RC-Stromversorgung - grundlegende Betrachtungen

[steve]

Test zum Belastungsverhalten

Hallo,

vielen Dank für die zahlreichen Rückmeldungen und Beiträge. Einen kurzen Augenblick wollte ich den Vorschlag zu einer Zusammenfassung aufgreifen aber ich habe es dann wieder verworfen. Das Thema wurde von verschiedenen Perspektiven betrachtet und die Beiträge sind wie schon erwähnt, z.T. auf Vorlesungsniveau. Da kann jeder sehr viel lernen und evtl. hilft es, die Stromversorgung zu verbessern.

Was die ursprüngliche Frage angeht: Gibt es Strompeaks die die Spannung soweit einbrechen lassen können, dass die Empfänger kurzzeitig aussteigen? Hab ihr euch das mal auf Logs/Ozi angesehen - ist da was dran, das auch belegt werden kann oder mehr Angst und Unsicherheit?

Ganz offensichtlich gibt es diese Versuche am Oszillographen nicht, keine Diagramme dazu…ist mehr ein Verkaufsargument. Was es gibt, sind die hohen Belastungen im Helibereich, die eine BEC schon mal überfordert. Diese Überforderung wird aber auch mit „normalen“ Logs dargestellt.

Als Lösung dort dann Kondensatoren zur Unterstützung zu nutzen – das hat schon was!

Was ich mir jetzt noch überlegt habe: Wenn es wirklich kritische Strombelastungen gibt, in deren Folge die Spannung soweit einbricht, dass der Empfänger aussteigt – dazu könnte ja ein einfacher Teststand gebaut werden.

Dazu würde ich die Servotestfunktionen des Senders nutzen und sie unter Last in diesem Programm solange bewegen, bis der Empfänger abschaltet. Dazu würde ich dann ein Servo belasten, das andere lasse ich frei laufen. Es wäre dann schon interessant, ob zuerst das belastete Servo, das unbelastete Servo oder der Empfänger seinen Betrieb einstellt. Damit dabei nicht alles gegrillt wird und um etwas Kontrast in den Effekt zu bekommen, nutze ich einen Akku mit geringer Spannung, bzw. geringer Kapazität. Es geht ja um einen Test zum Verhalten des Systems im Grenzbereich, konkret beim Einbruch der Versorgungsspannung – um die Belastbarkeit des Akkus heraus zu finden, gibt es andere Verfahren.

Bei der der Simulation der Belastung gefiel mir dieser Wäscheklammer-Testaufbau am besten.

Wenn ich heute zwischen all den Laminierarbeiten etwas Zeit habe, mache ich mich mal daran.

VG

 

[steve]

ps - für die interessante Diskussion zum Thema Redundanz, doppelte Sicherheit oder wie sicher sollte alles ein, würde ich empfehlen, ggfs. separate Threads zu eröffnen. Die Themen sind auch zu wichtig und es wäre schade, wenn sie hier auch noch "ausgefegt" würden.

 

[Fliegerass1]

Was ich mir jetzt noch überlegt habe: Wenn es wirklich kritische Strombelastungen gibt, in deren Folge die Spannung soweit einbricht, dass der Empfänger aussteigt – dazu könnte ja ein einfacher Teststand gebaut werden.

Steve, es wird dir gelingen. Doch was für eine Aussagekraft steht dann dahinter?
Man kann alles kaputt testen!
Doch Aussagen für eine Lösung kann man nicht machen.

 

[Stefan Siemens]

Hallo, ich glaube, hier gibt’s ein Missverständnis. Die Bitte um Löschung bezog sich auf meine letzte Wortmeldung. Ich hatte festgestellt, dass die Diskussion vom Thema abkommt. Über andere Beiträge möchte ich nicht urteilen, Stefan

 

[steve]

Steve, es wird dir gelingen. Doch was für eine Aussagekraft steht dann dahinter?
Man kann alles kaputt testen!
Doch Aussagen für eine Lösung kann man nicht machen.

Wenn z.B. erst das Servo aussteigt, bzw. schwächelt, ist die Befürchtung, dass der Empfänger aussteigen könnte, doch obsolet.
Steigt der Empfänger noch vor dem Servo aus, macht ein weitere Betrachtung schon Sinn.
M.M.n. bringt einen nur der Versuch weiter. Die endlose Produktion von "es könnte doch sein, dass- Vermutungen" ohne Überprüfung der Hypothesen ist müßig. Ein Handeln nach unüberprüften Hypothesen schon eher problematisch. Sicher enthalten manche Hypothesen auch eine gewisse Plausibilität, aber dann sind die Zusammenhänge auch meist trivial.

 

[fliegerassel]

Ich denke auch, dass ein Test am Boden nur sehr begrenzt abbilden kann, was beim Fliegen tatsächlich passiert.
Wenn es tatsächlich zu Spannungseinbrüchen kommt, meckert doch der Sender. Und die Grenzwerte dort kann ich festlegen. Da muss kein Oszi mitfliegen.

Gruß Mirko

 

[Fliegerass1]

Steve, mal zum Überlegen, wie professionelles Testen geht.

Ein Systemingenieur schreibt eine Spezifikation, wie ein Bauteil funktionieren soll/muss.
da steht dann drin:
Die Empfangsqualität von 100% muss bis zu einer Betriebsspannung von 3,5 Volt gewährleistet sein.
Die Eingangsspannung muss gegen Impulsspannungen mit den Kurvenformen ...... und Impulszeiten von ... ms mit ... db gefiltert werden.
Eine Beeinflussung /Rückwirkung auf angeschlossenen weitere Systeme ist auszuschließen.
.......... und so weiter.

Es wird genau und exakt beschrieben, wie das System physikalisch zu designen ist.

Der Testingenieur, der diese System testen soll (muss eine andere Person sein, wie der Systems oder Software oder Electrical Ingenieur sein), wird die Systems Spezifikation nehmen und positiv Testfälle in seine Testspezifikation formulieren.

Er wird hergehen und die 3,5 Volt Betriebsspannung genau abtesten, ob sie die Anforderungen aus der Systems Spezifikation erfüllt.
Tut das System das, ist alles ok und der Test bestanden

Andere Fälle, außerhalb der Spezifikation werden nicht getestet und sind auch kein Fehlverhalten!!
Ganz wichtig zu wissen.
Deshalb kann man alles kaputttesten und hat trotzdem keine Fehlverhalten im System und letztendlich auch keine Aussage!

Wenn man im Modellbaubereich besser werden will, sollten Modellbaufirmen Freigabelisten und Design Freigaben zur Verfügung stellen.

Zb. Fa Multiplex lässt beim Empfänger .... nur Hitec Servo..... oder KST Servo...., oder Futaba Servo..... mit direktem Empfängeranschluss zu.
Alles andere ist außerhalb der Systemspezifikation.
Das gleiche bei BEC Stromversorgungen.
Bei Multiplex sind nur BEC Stromversorgungen aus Roxxy Reglern ........ zugelassen.
Alles andere ist außerhalb der Spezifikation.
Und so weiter.
Mit diesen Vorgaben, werden die Modellflugplätze wieder sicherer und die Modellflugzeuge wieder zuverlässiger.

 

[lastdownxxl]

Hallo,

beim links rechtslauf eines Servos fließt kurzzeitig beim Anlaufen vom Motor der Blockierstrom U/R.
Als Beispiel die Simulation eines 2.5 Watt Bürstenmotors mit Rm = 2.2 Ohm. Simuliert wird das mathematische Modell des
DC-Motors incl. seiner Massenträgheit vom Rotor Jr. Der Motor ist ein Beispiel von einem kleinen Bürstenmotor der Firma Maxon,
wie sie in unseren Servos vorkommen.

Lasse ich nun alle Servos mit der Servotestfunktionen des Senders an dem Empfänger und der vorhergesehnen Spannungsversorgung hin-und herlaufen, dann hab ich ein gutes Testszenario. Bei einer 2.4 GHz Analge laufen jetzt die Servo nahezu Synchron, es ergeben sich hohe Servoströme in der Summe.

Mit dieser Vorgehensweise lasse ich neue Servos, Empfänger und Regler mit SBEC mal 1 h - 2 h laufen.
Da sehe ich ob meine Versorgung ausreichend dimensioniert ist. Gleichzeitig hab ich schon einen kleinen Burn-In gemacht.

Motormodell (Scilab 5.5.2, open source sw):

Sprungantwort Servostrom mit 6 Volt:

Meine grundlegende Summary:

Schritt 1:
Berechnen der Rudermomente welche im Modell vorherrschen.

[Team Ariane] Aerodynamik-Formelsammlung

Homepage von Oskar Czepa

Rudermoment-Berechnung – MFC-Reichertshofen

mfc-reichertshofen.de

Schritt 2:
LV-oder HV Versorgung festlegen. Geeignete Servos aus der Vielzahl der Hersteller herausfiltern.

Schritt 3:
Strombedarf anhand der tech. Daten und Rudermomente abschätzen.

https://kst-servo-shop.de/media/pdf/00/1d/7f/KST_0106_X10V8_Ss_DB_02_2021_de_.pdf

Digital | HITEC RCD USA

Hobbyists throughout the world continue to recognize Hitec as their preferred servo source. From the...

hitecrcd.com

Schritt 4:
Worst Case Szenario ermitteln. Den Blockierstrom eines Servos (max. Wert) plus Summe der Mittelwert der anderen Servos für die
Supply (BEC oder Akku) als Anforderung für den Dauerstrom festlegen. Dazu gehört auch entsprechende Erfahrung, ein 3D Kunsflugmodell
hat andere Strommittelwerte der Servos als ein Thermiksegler. Extremer Stromhunger entsteht beim Einsatz von Kreiselsystemen.
Schneller Drehrichtungswechsel vom Servo unter hohem Lastmoment ist der Worst Case.

Schritt 5:
Geeignetes ESC/SBEC oder Akku wählen. Strombelastung der Servostecker und des Empfängers (Stecker..) bedenken.

Etwas zu einem SBEC als Supply:

Stützkondensator für Empfänger

… Diesen Supercap mit Diode entkoppeln macht keinen Sinn, denn der muss ja wieder aufgeladen werden, 27 s reicht ja noch nicht mal für eine sichere Landung.... Die Schottky nur um Low-Drop-Regler am Super- Cap beim laden zu umgehen. Wobei wenn ich so schau vertragen die meisten Empfänger...

www.rc-network.de

Schritt 6:
Bei hochwertigen Modellen mit hohem Strombedarf der Servos über den Einsatz von Akkuweichen, Pufferakku, Central Box etc. nachdenken.

Dazu gehören die Grundlagen der Elektrotechnik, Mechanik, Aerodynamik und aus dem Bereich der Zuverlässigkeitstheorie.
Im Zweifel auch einen erfahrenen Modellflieger zu Rate ziehen.

https://angemath.unileoben.ac.at/fileadmin/shares/amat/docs/Zuverlaessigkeitstheorie/Skript_hausenblas.pdf

Gruss
Micha

 

[steve]

Steve, mal zum Überlegen, wie professionelles Testen geht.
Ein Systemingenieur schreibt eine Spezifikation, wie ein Bauteil funktionieren soll/muss.

...wie es funktionieren soll? Interessant ist, wie es funktioniert. Mit sollte/könnte/müsste würde ich nicht anfangen.
Die Schlussfolgerungen aus einem solchen Versuchen bleiben eben doch Schlussfolgerungen. Konkret kann ich mir den ganze Sums mit dem Ozi sparen, da die Anwendung ja an einem Empfänger stattfinden soll - und den hab ich ja. Was nützt es mir, wenn ich eine perfekte Auslegung nach den Spezifikationen habe, diese aber gar nicht valide sind. Z.B. im konkreten Fall der Empfänger bereits bei 3,6V aussteigt - oder der Versuchsaufbau diese Peaks nicht produziert.
Du kritisiert einen einfachen Test, weil man alles auch kaputt testen kann - schlägst aber selber die oben ausgeführte max. komplexe Referenz vor...?
Ein Test darf max. so komplex designt sein, wie für die Beantwortung der Fragestellung notwendig - alles darüber hinaus dient nur dazu, zu zeigen, dass der Ing. wissenschaftlich arbeiten kann - overenginiering kann da aber schnell mal zu Punktabzügen führen, bzw. dazu, dass gegebene Ressourcen nicht optimal genutzt werden könne.

 

[WundererM]

Test zum Belastungsverhalten

Hallo,

vielen Dank für die zahlreichen Rückmeldungen und Beiträge. Einen kurzen Augenblick wollte ich den Vorschlag zu einer Zusammenfassung aufgreifen aber ich habe es dann wieder verworfen. Das Thema wurde von verschiedenen Perspektiven betrachtet und die Beiträge sind wie schon erwähnt, z.T. auf Vorlesungsniveau. Da kann jeder sehr viel lernen und evtl. hilft es, die Stromversorgung zu verbessern.

Was die ursprüngliche Frage angeht: Gibt es Strompeaks die die Spannung soweit einbrechen lassen können, dass die Empfänger kurzzeitig aussteigen? Hab ihr euch das mal auf Logs/Ozi angesehen - ist da was dran, das auch belegt werden kann oder mehr Angst und Unsicherheit?

Ganz offensichtlich gibt es diese Versuche am Oszillographen nicht, keine Diagramme dazu…ist mehr ein Verkaufsargument. Was es gibt, sind die hohen Belastungen im Helibereich, die eine BEC schon mal überfordert. Diese Überforderung wird aber auch mit „normalen“ Logs dargestellt.

Als Lösung dort dann Kondensatoren zur Unterstützung zu nutzen – das hat schon was!

Was ich mir jetzt noch überlegt habe: Wenn es wirklich kritische Strombelastungen gibt, in deren Folge die Spannung soweit einbricht, dass der Empfänger aussteigt – dazu könnte ja ein einfacher Teststand gebaut werden.

Dazu würde ich die Servotestfunktionen des Senders nutzen und sie unter Last in diesem Programm solange bewegen, bis der Empfänger abschaltet. Dazu würde ich dann ein Servo belasten, das andere lasse ich frei laufen. Es wäre dann schon interessant, ob zuerst das belastete Servo, das unbelastete Servo oder der Empfänger seinen Betrieb einstellt. Damit dabei nicht alles gegrillt wird und um etwas Kontrast in den Effekt zu bekommen, nutze ich einen Akku mit geringer Spannung, bzw. geringer Kapazität. Es geht ja um einen Test zum Verhalten des Systems im Grenzbereich, konkret beim Einbruch der Versorgungsspannung – um die Belastbarkeit des Akkus heraus zu finden, gibt es andere Verfahren.

Bei der der Simulation der Belastung gefiel mir dieser Wäscheklammer-Testaufbau am besten.

Wenn ich heute zwischen all den Laminierarbeiten etwas Zeit habe, mache ich mich mal daran.

VG

Doch, diese Oszi-Bilder gibt es sehr wohl. Ich habe selbst vor ein paar Jahren ein paar Messungen hier auf Rcn eingestellt. Das Problem wie immer: wenn man mal etwas sucht, findet man es nicht mehr. Sei es der Beitrag wie auch die Originale sind irgendwo im digitalen Haufendepot untergegangen. Leider fehlt mir absolut die Zeit da jetzt eine Tiefensuche zu machen oder den Versuch nochmal aufzubauen.
Alles was mir daher in Moment bleibt ist, in meiner Eigenschaft als Elektronikingenieur mit bald 20 Jahren Erfahrung zu sprechen und zu bestätigen, dass der magische Rauch in den Bauteilen doch etwas komplexer ist, in der Elektronik sich viele Dinge im Sub-Sekunden Bereich abspielen und am Ende doch wieder Herr Ohm zuschlägt.

 

[bendh]

Hier gibt es Bilder #29:

RC-Stromversorgung - grundlegende Betrachtungen

Jepp...wenn der max. Strom beim Einschalten entsteht und zu hoch ist, sollte das System eigentlich sofort aussteigen. Das es Anbieter für Lösungen gibt und bisweilen für Probleme, die man vorher gar nicht kannte - kann schon sein. Aber dafür kann man ja nachfragen, auch mal selber messen und...

www.rc-network.de

 

[Fliegerass1]

...wie es funktionieren soll? Interessant ist, wie es funktioniert. Mit sollte/könnte/müsste würde ich nicht anfangen.

Steve, du verstehst da was nicht, was auch vollkommen ok ist. Es geht bei Anforderungen (Requirements) nicht um sollte, sondern um soll. (Shall/must).
Drehe dir es nicht so hin, wie du es brauchts, sondern wie ich es geschrieben hatte!

 

[zettl57]

Hätte mal ne Frage zu separat ansteckbaren Elkos an Empfängern.
Habe einen im aktuellen E-Segler eingebaut und hoffe, dass dieser
eventuelle Rückströme bei heftigeren Flumanövern schluckt, bzw.
erhöhten Strombedarf kurzzeitig puffert, damit das BEC nicht
überfordert wird. Die Frage ist: Kann er das überhaupt, oder ist
er evtl. zu voll oder zu leer?

 

[Meier111]

Die Frage ist: Kann er das überhaupt, oder ist
er evtl. zu voll oder zu leer?

Falsche Frage.

Der Elko ist für die kurzzeitige Dämpfung der Störspannung da.

Rippelstrom – Wikipedia

de.wikipedia.org

Restwelligkeit – Wikipedia

de.wikipedia.org

 

[zettl57]

Zugegeben fehlt es mir da an theoretischem Rüstzeug.
Dachte, der Elko übernimmt da eine ähnliche, wenn auch
in geringerem Umfang, Funktionalität wie ein kleiner
Pufferakku.

 

[Domowoi]

[...]
Dachte, der Elko übernimmt da eine ähnliche, wenn auch
in geringerem Umfang, Funktionalität wie ein kleiner
Pufferakku.

Ja das kann man schon so sehen. Ein Low-ESR Elko könnte man als sehr schnellen aber kleinen Akku sehen der jeglichen Spannungsänderungen erstmal entgegen steht. Er kann die Energie aber nur wieder zurück führen. Ein richtiger Überspannungsschutz bräuchte also mindestens noch eine TVS Diode oder ähnliches.

Ob der Elko in deinem Anwendungsfall hilft kann man so pauschal nicht sagen, das müsste man mit einem Oszilloskop messen. Schaden wird er aber nicht.

 

[Nick101]

Hallo Christian! @zettl57

Schau dir mal das hier und das an.

Bei ersten Link geht's um Servorückströme beim zweiten um Low ESR Elkos zum Puffern allgemein.

Gruß
Nick

 

[.Claus]

Ich verwende in (fast) allen meinen Modellen Low-ESR Elkos. Je nach Modell bzw. Servo Anzahl mehr oder weniger uF.
Faustregel, je größer die Kapazität der Elkos desto länger kann Energie gespeichert werden.
In meinen großen Modellen habe ich bis zu 16000uF in der 5V Leitung.

Habe mal einen Test gemacht. Die 5V habe ich mit einem regelbaren Netzteil extern eingespeist und bin hier mit der Spannung runtergegangen.
Soweit das bei betätigen aller Servos der Empfänger ausgesetzt hat. Dann habe ich die Elkos angeschlossen und der Empfänger ist nicht mehr ausgefallen. Das beweist mir das die Elkos etwas bringen.

In der Regel benötigt man aber keine zusätzlichen Elkos wenn das System (Servos, BEC usw.) in Ordnung ist. Es beruhigt aber

 

[Nick101]

...
In der Regel benötigt man aber keine zusätzlichen Elkos wenn das System (Servos, BEC usw.) in Ordnung ist. Es beruhigt aber

...gerade wenn ein Gyro bei Flächenmodellen oder ein FBL beim Heli verwendet wird!

Da kann selbst ein kurzzeitiger Spannungseinbruch (Brownout) mit anschließendem Neustart des RC-Systems im Flug zum Totalverlust des Modells führen, weil die erneute Initialisierung des Kreisels oder FBLs aufgrund von Fluglage/Bewegung nicht durchgeführt werden kann.

Gruß
Nick

 

[lastdownxxl]

bzw.
erhöhten Strombedarf kurzzeitig puffert, damit das BEC nicht
überfordert wird.

Hallo,

ein großer Low ESR Elko mit 16000 uF/25 V (Beispiel vom Claus) hat eine geringe Impedanz im Bereich von 14 mOhm.
Er liegt jetzt z. B. parallel zu einem schwachen (S)BEC mit hoher Ausgangsimpedanz von 200 mOhm. Die Ausgangsimpedanz der Spannungsversorgung wird jetzt deutlich reduziert, sie ist jetzt etwas kleiner als die 14 mOhm. Dadurch wird bei impulsförmigen hohen Motorströmen beim Anlaufen der Servos, z. B. beim Einsatz vom Butterfly, das (S)BEC für wenige Millisekunden deutlich weniger einbrechen.
Siehe dazu auch #128, Sprungantwort Servostrom.

Allerdings bedarf es dazu schon LOW ESR Elkos mit hoher Kapazität, mit einem typischen 4700 uF Elko ist der Puffereffekt sehr sehr gering.
Ein leerer Elko bedeutet für das (S)BEC beim Einschalten einen satten Kurzschluss, manche (S)BEC gehen dann gleich in die Begrenzung
und regeln herunter. Daher sollte man da vorsicht sein mit sehr großen Kapazitäten.

Primär sind die Elkos zum Speichern der Servorückströme (Generatorbetrieb vom Servomotor) gedacht. Beim Betrieb mit einem (S)BEC
können diese Servorückströme je nach Fabrikat vom Regler/BEC nicht oder ungenügen aufgenommen werden. Als Folge kann die Spannung
am Empfängereingang in seltenen Fällen auf ein gefährliches Niveau ansteigen. Bei Servos mit BLDC-Motoren, welche mit hoher Leistung
zurückspeisen, wird die zurückgeführte Energie teilweise mit einem zuschaltbarem Widerstand niedergeknüppelt, nennt man Bremschopper.

Gruss
Micha