Подбор коллекторного двигателя для проекта электромобиля

[apeks]

Да понятно,что чудес не бывает,такой мотор в итоге пойдет шкивы крутить компрессора кондиционера, вакуумника и гура, в качестве тягового на повседнев это ни о чем (макс в районе 20 кВт он всего выдаст без доработок). У нас в регионе действительно много спусков и подъемов, для двух тонн полагаю там и от leaf может оказаться маловат по мощности. В общем, необходимый бюджет мне более-менее здесь понятен.

20 квт  достаточно  для ВАЗ2111 мы выжимали 25 квт на шим при 140 вольт из  ДС 3.6 и он на 3 передаче  вытягивал  подьемы уверено. Мы ездили в путешествия и есть такие дороги с затяжными подьемами и вот там надо ехать хотя бы 50 как всё и вот тут то вся мощность и нужна а с помощью КПП выбирали передачу чтобы мотор  крутил и не задыхался . ДЛя вашей машины надо чтобы был запас в 40 квт чтобы не выпадать из потока при этих затяжных подьемах.Это просто по минимуму.

[potato]

Собрал наконец тестовую сборку на первоначальном моторе (сериесный 2,6 кВт, 48в, 68А при 2600об/мин, подключение напрямую к кардану без кпп/акпп). ШИМ пока не использовал. Батарея на свинцовых EFB - сборка 60 вольт 88ач (5кВт), зарядные устройства 2шт Rutrike 60 вольт 4,5А. Подчеркну, что это тестовая сборка, чтобы получить опыт и понять что к чему, как всë работает.

Первый этап прошел - было интересно понять, как ведет себя мотор при подключении напрямую без использования ШИМ контроллера и без сопротивлений (без РКСУ).

А что будет, если подключить сериесный мотор напрямую к аккумулятору?

Вот на этот вопрос мне хотелось для себя ответить, потому что особо нигде про такое не написано.

Вот что мне удалось понять:
как обычно при пуске электромотора пусковой ток двигателя может составлять в 8-10 раз больше, чем номинальный ток (т.е. если у меня двигатель номинал 68А, то пусковой может быть до 700А). Если бы я подключил этот двигатель как насосный, то пуск и выход на свои обороты (в моем случае 2600 об/мин) занимает пару секунд и обмотки двигателя не перегреваются от сверхтока при выходе двигателя на расчетные обороты (очень быстрый выход на расчетные значения при таком режиме). Для автомобиля выход на эти обороты (разгон до 45км/ч - именно при такой скорости двигатель достигает паспортных оборотов) занимает значительно больше времени (6-8 и более секунд в зависимости от мощности мотора) и при этом ток очень значительный - соответственно начинают сильно греться обмотки и контакты, в том числе реле (я использовал газонаполненное реле, номинал на 150А, катушка 12 вольт, предел по току до 450А в течение минуты согласно паспорту). Ток контролировал амперметром через шунт на 300А и ток на тестах был выше предела шкалы в 300А. Тесты были кратковременные (гонял авто по базе), пару сотен метров. Температуры всех контактов, в том числе на аккумуляторах, контролировал бесконтактнвм термометром (пирометр с лазерным прицелом). Температуры только в одном месте были выше 41 градуса по контактам, в среднем - на 3-4 градуса были выше уличных 28 градусов). Обмотки статора при этом нагревались макимально до 104 градусов (средняя температура - 85градусов, измерения проводились в 5-6 разных точках), при коротких пусках до 3 секунд (после остывания) - максимально обмотки прогревались до 85 градусов при среднем значении в 68-75 градусов. При температуре свыше 100 на поверхности обмоток - появлялся запах (перегрев эмальпровода обмотки статора двигателя). Температуры обмоток ротора не измерял (не подлезть).

Резюме. Обмоткам требуется хорошее активное охлаждение (в моем случае придется использовать воздушное - обдув от системы продувки катализаторов), также необходим контроллер для управления током. В соответствии с разными литературными источниками не рекомендуется превышать ток при пуске сериесного мотора в 2,7 - 3 раза (в моем случае это примерно 200А) от номинального тока. Этого можно добиться или использованием реостатно-контакторной системы управления мотором (неэффективно из-за больших потерь энергии и дороговизны мощных контакторов) или шим-контроллером типа Curtis. Но в моем случае - покупка контроллера и его программирование - это следующий этап. Также требует увеличения мощности батарея хотя бы киловатт до 10, чтобы отслужила свои 100 циклов, в цепь ещё желательно поставить мощный диод чтобы не поджаривать контактор (индуктивная нагрузка), после установки шим-контроллера использовать имеющийся контактор как выключатель тяговой батареи.

[apeks]

        Ну что же результаты испытаний ясны. Мотор слишком мал для такой нагрузки и редукция слишком мала и только из за невероятной перегрузочной способности  свойственной коллекторникам мотор выдерживал эти издевательства. Просто это не тот режим когда можно давать 10 мощностей и не будет проблем. Такая система была реализована мной когда ДС 3.6 выдает 30 киловат и более не перегревается и не сгорает может так вдолгую работать. А у вас просто  нагрузка была чрезмерна для мотора он просто перегревался и КПД был  40-50% при полных нагрузках. До 45 км в час разогнал хорошо но с ШИМ будет хуже результат. Коллекторники на ШИМ слабее чем напрямую.Токи 700 ампер были только из за того что мотор мал  и редукция мала. Так если издеваться быстро почернеет колектор и щетки начнут обгорать. так что  как испытания на предмет может ли коллекторник возить тяжелую машину и не умереть сгодится. Как повседневная эксплуатация в условиях Нижнего где спуск подьем нет

[apeks]

 Если бы вы засунули туда ЕТ15 и его перемотать в смешаный режим возбуждения тогда бы да вышло бы что то путевое он спокойно 80 киловат выдаст что для вашей машины уже приемлимо. И не понятно была бы у вашей АКБ БМС. Предполагаю что нет  иначе при 700 а АКБ могла глубоко ложиться  и БМС могла её выключать. Еще одна опасность при 700 а может ячейка вспыхнуть. Я пытался запускать ЭТ 15 в смешаном режиме на грузовике без кпп. При перевозбуждении мотора перегрева не было при малых скоростях. Правда щетки были с серебром

[apeks]

          Мы гоняли  электробагги токи были 700 ампер максимум а АКБ 150 амперчас  и вышло так что одна ячейка просто  оборвалась и вспыхнула так что газы пошли вбок а не в   другие ячейки и не подожгли их. Потом я вынимал эту дохлую кассету очень осторожно.
  С вашей редукцией если ограничить ток 200 ампер то машина просто  на подьеме остановится. так что  только нормальный мотор под такие нагрузки и грамотно сделанная система управления и акб. А так просто  покататься по базе чтобы было приятно что сам это сделал(это безусловно молодец) этого достаточно.
           У вас стояли свинцовые АКБ а у них емкость падает в 3 раза при токах 10С так что пробег уменьшается еще больше. Свинцовые АКБ я использовал 18-15 лет назад. Вес АКБ должен быть минимум треть от веса всей машины как было на фиате АКБ весила 350 кг машина 1100  кг. На мотоцикле вес АКБ был больше веса мотоцикла и водителя тогда свинцовые АКБ не перегружаются и работают приемлимо для своих возможностей. Но если бы будете ШИМить СК акб большими токами то они посыпаться быстро. Я ездил на СК АКБ без шим поэтому они могли долго работать

[potato]

Да, чисто для опыта - можно сказать, что было интересно, очень интересно. На многие вещи удалось посмотреть по-другому, в том числе на техничечкие решения и на современные автомобильные электродвигатели и их систему охлаждения. Да, 700А это на пределе возможностей сборки (хотя сколько реально - я не знаю по причине того, что шкала амперметра и шунт под 300А и стрелка уходит за предел шкалы), в режиме работы акб в качестве стартерных такой ток не более пары секунд и число подходов обычно ограничивается - после первых тестов больше трех секунд на этой сборке я контактор не держу включенным за один подход. Вес авто сейчас где-то в районе 1500-1600. КПД изначально у этого двигателя низкий (48Вх68А=3264Вт, а заявленная мощность 2600 - что-то около 82 процентов, то есть 18% это потери в тепло - 180вт с каждого киловатта). Кстати, пытался использовать сопротивление (скрутил нихром метровый, 4мм, 0,15 Ом) - при штатных 48 вольтах авто не мог сдвинуться с места (только толчок был и всë), поэтому при шиме (по крайней мере в том проекте Ampeater) - для получения мощности чел использовал сборку на 154 вольта (3 номинала), а ток контроллером держал в пределах 70А (штатный) плюс улитка (воздушное охлаждение) на щеточный узел.
Я рад, что этот тестовый вариант собрал и пощупал инструментально и сейчас моя мысль склоняется в сторону чисто автомобильных электродвигателей и учитывая их мощность - зачастую они с жидкостной системой охлаждения (хотя за этим нужно очень внимательно следить, чтобы не текли сальники)

[potato]

По модулю балансировки сборки акб - модуля не было, батареи новые, 7-8 мОм внутр сопротивление каждой. После первых тестов у двух акб (из 10) на кронштейнах были следы выбросов (та опасная ситуация, про которую вы говорили). Снимал их, перепроверял. Понятно, что долго такие токи они держать не смогут.

[kommunist]

У вас стояли свинцовые АКБ а у них емкость падает в 3 раза при токах 10С

Загнули   От силы 10% ёмкости выдаст стартерный свинец при токе 10С. Больше только если давать ему отдыхать. Потому что даже пусковые стартерные токи обычно не превышают 5С. Вполне бодрый свинец  (но не новый), который крутит стартер вообще идеально, при разряде током 0,2С обычно у нас показывает в районе 40% ёмкости.

[kommunist]

батареи новые, 7-8 мОм внутр сопротивление

Вот поэтому и свинец малопригоден. Если интерполировать на соответствующее напряжение, то такое сопротивление обычно у батарей лёгких электровелосипедов.

[potato]

Вот поэтому и свинец малопригоден. Если интерполировать на соответствующее напряжение, то такое сопротивление обычно у батарей лёгких электровелосипедов.

Там сборка 5s2p, сопротивление одного модуля 60в - 35-40мОм, у всей сборки - в пределах 20 мОм. Конечно, показатели - до лития тут как до Луны

[potato]

Немного погонял авто на этих тестах - стало понятно, что нужно, а что не особо нужно. Например, ГУР не так сильно важен, руль работает и без усиления (если ставить, то сразу электронасос,чтобы без всяких шкивов), а вот без электровакуумного насоса вообще никак не обойтись - не создается нужного тормозного усилия в ГТЦ. Компрессор кондиционера (который тоже висел на шкиве) логично заменить электрическим компрессором (типа как на Leaf с R134).

[apeks]

    Ну ваш опыт отлично показал что реально могут коллекторники. BLDC  двигатель просто  умер бы у вас на кардане грелся бы в хлам и не смог  бы машину стронуть с места. Так что если вы хотите на электромобильных моторах переменого тока делать нужен комплект мотор+контролер и если без КПП то мотор будет весить от 120 кг чтобы спокойно мог возить машину пусть с низким КПД 40% но мог. Пример у нас была электрогрузовик с профессиональным PMSM  двигателем и контролером к ним на 600 в. ОН весил 150 кг и спокойно мог возить машину весом как ваша  разгон до 60 км в час. И отдельно нужна ТАКБ под  нужное напряжение. Если напряжение высокое то нужно очень качественно все делать а то утечки и может убить. Поэтому  лично я сторонник на самоделках низковольтных(100-150 вольт) коллекторных моторов. Просто мне приходилось собирать электромобили на переменном токе и я знаю как все это не просто  и насколько привод на том же Ет15 проще и безопаснее.
        Мы пытались в обычном режиме выжимать из ДС 3.6 25 киловатт. Греется ладно чернеет коллектор и через некоторое  время начинается обгорание коллектора и дуговой огонь так вышло в реале у нас . Тут надо идти другим путем как я делал на фиате и вольксвагене.
          Насчет усилителя руля ездили на фольксвагене без усилителя руля но когда машина стоит то очень туго поворачивать руль и как включаешь привод усилителя то  сразу разница ощутима как легко идет.Так что усилитель руля нужен

[edw123]

что реально могут коллекторники. BLDC  двигатель просто  умер бы у вас на кардане грелся бы в хлам и не смог  бы машину стронуть с места.

Вы же это уже писали  Просто не с теми блдц сравниваете. Сравните с одинаковыми по весу.

[apeks]

        Как раз на 2 электрогрузовиках и сравнивал PMSM  двигатель  и ЕТ15 . Вес моторов одинаковый 150 кг. Мощность ЕТ 15 в режиме ШИМ 75 киловатт при 150 вольт и в режиме  РПВ 105 квт при 130 в. Мощность PMSM   выжали 85 квт при 550 в. НО главное КПД PMSM  вышел в 1.5-2 раза ниже. Особенно была жесть когда при 10 в час PMSM  потребяляет 10-15 киловатт  а ЕТ15 1500-2000 ватт .Машины одной модели.  А про маленькие моторы сравнивали BLDC номинал 3 квт весит 8 килограмм и коллекторный мотор на 1 киловатт вес 9 килограмм. 3 киловаттный BLDC  с родным контролером с завода не смог прокрутить компрессор который теперь вращает коллекторный мотор потребляя 2400-2500 ватт. А коллекторный мотор на 1 киловатт 9 килограмм выдает 18 киловатт вращая на месте вездеход на асфальте контролер Келли. 

[edw123]

коллекторный мотор на 1 киловатт 9 килограмм выдает 18 киловатт вращая на месте вездеход на асфальте контролер Келли.

И сколько времени он может так вращать "на асфальте"? Какие рпм у коллекторного и блдц - сколько оборотов при одинаковом напряжении. Какие настройки по току у контроллера блдц - сделайте чтобы выдавал те же 18квт и сравнивайте.

Я уже писал - важны именно детали при сравнении. Энергетические и мощностные показатели определяются железом-обмотками-магнитами... коллектором не определяются, не важен он для них. На БелАЗы ставят безколлекторники, на ФормулуE ставят безколлекторники. Просто они умеют их готовить.
С другой стороны на электровозах есть и коллекторные движки.
"Магниты" на всех электрические.

[apeks]

          Критерий истины есть практика. Коллекторные моторы настраивал я, а бесколлекторные заводские специалисты которых специально приглашали ,причем стояло два разных контролера от разных фирм и настройка этих контролеров продолжалась иногда неделями чтобы выжать что только можно по мощности и скорости ,люди жили в гостиницах и приходили подключали ноут к контролеру низкого уровня и специалист высокого класса(их мало) удаленно програмировал. А я наблюдал какие тончайшие и глубокие связи настроек управления PMSM,чуть тут настроили там сбилось. Здесь подтянули там глючит. А у 3 киловатного  был именно заводской контролер в котором тоже крутили настройки какие могли чтобы выжать все что можно, сперва он даже не мог провернуть компрессор на заводских настройках, дали полный ток стал чуток крутить и греться не может разбежаться. Вес моторов  или одинаков или схож. Коллекторный мотор еще даже больше и тяжелее из за наличия коллектора и щеток. Так что это не было единоразовое испытание. Сперва вообще PMSM отказался ехать дергался потом кое как разогнали до 45 потом до 60и стал потреблять много . потом другой контролер до 80 в час разогнал , но расход был все равно больше чем у ЕТ 15. Так что  все это было не на гаражном уровне  а вкладывали десятки миллионов чтобы хоть как то довести PMSM  до приличного уровня. Ездить может нет вопросов ,но пока ты его сделаешь до ума много надо денег и сил и все равно эффективность ниже чем у коллекторника

[potato]

Кстати, по поводу КПД - сегодня зарядил аккумуляторы после тестов - влезло 1,1кВт, смотрел по электросчетчику (включая потери на двух зарядниках, они с вентиляторами, при зарядке работают).

Расходы - примерно 12 троганий с места, общий пробег в районе 400 метров. Я предполагал, что расходы энергии будут поменьше, так что скорее всего кпд тут ниже даже 40%

[potato]

По поводу PMSM понял, что это нелегкий фрукт, спасибо за разъяснения, значит лучше всякие электромоторы от гибридов не рассматривать. Если подумать, раз так все сложно - там целая отрасль (консорциумы) работают на ниокр по этим pmsm и денег вваливают огого и времени (человеко-часов). Замечал, что те же BMW и Mercedes одного возраста используют одни и те же технологии и поставщиков (например, электронику от Siemens и Bosch), только небольшие различия в корпусах,креплениях и т.д. (в мелочах)