Weil ich selbst auch immer wieder nachdenken muss und nicht alle Zahlen im Kopf habe, wollte ich mal ein Posting setzen, in dem ich das zusammenfassend aufdrösel was den so in einem Kurzschlussregler passiert.
Zuerst mal ein BildFormelrad Elektro.png
Das Formelrad, mehr benötigt man nicht zum berechnen. Als nächstes das was wir wissen oder messen können. Wissen tun wir die Lima-Leistung, den Innenwiderstand einer Spule und den Widerstand eines Thyristors(mehr oder weniger, da er kein Widerstand sondern ein Spannungsbauteil ist).
R innen = 0,05Ohm....ich müsste es ausbauen um es genau zu messen, daher mal eine Schätzung. Hab daher in meinem Excel mal verschiedene Werte dafür eingesetzt und berechnen lassen. Dazu später mehr
R Kurzschluss = 0,005Ohm(5mOhm bei FET, eigentlich Null Ohm bei Thyristor)
P Lima nehme ich mal mit 250W an, ein Wert der sich ungefähr bei 3500U/min des Motors schon einstellt. Quelle ist mein Chef der nach seinem Studium ca 5 Jahre bei Bosch gearbeitet hat und dort mit Lichtmaschinen bzw Zündsppulen zu tun hatte. Heute bauen wir selbst Spulen und fast alle unsere Entwicklungen basieren da drauf. Aber diese Motorradlimas kennt er nicht im Detail. Seine Aussage: Grundparameter wenn sie anfangen zu rechnen sind 80% Leistung bei halber Nenndrehzahl. Darauf hin wird dann alles berechnet was nötig ist das zu erreichen.
So...mehr braucht man eigentlich nicht.
I kurzschluss = Wurzel(250W/(0,05+0,005Ohm))= 67,4A
U Kurzschluss = 67,4A*(0,05+0,005Ohm) = 3,7V
U innen = 0,05Ohm * 67,4A = 3,37V
U FET = 0,005Ohm * 67,4A = 0,337V
P FET = 67,4A * 0,337V * Wurzel2 = 16,07W
P innen = 67,4 * 3,37V * Wurzel2= 160,7W
Wurzel 2 eingefügt weil wir eine Wechselspannung haben und kein DC. Folglich steigt die Spannungskurve ja an. Die Entnahme erfolgt aber in Watt DC aus der Batterie, also ohne Korrekturfaktor. Folglich haben wir einen Stromfluss von Null bis 35Ampere um einen dauerstrom von 25A zu entnehmen(12V *25A = 300W)
Wichtig dabei, man sieht das die Leistung eigentlich in der Spule verbraten wird und nicht im Regler. Nun habe ich alles rein Ohmisch betrachtet. Die realen Werte reduzieren sich noch um den Scheinwiderstand einer Spule aufgrund der Frequenz und die Sättigung des Eisen, welches garkeine 67A dann entstehen lassen wird. Nur da müsste ich raten. Definitiv ist es also weniger als meine obige Rechnung. Geschätzt würde ich mal auf 45-50A max tippen, dann ist Ende.
Setz ich Null Ohm Thyristor ein und nehme dann 0,7V Spannungsabfall weil ein PN-Übergang.
Nun komme ich auf 70,7A, 3,5V, 35W Regler und 140W Lima. Aber man muss wohl auf 45A runter kalkulieren, dann werden die Zahlen völlig anders, deutlich kleiner. Ca 8W beim FET und 29W beim Thyristor. Da wir alle normalerweise Spannung messen am Moped, denken wir in Spannungspotential und nicht in Strom. Aber Spulen sind eben Strom, nicht spannungsbezogen. Besonders gut zu erkennen an Zündspulen, die aufgrund des Magnetfeldes unbedingt einen Strom fliesen lassen wollen und dann die Spannung solange erhöhen bis es überschlägt. Voila: Zündfunke.
Meine Vermutung warum bei manchen abraucht und bei anderen ewig hält: der eine hat IMMER Licht an, der andere macht es zb aus, wenn er im Leerlauf vor dem Haus den Motor warm laufen lässt. Dort bekommt er den ersten Hitzeschlag auf den Regler. Je nach dem wie lange es dauert bis warm. Und so kommen immer mal negative Effekte dazu. Nur kurz, das hält er thermisch aus, weil Wärme auch Zeit braucht um zu kummulieren. Und obige 30W wohl nur ganz selten anliegen. Aber 30W sind definitiv zuviel. Natürlich ist Warmlaufen bei Leerlaufdrehzahl, daher weniger Leistung, davon noch ein Teil für Zündung weg. Dafür kein Fahrtwind der sich unter der Sitzbank durchdrückt.
Bevor nun große Diskussionen entstehen. Die Zahlen sind natürlich nicht 100% exact und da ich gerade keine Spulenplatte habe, kann ich den Innenwiderstand nicht nachmessen. Deswegen habe ich eine unserer Spulen mit 25A Maxstrom und hoher Windungszahl genommen. Allerdings ist bei uns eine Windung kürzer als am Spulenpaket der Lima, also die Gesamtlänge auch kürzer. Habe da geschätzt. Jedoch die 5milliOhm des FET sind soviel kleiner als ein Drahtwiderstand, das die Grundverteilung gleich bleibt. 10x soviel Widerstand an der Spule = 10x soviel Leistung dort. Wer also mal nachmessen kann und es postet, dann verbessere ich das gerne. Aber ein Multimeter, selbst ein Fluke, kommt bei diesen Widerstandsgrößen auf keine hohe Genauigkeit. Mindestens Kelvinklemmen sollten also dran sein am Messgerät und 4-Drahtmessung. Ich habe im Ersatzmotor eine Spulenplatte, aber der Motor ist aktuell eingelagert und will Gehäuse aktuell nicht öffnen und zerlegen deswegen. Von aussen messe ich leider nur alle Spulen gemeinsam. Das ist sehr ungenau.
Obige Berechnung dient also dazu, verständlich zu machen, wie eine Kurzschlussregelung gegenüber einer Linearregelung funktioniert. Und wo die Leistung dann bleibt, bzw wieso bei 250W Nennleistung im aktuellen Moment dann nur 200W oder weniger über bleiben, wenn Kurzschluss. Weniger dient es dazu, die genauen Werte zu wissen. Und Autolichtmaschinen funktionieren nochmal ganz anders, die regeln das Erregermagnetfeld und reglen dann einfach auf Null wenn nötig, indem sie keinen Strom mehr erzeugen. Ohne das dabei viel Verlustleistung entsteht.
Schönes Wochenende