Рекуперация в моноколесе: реальность

[Dmitry__]

Ну ты и троль! Хватит засирать тему

Моноколесо тормозит мгновенно! Силой мысли. Физик не троль Surf_el (c)
Добавлено 07 Май 2019 в 22:36

перепад высот 30м по гуглу

Это уже 8.17 ВаттЧасов при 100кг. тебю с колесом в вакууме

[Чайнег]

Итак как и обещал замерил рекуперацию на горочке. Первый заезд в горку, потрачено 12.2Wh
Обратно под горку, закачалось в батарею 3.6Wh


Я как гуманитарий посчитал, что рекуперация составила 29.5%
Наверно ошибся, где там Карл, наш главный физик. Пусть поправит и укажет на ошибки.

Видео пока залить не могу, после праздников выложу.

зы
максимальный ток в горку был 15А, максимум рекуперации более 7А

Попробую свои силенки.

На подъеме было выкачано 12.2Вт-ч электрической энергии. С неким КПД К1, она была преобразована в мех. энергию 12.2*К1. Куда была потрачена эта мех. энергия? На рост потенциальной энергии ПЕ (=mgh), плюс на различные мех. потери П - трение качения, сопротивление воздуха, трение в подшипниках. Получаем уравнение [1]:

12.2*К1 = ПЕ + П [1]

На спуске мы имеем набранную ПЕ, которую мы расходуем на: мех. потери П (предполагаем одинаковыми с подъемом, если скорость была одинаковая), остальное идет на рекуперацию с некоторым КПД К2, после которого в батарею было закачано 3.6Вт-ч. Получаем уравнение [2]:

ПЕ = П + 3.6/К2 [2]

Итак, у нас есть 2 уравнения с 4 неизвестными. Засада!  Причем устранить оба неизвестных ПЕ и П нельзя. Поэтому устраним то, которое труднее всего оценить - мех. потери П. Из [1]

П = 12.2*К1 - ПЕ

Подставляем в [2]:

ПЕ = 12.2*К1 - ПЕ + 3.6/К2

или

2*ПЕ = 12.2*К1 + 3.6/К2

K1 можно узнать из тестового даташита мотора для данных оборотов, допустим, мы знаем его. Если для этого подъема известна высота h и полная масса наезднег+колесо m, то мы знаем и ПЕ = mgh. Только тогда мы можем вычислить КПД рекуперации K2:

К2 = 3.6/(2*mgh - 12.2*К1) [3]

У меня пока все...

[Чайнег]

Так, а если проехать эту же дистанцию по плоскачу с такой же скоростью и замерить расход Р? Тогда

Р*К1 = П [4]

Значит, К1 = П/Р. В купе с [1] это дает нам

12.2*П/Р = ПЕ + П

Отсюда потери

П = ПЕ/(12.2/Р - 1) [5]

Подставляем в [2]:

ПЕ = ПЕ/(12.2/Р - 1) + 3.6/К2

или уже окончательно

K2 = 3.6/mgh/(1 - 1/(12.2/Р - 1)) [6]

Итак, чтобы вычислить КПД рекуперации, нужно еще знать высоту подъема и массу, и померить расход батареи по плоскачу на ту же длину, что и подъем, с той же скоростью.

[B08AH]

12.2*К1 = ПЕ + П [1]
ПЕ = П + 3.6/К2 [2]

Еще пара преобразований
К1 = (ПЕ+П)/12.2
К2 = 3.6/(ПЕ - П)
К1*К2 = 0.295*(ПЕ + П)/(ПЕ - П)  [3]
[3] это произведение двух электрических КПД
Также можно выразить механический КПД подъема(MK1) и спуска(MK2)
MK1 =  ПЕ / (ПЕ+ П)
МK2 = (ПЕ - П)/ПЕ

Далее умножив верх и низ дроби в [3] на ПЕ, механические КПД можно в нее подставить  и получить следующее.
К1*К2 = 0.295/ (MK1*MK2)
Или, то про что я говорил вначале - что из себя представляет число 0.295
K1*K2*MK1*MK2 = 0.295;

Это произведение четырех КПД. чисел между нулем и единицей. Двух электрических и двух механических.
Если они все 4 равны, то каждый равен 0.74

Правда MK1 не может быть равен MK2, первый больше, второй меньше. но их произведение вполне может быть равно 0.54

[Чайнег]

Также можно выразить механический КПД подъема(MK1) и спуска(MK2)
MK1 =  ПЕ / (ПЕ+ П)
МK2 = (ПЕ - П)/ПЕ

Тут проблема в том, что если ПЕ -> 0 (уклон стремится к нулю, т.е. к плоскачу), то эти коэффициенты теряют смысл (МК1 -> 0, МК2 -> -бесконечность). Они сильно зависят от уклона, поэтому дать им какую-то "разумную" оценку "навскид" невозможно. Они бы имели смысл, если бы подъем происходил строго по вертикали, тогда одновременно с ПЕ -> 0, и потери П -> 0, а к-ты бы оставались постоянными.

[B08AH]

ут проблема в том, что если ПЕ -> 0 (уклон стремится к нулю, т.е. к плоскачу), то эти коэффициенты теряют смысл (МК1 -> 0, МК2 -> -бесконечность).

Это не проблема, просто эти два коэффициента имеют физический смысл только в случае когда потенциальная энергия считается "полезной".

Первый коэффициент вполне себе нормально равен нулю, как и в любом другом случае, где полезная энергия равна нулю.
А второй коэффициент предполагает съезжать с несуществующей горы за счет нулевой потенциальной энергии. Он может быть равен чему угодно, поскольку нулевая энергия не сдвинет даже с места. Соответствнено и потери будут равны нулю, а коэффициент будет равен 0/0.

ЗЫ и при движении по равнине ты как раз таки посчитал уже механические потери за "полезную энергию". Что как бы имеет некоторый смысл => для того чтобы проехать километр, нужно намять километр резины и рассечь километр воздуха. Ну или если хочешь посчитать именно электрический КПД, а не КПД всей системы. А КПД всей системы равен нулю, вся энергия уходит в потери. В конце равнинного пути тушка имеет ту же кинетическую и ту же потенциальную энергию что и в начале.

[Чайнег]

Это не проблема, просто эти два коэффициента имеют физический смысл только в случае когда потенциальная энергия считается "полезной".

Первый коэффициент вполне себе нормально равен нулю, как и в любом другом случае, где полезная энергия равна нулю.
А второй коэффициент предполагает съезжать с несуществующей горы за счет нулевой потенциальной энергии. Он может быть равен чему угодно, поскольку нулевая энергия не сдвинет даже с места. Соответствнено и потери будут равны нулю, а коэффициент будет равен 0/0.

Да, согласен, имеет место сильная (гиперболическая) зависимость этих к-тов от уклона на малых уклонах. Поэтому для оценки КПД рекуперации они не имеют смысла. Они бы имели смысл для, например, какого-нибудь механизма, затаскивающего тележки с рудой по фиксированному уклону, где потенциальная энергия считается "полезной".

[Чайнег]

ЗЫ и при движении по равнине ты как раз таки посчитал уже механические потери за "полезную энергию". Что как бы имеет некоторый смысл => для того чтобы проехать километр, нужно намять километр резины и рассечь километр воздуха. Ну или если хочешь посчитать именно электрический КПД, а не КПД всей системы. А КПД всей системы равен нулю, вся энергия уходит в потери. В конце равнинного пути тушка имеет ту же кинетическую и ту же потенциальную энергию что и в начале.

Да, согласен - суета сует, все суета! Все в конечном счете уходит в тепло. А вот формула [6] - верна, или я все-таки где-то ошибку допустил?

[TRO]

Итак, чтобы вычислить КПД рекуперации, нужно еще знать высоту подъема и массу, и померить расход батареи по плоскачу на ту же длину, что и подъем, с той же скоростью.

Да, были бы эти вводные, мне не пришлось бы в своем решении делать допущений

Если допустить что потери на подъем и спуск ~равны (обсуждаемо)

А если бы еще знать фазные токи для подъема и спуска (лучше на графике) и сопротивление обмоток...... но всего этого к сожалению нет, и нет возможности получить решение с конкретными цифрами.

[Surf_el]

Я что то не пойму, зачем в данном случае вообще определять этот кпд. Смысл определения количественной эффективности рекуперации в конечном итоге посчитать, а сколько энергии можно вернуть. Но в данном случае результат уже известен. А это то и нужно знать моноколеснику, сколько он сможет вернуть в батарею. Конечно цифры будут зависеть от уклона и скорости, но порядок величины уже известен и понятен. Каждый для своего конкретного маршрута может замерить эту величину и далее учитывать при расчете остатка пробега.
Главный итог сего эксперимента, что рекуперация в моноколесе есть и зарядка батареи от рекуперации совсем не символическая в холмистой местности. 

[Чайнег]

Я что то не пойму, зачем в данном случае вообще определять этот кпд. Смысл определения количественной эффективности рекуперации в конечном итоге посчитать, а сколько энергии можно вернуть. Но в данном случае результат уже известен. А это то и нужно знать моноколеснику, сколько он сможет вернуть в батарею. Конечно цифры будут зависеть от уклона и скорости, но порядок величины уже известен и понятен. Каждый для своего конкретного маршрута может замерить эту величину и далее учитывать при расчете остатка пробега.
Главный итог сего эксперимента, что рекуперация в моноколесе есть и зарядка батареи от рекуперации совсем не символическая в холмистой местности. 

А ведь точно! Я, как всегда, слепо выполнил Правило Чайнегов №1 - "Сначала сделай, потом подумай!" - и бросился копаться в каких-то ненужных деталях. Потрачено 12.2Вт-ч, возвращено 3.6, и... точка. 

[B08AH]

Смысл определения количественной эффективности рекуперации в конечном итоге посчитать, а сколько энергии можно вернуть.

Этот показатель просто как пробег на одном заряде, зависит от веса человека, от его "парусности", от крутизны горки, и т.п.
А кпд устройства при любых внешних факторах останется тем же.

[Surf_el]

А кпд устройства при любых внешних факторах останется тем же.

А толку то, допустим вы знаете кпд рекуперации своего колеса, какую пользу вы можете извлечь из этого знания?

[TRO]

[user]Surf_el[/user], для обывателя полезными и достаточными являются сухие полученные данные. Единственно полезно было бы если бы мы знали перепад высоты, так была бы информация сколько ваттчасов колесо тратит на метр подъема и сколько дает в батарею на метр спуска. Так по карте можно смотреть перепад высот, и прикидывать хватит ли батареи что бы влезть в ту или иную гору. И сколько зальется в колесо при спуске.

[Dmitry__]

Вам репетитор бросил фуфловую формулу: бред + x = бред - x. А вы ломанулись ее дорабатывать 
Моноколесо, стоящее на уклоне 5 град. уже потребляет 1.2 ампера, т.е. 1.2а* 64v = 76 Ватт. 76 Ватт, Карл! Это потребление никуда не девается и складывается с основным. Если кто-то потратил 12ВаттЧасов на горку за 1 минуту, то он же потратит на эту горку 12 + 76 = 88ВаттЧасов при залезании на эту горку час
Дорабатывайте формулу, превед репетитору

Добавлено 08 Май 2019 в 11:56
А да, а если вы будете спускаться с этой горки так медленно, что рекуперация не превысит эти 1.2 А, то аккум ничего не получит с этой горки

[Surf_el]

Все смешалось, кони, люди. Ваты складываем с ваттчасами. Почему бы еще температуру на марсе не прибавить?
Добавлено 08 Май 2019 в 12:16

Моноколесо, стоящее на уклоне 5 град. уже потребляет 1.2 ампера, т.е. 1.2а* 64v = 76 Ватт. 76 Ватт, Карл! Это потребление никуда не девается и складывается с основным. Если кто-то потратил 12ВаттЧасов на горку за 1 минуту, то он же потратит на эту горку 12 + 76 = 88ВаттЧасов при залезании на эту горку час )

[Dmitry__]

Все смешалось, кони, люди. Ваты складываем с ваттчасами. Почему бы еще температуру на марсе не прибавить?

Гуманитарий, да брось ты у меня ашыпки искать, ну не твое это
Складываются средние Ватты за час Не поверишь, средний Ватт в час равен N ВаттЧасу
Еще можешь преобразовать 12 Ваттчасов в усредненные 12 Ватт (за час). Вариантов тыща, но гуманитарию это лишнее...

[Чайнег]

А кстати, нельзя ли моделировать колесо канадским симулятором? Хоть он и заточен для велосипедов, ну а какая разница? Разве что к-ты сопротивления движению будут другими, их можно кастомные поставить. Никто не игрался?

https://www.ebikes.ca/tools/simulator.html