Das elektrische System eines Motorrades setzt sich im Kern aus Lichtmaschine, einer Batterie (eigentlich ein wieder aufladbarer Akku), einem Gleichrichter und einem Regler zusammen.
Die Lichtmaschine besteht aus einem Rotor (der drehbare Teil) und einem Stator (mit Motor fest verbunden) und erzeugt bei laufendem Motor einen Dreiphasen-Wechselstrom. Man unterscheidet bei den Drehstrom-Lichtmaschinen zwei Rotorbauarten:
- Rotor als Permanentmagnet
- Rotor als Elektromagnet
Lichtmaschinen mit Rotor als Permanentmagnet
Der Rotor als Permanentmagnet ist entweder direkt mit der Kurbelwelle verbunden oder wird über einen Riemen angetrieben. Der Rotor dreht sich in oder um einen Stator, der mehrere Metallpole mit Kupferdrahtwicklungen (Spulen) hat. Die Drehbewegung des Rotors erzeugt ein veränderliches Magnetfeld, da die Spulenwicklungen des Stators abwechselnd dem magnetischen Nord- und Südpol ausgesetzt werden. In den Statorspulen wird somit eine dreiphasige Wechselspannung erzeugt.
Da das elektrische System eines Motorrades mit Gleichstrom arbeitet, ist eine Umwandlung des Wechselstroms in Gleichstrom notwendig. Diese Aufgabe übernimmt der Gleichrichter. Der Regler stellt wiederum sicher, dass unabhängig von der Drehzahl immer die gleiche Spannung von 14,4 Volt zur Batterie gelangt. Regler und Gleichrichter sind bei älteren Modellen getrennte Bauteile, bei modernen Motorrädern sind beide in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
Bei hohen Drehzahlen ist die vom Stator induzierte Ausgangsspannung zu hoch – ein Nachteil dieser Bauweise – und würde (ohne Regler) die Batterie durch Überspannung zerstören. Ist die Ladespannung des Akkus erreicht, unterbricht der Regler den Aufladeprozess. Die überschüssige Spannung wird im Regler selbst, aber vor allem in den Statorspulen in Wärme umgewandelt. Hier zeigen sich wesentliche Nachteile dieser Bauart:
- Überhitzung kann am Stator den Isolierlack zerstören und somit Schäden an den Spulen verursachen
- Der Regler wird sehr heiß und muss Wärme über Kühlrippen an die Umgebung abführen
- Korrosion an den elektrischen Anschlüssen kann zu Überlastung und Ausfall des Reglers führen, als Folge kann der Stator zerstört werden
- Permanentmagnet kann nach Jahren an Kraft verlieren
Lichtmaschinen mit Rotor als Elektromagnet
Die andere, in Motorrädern anzutreffende, Bauweise verwendet einen Rotor mit Elektromagnet. Der Elektromagnet besteht aus einem Metallkern, umgeben von einer großen Wicklung. Dieser Spule wird über zwei Schleifringe ein Gleichstrom von der Batterie zugeführt, so dass ein Erregerstrom entsteht. Durch die Drehung des magnetisierten Rotors wird in den Statorspulen ein Wechselstrom induziert.
Durch konstantes Messen der Bordspannung durch den Regler, wird vom Stator nur solange ein Strom erzeugt, wie diese Spannung unter 14,2 Volt liegt. Über 14,4 Volt wird vom Regler das Erregerfeld unterbrochen. Darin liegt auch der wesentliche Vorteil dieser Bauart:
- Vom Stator wird keine (überschüssige) Leistung generiert, die in Wärme umgewandelt werden muss.
- Durch ausbleibende Überhitzung erhöht sich die Lebensdauer gegenüber der Permanentmagnet-Rotor Bauweise.
Lichtmaschine mit getrennten Regler und Gleichrichter
Motorrad-Lichtmaschine mit Gleichrichter-/Regler-Einheit
Guten Tag,
ich möchte gerne etwas Information zu Lichtmaschinen mit Rotor als Permanentmagnet anfügen. Diese Lichtmaschinen sind fast immer Wechselstrommaschinen. Das erste Bild zeigt solch eine Maschine. Das grüne und blaue Kabel sind der Ladeanker der Zündung. Das Weiße und Gelbe Kabel sind der Wechselstromausgang. Die können potentialfrei sein, dann wird das Licht mit Gleichstrom nach dem Ladereglergleichrichter betrieben. Wenn sie gegen Masse beschaltet sind gibt es einen Wechselstrom- und einen Gleichspannungszweig. Licht wird hier mit Wechselstrom betrieben.
Zur Verlustleistung durch die Regelung. Lichtmaschinen mit Rotor als Permanentmagnet sind Konstantstromquellen. Eine Regelung ist nur durch periodisches Kurzschließen des Generators möglich. Durch den geringen Innenwiderstand des Generators ist die Verlustleistung in den Spulen sehr gering. Generatoren bei Mopeds, Motorrädern und Rollern bis 125 qcm haben etwa 90 Watt. Der Innenwiderstand des Generators hat etwa 0,6 Ohm. Bei einem Kurzschluss fließt ein Strom von 7,5 A. In den Spulen entsteht eine Verlustleistung von rund 5 Watt. Der Regler muss dabei 10 Watt verbraten (Flusspannung der Gleichrichter und des Tyristors). Bei einem Generator mit doppelter Leistung wird beim Kurzschluss übrigens nur 30 % mehr Leistung in den Spulen umgesetzt, da der Innenwiderstand kleiner ist. Der Regler muss aber die doppelte Leistung schlucken.
Sind Verbraucher eingeschaltet, sind die Verluste natürlich geringer, da der Generator in weniger der Zeit kurzgeschlossen wird.
Bei hohen Drehzahlen erzeugt ein kurzgeschlossener Generator weniger Verlust als ein offener, da Ummagnetisierungsverluste entfallen.
Rainer
@Rainer
Der ganze Kommentar mit wenig verständlichem Inhalt.
„. Eine Regelung ist nur durch periodisches Kurzschließen des Generators möglich. “
Seit mindestens 2014 sind sogenannte Längsregler auf dem Markt. (z.B. SH847)
Also auch diese Aussage für den Kübel.
Three Phase Open Typ
Mir ist keine Längsregelung bei permanent erregten Lichtmaschinen im Motorrad- oder Rollersektor bekannt. Bitte um Angabe des Herstellers und des Fahrzeugtyps. Ein Schaltplan wäre hilfreich.
Ich konnte seiner Beschreibung gut folgen auch wenn ich zugeben wenn man sich in dem Gebiet nicht auskennt ist es ehr verwirrend, aber dann sollte man nicht behaupten es besser zu wissen.
Ich weiß jetzt genau wie die Regelung funktioniert und habe es mir so auch gedacht.
Danke Rainer
Eine Konstantstromquelle hat per Definition einen HOHEN Innenwiderstand. Dieser hat im gegebenen Kontext auch wenig mit dem gemessenen ohmschen Widerstand zu tun. Es ist eine komplexe Größe Z. Diese ändert sich in Abhängigkeit der Frequenz (Drehzahl). Durch optimierten mechanischen Aufbau und Wickeltechnik arbeitet diese Anordnung über einen weiten Drehzahlbereich als Konstantstromquelle, mit hohem Innenwiderstad Z.
Man sieht im Foto des Stators daß 4 Anschlüsse nach aussen geführt sind. Diese erkennt man in den Schaltbildern leider nicht wieder weil diese von „normalen“ Drehstromlichtmaschinen im Auto sind. ich habe lt. Schaltbild von Bosch eine 300W Lima. Der Stator hat die Bosch Nr. 400 983 00. Weil ich dazu keine Angaben finde, habe ich das mit einem Ohmmeter vermessen. Es sind 3 in Reihe geschaltete Induktivitäten was 4 Anschlussleitungen auf einem Würfel-Flachstecker macht. Die Widerstände der Wicklungen sind 150mOhm, 150mOhm und 1880mOhm. Die beiden 150mOhm sind mit dem Chassis verbunden was auch eine der 4 Leitungen ist. Mein Regler ist ein vergossener schwarzer Kasten mit der Bosch Nr. 400 985 00 wozu ich ebenfalls keinerlei Angaben finde. Ich nehme an, daß die hochohmige Wicklung die Erregerwicklung ist. Wozu es 2 Hauptwicklungen gibt, bleibt mir ein Rätsel.