Lima & Co.

LichtmaschineDie Lichtmaschine liefert Wechselstrom, der vom Gleichrichter-Spannungsregler in Gleichstrom mit einer Spannung von 13-14 Volt umgewandelt wird. Wie ist eine Lichtmaschine aufgebaut? Erinnern wir uns an die überlegungen, die wir uns über die Spule gemacht haben:

Eine Spule, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen war, hat in einer anderen Spule einen Wechselstrom erzeugt. Stellen wir uns vor, wir nehmen anstelle der Spule mit der Wechselstromquelle einen Magneten, der hat nämlich auch ein Magnetfeld (sonst wäre es ja kein Magnet :-) ), welches aber konstant ist. Das würde ja keinen Strom in der Spule erzeugen, wenn wir den Magneten aber andauernd an der Spule vorbei gleiten lassen würden, hätten wir wieder unseren Wechselstrom:

Lichtmaschine

 

Damit wir den Magneten nicht andauernd per Hand vorbeiführen müssen, bauen wir uns so eine Art Karussell (Den Rotor), welches wir von der Kurbelwelle drehen lassen, dabei befestigen wir gleich mehrere Magneten:

 

 

 

 

 

Diagramm Amplitude

 

Hätten wir nicht nur ein einfaches Voltmessgerät, sondern ein Oszilloskop, könnten wir die Spannung (und damit den Strom) bildlich darstellen:

 

 

 

Dabei ist eine vollständige Welle ein Magnet, der vorbei streicht. D.h. bei einer kompletten Umdrehung des Rotors entstehen vier Wellen. Je schneller die Magneten dabei vorbei streichen, desto höher ist die erzeugte Spannung (Wir erinnern uns an die Spule, das Magnetfeld muß sich ändern, damit eine Spannung erzeugt wird. Je schneller die Feldänderung desto größer die Spannung)

Um die Batterie laden zu können, brauchen wir Gleichspannung, unsere Lichtmaschine produziert aber Wechselspannung; - Wir brauchen einen Gleichrichter!

Lichtmaschine

 

Die Lichtmaschine produziert Wechselspannung und ist an die Batterie (blau) angeschlossen. Dazwischen haben wir aber eine Diode (rot) mit eingebaut:

 

 

 

Diagramm Amplitude

 
Diagramm Amplitude Jedesmal, wenn die Spannung für die Batterie falsch gepolt ist, “schneidet“ die Diode diesen Teil der Spannung einfach ab:

 

GleichrichterDies ist die einfachste Art der Lichtmaschine mit dem einfachsten Gleichrichter den man Bauen kann und wurde früher auch so in Kleinkrafträder wie Mofas eingebaut. Die Leistungsausbeute unserer Anlage läßt aber zu wünschen übrig, schließlich wird nur knapp die Hälfte der Welle ausgenutzt. Deswegen frisieren wir unsere Anordnung ein wenig. Um die ganze Welle zu nutzen, brauchen wir vier Dioden:  Dabei sind links und rechts die Pole unserer Wechselspannung angeschlossen und die Pole der Batterie jeweils oben und unten.

Nehmen wir mal an, unsere Batterie ist entladen und zu einem bestimmten Zeitpunkt ist der linke Wechselspannungspol positiv, der rechte negativ (blauer Zustand): Da der positive Pol der Batterie “weniger positiv“ ist, als der positive der Wechselspannung ist, fließt Strom vom pos. Wechselspannungspol in Richtung des positiven Batteriepols. In Richtung des negativen Batteriepols kann kein Strom fließen, da die Diode 4 das verhindert. – der Positive Pol der Batterie wird “positiver“ Genauso verhält es sich an den negativen Polen: GleichrichterDer negative Pol der Batterie ist nicht so “negativ“ ,wie der der Wechselspannung. Es fließt Strom von dem Batterieminuspol zum negativen Pol der Wechselspannung. Vom Pluspol der Batterie kann kein Strom zum  Wechselspannungsminuspol fließen. Da das die Diode 2 verhindert. Den gleichen Effekt haben wir, wenn zu einem anderen Zeitpunkt die Polarität an den Wechselspannungspolen gewechselt hat (lila).

 

Zum besseren Verständnis: Spannung ist definiert, als die Differenz zwischen zwei Potentialen (wobei das Potential durch Spannung gemessen wird, ich glaub wir drehen uns im Kreis): In der Chemie hat eine Wasserstoffelektrode das Potential Null Volt (ist so willkürlich gesetzt worden). Nehmen wir mal an, der Pluspol unserer Batterie hat ein Potential von fünf Volt (gemessen zur Wasserstoffelektrode) und unser rechter Wechselspannungspol ein Potential von acht Volt (auch zur Wasserstoffelektrode). Dann haben wir eine Potentialdifferenz von drei Volt zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Wechselspannungspol (8V–5V=3V) Dabei “mutiert“ der Batteriepluspol zum Minuspol gegenüber dem Wechselspannungspol und deswegen kann Strom sozusagen “von plus nach plus“ fließen. :-)

 

 

Diagramm Amplitude

 

Oben sehen wir die Ladespannung, welche ,durch die Diode geregelt, an der Batterie anliegt. Leider können wir immer noch nicht die ganzen Ladespannung ausnutzen, da nur der Teil der Spannung laden kann, der höher ist, als die Batteriespannung (grün gestrichelt). Wie können wir die ganze Spannung nutzen? Mit drei Spulen und sechs Dioden!