Wie funktioniert ein E-Regler?

[Mosli]

Hallo

Ich versuche nun mal an einem Modell den Regelungsprozess, also der Governor darzustellen. Stelle dir nen Kübel (äh sorry, Eimer) mit Wasser vor, der hat unten den Einlauf mit einer Pumpe. In der Mitte der Höhe ist ein Auslass mit einem Schieber, mit dem du manuell die Ablaufmenge einstellen kannst.
Die Pumpe fördert nun Drehzahlabhängig eine bestimmte Wassermenge dazu (das ist der Heli-Motor), du gibst im Sender eine bestimmte Gasgerade an, was hier dann der Wasserhöhe (min. der Hälfte wegen dem Auslass) entspricht, also zB 85%.
Jetzt stellt sich aufgrund des Reglers diese Wasserhöhe ein, der Ablassschieber ist ein bisschen geöffnet damit es dynamisch bleibt. Veränderst du nun die �ffnung des Ablassschiebers, fliesst mehr Wasser raus als die Pumpe reindrückt, das Niveau fällt zusammen und der Regler lässt die Pumpe schneller drehen, damit das Niveau wieder Soll erreicht. Das ist dann der Vorgang, wenn du im Heli Pitch gibst, also Last abrufst.
Nun lässt aber real die Akkuspannung gegen Flugende langsam nach, das kannst du damit vergleich, dass der Druck in der Zuleitung kleiner wird (also die Durchflussmenge langsam ab nimmt) und dadurch der Regler auch wieder etwas mehr Gas an die Pumpe weiterleitet. Irgendwann bist du dann am Limit, wenn mehr Wasser aus dem Eimer läuft als reingepumpt wird, dann wird das Niveau absinken obwohl die Pumpe voll läuft. Das ist dann beim Heli der deutliche Drehzahlknick, also wenn der Regler voll geöffnet ist. Und den Zustand wird gegen Akkuende mit Volllast bei der höchsten eingestellten Drehzahl angestrebt, dazu musst du einfach mit der Drehzahl (also die Gasgerade) ein bisschen spielen, das merkst du dann bzw. siehst es auch im entsprechenden Log.
Hast du diesen Punkt gefunden (das wird etwa 85% der max. geöffneten Governordrehzahl sein), kannst du davon ausgehen, dass der Regler im oberen Bereich und möglichst wenig in Teillast arbeitet. Das ist dann die höchste Drehzahlvorgabe im Sender.

Die kleinste Drehzahlvorgabe im Sender findest du dann einfach mit ausprobieren, das wurde ja oben schon geschrieben. Generell solltest du diese aber nicht allzu viel tiefer wählen, vielleicht so 30% von der hohen. Das kommt dann vor allem auf den Regler und auch auf die anderen Komponenten im Heli an.

Gruss

[Promaetheus]

Hallo mha. Danke für deine Antwort.

1. Cool dass bei dir das Gassignal, als auch PWM mitgeloggt werden.

Das mit der PWM leuchtet mir absolut ein, hat mein Regler aber nicht. Danke aber für deine gute Erklärung. Ich werde das wirklich mal probieren:
Gasgerade auf 100% -> Drehzahl anschauen (sollte in meinem Fall 1.742 Umdrehungen sein). Dann fahre ich mit der Gasgeraden runter bis die Umdrehungen nun noch 85% sind, sprich 1.481 und schaue wieviel % an der Gasgerade das entspricht. Dann werde ich mal einen Akku "leer" fliegen und schauen ob er am Schluss noch gut klarkommt wenn ich mehr Pitch gebe. Auch werde ich gleich schauen wie warm der Regler wird.

Danke nochmals für den Tipp! Bin gespannt wieviel % bei der Gaskurve rauskommen.

EDIT: Danke auch Mosli. Super Erklärung! Mit 1.481 wäre ich sehr zufrieden. Und Kübel passt gut. Bin �sterreicher.

[Mosli]

noch ne Ergänzung zum Modell oben: Die PWM vom Regler entspricht dann eig. der Pumpendrehzahl

[Immelmann]

Bin gerade auf diesem sehr informativen Thread gelandet und habe viel gelernt!

Ich habe einige Anmerkungen, die auch gerne als Fragen aufgefasst werden können, da ich mir nicht sicher bin:

1 Eine wichtige Funktion des Brushless ESC ist die elektronische Kommutierung,
Die Frequenz dieser Komutierung kann allerdings sehr hoch sein. Nehmen wir einen
10 Pol-Motor, der mit 20.000 1/min dreht. Dann ist die Kommutierungsfrequenz
5 * 20.000 / 60 = 1,7 kHz. Die ist dann kaum noch kleiner als eine typische PWM-Frequenz vom 8 kHz. Das heisst, da wird dann nur noch etwa 2,5 mal pro Halbwelle die Spnnung eiin- und ausgeschaltet. Geht das dann schief, wenn die Kommuitierungsfrequenz gleich oder grö�er als
die PWM - Frequenz ist?

2. Wenn man das Logfile mit dem Vergleich von Gaskurve, PWM und Strom betrachtet,
sieht man sehr schön, dass eigentlich zwei Beiträge zur Drehzahlstabilisierung beitragen:

Zum einen die Stromstärkeänderungen,, die hier ja gut und gerne 500 % beträgt.
Ist diese Stromstärke etwas, was sich automatisch je nach Leistungsabgabe zur Stabilisierung
des Timing-Winkels einstellt, oder gibt es da einen weiteren Regelkreis im ESC?

Zum Anderen ändert sich der PWM und damit die mittlere Spannung ja nur um ca. 10 %. Diese
�nderung ist notwendig, um die �nderung des Spannungsabfalls am Innenwiderstand (Summe aus den Innenwiderständen von Motor, Regler und Akku) zu kompensieren. Ich vermute, wenn der Innenwiderstand von Motor, Regler und Akku den Idiealwert Null Ohm hätte, bräuchte
der PWM garnix regeln?

3. Je kleiner also die Innenwiderstände des Gesamtsystems sind, je grö�er kann man
das mittlerem PWM wählen, ohne Drehzahleinbrüche zu riskieren.

4. Wie immer bei elektrischen Antrieben: Besser mit höheren Spannungen (viele Zellen, hohes PWM) als mit hohen Strömen (--> hohe Verlustleistung) dieselbe Wirkleistuíng realisieren.
Dann ist die Wirkungsgrad am höchsten.

Henning

[Diablol]

Zitat von Immelmann

Geht das dann schief, wenn die Kommuitierungsfrequenz gleich oder grö�er als
die PWM - Frequenz ist?

Puh, du hast Fragen
Vorab, ich glaube solche Fragen sind viel zu speziell als dass sie allgemeingültig beantwortet werden können. Ein Regler kommt an vielen Stellen an Grenzen, welche durch geeignete Regelung IM Regler abgefangen werden müssen. Hier unterscheidet sich Hardware, Software und Konfiguration.
Aber in der Theorie hat die PWM erst mal nix mit der Kommutierung zu tun. Kommutationsfehler treten aber natürlich prinzipbedingt oft bei Vielpolern auf.

Zitat von Immelmann

Ist diese Stromstärke etwas, was sich automatisch je nach Leistungsabgabe zur Stabilisierung
des Timing-Winkels einstellt, oder gibt es da einen weiteren Regelkreis im ESC?

Die Stromstärke ergibt sich immer aus Spannung und Widerstand. I=U/R

Zitat von Immelmann

Ich vermute, wenn der Innenwiderstand von Motor, Regler und Akku den Idiealwert Null Ohm hätte, bräuchte
der PWM garnix regeln?

Er könnte gar nicht Regeln weil der Strom ständig unendlich wäre. Erneut das Ohmsche Gesetz.

Zitat von Immelmann

Je kleiner also die Innenwiderstände des Gesamtsystems sind, je grö�er kann man
das mittlerem PWM wählen, ohne Drehzahleinbrüche zu riskieren.

Dieser Satz ist leider viel zu ungenau und fachlich falsch, sodass er nicht gilt.

Zitat von Immelmann

Wie immer bei elektrischen Antrieben: Besser mit höheren Spannungen (viele Zellen, hohes PWM ) als mit hohen Strömen (--> hohe Verlustleistung) dieselbe Wirkleistuíng realisieren.
Dann ist die Wirkungsgrad am höchsten.

Die Zellenzahl hat absolut nix mit der PMW zu tun.
Was die Verlustleistung angeht hast du recht. Beziehen wir es aber auf den realistischen Einsatz bei dem wir auf Akkus angewiesen sind, liegt das Optimum iwo dazwischen. Alleine schon da viele Zellen viel Totgewicht mitbringen. Wir müssen auch wieder heruntertransformieren um Servos usw zu versorgen usw usw.

ps. Ich glaube wir sind hier was die FUNKTION eines ESC angeht etwas OffTopic, daher würde ich dir vorschlagen einen neuen Thread für speziellere Fragen aufzumachen. my2cent