Электротранспорт

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Расширенный поиск    

Новости:

Страницы: 1Вниз

Автор Тема: Электрический буксировочный комплекс для парапланов.  (Прочитано 199 раз)

0 Пользователи и 2 Гостей просматривают эту тему.

Гражданин Галактики.

Много слов. Но если интересно, прошу поучаствовать.

ТЗ на парапланерный электрический буксировочный комплекс.

Причина для создания электрических систем —  желание тишины на стартах. Плюс ощущение, что впереди эра электропривода. 15 лет назад я строил электрическую лебедку на базе коллекторного двигателя LEMCO 200 D. Тогда идею похоронило отсутствие возможности создать надежный контроллер. Горело 7 раз..
Возросшие возможности базы для создания инвертеров и контроллеров вселяют надежду на новый виток развития идеи.
По аккумуляторам и солнечным панелям тоже прогресс. Вот уже 9 лет на нашем парадроме работает солнечная электростанция, позволяющая заряжать аккумуляторы радиостанций и другую мелочь. Мой дом на юге Франции почти не потребляет покупной энергии (6 Квт станция и буферный высоковольтный аккумулятор LG на 10 Квт*ч)
Как базу для зарядки аккумуляторов, я планирую использовать электростанции на крышах прицепов (основного на старте и прицепа лебедки) Мощность в 1 Квт вполне реализуема. И ее достаточно для подзарядки в нелетные дни. Как резерв — генератор, но надеюсь он будет работать не так часто. В любом случае его можно поставить на хорошей дистанции, не нарушая тишину полетов рокотом моторов.

Итак, идея есть. Но главное, есть четкое понимание что нужно.
Для начала опишу отработанную годами схему работы комплекса Лебедка-Смотчик. И укажу необходимые  скорости-мощности.

Лебедка.
 Перед стартом необходим режим выборки слабины. Трос медленно (2-3 м/с) сматывается и плавно натягивается до усилия заданного оператором (70 процентов от веса пилота). Во время старта лебедка сохраняет заданное оператором усилие и сматывает трос  со скоростью до 12-13 м/с (42-45 км/ч). Современный параплан летает на балансировочной скорости 36-40 км/ч. Но при отрыве в штиль или с легким попутным ветром небольшой запас по скорости должен быть. При этом тяга на этой скорости 70 процентов от максимальной. После взлета, параплан начинает движение по дуге, скорость смотки троса уменьшается на 30 процентов. В этот момент можно переходить на полную тягу. К концу затяжки, на углах троса в 60 градусов, скорость смотки минимальна, а при сильном ветре возможна и вымотка троса (в этом случае тягу можно уменьшить). Лебедка должна обеспечивать обратную вымотку троса, со скоростью 3-4 м/с, под нагрузкой 70 процентов от максимальной.
После отцепки, трос возвращается на старт тросиком смотчика.
Чтобы в процессе размотки троса избежать «бород», должна быть установлена надежная система подтормаживания троса. Скорость размотки может превышать максимальную скорость лебедки. Обычно это 15-20 м/с.
Необходимая кратковременная (10 сек) максимальная мощность при работе с двухместным парапланом в 200 кг взлетного веса — 20 Квт. Но, как правило, из-за наличия минимального ветра, реально необходимая кратковременная мощность не превышает 15 Квт. Долговременная 10 Квт. В одноместном режиме все в два раза меньше.

Смотчик.
При работе лебедки, трос смотчика разматывается. При старте, возможны рывки, которые нужно надежно гасить системой подтормаживания троса. В противном случае образуется «борода». Заблокированный трос может дернуть пилота в обратную сторону. Обычно он рвется, или режется оператором смотчика. Но ситуация эта крайне опасна.
В конце затяжки, когда размотка троса прекращается, очень удобен режим подмотки с небольшим усилием (3-4 кг). При отцепке и провисании троса, смотчик подтягивает слабину, не давая тросу упасть на землю и тем самым создать опасность на старте. Оператор, убедившись в отцепке пилота увеличивает усилие смотки. Смотчик сматывает трос с максимально возможной скоростью. Когда до старта остается 30-40 м, по метке на тросе срабатывает датчик, который выключает систему.
Необходимая мощность 6 Квт кратковременная (10 сек) и 3 Квт долговременная.
Смотчик должен обеспечивать режим «ступенчатой затяжки», и во время смотки тянуть параплан. Усилие может быть не регулируемым, но ограниченным 60-80 кг.

Гидравлические схемы этих устройств хорошо отработаны.
У лебедки усилие регулируется давлением масла. Выборка слабины реализована через дроссель, не позволяющий развивать полную скорость. Подтормаживание при размотке идет за счет увеличения давления сливаемого масла (при размотке гидромоторы работают как гидронасосы)
У смотчика, гидромотор в барабане при размотке работает насосом, и подтормаживает трос с усилием 3-4 кг.. Перед отцепкой оператор добавляет оборотов двигателю (насосу). Это не меняет усилие, но при отцепке, гидромотор барабана сразу начинает смотку на небольшом усилии. Оператор, убедившись в отцепке пилота, увеличивает усилие.
Подтормаживание дискретно регулируется через следящий ролик. При провисании троса, с помощью бесконтактного датчика, дается команда «включить тормоз». Трос натягивается, тормоз выключается.
Выключение смотчика идет по узелку на тросе. Датчик видит узелок и выключает размотку троса.

Причина для создания электрических систем —  желание тишины на стартах. Плюс ощущение, что впереди эра электропривода. 15 лет назад я строил электрическую лебедку на базе коллекторного двигателя LEMCO 200 D. Тогда идею похоронило отсутствие возможности создать надежный контроллер. Горело 7 раз. Сожгло много денег. До ума так и не довели.
Возросшие возможности базы для создания инвертеров и контролеров вселяют надежду на новый виток развития идеи.

Электрическая Лебедка.

Как мне видится, реализуемых на сегодня путей два.

1. Первый вариант, фундаментальный — делать прицеп с аккумуляторами на 48 вольт (их можно заряжать солнцем и генератором). От них питать три по  4 Квт инвертера (SMA Solar inverter Sunny Island 4.4M), создающих трехфазную сеть. От нее питать векторный частотный регулятор, который позволяет делать точное управление моментом асинхронного двигателя. При размотке, частотник будет реализовывать подтормаживание и сливать энергию на баластный резистор.
Теоретически, этот же частотник можно питать постоянным током на 400 Вольт. Но это потребует создание сложной и опасной высоковольтной батареи.
Плюс схемы — надежные серийные компоненты. При использовании серийных литиевых  батарей для домашнего хранения энергии (две LG по 10 Квт*ч), система достаточно легкая и емкая. Она запасает в нелетные дни достаточно энергии для полноценного дня, с учетом работы солнечной станции на 1 Квт.  Можно подзаряжать ночью от сети и генератора.
Минус — много стадий преобразования энергии. Высокий вес и стоимость комплекса.

2. Второй вариант, компактный — использовать появившиеся в электротранспорте безколлекторные моторы постоянного тока, управляемые контролером.
Высокооборотистые можно соединять с барабаном цепной или ременной передачей.(ME0913 motor 12 KW at 72 VDC (125 amps continuous), and 30 KW peak)
Низкооборотистые, типа мотор-колеса, можно прятать внутрь барабана. (QS Motor Customized 12000W 12kW Electric Car Wheel Hub Motor)
Высокооборотистые моторы легче. Барабан можно делать небольшого диаметра, что упрощает его конструкцию. Но наличие ремня или цепи уменьшает КПД и надежность системы. А цепь же добавляет шумовые эффекты.
Питание от аккумуляторов (LiFePO4).
Подобные аккумуляторы имеют хороший ресурс и способны заряжаться большим током, поглощая энергию при рекуперативном торможении или обратной размотке под нагрузкой.
Основной вопрос этого варианта — система управления двигателем.
Почти все серийные контролеры производят для электротранспорта. Режим рекуперации точно есть, но их устойчивая работа на околонулевых скоростях, а тем более при обратном вращении вызывает сомнения.
 Идеальным был бы векторный бездатчиковый  контролер (можно и с датчиками, на моторах они есть, но устойчиво ли они работают?). Контролер должен управлять моментом двигателя и держать его в заданных оператором пределах. При обратном вращении барабана под нагрузкой, избыток энергии бы сливался в аккумуляторы, а при невозможности этого на баластный резистор. Это же происходило бы и при торможении во время размотки троса.

Для обоих вариантов, пульт управления был бы удобен со следующими органами управления:
1. Тумблер «Включение лебедки». При его включении она находится в режиме подмотки. При страгивании ручки управления тяги, трос начал бы сматываться с заданным оператором усилием, но с ограничением по скорости в 2-3 м/с
2. Тумблер «затяжка». Он включается параллельно первому и снимает ограничение по скорости
3. Ручка управления тягой. Она регулирует усилие на тросе в пределах 10-200 кг. В нулевом положении тяга нуль, далее пропорционально или дискретно 10 и пропорционально до 200 кг.
4. Кнопка «Тормоз». Она работает параллельно с системой контролирующей натяжение троса при размотке, но создает большее усилие торможения (30 кг), необходимое для натяжения троса,  при сильном боковом ветре.
5. Подтормаживание троса при размотке можно не выводить на пульт. Оно срабатывает по датчику натяжения троса (появляется + или — на управление)


Электрический Смотчик.

Так как мотор колеса на  3 Квт небольшие, я думаю лучшим будет вариант на их базе. Как вариант 205 Single Shaft Car Hub Motor(50H) 3000W V3 Type
Пиковая мощность 6 Квт.
Колесо компактное (222 мм диаметром), поэтому барабан можно точить из цельной болванки, так как диаметр барабана небольшой.
С некоторыми ограничениями в желаемом функционале,  смотчик вполне реализуется на обычном контроллере для электротраспорта. Датчик натяжения троса, при провисании троса включает тормоз. Энергия торможения рекуперируется в аккумулятор. При ступенчатой затяжке ограничения по фазным токам, ограничивают максимальный момент.

Пульт управления выглядел бы так:

1. Тумблер включения.  При его включении, смотчик включается и находится в режиме «вымотка троса». Следящая за натяжением троса система, при провисании троса, подает сигнал на включение тормоза. Лучшим вариантом работы было бы наличие некого начального усилия торможения в 2-3 кг, которое увеличивалось бы до 10кг при сигнале о провисании троса. То есть тормоз всегда активирован, но интенсивность торможения может быть увеличена. Технически это можно реализовать, установив следящий ролик через потэнциометр.
2. Кнопка  «Смотка». При ее нажатии тормоз выключается и смотчик начинает мотать трос. Скорость смотки регулируется положением ручки «Скорость». При срабатывании датчика окончания троса, система вновь переходит в режим «Вымотка троса»
3. Ручка «Скорость». Управляет скоростью смотки троса, При натяжении троса усилие должно расти до макимального, с ограничением по максимальному усилию в 60-80 кг).
Кнопку «Смотка» и ручку «Скорость» можно объединить на одном рычаге (педаль газа на электротранспорте). При страгивании ручки безконтактный датчик выключал бы тормоз, переводя смотчик в режим «Смотка». В конечном положении рычаг механически  блокировался, и при срабатывании датчика окончания троса — блокировка снималась и рычаг «Скорость» переходил бы в нулевое положение, включая тем самым режим торможения.

Все это реализуемо на контролере для электротранспорта.
Анализ показывает, что есть всего одна ситуация, нетипичная для электротраспорта.  Она может возникнуть при не согласованном действии операторов лебедки и смотчика. При смотке в сильный боковой ветер, лебедка и смотчик мотают трос совместно, чтобы быстрее опустить трос, не позволяя боковому ветру сдуть его. Если оператор лебедки поздно прекратит подмотку, он может заставить смотчик разматывать трос (усилие лебедки сильнее максимального усилия смотчика). В этом случае достаточно чтобы система отключалась при обратном вращении двигателя смотчика, переходя в аварийное состояние с ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ!!! простым торможением  барабана. Если не сделать торможения и просто выключать контроллер (может самовыключаться по защите), то есть риск образования «бороды» из троса.

Что хотелось бы еще добавить : Режим «приготовиться к смотке» В этом случае система продолжала разматываться,  поддерживая постоянное усилие на тросе в 5-6 кг. Он похож на режим вымотки троса под нагрузкой на лебедке. При отцепке, смотчик сразу стал бы сматывать трос, не позволяя ему падать на старт. Это бы существенно сняло нагрузку с оператора смотчика, не заставляя его точно следить за окончанием затяжки.
Проблему при добавлении этого режима я вижу в возможном отсутствии возможности контролировать постоянный момент при обратном вращении мотор-колеса.

Сложности и опасения.

1. Запасы энергии. Что бы энергии хватило на весь день работы, аккумулятор может стать переразмеренным и очень дорогим.
Хотелось бы оставить именно столько емкости, сколько нужна для нормальной (по току) работы батарей. Для LiFePO4 вполне допустим ток разрядки 3С.  Для смотчика хватило бы батареи 48Вольт 40 Ач. Для лебедки 72 Вольт 60 Ач.
Но в этом случае энергии хватит на 30-60 вылетов, в зависимости от силы ветра.
Следовательно нужна система подзарядки в процессе работы. Она возможна от солнца (буферный аккумулятор на 12 вольт и инвертер на 220, или генератора.

Зарядных устройств для LiFePO4. уйма, но будут ли они и BMS батарей корректно работать в процессе работы лебедки и смотчика, при включенном контролере, который периодически будет сливать энергию в батарею при рекуперации.?
2. При размотке лебедки, ее двигатель будет выходит на повышенные относительно нормальных обороты. Например, при питании от 72 вольт нормальные максимальные обороты мотор- колеса 1000/мин. При размотке будет 1500. Опасаюсь, что при срабатывании торможения, есть риск превысить максимально допустимое напряжение работы контролера. Есть модели до 120 вольт, но...
3. Не будет ли вся эта электромагнитная кухня глушить радиосвязь в зоне своей работы?
4. Режимы обратного вращения мотор колес.  При размотке на лебедки и смотчика мотор колеса будут вращаться в обратную сторону, и при этом вращении будет включаться торможение. На лебедке и смотчике  в сильный ветер, возможен режим вымотки троса под нагрузкой.  То есть мотор должен продолжать держать заданный момент, но внешние силы заставят его вращаться в обратную сторону. Возможность реальной реализации подобного режима вызывает некоторые сомнения.

Буду признателен за советы.
Финансовые возможности для реализации есть.
Ищу подтверждение физической реальности исполнения
Игорь.

Slavemaster

  • Местный
  • ****
  • Репутация:
    +7/-0
  • :
  • Сообщений: 903
  • Санкт-Петербург, центр
  • Езжу на батарейках
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Как раз недавно довелось совершить полет на параплане, был сильно удивлен тарахтящему бензиновому смотчику. Мне показалось что для такой простой операции идеально подошел бы почти любой комплект для электровелосипеда подходящей мощности, но описанные Вами тонкости усложняют задачу.

По сложностям и опасениям:
1. Тут можно только измерить сколько истрачено энергии за полный день полетов, и только потом делать выводы о требуемом запасе (никакие электротранспортные нормы расхода тут неприменимы).
Зарядное устройство и бмс будет нормально работать при работе контроллера. Только я бы заменил два устройства на одно - солнечный контроллер с нужным напряжением на выходе.
2. Торможение не обязательно осуществлять средствами контроллера, можно применять некие тормозные резисторы, как в трамвае Контроллер не выйдет за допустимые пределы рабочего напряжения пока будет подключен к неполностью заряженной акб. Ну я так думаю.
3. Не видел упоминаний о таком влиянии (у самого рации нет, проверить не могу).
4. По моим представлениям синусный контроллер должен справиться с такой задачей.

FX_888

  • Наш человек
  • ***
  • Репутация:
    +6/-3
  • :
  • Сообщений: 378
  • Россия, Москва
  • Ездю на батарейках!
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Буду признателен за советы.
Финансовые возможности для реализации есть.
Ищу подтверждение физической реальности исполнения
Игорь.
к немалым финансовым затратам тут еще и интеллектуальных  не меньше
Если создавать устройство соответствующее всем пунктам вашего ТЗ.
то вырисовывается весьма нетривиальная как по электрической части так и по механической система,  вы хорошо представляете ее функционал, но видимо  еще недостаточно хорошо представляете  затраты на ее  реализацию.  вырисовывается весьма недешевая и непростая штука, создание которой, в теории, под силу группе энтузиастов,  но ее связь с авиацией, вносит весьма  серьезные требования к надежности всех ее элементов, поэтому либо группа энтузиастов должна быть  сильно в авиатеме,  либо надо приглашать в группу  компетентных специалистов. это дополнительные затраты.
даже по краевым критериям,  вашего  ТЗ  установка разделяется на несколько   вполне независимых агрегатов.
1. Шасси: автоприцеп с местом для оператора,  аккумуляторным отсеком и  местом под   лебедку.
просто взять и купить любой автомобильный прицеп не получится. не подойдет.  как минимум потребуется  серъезная доработка, 
это навскидку тысяч 100р.
2. Силовая установка  двигатель с длительной мощностью 10+квт.  контроллер и батарея.
30 запусков минимум  пусть будет по 1минуте, значит емкость батареи  не менее 5квтч, контроллер.
стоимость этого набора  от 150тр
3. Контроллер для реализации программы управления,  согласно ТЗ. весьма нетривиальное устройство  , любой стандартный  под все пункты гарантированно не подходит , значит нужно заказывать  специальный.  я даже боюсь предположить стоимость доработки  программного обеспечения для контроллера с таким функционалом, интерфейсом управления  но цифра  явно будет 6 значной. и заниматься им должны специалисты в теме.
4. лебедка. высокоскоростная, на приличную емкость барабана, с механизмами натяжения, тормозами, предохранительными и направляющими  устройствами,
если ее созданием будут заниматься люди занимающиеся контроллером (как и наоборот)  то ничего хорошего не выйдет  :-) и стоить она будет всяко дороже автомобильных .
5.  затраты  на солнечную батарею  в составе установки обеспечивающую эффективный заряд батарей можно пока не учитывать   :-)
таким образом  создание первого прототипа потребует не только финансовых затрат от 400тр но что важнее, привлечения компетентных специалистов.  время которых тоже не бесплатно,  если бы у вас была или вы входили в такая команда, то этой темы бы тут не появилось  :-)
и меня терзают смутные сомнения что такие тут найдутся. тут конечно есть энтузиасты  от авиации,  но фокус их интересов пока далек от вспомогательных устройств.


Гражданин Галактики.


Чтобы было понятно по стоимости, приведу цифры с  работающих в данный момент гидравлических комплексов.
На юге подмосковья работает моя установка сделанная из нового автомобиля Нисанн NP300. Два старта позволяют выполнить до 250 вылетов в день.
Стоимость реализации проекта в 2009 году была 35000 евро
В 2014 я собрал лебедку для планеров на  4 литровом пром дизеле Кубота. Автономный прицеп на 3 тонны. Таскает легкие планера обошлась примерно в 30000 евро.
Смотчики, работающие сегодня были построены с бюджетом в 4000.
Все собиралось в обычном гараже на каширке. Гидравлика - мое хобби. Наработали даже изобретение одно.
Поэтому по железу итд никаких проблем нет и не предвидится. По солнцу тоже, ибо сам проектировал и ставил электростанцию для дома (6 Квт с ночной  батареей 10 Квт*ч)

Для меня проблемны именно реализация контролера и правильный выбор мотора.
Надежность - да, важнейший параметр.
Некую финансовую свободу я получил именно за счет создания очень надежных и .... устойчивых в эксплуатации систем, нравящихся пилотам.

Теперь команде захотелось тишины, а мне нового проекта. Планирую смотчик реализовывать в мае, а лебедку следующей зимой, ибо этой уже работаю в ЮАР. На планере учу летать.


Slider

  • Старожил
  • *****
  • Репутация:
    +43/-4
  • :
  • Сообщений: 9346
  • Санкт-Петербург
  • Делу-время
  • Оффлайн Оффлайн
    • Награды
Обратитесь к форумчанину , у него есть контроллер с достаточно богатым функционалом и поддержкой обратной связи (функция самобаланаса) которая может быть преобразована в интеллектуальный смотчик с регулировкой натяжения, имхо.

Страницы: 1Вверх
 

Размер занимаемой памяти: 4 мегабайта.
Страница сгенерирована за 0.391 секунд. Запросов: 49.