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THEMA: Quantum Energy Generator

Quantum Energy Generator 3 Jahre 1 Monat her #6854

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uatu schrieb:
@Asterix: Ich experimentiere gerade mit einer QEG-Simulation mit LTspice. Ich bekomme allerdings nur brauchbare Ergebnisse, wenn ich die Obergrenze der Induktivität erheblich über den von Robitaille angegebenen Wert (26 H) anhebe (46 H).
Es gibt mehrere Möglichkeiten das Ding in LTSpice zu simulieren. Am aussagefähigsten ist meiner Meinung nach die Methode, wie sie auch schon zur Simulation des vermeintlichen 1.07 KW Raumenergie-Konverters realisiert wurde: www.energiederzukunft.org/forum/4-expert...erter?start=144#2899
Wenn man da die Differntialgleichungen für den parametrischen Generator einsetzt, müßte eigentlich das gleiche rauskommen wie im c-Programm.

uatu schrieb:
Nun ist mir folgendes aufgefallen: Ich habe versucht, mit den von Dir angegebenen Werten (124 mH / 350 mH / 17 uF) die aktuelle Version Deines Resonanz-Generators mit LTspice zu simulieren. Bei den aus Deinen Messungen hervorgehenden 50 Hz funktioniert das aber nur, wenn ich die Obergrenze der Induktivität auf ca. 900 mH anhebe (sonst ergibt sich keine Resonanz).
Schwer was dazu zu sagen, weil ich Dein Programm nicht kenne. Grundsätzlich habe ich aber sowohl in der Simulation wie auch in der Praxis festgestellt, daß bei großen Induktivitätsunterschieden zwischen Lmin und Lmax die Rotordrehzahl stabil bei der Resonanzfrequenz einrastet. Bei kleineren Induktivitätsunterschieden ist es sinnvoll, mit einer größeren Schwungscheibe zu arbeiten, weil der Generator dann in der nähe der Resonanzdrehzal länger Zeit hat, den nötigen Strom im Schwingkreis aufzubauen.

In der Eisensättigung geht die Resonanzfrequenz in der Praxis wie erwartet hoch, weil die Induktivität der Spulen dann abnimmt. Je nach Bauweise, kann dann auch die Drehzahl merklich lastabhängig werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Generatoren, erhöht sich dann die Drehzahl mit steigender Last, was aber ganz sicher wieder nichts mit OU zu tun hat.

uatu schrieb:
Am Rande: Bei der neuen Version des Simulators für Deinen Generator, die zusätzlich zu der QEG-Version in der Zip-Datei hier enthalten ist, ist die Drehzahl gegenüber der älteren Version halbiert. Ich vermute, dass das unabsichtlich im Rahmen der Erstellung der QEG-Version passiert ist.
Das hängt damit zusammen, daß mein Generator 2 Induktivitätsmaxima pro Umdrehung hat und der QEG 4 Induktivitätsmaxima pro Umdrehung. Bei gleicher Schwingkreisdimensionierung kommt man dann bein QEG auf halbe Drehzahl gegenüber der Grundversion zum Generator.

Mich interessiert das genaue Verhalten der Spendensammelkiste aber auch ziemlich stark. Die komplette Simulation ist nicht so ganz einfach, ich hab mir aber schon ein paar Gedanken dazu gemacht. Vom Prinzip her ist es ein Trafo mit rotierendem Joch. Am Sinnvollsten ist deshalb meiner Meinung nach, zunächst einmal zur Simulation von einem gewöhnlichen Trafo zu kommen. Die sollte sich eigentlich halbwegs einfach zum parametrischen Generator erweitern lassen. Ein wenig dazu hab ich schon. Ich mache dazu aber noch einen Trafo-Simulations-Thread auf. Vielleicht hat der eine oder Andere ja auch Lust eine durchgängige Simulation zu machen.

Gruß Willi
Das ist meine persönliche Meinung dazu.
Letzte Änderung: 3 Jahre 1 Monat her von Asterix. Begründung: Link Trafo-Simulations-Thread eigefügt
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Quantum Energy Generator 3 Jahre 1 Monat her #6861

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Fehlpost ... kann gelöscht werden.
Letzte Änderung: 3 Jahre 1 Monat her von Uatu.
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Quantum Energy Generator 3 Jahre 1 Monat her #6862

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Aufgrund der Merkwürdigkeiten, die bei der Analyse des QEG-Primärschwingkreises aufgetaucht sind, bin ich -- wie erwähnt -- für komplexere Simulationen, als sie mit Excel praktikabel möglich sind, auf das Schaltungssimulationsprogramm LTspice umgestiegen. LTspice kann man hier (für Windows, WINE, und Mac) frei herunterladen: www.linear.com/designtools/software/ . Sofern sich die bestehenden Unklarheiten zufriedenstellend klären lassen, möchte ich jedoch nach wie vor auch eine Excel-Simulation erstellen, da sie m.E. für mehr Leute zugänglich ist.

Das ist die LTspice-Schaltung, die ich zur Simulation des QEG-Primärschwingkreises entworfen habe:

QEG_Sim_2014-06-25_Circuit.jpg


Dateianhang:

Dateiname: QEG_Sim_2014-06-25.zip
Dateigröße: 1 KB


Die Spannungsquelle Vinit ganz links dient dem Aufladen des Kondensators C1 auf eine definierte Startspannung. Die beiden Zeitschalter TSW1 und TSW2 links oben stellen einen zeitgesteuerten Y-Umschalter dar. Sie sind -- einen eleganteren Weg scheint es in LTspice nicht zu geben -- mittels formelgesteuerter Widerstände abgebildet, die nach einem festgesetzten Zeitraum (1 Mikrosekunde) ihren Widerstand von 1 nOhm ("eingeschaltet") auf 1 GOhm ("ausgeschaltet") ändern bzw. umgekehrt. Zunächst ist TSW1 ein- und TSW2 ausgeschaltet, wodurch der Kondensator C1 mit der Spannungsquelle Vinit verbunden, und vom Schwingkreis getrennt ist. Nach Ablauf des Zeitraums schaltet sich TSW1 aus und TSW2 ein, wodurch C1 von Vinit getrennt, und mit dem Schwingkreis verbunden wird.

Das etwas eigenartige Konstrukt in dem gestrichelten Rechteck in der rechten Hälfte der Schaltung ist eine variable Induktivität. Die Induktivität zwischen VLX und VLY wird über die Spannung Lctrl gesteuert, wobei 1 Volt an Lctrl einer Induktivität von 1 Henry entspricht. Ich habe das Konzept für die variable Induktivität aus folgendem Paper übernommen, in dem sich auch eine ausführliche Herleitung dazu findet: Energy Accumulation in Waves Travelling through a Checkerboard Dielectric Material Structure in Space-time (S. 26 ff.).

Die LTspice-Standard-Induktivität ermöglicht zwar ebenfalls eine Modellierung von Induktivitätsänderungen, allerdings nur in indirekter Form. Man kann einen Ausdruck für den flux angeben, womit sich z.B. eine magnetische Sättigung abhängig vom Stromfluss abbilden lässt (was indirekt einer Induktivitätsänderung entspricht). Für eine variable Induktivität in der Form, wie sie hier gebraucht wird, scheint dieses Verfahren aber nicht geeignet zu sein.

Neben den beiden Hauptelementen Kondensator und Induktivität gibt es im Schwingkreis noch einen seriellen Lastwiderstand Rser und einen parallelen Lastwiderstand Rpar. Rser hat auch die Aufgabe, den ohmschen Widerstand der Induktivität abzubilden.

Die "Monster-Formel" im unteren Bereich der Schaltung dient der Steuerung des Induktivitätsverlaufs. Ich hatte diese Steuerung zunächst mit einer in Excel generierten PWL-Datei (PWL = piecewise linear = stückweise linear, d.h. der Kurvenverlauf wird aus kurzen linearen Teilstücken zusammengesetzt) realisiert, was jedoch ziemlich unpraktisch war, da jede Parameter-Änderung ziemlich viele Schritte erforderte. Schlussendlich ist es mir jedoch gelungen, alle erforderlichen Elemente in einer geschlossenen Formel zusammenzufassen.

Die Grundlage des Induktivitätsverlaufs ist eine normale Sinus-Schwingung (konkret eine invertierte Kosinus-Schwingung, damit der Verlauf bei einem Minimum beginnt). Die .param-Zeile unterhalb der Schaltung enthält die entsprechenden Kontrollparameter. Lmin gibt das Induktivitätsminimum, Lmax das Induktivitätsmaximum an. Lfreq ist die Zielfrequenz des Schwingkreises, wobei (wichtig!) die Frequenz der Induktivitätsänderung genau doppelt so hoch ist. Lhold gibt einen Anteil (0..1) an, währenddessen die Induktivität bei jeder Halbschwingung (am Anfang bzw. Ende der Gesamtschwingung) auf ihrem Minimum gehalten wird. Das entspricht meiner hier beschriebenen Theorie, dass die Induktivität der QEG-Primärspulen bei der Bewegung des Rotors zwischen den Statorpolen vermutlich nahe ihres Minimums bleibt. Lhold = 0 entspricht einer normalen Sinus-Schwingung. Lexp gibt eine zusätzliche Potenzierung an, die auf den reinen Schwingungsanteil (ohne Offset) angewandt wird. Werte > 1 (z.B. 2 = Quadrat) führen zu einem schmaleren Kurvenverlauf, Werte < 1 (z.B. 0,5 = Quadratwurzel) zu einem breiteren Kurvenverlauf gegenüber einer normalen Sinus-Schwingung (Lexp = 1).

Ein paar Beispiele:

Lctrl_Examples.jpg


Nach wie vor in Arbeit ist das Problem, dass die Simulation ein erheblich höheres Induktivitätsmaximum (45 H statt 26 H) als der reale QEG braucht, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Davon abgesehen ist die Übereinstimmung aber ganz ordentlich:

QEG_Sim_2014-06-25_Overlay.jpg


Bei der Simulation ist die Spannungskurve grün und die Stromkurve blau, während bei der überlagerten QEG-Oszilloskopmessung die Spannungskurve gelb, und die Stromkurve türkis ist. Die graue Kurve stellt den (vergrösserten) Verlauf der Induktivität dar. Unter Berücksichtigung der absichtlichen vertikalen Verschiebung der überlagerten QEG-Oszilloskopmessung um einen halben kleinen Teilstrich (wie hier erläutert) stimmen die Skalenraster der Simulation und des Oszilloskops fast exakt überein. Für die Kurve des Induktivitätsverlaufs hat sich die Kombination aus Lhold = 0,35 und Lexp = 0,5 experimentell als gut geeignet erwiesen, um die -- wie ich sie nenne ;) -- "Batman"-Signalform der Oszilloskopmessung des realen QEG nachzustellen. Rser ist auf den geschätzten ohmschen Widerstand der QEG-Primärspulen von 50 Ohm gesetzt, Rpar auf einen experimentell ermittelten Wert von 252 kOhm, der die Last (Glühbirnen) an den QEG-Sekundärspulen repräsentiert.

Auch die Simulation von Asterix's Resonanz-Generator ergibt eine recht gute Übereinstimmung mit dem realen Experiment (allerdings wiederum nur mit einem erheblich höher gesetzten Induktivitätsmaximum, statt 350 mH ca. 860 mH):

QEG_Sim_Asterix_Overlay.jpg


Dateianhang:

Dateiname: QEG_DFEM_induktiv_Sim.zip
Dateigröße: 1 KB


Bei der Simulation ist wiederum die Spannungskurve grün und die Stromkurve blau, während bei der überlagerten Oszilloskopmessung des realen Apparats die Spannungskurve rot, und die Stromkurve gelb ist. Die graue Kurve stellt den (vergrösserten) Verlauf der Induktivität dar. Die Skalenraster der Simulation und des Oszilloskops stimmen fast exakt überein. Die Kurve des Induktivitätsverlaufs ist hier, wie von Asterix gemessen, eine normale Sinuskurve (Asterix's Apparat unterscheidet sich in diesem Punkt deutlich vom QEG). Rser ist auf die von Asterix angegebenen 11 Ohm (10 Ohm + 1 Ohm) gesetzt (der ohmsche Widerstand der Spulen dürfte bei diesem Apparat vernachlässigbar sein), Rpar ist deaktiviert (1 GOhm).
Letzte Änderung: 3 Jahre 1 Monat her von Uatu.
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Quantum Energy Generator 3 Jahre 1 Monat her #6863

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@Asterix:

Asterix schrieb:
Schwer was dazu zu sagen, weil ich Dein Programm nicht kenne.

Meine Frage beruhte auf der Beobachtung, dass sich Deine Simulation in dem angesprochenen Punkt -- wie beschrieben -- fast genau gleich verhält. Die Oszilloskopmessung des realen Apparats führt bei einem Parametersatz 124 mH / 350 mH / 17uF / 11 Ohm auf eine Resonanzfrequenz von ca. 51 Hz.

Im Simulator ergibt sich allerdings bei diesen Werten eine Resonanzfrequenz von ca. 75 Hz:

DFEM_induktiv_350X.jpg


Erst eine Anhebung des Induktivitätsmaximums -- bei ansonsten gleichen Werten -- von 350 mH auf 860 mH ergibt eine Resonanzfrequenz von ca. 51 Hz:

DFEM_induktiv_860X.jpg


Bemerkenswerterweise verhält sich meine LTspice-Simulation fast genau gleich. Bei gleichen Parametern, und einem Induktivitätsmaximum von 350 mH bis knapp unter 860 mH passiert folgendes:

QEG_Sim_Asterix_850_No_Resonance.jpg


Keine Resonanz. Bei ca. 860 mH ergibt sich jedoch folgende bemerkenswert gute Übereinstimmung mit der Oszilloskopmessung (hatte ich in meinem vorhergehenden Beitrag schon mal gepostet, aber weil's so schön ist ;)):

QEG_Sim_Asterix_Overlay_2014-06-25.jpg


Es ist die Ähnlichkeit des Verhaltens dieser beiden völlig unterschiedlichen Simulationen, die mich einen systematischen Unterschied zu den realen Abläufen vermuten lässt.
Letzte Änderung: 3 Jahre 1 Monat her von Uatu.
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Quantum Energy Generator 3 Jahre 1 Monat her #6864

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Uatu schrieb:
Das etwas eigenartige Konstrukt in dem gestrichelten Rechteck in der rechten Hälfte der Schaltung ist eine variable Induktivität
Das sieht nach einem Gyrator aus. Da wird eine Spule durch Inversion einer Kapazität dargestellt. Die Idee ist ziemlich genial.

Uatu schrieb:
Die Kurve des Induktivitätsverlaufs ist hier, wie von Asterix gemessen, eine normale Sinuskurve (Asterix's Apparat unterscheidet sich in diesem Punkt deutlich vom QEG).
Wo hast Du den Induktivitätsverlauf des QEG her? Ich hab den noch nirgens gesehen.

Es müsste eigentlich möglich sein, die Mechaniksimulation von hier an Deine Simulation einfach dran zu koppeln. Ich versuch das mal.


Gruß Willi
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Quantum Energy Generator 3 Jahre 1 Monat her #6865

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@uatu: Ich hab einmal in Deine Simulation noch die Simulation der Mechanik eingefügt. Für die Induktivitätsänderung habe ich eine Cosinusfunktion benutzt, weil dafür die Ableitung halbwegs überschaubar zu machen ist. Die braucht man für das Gegendrehmomentmoment mit dem der Generator den Antriebsmotor bremst. Ging zum Glück alles relativ gut zu machen.

simu_uatu_mit_mechanik.jpg

Die Dateien dazu sind im Anhang.

Dann habe ich noch einmal nachgemessen, simuliert und ausprobiert.

Zuerst noch einmal die Werte am Modell gemessen:


schaltung2.jpg



C1=17µF
Lmax=370mH
Lmin=128mH

Die Induktivitäten haben sich leicht geändert. Das liegt anscheinend am Aufbau. Bei starker Belastung verändert sich die Mechanik etwas. Ist aber für uns unwesentlich.



Jetzt eine Simulation mit Lmin=128mH, Lmax=370mH und Pzu=2W
Simu_Lmin_128mH_Lmax_370mH_Pzu2W.jpg

Der Antriebsmotor dreht hoch bis der Generator seinen Arbeitspunkt bei etwa 72U/s (grüne Kurve) erreicht hat. Dann steigt der Strom sprunghaft an und die Drehzahl bleibt konstant.

Dann eine Simulation mit Lmin=128mH, Lmax=370mH und Pzu=20W
Simu_Lmin_128mH_Lmax_370mH_Pzu20W.jpg

Der Antriebsmotor dreht wieder hoch bis der Generator seinen Arbeitspunkt bei ebenfalls etwa 72U/s erreicht hat.

Die Simulation ergibt unabhängig von der Eingangsleistung einen Arbeitspunkt bei etwa 72U/s.
Dann noch einmal der Generator im Praxibetrieb, aber mit unterschiedlichen Motorleistungen.

Zuerst das Verhalten mit der Motorleistung, mit der gerade so der Betrieb im Arbeitspunkt aufrecht erhalten wird:
Motorl_14_6V0_5_3A_8W.jpg

Motorleistung von 14.6V*0.53A=8W
3.9Div*5ms/Div=19.5ms -> 51Hz
Gelb U(R1)
Rot U(C1)

Dann anständig Strom in den Antriebsmotor:
Motorl_30_9V1_78A_55W.jpg

Motorleistung von 30.9V*1.78A=55W
2.6Div*5ms/Div=12.5ms -> 80Hz
Gelb U(R1)
Rot U(C1)

In der Praxis steigt die Resonanzfrequenz bzw. die Drehzahl mit steigender Antriebsleistung. Das hängt aber sicher mit dem Sättigungsverhalten des Eisens zusammen. Dass die Resonanzfrequenz bei kleiner Antriebsleistung unter der, der Simulation liegt ist erstaunlich, könnte aber aus dem nichtlinearen Verhalten des Eisens resultieren. Ich denke, um in der Simulation die Resonanzfrequenz besser zu treffen, müssen auch noch die Eiseneigenschaften berücksichtigt werden.

Ach ja, noch eine Rechnung, frei nach Robitaille: 390Vss*3.8Ass=1482W ;) am Ausgang bei 55W Eingangsleistung. Das schafft nicht einmal der QEG. Da dürften sogar Robitaille und die Witts blass werden.:lol:

Gruß Willi
Anhang:
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