einer Seite. Das entspricht aber nicht dem Aufbau des Zählers. Dort sind die Spulenpole gegenüber liegend auf/unter der Rotorscheibe angeordnet. Dabei besteht die Stromspule aus zwei räumlich parallelen Spulen die elektrisch in Reihe liegen. Man sieht einmal 3 Windungen und dann nur 1 Windung. Wenn ich das Bild richtig interpretiere, wirken beide Spulen mit entgegengesetzten Feldern auf den Rotor bzw. das Feld der Spannungsspule.
Dies erinnert mich an die Kurzschlussspule des Spaltpolmotors, die ja die Drehrichtung des Spaltpolmotors bestimmt. So kann ich mir jetzt vorstellen, wie die Richtung des Drehmomentes bestimmt wird. Nur dass der Spaltpolmotor ja den Leiterkäfig im Rotor hat, der erklärt wie das Drehmoment im Feld entsteht. Beim Ferrarismotor im Zähler ist der Rotor nur eine Scheibe, homogen aus Aluminium bestehend. Praktisch also ein rotierender Kurzschluss - der natürlich ein Magnetfeld erzeugt usw. Führt dann nur die Anordnung der eigentlich zwei Stromspulen zu einem Drehmoment, resultierend aus der "asymmetrischen" Summe des Magnetfeldes der Wirbelströme ????

» Führt dann nur die Anordnung
» der eigentlich zwei Stromspulen zu einem Drehmoment, resultierend aus der
» "asymmetrischen" Summe des Magnetfeldes der Wirbelströme ????

Nein, die Spannungsspule gehört dazu. Erst die Multiplikation beider ergibt ja eine zählbare Leistung.

» » Führt dann nur die Anordnung
» » der eigentlich zwei Stromspulen zu einem Drehmoment, resultierend aus
» der
» » "asymmetrischen" Summe des Magnetfeldes der Wirbelströme ????
»
» Nein, die Spannungsspule gehört dazu. Erst die Multiplikation beider ergibt
» ja eine zählbare Leistung.

Genau, wie beim Kondensatormotor sind 2 Magnetfelder vorhanden, die zeitlich phasenverschoben auf den Rotor einwirken. Beim Kondensatormotor erzeugt der Kondensator die Phasenverschiebung. Hier ist es Spannungspule, bei der, wie bei jeder Spule, der Strom nacheilt. Bei der Stromspule wird der Strom nicht von der extrem geringen Induktivität bestimmt, sondern durch die Last. Bei ohmscher Last gibt es da praktisch keine Phasenverschiebung.

» » Führt dann nur die Anordnung
» » der eigentlich zwei Stromspulen zu einem Drehmoment, resultierend aus
» der
» » "asymmetrischen" Summe des Magnetfeldes der Wirbelströme ????
»
» Nein, die Spannungsspule gehört dazu. Erst die Multiplikation beider ergibt
» ja eine zählbare Leistung.

Klar, dass die Spannungsspule dazugehört. Die Frage war die Festlegung der Drehrichtung - beim Spaltpolmotor ist es eben die Kurzschlußwindung, und da sehe ich die Ähnlichkeit in der Bauform der Stromspule - oder warum erzeugt man dort sonst ein zusätzliches Feld?

» » » Führt dann nur die Anordnung
» » » der eigentlich zwei Stromspulen zu einem Drehmoment, resultierend aus
» » der
» » » "asymmetrischen" Summe des Magnetfeldes der Wirbelströme ????
» »
» » Nein, die Spannungsspule gehört dazu. Erst die Multiplikation beider
» ergibt
» » ja eine zählbare Leistung.
»
» Genau, wie beim Kondensatormotor sind 2 Magnetfelder vorhanden, die
» zeitlich phasenverschoben auf den Rotor einwirken. Beim Kondensatormotor
» erzeugt der Kondensator die Phasenverschiebung. Hier ist es Spannungspule,
» bei der, wie bei jeder Spule, der Strom nacheilt. Bei der Stromspule wird
» der Strom nicht von der extrem geringen Induktivität bestimmt, sondern
» durch die Last. Bei ohmscher Last gibt es da praktisch keine
» Phasenverschiebung.
Das war aber nicht meine Frage. Würden beide Spulen exakt auf eine Achse gegenüberliegend ausgerichtet sein - also rotationssymmetrisch zum Feld, dann haben wir zwar das Feld, aber wie kann so eine Drehrichtung vorgegeben sein? Und da wäre meine Erklärung die Bauform der Stromspule. Wenn dem so ist, würde mich die Entstehung des Feldes in der Scheibe interessieren. Grundsätzlich ist das ja eine Umkehrung der Wirbelstrombremse - aber wie genau wird der Effekt richtungsbestimmend? (wobei sich mir dann die Frage stellt, ob es dann auch richtungsabhängige Wirbelstrombremsen gibt?)

» Bei ohmscher Last gibt es da praktisch keine
» Phasenverschiebung.
Also kein Drehmoment und keine Zählung ohmscher Verbraucher?
Das kann also nicht das Antriebsmoment sein.

» » Bei ohmscher Last gibt es da praktisch keine
» » Phasenverschiebung.
» Also kein Drehmoment und keine Zählung ohmscher Verbraucher?
» Das kann also nicht das Antriebsmoment sein.

Fast keine Phasenverschiebung im Strom der Stromspule. Etwa 90° Phasenverschiebung im Strom der Spannungsspule.