Ich betreibe mit einer Vollbrücke (H-Schaltung) eine Spule aus Kupferlackdraht. In dieser Spule ist ein Magnet drehend gelagert womit dieser Aufbau zu einem Elektromotor wird.
Mit dem alten Hameg 303-6 Oszilloskop und einem Shuntwiderstand habe ich herausgefunden, dass dieser Motor in einem bestimmten Bereich pro Umdrehung besonders effizient arbeitet. Das bedeutet für die Motorsteuerung, wenn man den Motor sehr effizient betreiben möchte, eine periodische Abschaltung von Spannung/Strom. Somit ist der Motor im Wechsel alle 90 Grad ständig an und aus.
Auf dem Oszi sehe ich sehr schön den Verlauf den Spannungsabfall über dem Stunt. Erst kommt die Nulllinie. Dann schießt in äußerst kurzer Zeit der Graph auf einen maximalen Wert um dann wieder langsam kleiner zu werden. Dann wieder die Nulllinie, usw. Und wenn man jetzt eine gemittelte, imaginäre, horizontale Linie zieht, kann man einen durchschnittlichen Spannungsabfall schätzen. Teilt man dann diese Schätzung durch 2 erhält man über U=R x I einen kalkulierten, permanenten Stromverbrauch. Doch für eine belastbare Betrachtung des Wirkungsgrades mit Hilfe von Spannung, Strom, Drehzahl und Drehmoment reicht das bei Weitem nicht aus.
Nun besitze ich einen Arduino Uno, einen Strom/Spannungssensor INA219 und einen IMac.
Jetzt die ultimative Frage, nachdem ich Deepseek und Chatgpt umfangreich und erfolglos ausprobiert habe.
Wie kann ich meinen Besitz einsetzen um einen annähernd realen, kontinuierlichen Durchschnittsstrom zu errechnen?
Zur Messung: Einfach so viele Messungen wie möglich in einer Sekunde machen. Die Messwerte aufaddieren und durch die Anzahl der Messungen dividieren --> Mittelwert.
Ja, das verstehe ich schon. So auch die KI's. Aber die Codes, die von der KI für Python geschrieben wurden laufen nicht. Gibt es denn nicht eine andere Software für den Mac, die eventuell den Kurvenverlauf mit immer mehr Daten immer präziser in einem Bild darstellt, so das ich die Fläche unter den beiden Kurven präzise berechnen kann?
Mach die Mittelwertberechnung in Arduino und gebe sie auf der Seriellen Schnittstelle aus.
PC nur als Monitor für die Serielle Schnittstelle notwendig.
Dass, wenn die Stromaufnahme besonders gering ist, die Effizienz hoch ist, ist ein Trugschluss. Da kommen viele weitere Faktoren ins Spiel: Spulensättigung, Beschleunigung des Magnetes, Bremsen des Magnetes....
Alles was ich als Maschinenbautechniker mit Blick auf den Wirkungsgrad bezüglich der Eingangsleistung verstehe ist, alles hängt von dem Stromverbrauch ab. Doch die Karakteristik dieses Motors ist äußerst unüblich. So muss also auch die Ermittlung und Berechnung dieses Wertes unüblich sein. Ich stelle mir auf dem PC ein Fenster vor in dem ich die indentischen Kurven (Verläufe) wie auf dem Oszi dargestellt bekomme. Ein identischen Verlauf wie auf dem Oszi, der mit der Anzahl der Messungen immer präziser wird. In der Form, dass ich dann irgendwie die Fläche unter den Graphen berechnen lassen kann.
Ja. Und diese Mittelwertberechnung findet dann im Programm Python (Läuft im Terminal) statt? Verstehe ich das richtig? Der Arduino verarbeitet die Daten vom INA219 und sendet die dann zur Mittelwertberechnung an Python zur Berechnung?
ok Du kannst Strom und Spannung messen. Das ergibt mal nicht die Wirkleistung sondern die Scheinleistung. Die Wirkleistung erhälst Du nicht indem Du den Mittelwert des Stromes mit dem Mittelwert der Spannung multiplizierst sondern indem Du das Produnkt aus den Momentanwerten des Stromes mit dem Momentanwert der Spannung multiplizierst und davon den Quadratischen Mittelwert bildest.
Dann noch 2 Worte zum Wirkungsgrad:
Der Wirkungsgras eines Motors ist durch das Verhlätnis zugeführte (elektrische) Leistung zu abgegebener (Mechanischen) Leistung an der Welle. Wie mißt Du die abgegebene Leistung?
Hallo Uwe. Hier mal 2 Bilder vom Aufbau. Drehzahl kommt von Lichtschranke über Arduino. Drehmoment kommt von Motorbremse. Ist eine Balkenwaage mit Nullpunkt.
Das ist eine Balkenwaage mit einer Bremszange. Hier noch mal ein besseres Bild. Je mehr ich die Bremszange zuschraube desto höher die Reibung zwischen Klaue und Welle. Und diese Reibung erzeugt dann das Drehmoment am Hebel der Zange. Über die Waage kann ich dann die Gewichte ermitteln, die dann das Drehmoment ergeben.
Ich denke mit den Mittelwerten kommst Du nicht wirklich weiter bei der Kurvenform für Strom und Spannung. Der Magnet erzeugt eine Gegenspannung in der Spule die abhängig von der Geschwindigkeit ist. Das hat wiederum einen Einfluss auf den Strom. Zusätzlich spielt die Induktivität der Spule auch noch eine Rolle.
Eigentlich benötigst Du den Effektivwert von Strom und Spannung. Das Produkt daraus ist die aufgenommene elektrische Wirkleistung. Wenn die Frequenz nicht zu klein ist kannst Du beides auch mit einem digitalen Multimeter messen. Dazu muss das Messgerät allerdings den Effektivwert messen können. Aber das ist kein Problem viele Multimeter können das. @uwefed hat es bereits geschrieben man kann das auch berechnen. Dafür benötigst Du aber schon eine gewisse Anzahl an Messungen für eine Periode Deiner Spannungskurve. Ich würde da mal von mindestens 20 Messungen ausgehen im ersten Ansatz. Um die Berechnung dann zu kontrollieren wirst Du eine Vergleichsmessung benötigen die Du z.B mit einem Multimeter machen kannst. Also wozu der Aufwand.
Das genügt nicht.
Die Wirkleistung ist der gleichphasige Anteil der Spannung und des Stroms der Spule/Motors.
Effektivwert ist nochmal was anderes als die Phasenverschiebung. Der Effektivwert ist der quadratische Mittelwert des Signals.
Grüße Uwe
