Onderwerp: Selectie E-motor, schroef en reductie

Ik snap je niet helemäl denk ik, wat bedoel je met λ?
De frequentieregeling gebruikt heel veel heel korte pulsjes, ik vermoedt in de microseconden, om middels PWM een soort van sinusvormige stroom door de spoel te genereren. Die sinusvorm heeft een frequentie van het toerental x aantal magneetparen.

It Paradyske schreef :
λ is toch de golflengte (tijd) van de frequentie. De puls kan toch niet langer zijn dan de halve frequentie duur.

Het is een PWM (pulse width modulation) spanning. Hierbij is de frequentie van de puls veel hoger dan de frequentie van de spanning. Dus de spanning bestaat uit een hele rij opeenvolgende pulsjes waarbij de aan/uit verhouding van die pulsjes de spanning bepaalt. En een goeie regelaar kan die pulsjes dan weer zo regelen dat her eind resultaat een mooie sinusvorm benaderd.
Het koppel is afhankelijk van de stroomsterkte, waarbij de stroom weer afhankelijk is van de spanning, weerstand en tegen emk.
De tegen emk wordt bepaald door wat de motor 'vraagt'. Heb je een sinusregelaar dan is de pulbreedte continue verschillend om een mooie sinus te maken, maar de stroom kan alleen lopen tijdens de 'aan' tijd van de puls. De gemiddelde stroom bepaald het koppel, dus een sinus regelaar zal iets minder koppel kunnen leveren, maar is wel véél stiller.

Volgens mij wordt het hier helder uitgelegd. De “DC” in “BLDC” betekent dat de fases niet met een sinus aangestuurd worden, maar met DC pulsen, een stukje vóórlopend op waar de rotor is. De spanning van die pulsen wordt volgens mij met PWM bepaald?

electricalbaba.com/speed-control-of-bldc-motor/

Edit: aansturing van de stator wikkelingen kan zowrl DC zijn (blokgolf), maar ook trapezoïde of zoals rooiedirk zegt sinusvormig.

Heb je ook de grafiek voor lagere voltages? 48 zal je eind spanning zijn iets hoger bij een volle lifepo accu. Je wilt wel wat over hebben boven je kruis snelheid. Als je kruis snelheid 80% van je romp snelheid is zou ik daar de efficiënste punt zoeken. B.v op 36 volt kijken of je dan in de buurt van efficientste punt kan komen met amperes en belasting icm je overbrenging. Dit punt kan je met je huidige motor goed bepalen je kruissnelheid opzoeken toerentallen goed meten en daaruit gaan rekenen. Hier zal je het grootste gedeelte van je motor tijd op door brengen.

Een losse toerenteller en alvast gaan meten wat de huidige schroef doet lijkt mij een prima plan!

Nachtvlinder schreef :
Zeker, want dan kan je ook na de ombouw mooi vergelijken.
Ik heb dacht ik geen metingen vooraf, maar wel achteraf. En daarmee kan je weer een boel rekenen.

rooiedirk schreef :
Ik dacht dat de tegen-emk werd bepaald door de snelheid waarmee de magneten op de rotor door de stator windingen draaien. Dus een gevolg van snelheid. En die wordt bij BLDC nog steeds begrensd door de voedingsspanning lijkt mij. Immers de amplitude van die sinus kan toch niet hoger worden dan de amplitude van het PWM signaal?

De motor kan natuurlijk wel zo ontworpen worden dat de tegen-EMK bij het hoogste nodige toerental van de motor nog steeds onder de laagst verwachtte voedingsspanning uitkomt.

Moderne controllers gebruiken FOC: Field Oriented Control: aan de hand van de (geschatte of gemeten) actuele rotorpositie wordt realtime de benodigde spanningen naar de 3 veldwikkelingen berekend voor een 90 graden torque vector: dit geeft het hoogste rendement en maximale torque. Dit worden sinussen in de praktijk. Amplitude bepaalt de torque; uit de belasting volgt de snelheid.

Een door de gebruiker ingestelde snelheid wordt dus omgezet in een daarvoor benodigde torque.

Ingewikkelde materie. Er blijken Trapezoidal BLMotoren en Sinusoidal BLMotoren te zijn. Afhankelijk hoe de stator gewikkeld is.

Maar de uitdaging is de meest optimale motor te kiezen. Koppel die je nodig hebt bij een bepaalt toerental wordt binnen een smalle band door de schroef bepaalt. Heel anders dan bij iets op de weg. (fiets of auto)

Om mijn toerenteller te ijken heb onlangs mijn multimeter gebruikt is de Hz stand met een spoeltje en een magneetje. Ging leuk. Mocht je geen RPM meter hebben.

Ik heb zo'n rpm-meter met laser en reflectiestripje op de as.
Is ook te leen bij mij.

Tegen EMK is volgens mij vooral groot bij onbelast draaien. Hoe zwaarder belast hoe kleiner de tegen EMK.

Nachtvlinder schreef :
Ook bij FOC ben je begrensd door de voedingsspanning.

Zolang de snelheid laag genoeg is (tegen-EMK lager dan voedingsspanning) kun je maximaal koppel uit de motor halen. Voor snelheden daarboven verander je de door jou genoemde 90 graden hoek iets, zodat je de tegen-EMK compenseert (field weakening regime). Dan lever je koppel in ten bate van hogere snelheid

Erg interessant allemaal. Ben wat aan het inlezen, Texas Instruments heeft ook een toegankelijke webinar online staan:



Maar waar ik nog niets over gelezen heb, is hoe je de efficiëntie kunt bepalen van werkpunten die níet op de speed-torque curve liggen, maar daaronder.

Bijvoorbeeld voor deze motor bij de rode stip. Wat is de efficiency daar?

Zo' BLDC is in principe gewoon een draaistroom motor waarbij elektronika de draaistoom maakt vanuit een gelijkstroom.
Het rendement van de motor wordt bepaald door de verliezen die je hebt. Dit zijn in principe:

• ijzerverliezen
• koperverliezen
• mechanische verliezen

IJzerverliezen krijg je doordat je continue een magnetischveld gaat opbouwen, afbouwen en dan weer opnieuw maar N/S omgekeerd.
Koperverliezen heb je om dat stroom niet vanzelf door het koper loopt. Daarvoor moet je flink duwen.
Mechanische verliezen doordat je altijd wrijving hebt in lagers ed. Zal een beetje afhankelijk zijn van het toerental.
Als we de laatste even verwaarlozen dan zijn je verliezen afhankelijk van de stroomsterkte. Dan moet je eer redelijk benadering kunnen maken door voor je rode stip eerst het uitgangs(schroef) vermogen te bepalen, Dan de bijbehorende stroomsterkte uitrekenen en dan verliezen lineair interpoleren.

PS jouw voorbeeld motor heeft bij 10kW vermogen 2kW verlies. Dat wordt allemaal warmte!! Een flink straalkacheltje. En de permanente magneten in de rotor kunnen slecht tegen warmte.!

Als de bandbreedte zo smal is....
Bestaan er geen versnellingsbakken voor schroefassen of kun je bv geen variomatic uit een oud dafje slopen
(serieus bedoeld)
Norna Biron heeft een verstelbare spoed-schroef maar die zijn wat lomp dacht ik?

holtere schreef : bandbreedte smal?? De grap van BLDC is juist dat je van (bijna)0 tot ..... toerental kan regelen.

Dan heb ik bovenstaande verkeerd gesnapt.
Beschouw maar als niet geschreven

rooiedirk schreef :
Een draaistroom motor is toch een inductie motor zonder vaste magneet(en) ?

Er is nóg een belangrijk verschil tussen een klassieke AC motor en een BLCD motor, en dat is dat electronsich de velden dusdanig aangestuurd worden dat de drijvende kracht (het lokale magneetveld) haaks op de huidige rotorpositie staat. Dat heeft het maximaal haalbare rendement.

Waar de verliezen door veroorzaakt worden snap ik, maar waar ik tegenaan loop is dat de datasheets alleen het rendement (en stroom, koppel, rpm) geven voor werkpunten op de rpm-torque curve en niet daaronder. Terwijl dit wel een veilig gebied is om continue in te mogen opereren.



Bij de rode stip vraag ik dus het koppel waarbij de motor bij 4000 rpm een efficiency van ~87% zou halen, echter bij een snelheid van 3750 rpm. Hoe kan ik het rendement bij dát werkpunt afschatten? Is dat gelijk, hoger of lager dan die 87%??

Die is belangrijk omdat de "rated" condities gebruikt gaan worden om aan max. condities te voldoen (haven aan lagerwal uitmotoren), maar diezelfde motor op kruissnelheid (maximale efficiency, indien dat nog een acceptabele snelheid geeft) dan niet óók per definitie op de rpm/torque lijn kan liggen.

Een schroefcurve voor een schroef met vaste spoed vormt eigenlijk een best onhandige belasting. Dat lost Oceanvolt met haar servoprop heel mooi op door de spoed dynamisch aan te passen. Daar zal veel gerekend worden. Wellicht interessant hun patent daarop eens te bestuderen.

3Noreen schreef : Je hebt synchrone en asynchrone draaistroom motoren. (Verweg de meeste zijn asynchroon)
De synchrone hebben een vast magnetischveld in de rotor en draaien daardoor exact gelijk met de (net)frequentie.
Asynchroon heeft een rotor met een 'kortsluit wikkeling' Hier word het magnetisch veld opgewekt door dat de rotor net iets langzamer draait (slip). Een synchroon motor heeft bij 50Hz altijd een toerental van 3000, 1500, 1000 .... Voor asynchroon zit je op ~2850, 1450, 900, ...

vreemd tabelletje. Waar komt die extra P(in) vandaan ?

In jouw 'werkpunt' hebben we het over een stroom van 72A. Vergeten we even de mechanische verliezen en de nullast verliezen van de regelaar dan:
Bij vollast 287A en (13280-10530) 2750W verlies. Als we lineair interpoleren dan heb je bij 72A 690Watt verlies.Ingaand vermogen was 46.3*72= 3333.6Watt. Uitgaand 3333.6-690=2643W => n=2643/3333.6=79%

Dit moet je met een korreltje zout nemen, maar zal redelijk in de buurt komen.

3Noreen schreef :

Ik ben blij met dit zinvolle topic (niet ironisch bedoeld!).
Voor mijn restauratieprojectje, de poon, ben ik in onderhandeling met enkele leveranciers en mijn opdrachtgever.

De uitgangspunten:
Plompe houten klomp, lengte 11 meter, gewicht een ton of 12, thuishaven Antwerpen.
De vorige motor was een yanmar, 65 pk.

Er is nog geen definitieve keus gemaakt, maar er zijn wel duidelijke plus- en minpunten om rekening mee te houden.
Minpunten zijn:
-1. permanente magneten.
-2. hoge toerentallen dus reductienoodzaak.
-3. koolborstels.
-4. slechte vormgeving/constructie.
-5. luchtkoeling.

Pluspunten zijn:
-4. eenvoudige en robuuste bouw.
-5. lage toerentallen.
-6. bewezen betrouwbaarheid en lange levensduur.

Toelichting:
1. Ondanks allerlei voordelen van motoren met permanente magneten zal ik er niet gauw voor kiezen. In mijn persoonlijke ervaringen heb ik problemen gehad met motoren en dynamo’s met permanente magneten.
Bijvoorbeeld: een pomp waarin een magneet los was geraakt (meestal worden ze vastgelijmd met een soort secondelijm, al dan niet gesteund door een nokje of lipje). De magneet blokkeerde de hele motor en was ondanks verwoede pogingen niet meer op zijn plek te krijgen. Dus exit pomp.
Ander voorbeeld: in een hermetisch gesloten dynamo (bedoeld voor een explosiegevoelige omgeving) verloren de permanente magneten langzamerhand hun magnetisme, gedurende een jaar of 10. De stroomproductie ging navenant omlaag tot nul.
Een andere pompmotor kreeg ook problemen, bij langdurig zwaar werken werd de motor flink heet waarbij de magneten hun magnetisme grotendeels definitief verloren. Ook exit pomp.
Maar ook kleine motortjes met permanente magneten tonen hun beperkte levensduur: die in mijn accuboormasjientjes verliezen hun fut na een jaar of 5, ook als de accu’s nog goed zijn.

2. Reducties dienen bij voorkeur vermeden te worden. Of het nu met tandwielen of met riemen gaat, ze geven verlies, geluid, slijtage en grotere faalkans. Zeker als het om krap berekende chinese tandwielen en lagers gaat.

3. Koolborstels zijn storingsgevoelig en dienen gemeden te worden.

4. Eén van de (Nederlandse) aanbieders levert leuke, lichte en ogenschijnlijk aantrekkelijke motortjes met een aangebouwd tandwielkastje, van chinees fabrikaat. Echter, de vormgeving van de aluminium gespuitgiete behuizing is in mijn ogen heel fragiel en kwetsbaar voor breuk. En breuk betekent: einde voortstuwing.

5. Luchtkoeling is voor mij een no-go i.v.m. vuilophoping (en dus brandgevaar?) en/of waterindringing.

De praktijkbenadering:
Voor de poon verwacht ik op kruissnelheid (ongeveer 9 tot 10 km/uur, wat een redelijke snelheid is voor zo’n zware klomp) een continue vermogen nodig te hebben van ongeveer 10 pk. Dit is gebaseerd op ervaringsgestuurd natte-vingerwerk, dat wordt bevestigd door het verbruik van de oude diesel (2 liter per uur bij normaal varen).
Ik bouw een veiligheidsmarge in en ga uit van 10 kW continue, met een piek/reserve van 30 kW kortstondig.
Toerentallen van boven de 1000 rpm zijn niet acceptabel. Liefst nog lager, 700?.
De motor moet goed waterdicht zijn (waarmee luchtkoeling automatisch afvalt) en eenvoudig, met zo weinig mogelijk kwetsbare onderdelen.
Zo kwam ik in contact met Green Marine motors in Zaandam. Zij gebruiken eenvoudige, robuuste asynchroonmotoren waaraan eigenlijk bijna niks kapot kan gaan. Twee standaard kogellagers en een standaard asafdichting, geen koolborstels, geen magneten, geen tandwielen enz. Waterdicht, stofdicht, hufterproof, stil. Kijk, daar hou ik van.
Veel van deze motoren draaien in amsterdamse rondvaartboten en andere beroepsvaartuigen, dus met de praktijkervaring zit het ook wel goed.

De motoren zijn watergekoeld, wat ik wil uitvoeren met een gesloten systeem met een heel klein bronzen warmtewisselaartje dat buiten op de huid gemonteerd wordt. De koelcapaciteit mag klein zijn, want de warmteontwikkeling in de motor is ook klein, heel veel lager dan bij een diesel.
Achter de motor komt een standaard homokineet met stuwdruklager.

De benodigde accucapaciteit is wel een puntje.
Thuishaven Antwerpen. Stel, de boot gaat naar Oostende om te pronk te liggen bij een evenement. Dat is een pittig eind varen over pittig stromend water met heel weinig mogelijkheid voor tussenstops om bij te laden.
Dat vereist een tamelijk enorm accupakket, wat tamelijk enorm prijzig is.
Vandaar ons idee: een accucapaciteit voor 3 uren normaal varen, gecombineerd met een dieselgeneratorsetje dat permanent 10 kW (12 kVA) kan leveren, voldoende om de kruissnelheid zeer langdurig aan te houden.
Zo’n generatorsetje is relatief klein, goedkoop, stil en makkelijk in een hoekje weg te bouwen.

Qua berekening wil ik uitgaan van een fatsoenlijke schroef en van daaruit naar voren werken. Dat houdt in: een keuze voor een relatief grote schroef (i.v.m. de eigenschappen van dit schip) en een relatief laag toerental. Het daarmee samenhangend benodigd koppel bepaalt dan de best passende motor, rekening houdend met het rendement.

Ik heb dit allemaal voorgelegd aan mijn opdrachtgever en ben benieuwd wat hij gaat kiezen. Hij denkt er al een jaar over...