Probleme mit überhitzten Elkos beim Teillastbetrieb mit einem Hacker Master 70

[Arne]

Moin zusammen!

Ein paar von euch haben hier doch ganz gut Know How bezüglich Reglerelektronik!?

Ich habe ein Problem mit den Elkos meines Hacker Master 70 Opto beim Einsatz mit 12 Zellen ineinem Funflyer. Da die Maximalleistung sehr hoch ist, fliegt man zu annähernd 100 % Teillast, was natürlich für den Regler ein hartes Brot ist.
Gestern sind mir nun trotz eigener Reglerkühlung zum zweiten mal die Elkos meines Hacker Master-Reglers abgeraucht!! Obwohl jetzt schon die größeren des 105er Reglers dran waren.
Passiert nach relativ kurzer Flugzeit mit dem Akku (~ 2min)im Anflug zum Torquen. Konnte dann nach dem Reglerabstellen statt Torquen einfach landen. Verdammt viel Glück gehabt!
Mein Regler hat inzwischen eine eigene, großzügige Kühlung und die Außentemperatur war gestern abend mit um 17° auch noch nicht so dramatisch. Bei den ersten Flügen nach meinem Umbau habe ich die Reglertemperatur nach dem Flug und bei bis zu 2 Zwischenlandungen genau geprüft. Hatte leider kein entsprechendes Thermometer, aber man konnte den Regler nach einem kompletten Flug gerade noch dauerhaft anfassen. Das hielt ich für ok, wenn es mich auch noch nicht ganz zufrieben gestellt hat. Allerdings konnte ich die Elkos nicht direkt anfassen. Das dauert eine Augenblick, und ist dann aufgrund der geringen Wärmekapazität nicht mehr aussagekräftig.

Ich möchte jetzt nicht den Regler nur schlecht machen. Zwei Dinge könnten von meiner Seite zu dem Problem beigetragen haben:

1.: Meine Reglerkühlung ansich ist gut, die Lage allerdings vielleicht nicht optimal, da nah am Propellermittelpunkt. Hier herscht u.U. keine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Das ist bekannt bei den E-Helifliegern, die teilweise Kühlprobleme bei den Motoren haben, wenn diese im Zentrum des Rotors sind.

2.: Habe fast ausschließlich Torquen geübt. Hier gibt es keinen Fahrtwind, der zur Kühlung beiträgt. Falls das unter 1. genannte zutrifft, kann das für die Reglerkühlung zum Problem werden.

Ich werde jetzt nach der Reglerreperatur(neue Elkos anlöten) die Reglerposition noch mal überdenken. Eventuell kann er schräg unter/hinter den Motor wandern, wenn er die Kühlung desselben nicht zu sehr stört. Da ist er deutlich weiter vom Propellermittelpunkt entfernt und bekommt natürlich wieder seine eigen Kühlung!
Ich werde wieder Elkos gleichen Typs und gleicher Kapazität verwenden, jedoch noch einen Anschluß für zwei weitere Elkos in Parallelschaltung vorsehen. Zur Vermeidung von Störungen direkt am Regler und mit großem Kabelquerschnitt für geringen Widerstand des Anschlusses.

Meine Fragen an euch nach langer Vorrede:
Was sagt ihr zu diesem Problem? Ist es euch bekannt? Sind meine reaktionen/Maßnahmen die richtigen? Gibt es bessere Alternativen?
Wäre schön, wenn ich ein paar Infos bekommen könnte!

Danke und Gruß,
Arne

[ 27. Mai 2003, 11:02: Beitrag editiert von: Arne ]

[Jürgen Schrader]

Wie lang sind denn deine Zuleitungskabel vom Akku?

Was sagt der Hersteller zu deinem Problem?

[Michael Schöttner]

Hallo Arne,
wie ich auch vermute, liegt es an der Länge der Leitung vom Akku zum Regler. Versuch sie so kurz wie möglich zu halten. Sind Deine Akkus Inline verlötet? Die Lötverbinder sind auch Leitungslänge. Mach lieber die Motorzuleitung länger. Wenn Du noch Kondensatoren zusätzlich einlöten möchtest, dann benütze bitte extra schaltfeste. Du kannst die eingebauten Werte ruhig verdoppeln. Löte sie direkt an den Regler.

Gruß,
Michael

[Arne]

Hallo!

Schon mal danke für die Infos, das ging ja schnell!
Das Problem mit den relativ langen Zuleitungen zwischen Akku und Regler hat beim ersten mal zum Abrauchen der Elkos beigetragen. Sagt Reiner Hacker und leuchtet auch ein. Daraufhin habe ich sie deutlich gekürzt, was einiges an Umbauaufwand bei der Teilepositionierung im Flieger war. Die Akkus sind inline verlötet.
Jetzt sind sie ca. 7 cm lang, was wohl ok sein sollte. Trotzdem sind die dann von Hacker eingelöteten größeren Elkos wieder abgeraucht (in der beschrieben Situation).
Beim Regler sind 2 Elkos mit 470 µF parallel geschaltet eingesetzt. Diese werden wir jetzt ersetzen . Wir nehmen entsprechend gute, schaltfeste, die auch für Schaltnetzteile benutzt werden. Die originalen sind von gleicher Qualität.
Noch größere passen einfach nicht mehr an die entsprechende Stelle des Reglers. Deshalb die Idee mit den Anschlüssen für zwei weitere Elkos, die noch parallel dazu angeschlossen werden können. Außerhalb der Reglerplatine wegen Platz, aber so dicht wie irgend möglich am Regler. Ist das denn wohl auch praktikabel?

Gruß Arne

[ 27. Mai 2003, 11:43: Beitrag editiert von: Arne ]

[Ernst Straka]

Hallo Arne,

erfahrungsgemäß spielt es auch eine große Rolle WELCHER Motor verwendet wird (Induktivität des Motors).
So kann z.B. beim einen Motor mit 70A der Elko noch recht kühl bleiben, beim anderen (ebenfalls 70A) schon abrauchen !

Grüße
Ernst

[Jürgen Schrader]

Ich würde mich dann an Rainer wenden.
Wenn es eine Lösung gibt, wird er sie finden

[Arne]

Hallo!

Motor ist ein Lehner 1920-8 mit Reisenauer Superchief 6:1 und 15x8 CC.
Der Antrieb ist für einen Funflyer relativ scharf. Nächstes mal würde ich eine Windung mehr nehmen. Andererseits passt er nicht schlecht, weil der Flieger sehr gut auch etwas flotter geht. Die Abstimmung bietet gute Allroundleistungen.
Reiner Hacker sagt aber auch, das gebe ich zu, dass die relativ scharfe Abstimmung die Sache noch etwas schwieriger macht. Glaube ich, leuchtet mir aber noch nicht ein. Bei etwas zahmerer Abstimmung wird die Leistung auch so gut sein, dass man ebenso fast nur Teillast fliegt.
Es werden also sowohl der schärfere wie auch der zahmere Antrieb fast nur in Teillast betrieben. Wo liegt jetzt der Belastungsunterschied für den Regler??

Ich werde bei Gelegenheit noch aber noch etwas weiter abstimmen (Sternschaltung ausprobieren oder evtl. noch auf den 9-Winder gehen).
Leistung habe ich mit dem jetzigen Setup eigentlich zu viel, auch wenn das komisch klingt. Rausbeschleunigen aus dem Torquen benötigt kein Vollgas. Senkrechte Steigpassagen werden meist mit Halbgas geflogen.
Wenn man die Maximalleistung nie braucht, ist das ja evtl. auch eine Art Fehlabstimmung.

Mehr als die Aussagen, nur 8 kHz Taktfrequenz zu fliegen, kurze Zuleitungen zu verwenden, den Regler gut zu kühlen, die etwas größeren Elkos des 105er Reglers zu verwenden und eventuell etwas zahmer abzustimmen ist von Reiner Hacker auch nicht zu bekommen. Ist ja auch gut und wertvoll, habe ich aber jetzt auch alles durch. Bis auf die Abstimmung. Das ist aber nicht unbedingt gleich möglich, da ich mir einen neuen Motor (z.B 9-Winder) im Moment definitiv nicht leisten kann.

Gruß Arne

[Michael Schöttner]

Hallo Arne,
darf man fragen, in welchem Flieger der Antrieb steckt? Eventuell tut's ja auch eine Luftschraube kleiner. die Leistung reicht dann auch noch, der Strom geht zurück, die Elkos werden nicht so warm und Du kannst länger fliegen.

Gruß,
Michael

[Arne]

Hallo Michael!

@ Michael

Klar darf man fragen. Ist ein Seduction Wildstyle von Pilot. Funflyer, 1,3 m Spannweite.
Hier gibt es einen relativ ausführlichen Thread über den Flieger: Seduction Wildstyle
Eine etwas kleinere Latte würde s auch tun, da die Leistung ja wie gesagt sehr reichlich ist. Ist eine Überlegung wert. Gibt nur einen Haken. Die Strahlgeschwindigkeit ist durch die eher scharfe Antriebsauslegung mit der jetzt montierten 15x8 schon etwas hoch. Eine 14x8 z.B.(in der Größe gibt es nicht gutes mit weniger Steigung) würde noch höher drehen, also noch mehr nicht benötigte Strahlgeschwindigkeit. Und das Eta der Latte wird auch wieder kleiner.
Die Anpassung der Leistung ans Modell wird besser, die der Latte (in Kombination mit ihrer Drehzahl) schlechter.
Der Motor ist wohl tendenziell eine Windung zu scharf. Im Stern dagegen ziemlich sicher zu lau bzw, die Latten werden zu groß (18-19 Zoll!)
Zum testen, ob der regler dann geschont wird, werde ich aber mal eine kleinere Latte probieren.

Du scheinst doch "elektronisch fit" zu sein. Kannst du denn zu diesen oben gestellten Fragen was sagen?
1.) Reiner Hacker sagt aber auch, das gebe ich zu, dass die relativ scharfe Abstimmung die Sache noch etwas schwieriger macht. Glaube ich, leuchtet mir aber noch nicht ein. Bei etwas zahmerer Abstimmung wird die Leistung auch so gut sein, dass man ebenso fast nur Teillast fliegt.
Es werden also sowohl der schärfere wie auch der zahmere Antrieb fast nur in Teillast betrieben. Wo liegt jetzt der Belastungsunterschied für den Regler??

2.) Beim Regler sind 2 Elkos mit 470 µF parallel geschaltet eingesetzt. Diese werden wir jetzt ersetzen . Wir nehmen entsprechend gute, schaltfeste, die auch für Schaltnetzteile benutzt werden. Die originalen sind von gleicher Qualität.
Noch größere passen einfach nicht mehr an die entsprechende Stelle des Reglers. Deshalb die Idee mit den Anschlüssen für zwei weitere Elkos, die noch parallel dazu angeschlossen werden können. Außerhalb der Reglerplatine wegen Platz, aber so dicht wie irgend möglich am Regler. Ist das denn wohl auch praktikabel?

Und was bereitet dem regler denn die Probleme, wenn die Akkukabel lang sind? Ha´b ich jetzt behoben, würde ich aber gerne wissen!

Wäre super nett, wenn du was dazu sagen könntest!? So du es denn weißt.

Danke,
Gruß Arne

[ 27. Mai 2003, 15:18: Beitrag editiert von: Arne ]

[Jürgen N.]

Und noch eine Frage an die Fachwelt:
warum kommen Kontronik Regler ohne diese Kondensatoren aus? Oder sind die so klein dass man sie nicht sieht?
Oder handelt man sich dafür andere Nachteile ein?
Besten Dank und Gruss
Jürgen

[Peter Rother]

Hallo Arne

in der Teillast "chopped" der Controller den Strom zum Motor aus dem Akku. Da Du einen 8 Winder mit sehr wenig Induktivitaet hast, steigt der Strom in der ON-Phase auf einen sehr hohen Wert (viel hoeher als der mittlere Strom). In der Off-Phase ist der Null. Der Akku plus Kabeln haben eine Resistanz von ca 80-100mOhm, wobei der Akku den Loewenanteil bei 7cm Kabel ausmacht.

Ich kenne Deinen Vollgasstrom nicht, aber nehmen wir an, es sind 50A. Bei der Teillast kann der On-Phase-Strom no hoeher liegen, sagen wir 60A. Es entstehen Spannungsaenderung an dem Elko von 60A*100mOhm=6Vss

Diese Strompulse (mal 60A mal 0A => 60Ass) muessen durch den armen Kondensator durch. Sollte er auch ganz gut sein, er hat interne Resistanz auf der diese Pulsierende Strom von 60Ass (Spitze-Spizte) gewaltig Waerme produziert. Nehmen wir an dass der Elko (oder beide Parallel) nur 20mOhm haben (extrem guter Wert). Die verbratenne Leistung ist dann

Pv=(60Ass/2)^2*0.02=18W

Das kann kein Elko durchstehen. Deshalb montieren Hersteller, die Controller fuer den Heli bauen (ausschliesslich Teillast), keine elektrolitischen Kondensatoren ("Elko") sondern keramische Kondensatoren, und zwar 12 und mehr davon, sind ja klein.

Das war die Erklaerrung, aber Du willst mit Deinem Controller weiter leben:

ehrlich gesagt verstehe ich nicht ganz, warum Dir empfohlen wurde, mit niedrigen PWM-Frequenz (chopping) zu fliegen.

Da der Motor sehr kleine Induktivitaet hat, sollte die Frequenz so hoch wie moeglich gewaehlt werden, damit der Strom in der Windung nicht in der Off-Phase zu sehr absinkt. Die Amplitude des pulsierenden Stromes geht proportional zurueck. Da wir die Stromamplitude in Quadrat in der Gleichung fuer die Waerme haben, geht die erzeugte Waerme quadratisch runter.

Natuerlich steigen leicht die Schaltverluste der Transistoren, aber damit hast Du zuerst kein Problem. Nicht die Transistoren beklagen sich, sondern der Elko.

Zusaetzlich wuerde ich Dir nur Kondensatoren empfehlen die (alleine oder zusammen) fuer ein gesammten Pulsationsstrom von mindestens 15-20A spezifiziert sind.

Fazit:

- Kabel ist OK (bei 2x7cm 2.5mm2 sind es nur 1mOhm gegenueber ca 80mOhm vom Akku)

- Anpassung (Windungszahl) sollte immer gerade so gewaehlt werden, dass die Volllast nicht zu gross ist, damit die Teillast nicht zu grossen pulsierenden Strom in dem Elko verursacht

- die PWM-Frequenz fuer Teillast (torquen) soll sehr hoch gewaehlt werden

gruss Peter

[Gerhard Würtz]

Hallo Arne,

wäre es nicht möglich die Eingangsspannung zu verringern? Anstatt mit 12 Zellen könntest Du doch auch mit 10 Zellen fliegen. Möglicherweise wäre das Problem dann erledigt. Du bräuchtest keinen neuen Motor und die "überflüssige" Leistung wäre auch beseitigt, von dem verringertem Gewicht ganz zu schweigen. Überlegs Dir mal!

Gruß Gerhard

[Arne]

Moin zusammen!

Also erstmal vielen Dank für alle Infos!

@ Peter:

Besonders dir ein dickes Dankeschön für die ausführlichen und aussagekräftigen Erklärungen!!
Mein Standstrom liegt mit frischem Akku sogar bei 59 A! Anfangs hatte ich das für unkritisch gehalten, weil es in dem Moment von Vollstrom keiner der Komponenten im Antriebsstrang etwas ausmacht und eh sogut wie nie gebraucht wird. In der Zwischenzeit ist mir klar geworden, dass es die Teillastproblematik noch verstärkt. Das wird durch deine Aussagen zu den elektrotechnischen Prozessen im Regler bei Teillast ja unterstützt.
18 W Verlustleistung an den Kondensatoren sind wohl auch mit guter Kühlung nur schwer abzuführen.
Die Aussage mit der Taktfrequenz kommt von Reiner Hacker. Vielleicht hat er in dem Moment mehr an die verluste/Erwärmung der Fets gedacht. Zu dem Zeitpunkt hatte er allerdings den Regler mit den defekten Elkos schon auf dem Tisch.
Ich werde mal versuchen, ob 16 kHz (zur Zeit 8) die Sache verbessern. Bei der Temperatur der Fets ist noch etwas Reserve, wenn auch nicht ewig viel.

Wie warm darf den ein Regler nach einem Flug max. so sein?

Die Anpassung der Windungszahl ist sicherlich gut, aber im Moment eben nicht so ohne weiteres möglich.
Den Regler würde ich gerne weiterbenutzen, da er vorhanden ist und ich im Moment auch kein geld für einen anderen habe.

@ Gerhard

Das Umstellen auf 10 Zellen ist auch noch eine Alternative. Ganz am Anfang bin ich mal einige Flüge mit nur 10 Zellen geflogen. Die Leistung war noch recht gut, zum Torquen müßte es mit etwas Reserve, wenn auch nicht mehr so souverän, reichen.
Die Flugzeit war etwas geringer, das hatte mich etwas gestört. Klar, weniger Energie an Bord, das konnten auch die 110 g Mindergewicht nicht verhindern.
Alledings war auch der 10 Zeller nicht so gut, wie meine gepushten 12 zeller, das muss man der fairness halber sagen.

Als kleine Zusammenfassung werde ich jetzt mal folgendes in Angriff nehmen:

- Neue Elkos anlöten mit der Möglichkeit, noch zwei weitere parallel zu schalten
- die Kühlung noch weiter optimieren
- mal ein Zoll mit der Lattengröße nach unten gehen
- Die Schaltfreuquenz auf 16 kHz erhöhen
- die Sternschaltung testen, auch wenn die Anpassung wahrscheinlich nicht taugt (18/19er Latte!)
- evtl. noch mal 10 Zellen testen, hab´nur gerade keine Packs

Alle Maßnahmen werde ich in der Regel nacheinander testen, um Ursache und Wirkung eindeutig zuordnen zu können.
Über die Ergebnisse werde ich berichten.
Ein Kollege hier von RCN baut auch einen Wildstyle mit dem gleichen Antrieb auf, nur mit einem 1920-9 (bei mir 1920-8).
Bin mal gespannt auf seine Meßwertde und vor allem Flugerfahrungen.

Gruß Arne

[ 28. Mai 2003, 10:50: Beitrag editiert von: Arne ]

[Gerd Giese]

Hi Arne,
als ich mir den LMT1920/13-6:1 zugelegt hatte, fragte ich unter anderem Lehner genau zu diesem Problem. (warum seine Controller (-> hoher Preis) und warum nicht die Hacker's). Raus kam dazu:

Beim Lehner würde ich - guten Gewissens - nur maxStrom * 2 als Hacker-Controller nehmen. Sonst droht Überhitzung an den Kondensatoren.

Ich vermute das der aktive Freilauf - bei Lehner und Kontronik aktivierbar - hier nur sehr uneffizient arbeitet oder gar nicht vorhanden ist, es wirken halt nur die internen Schutzdioden der Transistoren!
Frag mal Mike, warum die Beat's ohne diese "Geschwüre" auskommen!
Für Dich bedeutet dies, dass der 105A Controller der richtige wäre. Eben aus diesem Grund habe ich mich gleich dafür entschieden und bin voll zufrieden, sehr niedriger Ri. (siehe: >> hier <<
Du solltest den Controller, mit Deinem Lehner, guten Gewissens möglichst unter 45A betreiben!

[ 28. Mai 2003, 14:14: Beitrag editiert von: gegie ]

[Motormike]

@gegie

Sag mir bitte den genauen Lehner Reglertyp welcher den aktiven Freilauf hat und wo das vom Hersteller bestätigt wird.