Spannungserzeugung in einer Spule

[Hellraiser]

Hiho 

ich habe mir eine kleines bastelprojekt vorgenommen
und mir fehlen ein paar infos
aber ich denke das kann mir hier jemand bestimmt beantworten
und zwar geht es um die spannungs/stromerzeugung in einer magnetspule durch induktion

kann man irgendwie ausrechnen was eine spule an energie liefern kann
also den durch induktion erzeugten strom/spannung?

[Takeshi]

Du musst mir erst mal erklären, was du genau vorhast. Vielleicht auch mit Bildern.

[Hellraiser]

ich möchte einen kleinen model generator bauen
und muss da ja auch spulen verbauen
jetzt stellt sich mir die frage:
wie groß eine spule mit kern und dem draht ( durchmesser ) mit der wicklungszahl
wohl welcher strom erzeugt werden kann

hab keinen plan wie man das dann nennt, watt vieleicht?

[Takeshi]

Also ich bin da auch nicht soooo bewandert, was das Thema angeht (obwohl ich es sein müsste) und ich will dir jetzt auch keine unzähligen Formeln hinklatschen, mit denen du eh nichts anfangen kannst. Aber ich versuche es mal grob verständlich zu machen.

Du musst ein Magnetfeld (zum Beispiel erzeugt durch einen Dauermagneten) in der Spule bewegen, dann wird eine Spannung induziert. Die Spannung ist proportional zur Änderung des magnetfeldes. Die Spannung ist um so höher, je stärker der Magnet ist, je schneller du ihn bewegst und um so mehr Windungen die Spule hat. Eine Grenze gibt es nicht. Begrenzt wird nur der Strom, den du unter Belastung aus der Spule ziehen kannst, und zwar durch den Innenwiderstand. Der wird wiederum durch die Länge (also damit auch indirekt der Windungszahl) und dem Querschnitt bestimmt.

Das sind halt die Punkte, an denen du ansetzen kannst. Berechnen kann man das alles theoretisch, scheitert aber in der Praxis schon daran, dass du keine genauen Daten zum Magneten haben wirst. Und selbst wenn du die hast, kannst du die Geometrie des ganzen Aufbaus kaum mathematisch beschreiben. Das passende Programm brauchst du auch noch dafür, weil von Hand rechnest du das nicht mehr. Heißt, ausprobieren.
Mag sein, dass es da Formeln zur groben Abschätzung gibt, aber ist nicht mein Gebiet, ich bin eher in der Nachrichtentechnik zu Hause.

[Hellraiser]

Begrenzt wird nur der Strom, den du unter Belastung aus der Spule ziehen kannst...

bedeutet also das auch mit steigender drehzahl des generators
und der steigenden spannung der stromfluss nicht weiter ansteigen kann,
da der stromfluss den inenwiederstand des drahtes nicht überwinden kann

fals doch mehr durchfließen würde, dann würde die spule ja bestimmt auch durchbrennen
wie bei einem kurzschluss

also könnte man anhand des innenwiederstandes der spule errechnen,
wieviel strom durchfließen kann ohne das die spule durchbrennt
und das wäre dann die theoretisch mögliche stromabgabe der spule?

[Takeshi]

Es gibt nichts zu überwinden. Der Innenwiderstand ist kein Berg, über den ein Strom drüber muss. Das ist alles linear (abgesehen vom Spulenkörper, der irgendwann in die Sättigung geht). Im Ersatzschaltbild kannst du dir das als eine Reihenschaltung aus einer idealen Spule, dem Innenwiderstand und einem Lastwiderstand vorstellen. Wenn du keine Last anschließt, ist der Strom immer Null und die Klemmenspannung entspricht der Leerlaufspannung, weil am Innenwiderstand keine Spannung abfällt. Aber unter Last begrenzt der Innenwiderstand den Strom, denn mehr als Kurzschluss kannst du nicht fahren.

Beispiel:
Du hast einen Generator und erzeugst damit eine Spannung von 10 V im Leerlauf. Der Innenwiderstand der Spule beträgt 1 Ω. Schließt du die Spule kurz, beträgt der Strom 10 A. Belastest du den Generator mit 100 Ω, dann bricht die Spannung auf 10 V * 100 / (1 + 100) = 9,9 V ein, der Strom beträgt 99 mA.
Hat deine Spule aber nun einen Innenwiderstand von 10 Ω, kannst du im Kurzschlussfall nur 1 A erreichen. Belastest du den Generator dann mit 100 Ω, bricht die Spannung auf 10 V * 100 / (10 + 100) = 9,1 V ein und der Strom beträgt nur noch 91 mA. Bei 100 Ω Innenwiderstand bekämst du nur noch 5 V am Ausgang und einen Strom von 50 mA. Du kannst da natürlich die Leerlaufspannung verdoppeln (auf 20 V), dann verdoppelst du auch die Klemmenspannung auf 10 V und den Strom auf 100 mA.

und das wäre dann die theoretisch mögliche stromabgabe der spule?

Wenn du die Spule richtig baust und genug Kraft zum Drehen reinsteckst, holst du da 1 kA raus. Das kann man so nicht pauschal sagen, kommt auf den Aufbau an. Der Aufbau begrenzt das, was du rausholen kannst, eine grundlegende physikalische Grenze gibt es nicht.

Aber bei der Dimensionierung und Abschätzung bin ich echt raus, weil hab ich nie ne Vorlesung zu besucht, da anderer Schwerpunkt.

[RalleBert]

Jeder Motor kann als Generator betrieben werden, indem man den Motor antreibt. Also brauchst Du nur eine Bauanleitung für einen Motor. So sollte der Generator (vielleicht mit einem Akkuschrauber angetrieben) für einige LEDs oder ein/zwei Glühlämpchen reichen.

[Hellraiser]

Jeder Motor kann als Generator betrieben werden, indem man den Motor antreibt.

Das ist mir schon klar und das Prinzip wie sowas funktioniert kenne ich als KFZ-Meister sehr wohl

Aber wie ich schon beschrieben hatte, geht es mir um die berechnung was eine spule erzeugen kann
was mir takeshi schon sehr gut erklärt hatt