Onderwerp: Selectie E-motor, schroef en reductie

Ja klopt, je moet ergens stoppen natuurlijk, maar als ik nu de buitenhaven van Stavoren uitmotor bij Z6 dan moet dat nu al volgas met gereefd grootzeil bij. Makkum idem met W6. De zeehavens die ik ken hebben wel meer ruimte meestal (en je kunt de dag ervoor al bepalen waar je wel of niet naar binnen gaat natuurlijk). Maar met een aandrijving die op 2-3 kn is uitgelegd lig ik dan verwaaid (of moet extra risico nemen door te gaan kruisen). Het is niet bedoeld om 6 uur lang tegen een gemist tij in te motoren in elk geval of voor de meute de haven vol legt naar Vlieland te stomen

Ik denk ook dat de méérkosten van een 10 kW motor en controller ivm een 5 kW installatie wel meevallen. Accu hoeft ook niet aangepast te worden want wordt gebaseerd op een acceptable range bij 3 kn oid...

PS: 5 kW vs. 10 kW scheelt zo'n eur 700 in kosten:

motor: 696 vs. 1138
controller eur 337 vs. 567

Of je neemt een grote DC-seriemotor, nadeel: flink zwaarder, voordeel: hij zorgt voor een perfecte aanpassing op je schroef.

Ja, dat is ook zo nachtvlinder. Ik begrijp het wel.
Ik zou wel de motorcontroller vet overdimensioneren en monteren op een dikke zo groot mogelijke aluminium plaat.
En de neodymium magneten van de motor houden ook niet van hoge temperaturen. 80 graden zegt AI

Ik had afgelopen zomer zo'n situatie vanuit Ouistreham: recht tegen NW 5 naar buiten, smal geultje, (ook bij HW), aan beide kanten ondiep (dus kruisen gaat niet) en steile golven. Ik haalde een Jeanneau Rush in (volgens mij hebben die meestal een YSM12 aan boord), die had daar wel moeite mee. Het ging bij hem wel, maar het duurde gewoon 2 x zo lang. Dat was met een elektro-aandrijving lastig geworden.

Hogerwaller schreef :
Dat klopt. Ze verliezen hun magnetisme bij hoge temperaturen. Soms komt het terug bij afkoeling, soms niet.
Verder zijn ze dikwijls vastgelijmd met een soort secondenlijm die wel eens problemen oplevert.

Ik heb in het verleden enkele keren problemen gehad met motoren en dynamo's die permanentmagneten hadden. Soms verloren de magneten langzamerhand hun kracht, soms raakte een magneet los (en dus klem tegen de rotor), soms braken magneten.

Voor mij is dat voldoende ervaring om permanent-magneetmotoren te mijden.
Dan maar liever een degelijke asynchroon-, synchroon- of seriemotor, afhankelijk van het gewenste gedrag.

AndreAzuree schreef :
Dan was je verdwaald zeker

Hogerwaller schreef :
Om die reden (en omdat in dezelfde ruimte de walstroomlader komt…) wil ik motor en controller koelen met vloeistof.

holtere schreef :
Ietwat versimpelde voorstelling van wat hier gebeurt. Je probeert met je dieseltje een berg op te rijden in een te hoge versnelling. De motor trekt het niet. Zou je terug schakelen dan kan de motor weer meer toeren maken en daarmee ook het benodigde vermogen leveren. Je gaat sneller de berg op. Alleen onze bootjes hebben doorgaans geen versnellingen. Wat overigens op schepen, als het er is, geen versnellingsbak is maar een variable pitch propeller.
Nu weet iedereen die in een e-auto gereden heeft dat je niet hoeft te schakelen. Ook niet automatisch. Een electro motor kan namelijk over een veel groter toeren gebied een hoog koppel leveren. De kans is dan ook groot dat een elektrische aandrijving in zo.n geval ondanks dat het maximum vermogen kleiner is toch in de praktijk meer vermogen aan de schroef weet te geven.

Ik snap het "gebrek aan versnellingen" bij een boot. Maar wilde vooral aangeven dat in sommige situaties het extra vermogen nodig hebt. Ik vraag me af wat een boot met een kleinere (in KW) electro-(of diesel!) aandrijving had gedaan bij de door mij geschetste situatie. Was waarschijnlijk gewoon in de box blijven liggen.

AndreAzuree schreef :
Dat extra vermogen kan dus wel eens tegen vallen. Omdat de motor het toerental niet haalt waarbij het maximum vermogen er is.

Nachtvlinder schreef :

Als je een schroef van een E-aandrijving op het punt van maximaal vermogen dimensioneert (dus het koppel dat de schroef bij dat RPM vraagt laat kruisen waarbij de E-motor dat koppel nog net kan leveren en deze E-motor haar maximale vermogen levert)…Wat gebeurt er dan wanneer je die schroef (vanuit dat punt) zwaarder gaat belasten?

Ook een E-motor gaat in toeren teruglopen bij overbelasting!

Teken anders eens een propellercurve met daarin de koppel- en vermogenscurve van een E en ICE motor met gelijk maximaal vermogen, dan zie je dit. Wél zal een E-motor minder ver terugvallen dan een diesel zal doen. Wellicht bedoel je dat?

Nachtvlinder schreef :
Zou ik jouw huiswerk moeten maken ?

Het helpt je je redenatiefout te zien verwacht ik

Ik zal voor deze keer (vanavond) je huiswerk doen.

Nachtvlinder schreef :
Deze grafiek is typisch de uitkomst van een testbankopstelling:

- Spanning: constant
- Belasting (koppel): stap voor stap verhoogd
- Toerental: vrij gevolg van de belasting
- Grootheden gemeten: stroom, toerental, vermogen, rendement

Wat je vooral ziet is dat het rendement hoog is over een breed gebied van 2,5kw tot 9kw (boven de 82,5%). Toerental speelt ook mee in het rendement maar voor een elektromotor is dat vooral bij hele lage toeren (de vaste verliezen dominant) en hele hoge toerentallen (ijzer- en ventilatieverliezen dominant). Zolang je in dat brede middengebied zit heeft het nauwelijks invloed op het rendement. Dat is typisch voor dit soort elektromotoren.

Van 4kw tot 6kw win je nog 2 tot 3% maar waarchijnlijk wil je daar niet te vaak zijn omdat de accu dan te snel leeg is? Daarnaast gaat dit ook om alleen het rendement van de aandrijving en niet om het totale rendement inclusief schroef en schip. 2x zo snel varen kost geloof 8x zoveel energie? Die 3 procent vallen dan een beejte in het niet zeg maar.

Kort samengevat: je gaat varen op actieradius en het rendement zal hier nauwelijks onder lijden.

Nachtvlinder schreef :
Dat vermoede had ik al. Ik laat je verder geloven in je 10 pk. Suc6. Zo'n draadje heeft iets hallucinerens wat wel aangenaam is.

Wacht nu maar even af en laat de emotie even los (voor mij ook een uitdaging...)

Het wordt tijd dat we deze discussie nu eens volledig helder krijgen en goed uitzoeken.

3Noreen schreef :
Snap ik. In mijn geval haal ik (met schone boot en schroef) gewoon de Max RPM (3100) van de Yanmar.

Nachtvlinder schreef :
Of dát gaat lukken weet ik niet...

Maar heb 4 cases doorgerekend waarbij een diesel- en E-motor van een schroef zijn voorzien om deze motoren onder rustige omstandigheden maximaal te belasten (zodat deze hun max vermogen af kunnen geven):
-voor mijn 10 PK Bukh en
-voor een 10 kW BLDC motor (vereist een andere schroef)

Daarna voor deze beide aandrijvingen zware omstandigheden nagebootst (veel aangroei, golven en/of flinke wind tegen)

Dat geeft 4 cases:

1. Bukh maximaal belast met 15x9" schroef bij 3000 RPM en 10 PK
2. Bukh belast met een schroef die 30% hoger koppel vraagt (bij elke RPM)
3. 10 kW BLDC maximaal ("rated") belast met 15x10" schroef bij 3500 RPM en 10 kW
4. Deze belasting bij elke RPM verhoogd met 30% hoger koppel

In alle gevallen heb ik exponent 2.7 gebruikt voor de schroefcurves. Dit is ongeveer gemiddeld voor ons soort bootjes, maar kan afhankelijk van type boot verschillen tussen 2.5 en 3.0. Dat betekent een relatie tussen Opgenomen vermogen en RPM:

P = Constante * RPM^2.7

En overal geldt ook (per definitie):
Koppel = Andere_Constante * P / RPM
(dus koppel is evenredig met RPM^1.7 )


Propking berekent voor de Bukh dat een 15x9" schroef de motor dusdanig belast zodat nét het max RPM waarbij het max vermogen afgegeven wordt gehaald kan worden.
Dit is bij een 2.5:1 reductie en deze schroef dus 10 PK bij 3000 RPM op het vliegwiel. Het koppel dat daarbij hoort ligt dan automatiscjh vast en is 23.4 Nm

CASE 1:
Schroefcurve in rood (zowel uitgedrukt in koppel vs. RPM en vermogen vs. RPM) kruisen de prestatiecurven van deze motor op de max. vermogen waarden:



CASE 2:
De schroef aan deze motor vraagt nu over de hele RPM range 30% méér koppel (en dus ook 30% meer vermogen) dan in case 1. Curven zien er dan als volgt uit:



Je ziet dat de schroefcurve en vermogenscurve elkaar niet meer kruisen bij 3000 RPM en 10 PK maar bij 2700 RPM en (iets meer dan) 9 PK. De motor heeft bij deze belasting geen reservekoppel meer om verder op te toeren. Als de regulateur méér diesel in zou gaan spuiten, heeft dat geen effect.

CASE 3:
Schroef (15x10") en reductie (2.7:1) zijn zo gekozen dat deze E-motor op haar "rated" specificatie belast wordt. Dat is de rode stip in de grafiek: een koppel van 27,4 Nm bij een toerental van 3500 RPM en (dus...) een afgegeven vermogen van 10 kW.

Dit is de belastingslimiet waarmee deze motor continue belast mag worden:
-een lager koppel bij dit toerental is langdurig toegestaan (stip verschuift naar links);
-een lager toerental bij dit koppel óók (stip verschuift naar beneden).

Je moet een (koppel, RPM...) werkpunt kiezen dat op of onder deze RPM-curve ligt: dat is het operatiegebied. Een werkpunt bóven de RPM curve leidt tot oververhitting.


CASE 4:
Waar de dieselmotor in case 2 "mechanisch" beperkt was en direct terugliep in toeren (en dus in afgegeven vermogen en bootsnelheid...), ligt dat bij een BLDC motor anders. Ik heb me rotgezocht naar "koppel vs. RPM" grafieken, maar die bestaan niet omdat ze niet relevant blijken te zijn/geen nut hebben.

Een BLDC motor gaat onder hogere belasting namelijk gewoon meer koppel leveren -door meer stroom op te nemen- om de ingestelde RPM vol te blijven houden (zolang de controller die stroom kan leveren uiteraard).
De motor wordt daar wel warmer door. Op een gegeven moment zal de controller de motor beperken om oververhitting te voorkomen; ook kan de motor zélf defect raken (magneten die tijdelijk of permanent zwakker worden).
Wanneer de schroef aan de E-motor op het werkpunt uit case 3 overbelast raakt (bij dezelfde RPM 30% méér koppel vraagt...), zal het werkpunt naar rechts verschuiven:


Het werkpunt is nu náást het toegestane operatiegebied verschoven (ik heb de RPM en Pout lijn gestreept doorgetrokken...) en ligt bóven de RPM curve (het gebied daaronder is "veilig").
edit: ik heb een foutje gemaakt: de stip die ik óp de Po lijn heb getekend moet daar iets boven liggen (bij 13 kW)

Dat gaat even goed: vooral wanneer de motor nog koud is zal het even duren voordat de behuizing zover opgewarmd is dat deze de warmteontwikkeling uit de spoelen niet meer op kan nemen.

Het blijkt dat de plots uit de datasheet van deze 10 kW motor deel zijn van een veel grotere plot; slechts het relevante deel daaruit waar de motor bedoeld is om in te opereren is getest onder belasting en in de datasheet gekomen. Zo zien de curves eruit voor het gehele gebied: het gearceerde deel is overgenomen in de datasheet, de rest is niet zinvol om in te opereren en/of is niet langdurig toegestaan:



Hier een goed leesbaar en behoorlijk diepgand stuk gevonden:
things-in-motion.blogspot.com/...electric-motors.html

Als ik iets gemist heb of mensen het beter uit kunnen en willen leggen: graag.

Stel ik ga voor mijn boot voor de aandrijving uit case 3:

• 10 kW, 48 V BLDC motor
• 2.7:1 reductie
• huidige 15x10"schroef

Dit geeft maximaal vermogen, koppel en bootsnelheid in het "rated" werkpunt van deze motor, aangegeven door de rode stip:

• 3500 RPM
• 27,4 Nm
• 10 kW
• Efficiency is daar 81%
• Bootsnelheid (op rustig water) zou dan 6.0 kn zijn

Dit hoop ik bijna nooit te hoeven gebruiken: mss incidenteel als ik los wil komen wanneer aan-de-grond gelopen of een smal havenkanaaltje aan lagerwal uit moet motoren. Maar als het móet dan kán dit in elk geval.

Belangrijk is hoe deze aandrijving zich gedraagt bij normaal gebruik:

1. Wat is het laagste geleverde koppel waarbij de efficiëncy nog net niet inzakt?
2. Hoeveel RPM zou de motor dan moeten maken voor dat gevraagde koppel en welk vermogen moet de motor leveren?
3. Welk vermogen vraagt de motor van de controller en de controller van de accu en wat zou de vaartijd dan zijn?
4. Hoe snel zou ik dan varen met welke rijkwijdte?

1.
Ik ga uit van 6 Nm, volgens Kipzak is dit rendement nauwelijks afhankelijk van het toerental waar dit koppel bij wordt geleverd, maar bijna volledig van dit koppel. Rendement van de motor ligt hierbij rond 82,5%


2.
Hierbij de curves om dit te bepalen: om de motor 6 Nm te laten leveren moet de motor 1450 RPM draaien. De schroef vraagt dan 900 W


3.
Aannamen:
Rendement tandriemoverbrenging = 97%
Rendement motor = 82,5%
Redement controller = 95%

Totaal rendement dus 76%

Deze 900 W op de schroefas vraagt dan 1,18 kW uit de accu

Vaartijd wordt dan 15 kWh / 1,18 kW = 12,7 h

4.
Zie www.sciencedirect.com/science/...%20be%20seen%20below.

Voor een waterverplaatsende boot onder rompsnelheid geldt een derdemachtsverhouding tussen snelheid en het daarvoor benodigde vermogen. Voor mijn boot ziet er dat als volgt uit. Bij 900 W op deze schroefas vaart de boot 2,7 kn:


Reikwijdte wordt dan 34 NM...

Nachtvlinder schreef :
Da's redelijk maar met 2,7 kn gaat dat erg langzaam.

Nog even doorgerekend met 3,5 kn bootsnelheid - dat frustreert wat minder denk ik

3,5 kn vraagt 2,0 kW

2,0 kW levert deze schroef bij 1900 RPM en 9,5 Nm

Riem- en controllerrendement blijven gelijk, maar de motor is daar met 85% iets efficienter:
totaalredement wordt 0,97 * 0,95 * 0,85 = 0,78

Dit vraagt dus 2 / 0,78 = 2,55 kW uit de accu --> 5,87 h

Reikwijdte naamt dan af van 34 NM naar 21 NM...

En toch moet er iets niet kloppen in (in elk geval) de power vs. snelheid curve.

Deze site heeft bijna exact dezelfde conversie voor ook een (aangegroeide) Grinde:
grinde-19.se/blog/forsta-testet-till-sjoss

En meet deze testresultaten op rustig water. Bijna een factor 2 lager vermogen!



Ik ga wel gewoon bouwen, heb prima voorbeeld, maar toch blijft het knagen dit niet op papier te kunnen reproduceren. Kan m'n tijd beter stoppen in het bedenken en vast maken van een bracket

Boodschappenlijst ziet er dan ongeveer zo uit:



Dit bij een 16 kWh accupakket dat 1C mag leveren en waterkoeling via een warmtewisselaar.
Lader wordt een Multiplus die met 25 A kan laden (zwaardere inverter dan nu is bonus), een kleine DCDC converter om de huisaccu daar vanuit te laden. Het electrisch systeem waar ik behoorlijk veel tijd en geld in heb gestopt moet dan volledig op de schop.

Netto moet ik 4000 euro uitgeven en bespaar zo'n 90 kg.

Een nieuwe Beta 14 diesel (die past op dezelfde schroef) zal zo'n eur 2000 méér kosten en geeft ook bijna die gewichtsbesparing (en heeft een niet te vergelijken bereik uiteraard).

nou ja, zal evengoed wel hoger uitvallen qua kosten. Als je het voor de 2k besparing wil doen is het handiger om een nieuwe diesel er in te droppen.

Probleem met dit soort projecten is dat je het pas na twee of drie keer uitvoeren in één keer.goed kan doen. Maja, dat is niet de bedoeling natuurlijk.
En het kost je door onvoorziene tegenslagen een zeilseizoen. Maar het is wel leuk om te doen.

Ja da's waar. De uitdaging is ook wat waard. Al doe ik het liever in één keer goed. Die andere Grinde (zie link hierboven) is nu, na 3 seizoenen, wel klaar met z'n setup en zou ik bijna 1:1 na kunnen bouwen. Het technisch risico lijkt mij dan klein.

Het is toch nog gelukt koppel tegen RPM curve van deze motor te vinden

Een italiaans bedrijf heeft deze motor getest en deze grafiek gemaakt.

Vergelijk datapunt 7 en 18 uit de datasheet:


Met deze (exact gelijk):


Daar hoort deze plot bij. Blijkbaar specificeer je zo'n motor normaal gesproken in het gebied waar de efficiency het hoogst is, en is dat (blijkbaar...) rechts van de het maximaal vermogen punt, daar waar het beschikbaar koppel al afneemt bij hogere RPM...