Электролигерад МОЛНИЯ - идея, создание, опыт эксплуатации

[mevial]

Меньше, чем 40 магнитов в ротор не уложишь без увеличения зазора. Меньше одной пары полюсов на фазу в обмотке статора не намотаешь.

Посмотрите фото кристалайта, с 16ю магнитами.

[AlexPFR]

Меньше, чем 40 магнитов в ротор не уложишь без увеличения зазора. Меньше одной пары полюсов на фазу в обмотке статора не намотаешь.

Посмотрите фото кристалайта, с 16ю магнитами.

Что-то с ходу не нашел фоток. Ссылку не подскажете?

[nikvic]

Вы не ошибаетесь, только слово "насыщение" здесь лишнее, имхо. За линейным участком Релея идет нелинейный, соответственно падает момент (я конечно утрировал, но специально использовал слово признаки). За нелинейным участком идет участок резкого падения магнитной проницаемости, соответственно падение индуктивности и резкие выбросы тока, которые могут приводить к насыщению магнитопровода Это катастрофический сценарий, если не ограничивать ток. Но и в этом случае до физического насыщения по кривой гистерезиса далеко. Итого, имеем  как минимум 3 случая "насыщения", часто из-за этого возникает путаница.

Как водится, я использовал "насыщение" в смысле значительного  уменьшения производной потока по току для больших токов.

Здесь не вполне понятны "выбросы тока" - непосредственно уменьшение L приводит к увеличению его, тока, скорости. Впрочем, как выглядит "синусоида" для реальной катушки я знаю и умею считать.

[AlexPFR]

Вы не ошибаетесь, только слово "насыщение" здесь лишнее, имхо. За линейным участком Релея идет нелинейный, соответственно падает момент (я конечно утрировал, но специально использовал слово признаки). За нелинейным участком идет участок резкого падения магнитной проницаемости, соответственно падение индуктивности и резкие выбросы тока, которые могут приводить к насыщению магнитопровода Это катастрофический сценарий, если не ограничивать ток. Но и в этом случае до физического насыщения по кривой гистерезиса далеко. Итого, имеем  как минимум 3 случая "насыщения", часто из-за этого возникает путаница.

Как водится, я использовал "насыщение" в смысле значительного  уменьшения производной потока по току для больших токов.

Здесь не вполне понятны "выбросы тока" - непосредственно уменьшение L приводит к увеличению его, тока, скорости. Впрочем, как выглядит "синусоида" для реальной катушки я знаю и умею считать.

"Выбросы тока" происходят в области перегиба кривой намагничивания. Положительная обратная связь, особенно когда размагничивающий фактор магнитной системы маленький.
Но мы кажется отвлеклись. Чтобы обсуждать насыщение нужны исходные данные по величине индукции в зазоре и конфигурация пазов сердечника статора. Не уверен, что индукция в зазоре мотор-колеса больше 0.6-0.7 Т, поэтому о насыщении говорить было бы преувеличением. Впрочем, может я и не прав.
Собственно основной вопрос, который меня интересует по сабжу следующий. В чем причина низкого кпд 1кваттного мотор-колеса без редуктора? И можно ли его как-то улучшить разумными средствами. 80-83% с неодимовыми магнитами как-то маловато. "Насыщение" имхо это самый последний фактор для объяснения.
Если рассуждать в-общем, то имхо следует рассмотреть следующие факторы.
А. "Реактивные"  потери ( не позволяют реализовать всю мощность батарейки). Индуктивность обмотки и неоптимальность магнитной системы.
Б. Необратимые потери (нагрев). 4 основных источника. Омические потери в проводах обмотки(зависят от тока,не зависят от частоты,   скин-эффектом при работе ШИМ пренебрежем). Гистерезисные потери в сердечнике статора ( зависят как от тока, так и от частоты). Потери от вихревых токов в сердечнике статора ( зависят от частоты). Потери от вихревых токов в магнитах, удельная проводимость которых примерно как у стали (зависят от частоты).
Как сложить их этого мазаику картины потерь? Иначе говоря, какой вклад каждого из факторов?

[nikvic]

Частота вращения ротора 8.8 об/сек. Количество пар полюсов на роторе 20. Мотор с магнитной редукцией. Трехфазная обмотка статора с 3 парами полюсов.
Фазная частота статорной обмотки 8.8*20=176 Гц.

Фазную частоту мвполне можно померять домашними средствами. Источник - звук от какого-либо мелкого динамика, подключённого одним концом к фазному выходу контроллера (второй - свободен). Звук пишется на РС (без сжатия!) через микрофон, максимально приближенный к динамику. Файл исследуется... 

[nikvic]

Собственно основной вопрос, который меня интересует по сабжу следующий. В чем причина низкого кпд 1кваттного мотор-колеса без редуктора? И можно ли его как-то улучшить разумными средствами. 80-83% с неодимовыми магнитами как-то маловато. "Насыщение" имхо это самый последний фактор для объяснения.
Если рассуждать в-общем, то имхо следует рассмотреть следующие факторы.
А. "Реактивные"  потери ( не позволяют реализовать всю мощность батарейки). Индуктивность обмотки и неоптимальность магнитной системы.
Б. Необратимые потери (нагрев). 4 основных источника. Омические потери в проводах обмотки(зависят от тока,не зависят от частоты,   скин-эффектом при работе ШИМ пренебрежем). Гистерезисные потери в сердечнике статора ( зависят как от тока, так и от частоты). Потери от вихревых токов в сердечнике статора ( зависят от частоты). Потери от вихревых токов в магнитах, удельная проводимость которых примерно как у стали (зависят от частоты).
Как сложить их этого мазаику картины потерь? Иначе говоря, какой вклад каждого из факторов?

Есть ещё два неучтённый фактор, сдвиг из-за индуктивности и несинус на входе.

Первый может быть скорректирован (для номинальных оборотов) сдвигом холл-датчиков на опережение.

Я моделировал простейшую "прямоугольнаю"   трёхфазка - с получением тех же кривых, что и у известных моторов. Если упростить ещё, обнулив индуктивности и некоторые мелочи контроллера, то для фазного тока получим I*r=U-a*w*cos(w*t), +-60 градусов для  w*t. Здесь нужно бы продолжить, сосчитав максимальный КПД и максимизирующую w.

[AlexPFR]

Не лигерад конечно... Но очень понравилась форма обтекателя двухколесника.  Что-то в ней есть для развития. Боковая парусность к сожалению большая.

[mevial]

Посмотрите фото кристалайта, с 16ю магнитами.

Что-то с ходу не нашел фоток. Ссылку не подскажете?

https://electrotransport.ru/index.php/topic,2436.msg86913.html#msg86913 - тут на форуме
http://ebikes.ca/hubmotors.shtml - оно же, но новое, чётко видны магниты.

[AlexPFR]

Посмотрите фото кристалайта, с 16ю магнитами.

Что-то с ходу не нашел фоток. Ссылку не подскажете?

https://electrotransport.ru/index.php/topic,2436.msg86913.html#msg86913 - тут на форуме
http://ebikes.ca/hubmotors.shtml - оно же, но новое, чётко видны магниты.

Спасибо. Дугообразные магниты и косые пазы сердечника статора рулят. Мне такой дизайн мотора нравится больше, чем мотор-колесо Алексея. 16 магнитов это 70 Гц фазной частоты при 70 км/час, совсем другое дело. КПД наверняка повыше. Кстати, по второй ссылке  Сrystalite сравнивают c BionX, который больше диаметром, но более узкий. Правда контроллер для BionX более совершенный,чем китайский. Если мне не изменяет память, КПД  у мотор-колеса BionX 95-97%.

ЗЫ. Посмотрел спецификацию на моторы Кристалайт на сайте производителя. Для киловатных моторов КПД 82%  Непонятно...
Неужели все дело в контроллере?

Поискал мотор-колесо BionX. 24 прямых паза статора, 22 дугообразных магнита. В спецификации КПД не указан, но много информации о том, что он 85-90%.

[nikvic]

Я моделировал простейшую "прямоугольнаю"   трёхфазка - с получением тех же кривых, что и у известных моторов. Если упростить ещё, обнулив индуктивности и некоторые мелочи контроллера, то для фазного тока получим I*r=U-a*w*cos(w*t), +-60 градусов для  w*t. Здесь нужно бы продолжить, сосчитав максимальный КПД и максимизирующую w.

====

Вынужден внести поправку. Обмотки  мотора всегда работают парами, второй член пары подключется к первой обмотке последовательно, когда первая находится в "наилучшей" позиции, а вторая в позиции минус 60градусов от своей наилучшей. Это приводит к тому, что "тандем" работает в диапазоне +- 30 градусов, а не 60,  как написано выше.

Но зато я кое что и сосчитал. Главный вывод -

Прямоугольное управление может дать  КПД не более чем 92%.

Реально, конечно, дело обстоит хуже - всякие там вихревые токи, гистерезис, потери напряжения в контроллере, "воздушное" и чухое трение....

Но результат можно трактовать и как положительный. Используйте  "синусовый" контроллер - и получите заметную добавку к КПД и уменьшение нагрева обмоток.

[AlexPFR]

Главный вывод -

Прямоугольное управление может дать  КПД не более чем 92%.

Реально, конечно, дело обстоит хуже - всякие там вихревые токи, гистерезис, потери напряжения в контроллере, "воздушное" и чухое трение....

Но результат можно трактовать и как положительный. Используйте  "синусовый" контроллер - и получите заметную добавку к КПД и уменьшение нагрева обмоток.

Cпасибо, это ценная информация. Правильно ли я понимаю, прямоугольное управление  дает 8% реактивной мощности из-за нечетных гармоник?

Насчет синуса конечно верный вывод. Я как раз сейчас читаю ветку о том как Nicolas делал контроллер с синусным управлением для мотор-колеса Ямасаки. Читать ее -  как бриться тупой бритвой.
Но самое интересное, что даже сделав такой контроллер, и повысив момент и соответственно мощность, он получил КПД 80% 

BTW, похоже, что я неправильно посчитал частоту фазного тока для МК  Кристалайт. Пишут, что обмотки статора многополюстные. Минимум 6 полюсов на фазу. Так что фазная частота будет большой.

[nikvic]

Прямоугольное управление может дать  КПД не более чем 92%.

Правильно ли я понимаю, прямоугольное управление  дает 8% реактивной мощности?

Эти 8% потерь не имеют отношения к реактивной мощности. В начале и конце "такта" (+-30градусов) противоЭДС составляет слишком малую  часть постоянного подаваемого напряжения.

А "локальный" (во времени)   КПД в точности равен отношению противоЭДС / U.

[AlexPFR]

Эти 8% потерь не имеют отношения к реактивной мощности. В начале и конце "такта" (+-30градусов) противоЭДС составляет слишком малую  часть постоянного подаваемого напряжения.

А "локальный" (во времени)   КПД в точности равен отношению противоЭДС / U.

Если речь идет о КПД и активные потери не учитываются, то с какой, кроме реактивной мощности, могут быть связаны эти потери, с точки зрения физики?

[nikvic]

Если речь идет о КПД и активные потери не учитываются, то с какой, кроме реактивной мощности, могут быть связаны эти потери, с точки зрения физики?

Как не учитываются???? Они и составляют эти самые 8%  потерь от используемой мощности.
Эти 8% взяты с запасом от результата: я поленился считать аналитически и сделал численно с приемлимой точностью.

[FAS_r7]

Писали же что у китайских МК пластины набора не изолированы друг от друга (как должно быть по праву), и это вроде сильно влияет на КПД. так же говорили, что используется не электротехническая сталь, а какое-то гггг.
что скажите?

[andreym]

У моего МК пластины точно изолированы
и сталь там вроде толщиной 0.7 а не 1мм
кто как прокомментирует? насколько отличается 1мм и 0.7мм с точки зрения максимально возможных оборотов без падения кпд ниже плинтуса?

[Павел]

Писали же что у китайских МК пластины набора не изолированы друг от друга (как должно быть по праву), и это вроде сильно влияет на КПД. так же говорили, что используется не электротехническая сталь, а какое-то гггг.
что скажите?

Да, не изолированы, но ИМХО, не соединены по всей площади. Думаю они соединены в месте крепления к несущей конструкции (крепления на ось), а это не влияет на потери т.к. нет замкнутого контура. Иначе КПД МК был бы как у трансформатора с к.з. витков, или как у КПП с песком вместо масла.
Вот у транса пластины не изолированы от охватывающей ленты, и ничего:

[AlexPFR]

Если речь идет о КПД и активные потери не учитываются, то с какой, кроме реактивной мощности, могут быть связаны эти потери, с точки зрения физики?

Как не учитываются???? Они и составляют эти самые 8%  потерь от используемой мощности.
Эти 8% взяты с запасом от результата: я поленился считать аналитически и сделал численно с приемлимой точностью.

ОК. Тогда интересно было бы узнать, какой по вашей модели будет предельный КПД  мотора при синусном управлении с учетом активных потерь, расчитанных (или взятых) по вашей методике?

andreym,

Мощность потерь на вихревые токи (активная мощность, преобразуемая в тепло вихревыми токами) равна:

P=k*d^2*f^2*B^2, где k- коэффициент пропорциональности; d - толщина листа магнитопровода; f - частота переменного тока; B - амплитуда магнитной индукции.

При уменьшении толщины листа магнитопровода с 1 до 0.7 мм потери на вихревые токи снизятся в два раза.
Про падение ниже плинтуса ничего сказать не могу.

FAS_r7,

Какое омическое сопротивление  обмоток вашего мотора?