Электрические двигатели нового поколения

[TRO]

Весь выииграш у high torque в том, что для создания того-же момента ему нужны меньше фазные токи, а стало быть можно ставить второсортные транзисторы в контроллер и за счёт этого удешевить комплект в целом, Но при этом прийдётся заплатить скоростью, даром ничего не даётся.

metelev_sv Прежде чем так настойчиво толкать идею с коммутацией обмоток, родите пожалуйста схему этой комутации по трём фазам. Если будет не слабО, то увидите, что цена и энергопотери выходят дороже чем нормальный контроллер. Только давайте без ля-ля типа "я не специалист, но думаю ничего сложного, электрик дядя вася из жека за вечер спаяет...." . - Проходили уже.

[metelev_sv]

Если есть разумный контроллер или умение пользоваться газом, то HS просто шире: прикрутив газ, Вы попадёте в такую же точку по мощности, расходу и моменту, что НТ.

У кристалайта пдф-ы прилагаются с табличными данными испытаний. Вот я беру и сравниваю данные по HS и HT для одинакового расхода
HS:Max-Eff  35.48 В    11.90 А   U*I=422.5    11.77 Н*м     290.1 RPM   P2=357.4    84.6%
HT:             35.48 В    11.89 А  U*I =421.9    18.52 Н*м     168.3 RPM   P2=326.3    77.3%

То есть, при одинаковом расходе, мы не в ту же точку попадаем. При том же расходе у HT в 1.57 раз больше момент и в 1.72 раза меньше RPM. Фактически мы видим, что можно значительно сдвигать баланс RPM - момент в ту или другую сторону.

Если проводить аналогию, примерно соответствует изменению радиуса колеса. Таким изменением можно добиться увеличения скорости за счёт уменьшения тяги. 


А если теперь посмотреть для 168.3 RPM данные по HS мотору:
                  35.00 В   25.94 А   U*I=908.1     33.20 Н*м    164.2 RPM   P2=570.7    62.8%

То есть, если нам нужно всего лишь 165 RPM, быстрее мы ехать не собираемся, но взяли HS мотор, то мы будем тока жрать в 2 раза больше, чем надо, производя гигантский момент, который нам не нужен. Куда он будет деваться я не очень, правда, понимаю. Наверное в результате надо будет сбрасывать напряжение, что выводит нас за пределы таблицы.

Если говорить про физику, возможность конвертировать момент в RPM означает, что активная компонента мала и не играет роли, железо от насыщения далеко и увеличение количества витков проявляется в большем моменте при том же токе.

Если говорить про рацуху, то всё-таки рациональное зерно в ней наверное есть. На небольших скоростях она позволяла бы экономить. Только с коммутацией действительно непонятно, как её осуществлять.

[metelev_sv]

metelev_sv Прежде чем так настойчиво толкать идею с коммутацией обмоток

Ничего я не толкаю, мне разобраться интересно, что к чему и почему так получается.

[Вячеславв]

А вот такая рацуха в голове возникла. Вот например намотана в двигателе обмотка проводом сечением, условно говоря, 1 мм² Что если намотать две по 0.5, то же количество витков, и запускать их в зависимости от потребностей параллельно или последовательно. Управлять подключениями конечно придётся, зато получим возможность двигать точку ХХ. Можно ещё расширить идею, делать 6 одинаковых обмоток, например и тасовать их последовательно-параллельно, а можно ещё больше

На самом деле идея на поверхности лежит, даже могу предположить что кто-нибудь так делал, и оказалось что слишком сложно. Но всё-таки. Экономия большая может получаться для мощных моторов на малых оборотах.

1 - больше витков - больше напряжение, больше должна быть прочность изоляции проволоки.
2 - вытекает из первого - больше витков - тоньше провод (но изоляция доже толще!) уменьшается эффективное заполнение окна медной обмоткой.
3 - увеличивается общая вероятность короткого замыкания, брака.
4 - для коммутации обмоток надо силовые элементы, гасители индукции.
5 - с развитием электроники проще поставить импульсный DC-DC преобразователь тока/напряжения (смотря что надо двигателю)
А вообще такие двигатели есть, но масса и цена больше "обычных"

[nikvic]

У кристалайта пдф-ы прилагаются с табличными данными испытаний. Вот я беру и сравниваю данные по HS и HT для одинакового расхода
HS:Max-Eff  35.48 В    11.90 А   U*I=422.5    11.77 Н*м     290.1 RPM   P2=357.4    84.6%
HT:             35.48 В    11.89 А  U*I =421.9    18.52 Н*м     168.3 RPM   P2=326.3    77.3%

То есть, при одинаковом расходе, мы не в ту же точку попадаем.

Вы не заметили, что у меня  та же точка  - для разных напряжений батареи (пропорционально  числу витков). И берётся на расход тока, а расходная мощность батареи.

[zap]

Вот я беру и сравниваю данные по HS и HT для одинакового расхода
HS:Max-Eff  35.48 В    11.90 А   U*I=422.5    11.77 Н*м     290.1 RPM   P2=357.4    84.6%
HT:             35.48 В    11.89 А  U*I =421.9    18.52 Н*м     168.3 RPM   P2=326.3    77.3%

При этом выходная мощность (P2) одинаковая (плюс-минус лапоть точность измерений), Вы не заметили?

Чтобы получить ту же точку по моменту и оборотам у скоростного двигателя, Вам надо вкачать в него в 11.82/11.77 раз бОльший ток. Но напряжение противо-ЭДС будет ниже (у скоростного меньше витков), так что потребляемая мощность будет одинакова.

При этом потери будут чуть выше на "скоростном" за счёт того, что тепловые потери пропорциональны квадрату тока, а фазные провода у тяговых и скоростных, как правило, одинаковые. Если у скоростного утолстить фазные провода, можно выйти на идентичные параметры.

По даташитам Вы подтверждения этому не увидите, они тестируют разные двигатели на одном напряжении батареи, оттого у "скоростных" выше RPM и, соответственно, вся кривая целиком лежит в другой области. Смотрите по калькулятору: http://ebike.ca/simulator
Возьмите там скоростной и тяговый, скоростному задайте в полтора раза мЕньшее напряжение батареи и в полтора раза бОльшее ограничение тока контроллера.

[metelev_sv]

При этом выходная мощность (P2) одинаковая (плюс-минус лапоть точность измерений), Вы не заметили?

Да, заметил конечно. Более того, входная мощность в идеальном случае равна выходной, U*I=RPM*момент*константу

До меня только сегодня дошло, откуда берётся лапоть и какого он размера  Хоть соображения и тривиальные, я ими поделюсь

Ход мысли такой был: почему у двигателей с планетарной передачей меньше масса? Чем они берут? Очень просто, работа=сила*путь. При той же силе, если мы увеличиваем путь, то совершаем большую работу, то есть получаем большую мощность. Передача именно путь и увеличивает, ротор  относительно статора крутится быстрее, чем в DD.

Ну а если мы теперь вернёмся к двигателю прямого действия (direct drive). При заданных небольших оборотах, в начале (при старте) и в конце (на пределе возможностей) диапазона мы можем повысить мощность только силой, потому что обороты у нас по условию задачи малы, то есть проходимый ротором относительно статора путь мал. А сила появляется от магнитного поля. Увеличивая которое мы в конце концов упираемся в насыщение сердечника и следовательно падение КПД. Тяговый двигатель тянет именно за счёт падения КПД, а скоростному слишком большие токи нужны, чтобы в область насыщения забраться.

[metelev_sv]

Отсюда следует, что "тяговый" вариант с хорошим сердечником --- лучший выбор, чем "скоростной".

[nikvic]

При этом выходная мощность (P2) одинаковая (плюс-минус лапоть точность измерений), Вы не заметили?

Да, заметил конечно. Более того, входная мощность в идеальном случае равна выходной, U*I=RPM*момент*константу

... почему у двигателей с планетарной передачей меньше масса? Чем они берут? Очень просто, работа=сила*путь. ....
Ну а если мы теперь вернёмся к двигателю прямого действия (direct drive). При заданных небольших оборотах, ...

Вот полная система упрощённых уравнений -
Е=K*omega, M=K*I, U=E+I*R.
Для неё входная мощность равна выходной, а именно - нулю  для ХХ: omega *K=U.

Теперь про удельную мощность, мощность/масса. Берём железку, намагничиваем медяшкой с током - она совершит работу, притянувшись к магниту (а потом перемагнитим - ещё работа при отталкивании). Чем чаще будем делать, тем выше мощность. Это - зависимость удельной мощности от  магнитной частоты.

У планетарок РПМ около 3000, умножаем на число пар полюсов, пусть 5. У ДД - РПМ около 300, 20 пар. Имеем: 15000>6000...

Но никаких преимуществ по моменту на малых скоростях у планетарок  нет - если одинаковы ХХ и начальный момент.

[metelev_sv]

Вот полная система упрощённых уравнений -
Е=K*omega, M=K*I, U=E+I*R.

Это в идеальном упрощённом случае. Рост напряжения идёт в увеличение оборотов и нагрев проводов, рост тока идёт в увеличение момента. Лаптя в этих уравнениях нет. И напряжение и ток могут расти до бесконечности.

Чем чаще будем делать, тем выше мощность. Это - зависимость удельной мощности от  магнитной частоты.

Ага, те же яйца, вид сбоку, как говорится. А частота однозначно связана со скоростью вращения и следовательно путём проходимым магнитами относительно электромагнитов.

Но никаких преимуществ по моменту на малых скоростях у планетарок  нет - если одинаковы ХХ и начальный момент.

Если вынуть из планетарки редуктор, то обороты повысятся, а момент упадёт. Это, в сущности, не белее чем золотое правило механики. Того же эффекта, который получается от редуктора, можно было бы добиться создав "тяговый" двигатель. Но в случае планетарок "тяговый" двигатель создать нельзя, потому что силу мы не можем увеличивать. Железо уже в состоянии насыщения находится, мы не можем его намагничивать более какого-то предельного значения. То есть, есть варианты, но для этого нужно совсем в другие поля его помещать, технически для простого двигателя недоступные.

[nikvic]

Но никаких преимуществ по моменту на малых скоростях у планетарок  нет - если одинаковы ХХ и начальный момент.

Если вынуть из планетарки редуктор, то обороты повысятся, а момент упадёт. Это, в сущности, не белее чем золотое правило механики. Того же эффекта, который получается от редуктора, можно было бы добиться создав "тяговый" двигатель. Но в случае планетарок "тяговый" двигатель создать нельзя, потому что силу мы не можем увеличивать.

Что именно находится внутри корпуса мотора, никого не заботит. Есть пара электрических контактов, можно мерять/менять ток-напряжение. А там, где крутится -  РПМ и момент. Зависимость между этими 4-мя параметрами (полная даташит, или веншняя характеристика), вместе с ограничениями, полностью характеризует мотор.

Тяговитые планетарки - медицинский факт. Китайцы прямо предлагают выбор, РПМ=201 или ~360.

Хотя для них я и не встречал таблиц у китайцев 

[metelev_sv]

Что именно находится внутри корпуса мотора, никого не заботит.

Меня как раз это и заботит Хочется представлять себе, чего можно ждать от двигателя.

Тяговитые планетарки - медицинский факт. Китайцы прямо предлагают выбор, РПМ=201 или ~360.

Я думаю, в данном случае "тяговитость" изменением передаточного отношения редуктора достигается, а режим работы мотора сохраняется.

[zap]

Передаточное число у мелких моторов обычно 8:1, и уж точно совершенно одинаковое у "тяговой" и "скоростной" разновидности одной модели. Разница лишь в обмотке.

[metelev_sv]

Передаточное число у мелких моторов обычно 8:1, и уж точно совершенно одинаковое у "тяговой" и "скоростной" разновидности одной модели. Разница лишь в обмотке.

В случае с кристаллайтами "тяговитость" достигается потерей КПД. Да, при том же напряжении батареи и той же входной мощности, но о "тяговитости" вообще не имеет смысла говорить если ещё и напряжение с током менять, как это мне же и объясняли. Поэтому, зачем при наличии механического редуктора выполнять его работу другой намоткой обмоток, мне непонятно.

А в том двигателе 80-мм шириной и 1.5 кг весом, на который я так пристально смотрел, передаточное отношение 16:1. Как раз чтобы в малый вес уложиться наверное.

Я вот что подумал про кромотор, если он действительно скутерный, то рассчитан на малый диаметр колеса, то есть малый момент и большие обороты. Что-то мне кажется, что если бы сделать тяговый вариант кромотора, то расход упал бы значительно и начал бы соответствовать другим двигателям. А может и максимальная скорость в результате возросла бы. Это я всё думаю про его большой расход и свои подсчёты здесь

Я на самом деле так и не понял, насколько данные, о которых идёт речь, те которые опубликованы по кромотору  соответствуют действительности. Хотя сейчас внимательно посмотрел текст, это симуляция всего лишь.

[nikvic]

В случае с кристаллайтами "тяговитость" достигается потерей КПД. Да, при том же напряжении батареи и той же входной мощности, но о "тяговитости" вообще не имеет смысла говорить если ещё и напряжение с током менять, как это мне же и объясняли.

Сумбурчик...
КПД у них практически одинаков, если смотреть зависимость КПД от РПМ/ХХ.

[zap]

В случае с кристаллайтами "тяговитость" достигается потерей КПД.

Просто у Кристалайтов нормальное КПД начинается с момента в десятки раз выше момента, с которого начинается нормальное КПД у планетарных. То есть (условно), если Кристалайт выдаёт 30Н*м на старте не напрягаясь с КПД за 80%, то планетарный мотор выдаст с похожим КПД лишь момент около 4 Н*м. Поэтому приходится их крутить в восемь раз быстрее и понижать обороты в 8 раз, чтобы получить такой же момент на этих же оборотах.

Я вот что подумал про кромотор, если он действительно скутерный, то рассчитан на малый диаметр колеса

Quan Shun (настоящее название крошки) есть на колёса разных диаметров с разными обмотками. Крошка это всего лишь одна из разновидностей КваньШунов на мощность 3кВт и колесо определённого диаметра (фиг знает, какого, но похоже, самого большого скутерного).

то есть малый момент и большие обороты. Что-то мне кажется, что если бы сделать тяговый вариант кромотора, то расход упал бы значительно и начал бы соответствовать другим двигателям.

Ерунда. Нет никакого повышенного расхода у кромотора, даже наоборот - на средних мощностях (~1кВт) у него КПД вообще волшебный. Я раньше ездил на 500-ваттном моторе, и он заметно грелся. Крошка вообще постоянно холодная, хотя я мощности слегка добавил (800 ватт). Да, у него чуть выше зубцовый момент, из-за чего на ХХ он жрёт чуть больше других моторов (на 40 км/ч ХХ крошка жрёт 1.9А, Magic Pie 2 жрёт 1.6А, 350-ваттный Yamasaki 350W жрёт 0.8А). Но редукторные на ХХ жрут вообще дофига, на 40 км/ч потребление за 2 ампера.

[metelev_sv]

КПД у них практически одинаков, если смотреть зависимость КПД от РПМ/ХХ.

Что такое ХХ и где про него можно почитать? В книжках только или есть какой-нибудь ликбез на форуме? Если в книжках, то в каких?

[nikvic]

КПД у них практически одинаков, если смотреть зависимость КПД от РПМ/ХХ.

Что такое ХХ и где про него можно почитать? В книжках только или есть какой-нибудь ликбез на форуме? Если в книжках, то в каких?

ХХ - принятое здесь сокращение скорости или  оборотов при отсутствии полезной нагрузки, "холостой ход". Тапок в пол, вывесив рабочее колесо

Не зависит, в идеале, от сопротивления обмотки: U=K*omegaХХ, нулевой ток.