Motor / Wicklungstemperatur - was sind empfohlene Grenzwerte

onki

User
Hallo,

Ich habe nun in allen größeren Antrieben auf die Wicklung des Außenläufers einen Temperatursensor geklebt und einige Messdaten erfassen können.
Während die normalen Nasenantriebe (mit Turbospinner) auf maximal rund 60°C Wicklungstemperatur kommen (wenn zwischen den Steigflügen keine 5 Minuten Abkühlphase liegen) wird der Motor beim FESEX doch bis zu 90°C warm.

Wo liegen nach eurer Erfahrung die Werte, die noch toleriert werden können zwecks Einstellunge eines Alarms?

Gruß
Onki
 

Wattsi

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CuL Draht gibt es für verschiedene Wärmeklassen
Wärmeklasse F Typ V155 (155°), Wärmeklasse H Typ V180 (180°) und Wärmklasse N Typ W210

Selbst wenn Du von der niedrigsten mit 155° ausgehst, ist da zw.90° und 155° noch viel Luft drin...
 

onki

User
Hallo,

dann würden sich ja ca. 120°C als Warnwert anbieten um noch auf der sicheren Seite zu sein.
Ist halt nur ein Thema wenn nichts oder nicht viel geht und zwischen den Steigflügen wenig Zeit liegt.
Dennoch ein Grund für mich kein FESex mehr zu verwenden.

Gruß
Onki
 
Sind nicht die Permanentmagnete das "schwächste Glied" in der Temperaturkette ?

Die verlieren ihre magnetische Kraft durch Erhitzen ab 80°C.
 
Hier geht es zwar nicht um einen (zugegebenermaßen sehr hitzebeständigen) Scorpion..:

Zitat:

Speedfire 2
Wenn die Temperatur an der Spule bei mir die 80°C hat lande ich. Ich Segel dann die Geschwindigkeit in Thermikmodus ab und lande. Dann ist der Motor etwa 3-5°C Kühler, das steigt nach dem landen dann aber wieder über 80°C weil die Kühlluft fehlt. Sollte man bedenken
 

s.nase

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Die Hersteller geben oft nur die maximalen Temperaturen an, die die verbauten Materialien aushalten. Beim Draht sind das dann zB. 180°, bei dem dann die Drahtisolierung (Lack) Schaden nimmt.

Mit steigender Drahttemperatur steigt aber auch der Drahtwiderstand immer weiter an, und somit auch die Wärmeverluste im Kupferdraht. Der Motor erzeugt also auch immer mehr Wärmeverluste, je wärmer die Wicklung wird. Das ist also ein selbstverstärkender Effekt, wenn man die Kühlung ausser acht lässt.

Die Frage ist nun, welche Kupferdraht Temperaturen gerade noch vertretbare Widerstandserhöhung im Draht erzeugen. Für mich ist ein 20% höherer Wicklungs Widerstand gerade noch vertretbar. Und die erreicht man im Kupferdraht bei etwa 80°. Wenn die Wicklung mehr als 80° warm wird, muß ich entweder für eine besser Kühlung sorgen, oder die Belastung reduzieren.
 
Mit steigender Drahttemperatur steigt aber auch der Drahtwiderstand immer weiter an, und somit auch die Wärmeverluste im Kupferdraht. Der Motor erzeugt also auch immer mehr Wärmeverluste, je wärmer die Wicklung wird. Das ist also ein selbstverstärkender Effekt, wenn man die Kühlung ausser acht lässt.

Es kommt noch schlimmer:
Auch die Permanentmagnete werden warm. Das Magnetfeld (Remanenz) wird zunehmend schwächer.

Neodym Magnet (NdFeB) -0,12 ... -0,1 % pro K

Als Folge wird eine kleinere Spannung (EMK) in der Motorwicklung induziert -> KV nimmt zu, Drehmoment nimmt ab -> mehr Strom
Der Wirkungsgrad vom Motor nimmt daher noch mehr ab.

Für mich ist ein 20% höherer Wicklungs Widerstand gerade noch vertretbar. Und die erreicht man im Kupferdraht bei etwa 80°.

Widerstand Kupfer +0.39 % pro K

Gruss
Micha
 

onki

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Hallo,

Die Zusammenhänge hab ich selbst gelernt und sind mir klar.
Das es zwischen den Motoren materialbedingt Unterschiede gibt ist auch klar.

Es geht aber um praktikable Grenzwerte die einerseits hoch genug sind, um nicht immer bei jedem Motorlauf eine Warnung zu bekommen, signifkanten Schaden vom Motor aber abwenden.

Wegen des FESEx kann die Kühlung leider nicht optimiert werden. Denkt bitte nicht im Traum daran, dass ich irgendwelche NACA-Hutzen oder Haifischkiemen an einen wunderschönen 1:3 Shark dranpfusche, nur um die schlimmsten Pessimisten milde zu stimmen ;).

Sollte mir der Torcman abschmirgeln ist das sicher tragisch aber klein Weltuntergang. Der ist eh weit unter meinen Erwartungen geblieben.

Hier mal eine Grafik des Temperaturverlaufs. Mehr als 4 Steigflüge sind eh nicht drin.

1633075856130.png


Ich werde mal als Kompromiss 100°C als Grenze einstellen und die Häufigkeit der Warnungen abwarten.

Gruß
Onki
 
Zuletzt bearbeitet:

Auftrieb

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Sind das jeweils so ungefähr 90sec Steigflug?
 

onki

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Hallo Pit,

ich steige immer so auf 300m (Höhenalarm). Üblicherweise beginne ich den Steigflug bei um die 50m. Dauer dann um eine Minute (Steigen gut 4m/s).
Bodenstart ist nicht möglich (16er Latte) aber Flitschen bei Schleppermangel ist eventuell angedacht.

Gruß
Onki
 

onki

User
Hallo,

grau ist alle Theorie. Demnach müsste ich im Verlauf des Steigsfluges massive Einbußen vermerken.
Nun der Strom und die Drehzahl gehen leicht in die Knie. Nicht aber wegen den genannten Effekten sonder wegen der sinkenden Akkuspannung.

Gruß
Onki
 

onki

User
Hallo,

nochmal zur Erinnerung. Es geht hier nicht darum inwieweit die Performance oder Seiteneffekte durch die Erwärmung des Motors auftreten.
Das ist alles gegeben und nicht zu verhindern, wenn sich der Motor aufheizt und nur halbherzig gekühlt werden kann.

Es geht darum wie eine Windungs-Temperatur einzuschätzen ist im Hinblick auf bleibende Schäden. Und im diese zu vermeiden sollte eine praxistaugliche Warntemperatur gefunden werden, um eben diese Schäden zu vermeiden.

Es sollte vielleicht auch noch unterschieden werden inwieweit die Nutzung ansich darauf einfluss hat. Aktuell hat mein Shark dieses Jahr leider nur 2 Flugtage mit einer überschlagenen Motorbetriebszeit von rund 10-15 Minuten weniger als 10% davon im Bereich von 90°C.

Gruß
Onki
 

S_a_S

User
Onki,

allgemein gültige Werte sind schwierig - vor allem, weil es beim Magnetmaterial auch deutliche Unterschiede beim Curiepunkt gibt. Ist der überschritten, hat der Motor endgültig ausgedient.

Torcman schreibt in der Anleitung

Da die Motoren nicht wie üblich von Luft umströmt werden, muss die Laufzeit auf das Nötigste beschränkt werden, insbesondere bei hohen Außentemperaturen. Normalerweise sind Laufzeiten von 60 – 90 Sekunden jedoch problemlos möglich. Sollte sich dennoch zu hohe Erwärmung zeigen (>100Grad), empfehlen wir, Lufteinlässe an der Rumpfunterseite anzubringen und einen Luftauslass am Rumpfende. Bislang war dies aber bei keinem Kunden erforderlich.

Schreibt aber auch nicht, ob dies für die Wicklung oder die Glocke gilt, die Angabe ist aber insofern sehr praktikabel, weil das mit einem feuchten Finger "gemessen" (=zisch) werden kann. Mit Telemetrie natürlich deutlich genauer.

Nur ist es schwierig, von einer Wicklungstemperatur oder einer Messung am Stator auf die Magnettemperatur zu schließen, denn erstens ist dazwischen noch ein guter Isolator (Luftspalt) und zweitens bewegt sich der Rotor ja und ist deshalb nicht mehr zwingend in "stehender" Luft.

Die Messung der Rotortemperatur ist auch möglich (Sensor/Telemetriesystem war Thema meiner Diplomarbeit im ausgehenden letzten Jahrtausend...), aber im Flugmodell nicht unbedingt praktikabel.

Genauso schwierig ist es, den kritischen Punkt für die Lackisolierung festzulegen, weil für die Kupferwicklung innerhalb vom Blechpaket und am Wicklungskopf (in der Luft) stark unterschiedliche Temperaturen anliegen. können. Und nicht immer führt ein "weich werdender Lack" oberhalb der angegebenen Betriebstemperatur automatisch zum Kurzschluss. Kann auch nur eine reduzierte Lebensdauer bedeuten (also keine 10.000h mehr, sondern nur noch 1.000h) - was bei den Motoren auch noch nicht wirklich "kritisch" wäre.

An Deinen Messungen sieht man auch die Auswirkungen einer Wärmekapazität und der vorhandenen "natürlichen" Konvektion - die sich als Zeitkonstanten für Deinen Antrieb ergeben. Im Steigflug hast Du "konstanten" Wärmeüberschuss, der linear die Temperatur ansteigen lässt (wobei die Steigung mit nachlassender Akkuleistung auch etwas flacher wird). Nach Abschalten hast Du einen leichten Überschwinger (also RC-Glied von der Wärmequelle bis zum Sensor) und dann die Konvektion, die aus der Temperaturdifferenz (zur Umgebung) bedingt ein exponentielles Abklingen bedeutet. Hast einen Ausreißer bei 35,x Minuten - war da die Haube offen oder ist da ein Messfehler?

Wenn Du die machbaren Grenzen ausloten willst, kommst Du um Versuchsreihen mit zusätzlichen Sensoren nicht rum. Kannst im Stand eventuell mit IR-Thermometer arbeiten (natürlich mit Oberflächen-Kalibrierung) oder eben nach Erreichen der Alarmschwelle Motor abstellen und mit kleinen Kontaktsensoren das Nachheizen an der Glockenoberfläche verfolgen.

Grüße Stefan
 
Zuletzt bearbeitet:

s.nase

User
Onki,

da liegst du völlig falsch. Eine Widerstandserhöhung von 23 % ist bei Leibe nicht mit der Veränderung vom Wirkungsgrad des Motors gleichzusetzen.

Gruss
Micha

Bei 20% höherem Wicklungswiderstand würde ich mit 10% weniger MaximalLeistung und 10% mehr Verlustwärme rechnen.

Luftkühlung wird erst ab 60° Wicklungstemperatur wirkungsvoll. Somit sind für mich 60° Wicklungstemperatur optimal.
 
Dann wäre da noch die Temperaturbeeständigkeit der Statorisolation, meist Pulverbeschichtung oder FR4 mit Isopapier.
Bei der Pulverbeschichtung reicht es oft aus, wenn Sie nur etwas weicher wird, weit unter der Schmelztemp, damit das Drama seinen Lauf nimmt.

Auch die Kugellager mit Standard-Fettfüllung lassen gerne mal das durch Hitze verflüssigte Fett raus, um sich dann zügig in Würfellager zu verwandeln.

Bei den Drähten
V155, V180 sind direkt verzinnbar, werden typisch z.B. für Trafos genommen.
W180, W210 sind nicht verzinnbar, mechanisch höher belastbar, und werden typischerweise für Motorwicklungen genommen.

Grad 1 bis 3 (Graduierung G1 G2 G3) ist die Dicke des Lackes, G1 dünn, G3 dick. Praktisch merkt man das der G1 Draht sich wesentlich weicher anfühlt als der G3.

Minimaler Biegeradius ist typisch 4 xDrahtradius, was wir bei den Modellbaumotoren i.d.R. unterschreiten. Bei dieser "Knickerei" platzt/lößt sich der Lack von G3 auch gerne mal Ecken ab. Bei den dickeren Drähten habe ich mit G2 die besseren Erfahrungen, bis zu 1mm mit G1.
 
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