Boost или buck - "коробка передач" для МК?

[Wector]

Можно ли использовать повышайку или понижайку напряжения батареи, как косвенную коробку передач? Этакий элегантный и бесконтактный вариант передачам на великах с "циклоном". Реализуя тем самым и скорость и тягу с хорошей эффективностью работы всей системы.
Хотелось бы доподлинно понять, может ли МК стать эффективно во широком диапазоне скоростей.

К примеру самый простой вариант - 2х ступенчатый.
Возьмем некий МК упрощенно с К=1,2 (отношение Вольт/кмч - тяговый).  Батарея - 36 В, максималка, грубо, будет ок. 30 км/ч.
И есть нормальный Буст (импульсный синхронный повышатель с КПД 97%, не модульки).
В режиме прямого пропускания - на выходе он не повышает - имеем 36 В без потерь, это первая передача, на ней можно резво стартовать, ехать спокойно в крутую горку, без особых издевательств для мотора.
А когда на трассе надо быстрее, включаем буст ("вторая передача") - напряжение скажем в 2 раза выше - 72 В, максималка - ок. 60 км/ч. Естественно буст на 2 кВт рассчитан.

Правильно ли я понимаю, что у МК наивысшее КПД (полочка, горб) - при оборотах близких к максимальным при неком напряжении питания?
Тем самым вариант с такой КПП будет гораздо эффективнее на низких скоростях и в гору, чем при одном питании 72 Вольт (батарея без буста) этого же МК.
При высоком напряжении, для обеспечения равной тяги на низких скоростях потребуются бОльшие фазные токи, что будет греть мотор?

И что будет с рекуперацией, если буст умеет замыкать вход-выход когда надо? Как будет происходить рекуперация, при торможении, если батарея 36 В, а контроллер только что работал с 72 В и велик едет скажем с 60 км/ч?

[mr.Dream]

Понижайка.
Во первых, роль самой понижайки играет контроллер. В качестве накопительного дросселя - сами обмотки мотора.
Далее, эффективность всей системы зависит от тепла в обмотках. С ростом тока тепловыделение растет квадратично.
Сила тока прямопропорционально крутящему моменту, а значит увеличивая нагрузку мы неизбежно теряем в КПД, увеличивая нагрев.

Повышайка.
Если "разогнать колесо" в разумных пределах, ничего не случится. Но увеличивая скорость ТС, увеличивается сопротивление воздуха, а значит будет расти и нагрузка на мотор. Следствие - повышеное тепловыделение, низкий кпд. Чтобы не сжечь - контролировать.

Считаю, что эффективно было бы использовать повышеное напряжение, уменьшая диаметр клеса. Выиграем в динамике за счет меньшего плеча. Нагрузка на мотор впадет, а значит нагрев тоже. Правда ток ХХ увеличится Нужно как то преодолевать сопротивление магнитов, перемагничивание сердечника

[KrOeNeN]

А что если просто сделать переключатель АКБ который батарею 72V 10 Ач делит на 2 и превращает так сказать легким движеньем руки в 36 20 Ач ) Естественно 36 постоянный рабочий режим. а 72 на больших скокростях. и никаких Бустов 

[powersupermax]

Отличная тема.
на ES я кстати такую тему уже поднимал,
меня посылали в ебайк симулятор, говоря что понижение напряжения не даёт улучшения тяги на низах,

однако мой личный тест говорит другое - на 40V с места в ту же горку тянет увереннее, чем на 66V, на которых вообще просадка чуть ли не до отключения. Т.е. разница ощутима невооружённым взглядом. Т.е. с повышением напряжения - выше планка эффективных оборотов МК, а значит на низах еще меньше КПД.
Причём горка такая, что 5% газульки топит уже на максимум, чтобы набрать оборотов. Так что контроллер не играет никакой роли понижайки.

В идеале бы такой контроллер , к которому подключаются ячейки батареи силовыми кабелями, а скорости будут путём автоматического последовательного соединения ячеек , ввиде ведра мосфетов) причём, чтобы у каждой ячейки был ваттметр, который бы следил, сколько осталось в каждой ячейке, для равномерной растраты энергии.

[mr.Dream]

на 40V с места в ту же горку тянет увереннее, чем на 66V, на которых вообще просадка чуть ли не до отключения.

Так может дело в просадке? А не в вольтаже. Поставте батарею, такую чтобы не проседала. Тогда сообщите результат )

[AntonSagdakov]

Если сравнивать вариант на 36 вольт питания + повышающий преобразователь и 72 вольта напрямую, то разница в итоговой эффективности мотора будет ничтожна. При одном и том же фазовом токе, входной ток от 72 вольт будет почти в два раза ниже, потому что выходные каскады и индуктивность обмоток - это как раз довольно эффективный понижающий преобразователь (эффективность, конечно, очень зависит от самого МК).
Плюс к этому, если ограничивать именно фазный ток при 72 вольтах на том же уровне, который допустим на 36 вольтах, то получается довольно широкий диапазон с постоянным моментом без какого-либо фатала для мотора. Ну, разумеется, что при переключаемом преобразователе - это два горба, а не сплошная площадка на графике. Еще плюс к этому, на 36 вольт + преобразователь, ток батареи будет почти в два раза выше в среднем, чем на 72 батарее напрямую, при равной емкости батареи (в Ватт*час, а не А*ч!) пробег на 72 вольтовой батарее будет выше из-за меньшего снижения фактической емкости на больших токах.

Грубо говоря, если повышающей преобразователь - это коробка передач для МК, то просто постоянные 72в - это вариатор

[powersupermax]

на 40V с места в ту же горку тянет увереннее, чем на 66V, на которых вообще просадка чуть ли не до отключения.

Так может дело в просадке? А не в вольтаже. Поставте батарею, такую чтобы не проседала. Тогда сообщите результат )

просадка тяги. 66V - это 25C липо, какая там просадка? а 40V - 2C ли-ион панасоники)

[Wector]

Так может дело в просадке? А не в вольтаже. Поставте батарею, такую чтобы не проседала. Тогда сообщите результат )

Если сравнивать вариант на 36 вольт питания + повышающий преобразователь и 72 вольта напрямую, то разница в итоговой эффективности мотора будет ничтожна.

Грубо говоря, если повышающей преобразователь - это коробка передач для МК, то просто постоянные 72в - это вариатор

Не думаю, что так все тут просто. Подождем тех, кто разобрался и понял принцип работы МК.

Думаю, при меньшей напруге можно просто больше давать фазные токи (или они меньше получаются для аналогичной тяги - уточню этот момент для себя еще) без рисков и перегревов -  тем самым имея бОльшую тягу - вот принцип КПП.
   Иначе все ездили бы на 48-72 В и никто бы не жег моторы, контроллеры, при этом без жалоб на подъемы и недостаток тяги. И циклоны умерли бы.

А вариатор - думаю это преобразователь - который следит за скоростью МК и дает питания контроллеру сколько ему надо в данный момент для такой скорости

А что если просто сделать переключатель АКБ который батарею 72V 10 Ач делит на 2 и превращает так сказать легким движеньем руки в 36 20 Ач ) Естественно 36 постоянный рабочий режим. а 72 на больших скокростях. и никаких Бустов 

Думаю и об этом, тоже отличный вариант передач. Только более стремный.

[Wector]

Пока не будем рассматривать мелкие аспекты -  подводящие провода, сечения, КПД электроники. Они почти идеальны.
  Важно понять главное - базовый принцип работы МК с высоким КПД в широком диапазоне скоростей.
Имеем некий контроллер (с ограничением фазных токов и нет) + МК.
Надо узнать (даже в теории), что дадут разные питающие напряжения для такой связки.

[nikvic]

Можно ли использовать повышайку или понижайку напряжения батареи, как косвенную коробку передач?

Тема возникает с регулярностью 1-2 года. Через квартал затухает, оставив два неоспоримых вывода -
1/ Всё, что можно получить, реализуется штатным ШИМом и повышенным против номинала напряжением батареи.
2/ Значительное увеличение момента (при заданной скорости) неизбежно  уменьшает КПД - столь же значительно.

Ну и, наконец, нормальная КПП - лучшее средство от головной боли

[AntonSagdakov]

А вариатор - думаю это преобразователь - который следит за скоростью МК и дает питания контроллеру сколько ему надо в данный момент для такой скорости

Ну, собственно, именно это и делает вся система "наездник - ручка тока - ШИМ - МК"   Чем выше напряжение питания, тем до бОльших скоростей у велосипедиста есть возможность дать на мотор то напряжение, которое нужно (за вычетом ЭДС генерации), которое нужно, чтобы ехать так, как он хочет.

[Тунгус]

Ну и, наконец, нормальная КПП - лучшее средство от головной боли

А можно еще вариатор от хрустика приколхозить!

[zap]

Основной ограничивающий фактор для электродвигателя это ток обмотки.
Соответственно, играться с напряжением в надежде получить бОльший момент бессмысленно.
Напряжение всего лишь задаёт ток.
Имеет смысл только повышать напряжение, чтобы повысить максимальные обороты.
И то, чтобы определить максимальное напряжение, которое имеет смысл для данного мотора, надо знать максимальный ток, при котором КПД не падает слишком сильно.

К примеру.

У Crystalyte HS35 при токе в обмотке выше 40А КПД падает ниже 70%.
Соответственно, долго ехать с таким КПД я считаю неразумным.
kV у него равен примерно 10. То есть, каждый дополнительный вольт даёт по 1.3 дополнительных км/ч на ХХ при колесе 26".
Чтобы ездить 50 км/ч, нужна мощность 1 кВт, напряжение 38.5В. При токе 40А это 1540Вт, больше, чем надо для 50 км/ч.
Чтобы ездить 60 км/ч нужна мощность 2 кВт, напряжение 46В. При токе 40А это 1840Вт. То есть, 60 км/ч для HS35 уже на грани оптимального, его КПД будет в районе 70%. Увеличивать дальше напряжение нет смысла - поехать быстрее можно, но ценой зажаренных обмоток.

И никакое увеличение напряжения здесь не поможет. Оно может пригодиться разве что в случае, если батарея даёт, к примеру, 36 вольт, а мотор может ездить с приличным КПД при более высоком напряжении.

[powersupermax]

Имеет смысл только повышать напряжение, чтобы повысить максимальные обороты.

следовательно повышается планка оборотов, где КПД максимально,


поэтому на низах КПД уменьшается с повышением напряжения.
И по моим тестам повышение мощности из-за напряжения не компенсирует падение кпд на низах.

upd

на второй картинке это тесты кристалайта, которые не приводится другими производителями моторов,
а именно сохранение нагрузки при уменьшении оборотов - чётко видно как кпд уходит в плинтус

[zap]

следовательно повышается планка оборотов, где КПД максимально,

КПД от напряжения не зависит. КПД зависит от фазного тока и нагрузки на валу.

И по моим тестам повышение мощности из-за напряжения не компенсирует падение кпд на низах.

Ерунда. У Вас неправильно поставлен эксперимент. При повышении напряжения КПД может чутка упасть за счёт чуть мЕньшего КПД при низком заполнении ШИМ, но вряд ли эту разницу можно заметить на глаз.

на второй картинке это тесты кристалайта, которые не приводится другими производителями моторов,
а именно сохранение нагрузки при уменьшении оборотов - чётко видно как кпд уходит в плинтус

Ну вот и видно, что КПД падает ниже 70% при моменте выше 40 Н*м.
А момент M = I * K, где K для Кристалайта HS35 равен примерно единице.
Вот и получается, что при токе выше 40А КПД падает ниже 70%.

[MaxWin]

Имеет смысл только повышать напряжение, чтобы повысить максимальные обороты.

следовательно повышается планка оборотов, где КПД максимально,
поэтому на низах КПД уменьшается с повышением напряжения.
И по моим тестам повышение мощности из-за напряжения не компенсирует падение кпд на низах.

Все это уже обсуждали.
Повышение напряжения вообще никак не отразится на КПД при низких оборотах.
Все останется как и было.
Выигрыш будет только один - большие обороты. Но бесплатно это тоже не обходится.
zap все верно описал.

[nikvic]

КПД от напряжения не зависит. КПД зависит от фазного тока и нагрузки на валу.

КПД "зависит" от любых двух независимых параметров.
Например, от напряжения и нагрузки, от напряжения и оборотов, от напряжения и тока.

Иными словами, фазное пространство двумерно, а координаты выбираются произвольно - только из соображений удобства при решении конкретной задачи.

[zap]

КПД от напряжения не зависит. КПД зависит от фазного тока и нагрузки на валу.

КПД "зависит" от любых двух независимых параметров.
Например, от напряжения и нагрузки, от напряжения и оборотов, от напряжения и тока.

Иными словами, фазное пространство двумерно, а координаты выбираются произвольно - только из соображений удобства при решении конкретной задачи.

"- Холмс, но как вы догадались, что он математик? - Очень просто, его ответ настолько же полон, насколько и бесполезен".

Напряжение сводится в итоге всё равно к фазному току. Обороты - к нагрузке. Собственно, можно ещё дополнительно свести ток к моменту, как простейшему примитиву. Отношение полезной нагрузки на валу к развиваемому моменту и есть КПД.

Но так как момент прямо пропорционален фазному току, а фазный ток удобнее для вычислений в уме, проще оперировать именно им.