Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

[Holle]

Edit JM: Kam von diesem Thema Warum highend Motoren wie Pyro 800 wickeln lassen? - Seite 5 - RC-Heli Community

Hat mal jemand Motordiagramme eines Motors mit unterschiedlichen Wicklungen und kann sie hier zeigen?

Jupp Jürgen, ich simulier mal ein bissl, erstmal ein paar Kurven. später, nach dem Feieraabendbier dann noch Theorie....

Bei den Kurven nehme ich das gute alte Drive-Calc, für den Vergleich völlig ausreichend, es stellt die (in Grenzen) die Unterschiede ohne viel Aufwand dar.#
Als Motor einen guten Bekannten, den 700-52 Pyro

Zuerst nur dickerer Draht, 1,4mm statt 1,06mm, der Wicrkungsgrad wächst rundherum, der Motor wird Drehzahlsteifer, die KV bleibt gleich.


Nun wickeln wir zusätzlich noch heißer, satt 11 Windungen nun 10Windungen, dafür mit 1,5mm Draht. Der Wirkungsgrad wird flacher (Eisenverluste) durch die höhere Drehzahl, dafür wird der Motor noch Drehzahlsteifer als mit dem 11x1,4mm. die KV steigt auf 580U/V


Nun wickeln wir satt dickeren Draht mit dem 1,06mm "Werksdraht" statt 11Windungen nun 18Windungen drauf, der Wirkungsgrad ist nun ernorm hoch, der Motor aber Drehzahlelastisch. Die KV sinkt auf 320U/V


Eine typische Win-Win-Situation, 15x1,18mm, so kann per Drive-Calc der Motor an die Anwendung "moduliert" werden. Die KV beträgt hier 365U/V

[Holle]

AW: Warum highend Motoren wie Pyro 800 wickeln lassen?

Wirkungsgrad = Flugzeit ? Das würde nur ein paar Sekunden ausmachen !

Flugzeit erreichen wir durch eine geringe Kopfdrehzahl (Aerodynamik), die persönliche Schmerzgrenze der untersten Drehzahl kann nur durch eine höhere Drehzahlsteifigkeit sinken (ausreichende Reserven). Der Wirkungsgrad beschert uns primär eine höhere Leistungsfähigkeit (geringere Verlustleistung).

Warum bricht die Drehzahl ein ?
Jeder kennt den Gleichstrommotor der seine Drehzahl mit der Spannung steigert, beim BL ist es nicht anders. Unter Last fällt an den zahlreichen Innenwiderständen vor dem Motor einiges an Spannung ab, so das bei steigendem Strom immer weniger Spannung für den Motor bleibt.

Den Einbruch kann man anhand der gesamten Widerstände recht gut berechnen, wobei für den Regler zusätzlich ein Faktor für die Schaltverluste vergeben werden muß.

.

Um das wieder geradezubiegen haben wir ja den Regler, aber: jeh Drehzahlelastischer der Antrieb, jeh mehr muß der Regler nachregeln können, jeh geringer die Start-PWM, jeh geringer das Drehmoment (Ritzelgröße).
Kurz, jeh weniger der Regler arbeiten muß, jeh besser !
Auch findet sich genau hier der Grund warum sich die Geister bzgl. Reglerqualitäten scheiden, muß kaum noch nachgeregelt werden, schaffen das auch einfachere Regler recht fix, jeh mehr gerudert werden, jeh höher wird der Anspruch an den Regler, bzw. fängt irgendwann beim Gummimotor der Sinn der ext Regelung an (V-Stabi & Co.), um noch eine fixe Regelung zu realisieren.
Interessant zu wissen, popelt man 10mOhm aus dem Motor raus, zusätzlich noch 2mOhm indem man die 4mm Stecker durch richtige Stecker ersetzt, verhällt sich der Antrieb mit einem altem/billigem Akku ( z.B. 1mOhm/Zelle höherem Innenwiderstand) sich gleich zu dem vorherigem Antrieb mit gutem Akku (allerdings mit höherer Reglerlast), da die Summe aller Widerstände zählen.


Um das ein bissl nachzustellen, bastel ich gerade an einem Kopfrechner (hier stimmt der Reglerfakor noch nicht perfekt):
Kopfrechner - RC-Heli Community


In der Praxis sieht das dann so aus, wenn alles perfekt abgestimmt wurde, den berechneten "Reglerknick" kann man hier recht gut erkennen.

[Holle]

AW: Warum highend Motoren wie Pyro 800 wickeln lassen?

Moin
Für das letzte Bild oben, und das folgende Bild die Legende:
X:
Pin [W]
Y:
schwarz: Felddrehzahlx1000 /min (unten x100)
Blau: PWM %
Rot: Geber-PWM %
Grün: Spannung Volt
Orange: Timing Grad

Beim folgendem Bild sieht man die Probleme, P+I sind zu gering eingestellt, PWM geht auf maximal 80% auf, sollte das bereits max. genutzte Drehzahl sein, ist der Heli falsch geritzelt, vermutlich auch der Grund warum der Regler derart massiv arbiten (nachregeln) muß. Hier muß nicht gewickelt, sondern erstmal abgestimmt werden.


Warum der Regler mit einer höchstmögliche PWM arbeiten sollte, verdeutlicht das nächste Bild, reduzierte PWM kann man (falscherweise) mit reduziierter Spannung simulieren. Wie man sieht ist besonders im höherem Bereich der Wirkungsgrad massiv schlechter, gleiches gilt für den Regler. Quasi wurde der Akku um ein paar Zellen "beraubt".
Hier findet sich im übrigen der Grund einiger Berichte für massiv heiße Motoren>> Fehlabstimmung, der Motor könnte gerne wollen, man lässt ihn aber nicht.

[Timothy]

AW: Warum highend Motoren wie Pyro 800 wickeln lassen?

Wirkungsgrad = Flugzeit ? Das würde nur ein paar Sekunden ausmachen !

Nicht unbedingt.

wenn ich einen 10KW Monstermotor zum Schweben bei rnd. 500 Watt verwende, betreibe ich den Motor in dem Bereich der Wirkungsgradkurve wo diese sehr steil ansteigt.
U.U. bewege ich mich in einem Bereich von 30%.

Das wirkt sich unheimlich auf die Flugzeit aus.


Der ansteigende Teil der Wirkungsgradkurve wird steiler und nach rechts verschoben je "heißer" (mir fällt kein besseres Wort ein) der Motor ist.

Daran erkennt man deutlich, der komplette Antrieb sollte auf den vorgesehenen Zweck abgestimmt werden.

[Holle]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Hi Timothy
Der 3Liter-300PS Porsche ist halt noch nicht erfunden.

Durch eine höhere KV, höheren Eigenverbrauch (größerer Motor) wandert die Kurve Richtung hoher Leistung, was der Schwebeleistung nicht gut tut.

Durch die PWM wandert die Kurve zusätzlich noch hin und her, was es auch nicht einfacher macht, jede Windböe, jedes Manöver verändert so sogar den Motorwirkungsgrad .

Aber, im Schwebeflug fliegt der Regler mit etwa Start-PWM. in der letzten Grafik wäre das in etwa die gestrichelte Linie, im Leistungsfall steigt auch die PWM, und die Kurve nähert sich der durchgezogenen Linie. Zum Glück wandert sie also imm in die richtige Richtung, und der Regler "zieht" die Wirkungsgradkurve "breiter".
Das aber nur, wenn die Abstimmung inkl. Pitchmanagment passt.

Sinn des 10KW Monsters sollte niemals sein, eine schlechte Abstimmung auszubügeln.

[Aussenläufer]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Der 3Liter-300PS Porsche ist halt noch nicht erfunden.

hey, ne literleistung von 100ps hat auch schon porsche gefunden....
sorry, hat grad gepasst

danke für die diagramme!

[Timothy]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Sinn des 10KW Monsters sollte niemals sein, eine schlechte Abstimmung auszubügeln.

Sag ich doch !

[JMalberg]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Weil ich noch etwas auf dem Schlauch stehe ...

N Drehzahl: klar
Pin ist die Eingangsleistung: klar
Pout dann die Ausgangsleistung: Woher kommt der Wert? Gemessen? Errechnet wie (durch Drehzahl und Pin?) ?
Eta = Pout / Pin : klar

[Holle]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Weil ich noch etwas auf dem Schlauch stehe ...

N Drehzahl: klar
Pin ist die Eingangsleistung: klar
Pout dann die Ausgangsleistung: Woher kommt der Wert? Gemessen? Errechnet wie (durch Drehzahl und Pin?) ?

Eta = Pout / Pin : klar

Hi Jürgen
Umgestellt Pin x eta = Pout
z.B. 5KW Pin x 80% eta = 4KW Pout

[JMalberg]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Aber eta weiß ich doch im Vorfeld noch gar nicht...?

[Holle]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Jetzt stehe ich auf dem Schlauch
In Bezug aus welches Diagramm ?

Drivcalc z.B. interpolliert aus Leerlaufdaten (Eigenverbrauch) und einigen Lastdaten (U, I, n) eine Wirkungsgradkurve, und errechnet danach das Pout.

[JMalberg]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Wer von uns zuerst vom Schlauch wech ist, hat gewonnen!

Wenn ein neuer Motor entwickelt wird, wird er doch (hoffentlich) auf einem Prüfstand durch gemessen und und die eta-Kurve durch Messen von Pout ermittelt. Oder bin ich da völligst aufm Holzweg?

[Holle]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Hi Jürgen
Die wenigsten Hersteller haben einen Drehmoment-Prüfstand.
Bei einem Verbrenner kommt man um einen Drehmoment-Prüfstand kaum herum, beim E-Motor funktioniert es auch mit der Interpollation mittlerweile recht gut (Verweis auf Helmut Schenk, Moellierungs-Theorie).

ßber die höhere Genauigkeit könnte man sich vorzüglich streiten

[JMalberg]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Sprich eta ist geschätzt Wie genau ist den dann die Schätzung?

[Holle]

AW: Brushless-Motoren, Diagramme und Wirkungen

Sprich eta ist geschätzt Wie genau ist den dann die Schätzung?

Die mir bekannten Interpolations-Tools arbeiten nach einer Abhandlung von Helmut Schenk Modellierungs-Theorie, das las PDF am Beitrag hängt.
Die Tools wurden von Christian Person zuerst in einer Excel-Variante, später dann als das Programm "Drive-Calc" umgesetzt.

ßber die Genauigkeit lässt sich, wie bereits erwähnt, vorzüglich streiten.

Ich kenne von vielen Motoren die Messdaten aus der Interpolation sowie vom professionellem Messstand mit geeichtem Drehmomentsensor, kann daher immer wieder schön vergleichen.

Zum Vergleich von Verhältnissen bei sehr baugleichen Motoren, oder innerhalb eines Motors, funktionieren diese Tools sehr gut, bei Vergleiche Motoren unterschiedlicher Bauart, insbesondere wenn es um Eisenverluste geht, gerät diese Betrachtungsweise sehr schnell an die Grenze.
Sprich, verschiedene Wicklungen untereinander, Spannungen, und solche Dinge kann man damit schön simulieren wenn es um Verhältnismäßigkeiten geht.
Möchte man z.B. wie in jüngster Zeit Motoren mit unterscheidlichen Polzahlen verleichen kommt man hier nicht zu einem aussagekräftigem Ergebniss. Darum kann man auch im Reconfigurator zwar die Wicklung und die Statorgröße verändern, nicht aber die Polzahl.
Der Rechenweg macht sehr viel an den Leerlaufdaten fest, ein paar Lastdaten dazu, fertig ist die Wirkungsgradkurve. Ein paar neue Lager ohne Fett, nur ein bissl ßl, und schon ist die Kurve im Wesentlichem höher als mit ein paar alten Lagern, hier sieht man bereits die Grenzen der Realität.
Eine exakte Eisenverlustkurve lässt sich aus diesen Daten aber nicht ermitteln, das beschränkt sich auf die Kupferverluste vs. den ges. restlichen Verluste.
Als damals die ersten hochpoligen Crocos vermessen wurden, (24Pol wurde 12Pol und 14Pol gegenübergestellt) wurden hier die Grenzen deutlich sichtbar.

Ursprünglich wurden mit diesen Tools die kleinen Indoormotoren und die typischen 3S Flächenantriebe ermittelt, und daran die Korrekturfaktoren festgemacht.

Es ist also immer eine Frage was ich machen möchte, wer mißt, mißt Mist, das war schon früher so.