Welche ESC-Reihe hat den besten Wirkungsgrad? (3S, ca 30A)

[Pilot97]

Hallo RCN,

ich habe ein festes Antriebssetup an 3S. Zieht ca. 30A Dauer. Dafür suche ich einen ESC mit dem besten Wirkungsgrad bzw. den kleinsten Verlusten. Getestet sind die unten gezeigten ESCs bei 12V (Netzteil). Der Kolibri 140LV liefert die besten Ergebnisse, aber ist auch ein dicker/schwerer Klotz.
Gibt es Erfahrungen bzw. Vergleiche der Hacker, JETI, DPower und wie sie alle heißen ESCs? Das Gewicht sollte dabei so gering wie möglich bleiben.

Danke schonmal!

Grüße,
Henry

 

[s.nase]

Wirkungsgrad und MotorSchub ist ja nicht wirklich das gleiche. Und ein Netzteil ist auch eine viel zu instabile Stromquelle für so einen Test. Da würde ich wenigstens einen 3s Lipo(Ladezustand 12V) parallel mit an das 12V NT anschließen.

Ich denke Mal moderne ESC haben immer ein mehr oder weniger gut funktionierendes Autotiming, um bei jeder Drehzahl und Motorlast möglichst hohen Wirkungsgrad (Schub pro Ampere) aus dem Motor herraus zu holen. Wenn maximaler Schub pro Spannung gefragt ist( erhöhtes Motortiming), sinkt natürlich der Wirkungsgrad....

Besten Wirkungsgrad erreicht man wahrscheinlich mit einem richtigem Sinus ESC, die aber Probleme mit sehr hohen Drehzahlen haben können (siehe Datenblatt). Brauchbares Autotiming bekommt man aber auch schon mit normalen 32Bit ESC.

 

[justme]

Ich stimme @s.nase da zu. Ich glaube nicht, dass Deine Messung aussagekräftig ist.
Vom schlechtesten zum besten Schub zeigst Du 18% Unterschied. Wie hast Du sichergestellt, dass hier der gleiche Eingangsstrom geflossen ist und auch die Spannung absolut konstant war? 30A sind meistens kein Pappenstiel für ein Netzteil. Sind alle Regler mit den gleichen Einstellungen gefahren?

 

[WundererM]

Moderne Esc sind alle vom Grundaufbau her gleich. Da gibt es kein Konzept, das völlig aus dem Rahmen fällt und recolutionär anders noch 15% mehr herausholt. Die Unterschiede sind im feinen Bereich beim Timing und haubtsächlich in der Endstufe. Da sinkt der Widerstand gegebenfalls je nach verwendeten Fets und Anzahl. Aber wir sprechen hier um Zahlen im unteren mOhm-Bereich. Im Endeffekt wird also der Unterschwied zwischen dem einen Esc und einem Anderen zwei, drei Prozent betragen was so für den Laien kaum messbar ist.

 

[akafly]

Im Endeffekt wird also der Unterschwied zwischen dem einen Esc und einem Anderen zwei, drei Prozent betragen was so für den Laien kaum messbar ist.

Es sei denn man misst die Abwärme von ESC und Motor unter vergleichbaren Bedingungen.

 

[WundererM]

Es sei denn man misst die Abwärme von ESC und Motor unter vergleichbaren Bedingungen.

Ich hab explizit gesagt "der Laie". Viele schaffen es gerade mal, einen Durchgang zu prüfen und eine Spannung zu messen. Schon eine Strommessung ist für viele eine Hürde. Und dann fangen wir an Temperaturen zu messen, ohne Kalibrierung, ohne Rth zu beachten, ohne thermische Anbindung, ohne Referenztemperatur und, und, und. Da kommen doch rosa Elefanten und blaue Mäuse raus. Ich war mehrere Jahre im Power test cycling tätig, weiss also wovon ich rede

 

[lastdownxxl]

Hallo Henry,

der Standschub von einem Propeller ist keine Leistung, der Wirkungsgrad von einem Propeller ist bei einer Standschubmessung gleich Null.
Somit kann aus einer Standschubmessung kein Wirkungsgrad vom Antriebsstrang (Motor & Drehzahlsteller) bestimmt bestimmt werden.

Neben dem Rds(on) der Regler FETs ist ein effektives Auto-Timing entscheidend für den Wirkungsgrad vom Antriebsstrang.
Kontronik Regler sind anscheinend sehr gut, hab ich schon des öfteren gelesen, unter anderem auch vom Gerd Giese. Im 3S-30A Bereich
gibt es allerdings keine ESC von Kontronik.

Wirkungsgrad Antriebsstrang:
eta = (pi/30*n*M) / (U*I)

M... Abgegebenes Drehmoment [N]
n... Drehzahl [1/min]

In der Tabelle sind die RDs(on) von den Jeti Spinn ESC aus dem Jahr 2005.

Ein Joker 3542-4.5 V3 Außenläufer (28 A Dauerstrom) z. B. hat ein Motor R von 25 mOhm, ein Jeti Spinn 44 hat 4 mOhm.
Ein deutlich überdimensionierter Drehzahlsteller ist gut für den Wirkungsgrad, leider passt der Drehzahlsteller dann oftmals nicht mehr in einen
Besenstielrumpf.

Gruss
Micha

 

[akafly]

Dem Themenstarter reichen vergleichende Messungen. Erwärmung statt Wirkungsgrad zu messen, ist einfacher. Zudem ändert sich die Abwärme relativ betrachtet stärker als der absolute Wirkungsgrad.

 

[WundererM]

Im Esc gibt es prinzipiell drei Teile, die die Verlustleistung bestimmen:
1) das Timing der Ansteuerung (Software)
2) die Treiberschaltung der FETs
3) die FETs der Endstufe.

Über 1) kann man nur sehr schwer Aussagen treffen da wohl kaum ein Hersteller Einblick in seine Software gibt. Man müsste über akribische Messung der Controler-Ausgänge und Motorströme darauf zurückrechnen

2) bietet auch nicht soviel Spielraum. Die Hersteller werden da zu 90% auf integrierte Driver setzen und die kochen Alle mit dem gleichen Wasser. Die Entwicklung eines eigenen Treiber-Konzepts ist sehr auswändig und lohnt sich in diesen Sektor nicht

3) Die Power-Mosfets sind heutzutage vielfach sehr ähnlich. Wir finden da durchgängig HEXFETs mit sehr ähnlichen Eigenschaften. Die Gatekapazität und das Rdson sind hauptsächlich entscheidend für die Verluste. Da haben wir dann so Unterschiede von z.b. Typ A mit typisch 36mOhm und Typ B mit 41mOhm. Um eine Rechnung zu machen: bei 30A Motorstrom sind das bei diesen 0,005 Ohm differenz 4,5W Differenz in der Verlustleistung. Da bei einem Regler mit 30A meist schon mindestens zwei Fets paralell geschaltet sind, halbiert sich die Differenz auf 2,25W.

Was ich damit sagen will: imho wird der Threadstarter mit vier verschiedenen Escs im gleichen Rumpf mit den gleichen Antriebsstrang recht geringe Unterschiede in der Verlustleistung des Esc haben. Die Erwärmung wird zudem noch stark verzerrt vom Bec im Regler und somit eine Messung kaum effektiv machen. Sprich man versucht Erbsen zu zählen, kratzt aber in Wirklichkeit in der Kartoffelkiste.

 

[Stein Elektronik]

Hi,

konzentriere Dich lieber auf den Gesamtwirkungsgrad des Antriebs.
Passt der Propeller zur Modellgeschwindigkeit, läuft der Motor in einem vernünftigen Bereich und nicht bei Voll-Last auf der letzen Rille.

Und gerade im Bereich der Propeller gibt es anscheinend große Unterschiede, trotz gleicher Steigung und Durchmesser.

Und immer daran denken, die letzten 10% Optimierung kosten überproportional viel Geld

 

[Pilot97]

Hallo zusammen,

erstmal danke für die Zahlreichen Rückmeldungen.

Wirkungsgrad und MotorSchub ist ja nicht wirklich das gleiche. Und ein Netzteil ist auch eine viel zu instabile Stromquelle für so einen Test. Da würde ich wenigstens einen 3s Lipo(Ladezustand 12V) parallel mit an das 12V NT anschließen.

Ich denke Mal moderne ESC haben immer ein mehr oder weniger gut funktionierendes Autotiming, um bei jeder Drehzahl und Motorlast möglichst hohen Wirkungsgrad (Schub pro Ampere) aus dem Motor herraus zu holen. Wenn maximaler Schub pro Spannung gefragt ist( erhöhtes Motortiming), sinkt natürlich der Wirkungsgrad....

Besten Wirkungsgrad erreicht man wahrscheinlich mit einem richtigem Sinus ESC, die aber Probleme mit sehr hohen Drehzahlen haben können (siehe Datenblatt). Brauchbares Autotiming bekommt man aber auch schon mit normalen 32Bit ESC.

Ich stimme @s.nase da zu. Ich glaube nicht, dass Deine Messung aussagekräftig ist.
Vom schlechtesten zum besten Schub zeigst Du 18% Unterschied. Wie hast Du sichergestellt, dass hier der gleiche Eingangsstrom geflossen ist und auch die Spannung absolut konstant war? 30A sind meistens kein Pappenstiel für ein Netzteil. Sind alle Regler mit den gleichen Einstellungen gefahren?

Bei gleichem Motor, gleichem Propeller, gleicher Spannung ist der Schub letztendlich nur noch abhängig vom ESC und dessen Einstellungen. Wirkungsgrad ist vielleicht nicht der ganz korrekte Begriff, das stimmt, mein Fehler, mir geht es um den maximalen Schub (oder maximalen Strom) mit dem Setup aus Motor, Propeller an 3S und NICHT um das beste Verhältnis von Schub zu Strom. Dafür wurde bei den ESCs (falls programmierbar) das Timing auf 30° (max. möglich) gestellt.
Spannung und Strom wurden überwacht (INA219, 50A 75mV Shunt), Spannung war sehr konstant 12,2V +-30mW (Servernetzteil 500W)

der Standschub von einem Propeller ist keine Leistung, der Wirkungsgrad von einem Propeller ist bei einer Standschubmessung gleich Null.
Somit kann aus einer Standschubmessung kein Wirkungsgrad vom Antriebsstrang (Motor & Drehzahlsteller) bestimmt bestimmt werden.

Wirkungsgrad Antriebsstrang:
eta = (pi/30*n*M) / (U*I)

M... Abgegebenes Drehmoment [N]
n... Drehzahl [1/min]

In der Tabelle sind die RDs(on) von den Jeti Spinn ESC aus dem Jahr 2005.

Anhang anzeigen 12181563

Ein Joker 3542-4.5 V3 Außenläufer (28 A Dauerstrom) z. B. hat ein Motor R von 25 mOhm, ein Jeti Spinn 44 hat 4 mOhm.
Ein deutlich überdimensionierter Drehzahlsteller ist gut für den Wirkungsgrad, leider passt der Drehzahlsteller dann oftmals nicht mehr in einen
Besenstielrumpf.

Gruss
Micha

Natürlich kann bei einer Standschubmessung der Wirkungsgrad von Motor & ESC gemessen werde. Genau mit der Gleichung die du dadrunter geschrieben hast, man braucht halt das Drehmoment, was mit einfachen Mitteln aber nicht ganz so einfach zu messen ist.

Danke für die Tabelle! Was ich mitgenommen habe, dass der Innenwiderstand vom ESCs möglichst gering sein sollte. Ist ja irgendwie auch logisch: U~konst & R sinkt => I steigt => Motorleistung steigt

Da mein erster Post etwas missverständlich ist; durch die Antworten etwas sinnvoller formuliert suche ich einen ESC mit möglichst geringen Innenwiderstand und dabei geringen Gewicht für 3S.

Grüße,
Henry

 

[justme]

Ok, jetzt ist es etwas klarer. Die 18% mehr Schub hatten demnach auch einen etwas höheren Strom zur Folge. Mit der Vorbereitung nehme ich an, dass Du auch sichergestellt hast, dass alle beteiligten Regler eingelernt waren, bzw. ganz sicher auch auf Vollgas standen, korrekt?
Wenn dem auch so ist, halte ich die 18% Unterschied im Schub für ziemlich interessant. Eine Wette hätte ich verloren. Aber leider kann ich Dir dann auch nicht weiterhelfen. So genau habe ich meine Regler noch nie untersucht :-/
Umso genauer betrachte ich jetzt Deine Resultate ... :-)

 

[lastdownxxl]

Da mein erster Post etwas missverständlich ist; durch die Antworten etwas sinnvoller formuliert suche ich einen ESC mit möglichst geringen Innenwiderstand und dabei geringen Gewicht für 3S.

Hallo Henry,

der Ri von einem ESC wird meistens von den Herstellern nicht angegeben. Bis auf Jeti hab ich eigentlich noch keine Angaben dazu gefunden.
Bei den MasterBasic von Jeti findet man noch diese Werte.

MasterBasic 40SB
Technische Daten:
Maße: 67 x 25 x 10 mm (ohne Kabel)
Innenwiderstand (mOhm): 2 x 2,0
Strom Dauer (2,2Ah batt.): 40*
FETs: 24

Quelle: https://www.hacker-motor.com/daten/anleitungen/MasterBasic-Anleitung.pdf

Wie man sieht hat sich zu den Daten eines Jeti Spinn 44 von 2005 (Tabelle #7) auch heute nichts geändert. Vermutlich sind die Ri-Werte bei ESC's gleicher Größe, max. Zellenzahl und Dauerstrom relativ ähnlich. Die Auswahl an geeigneten FET's ist ja relativ überschaubar.
Aus meiner Erfahrung ist das Timing zusammen mit der Hardware (Prozessorleistung) ein maßgebender Faktor bei der Leistungsentfallung
des Antriebsstranges.

Vor ein paar Jahren hab das Kv und den Leerlaufstrom von einem Kira 600-24, 6.7:1 gemessen. Verwendet wurden drei unterschiedliche ESC, jeweils mit Timing 0° bzw. Low als festes Timing. Dabei ergab sich eine Abweichung im Kv von 6 % zwischen dem min und max Wert. Beim Io lag der Wert zwischen 3.2 A und 5 A @ 14.8 Volt. Der Standschub vom Propeller ändert sich übrigens näherungsweise mit Kv², die Aufnahmeleistung mit Kv³. Der Einfluss vom ESC auf die Leistungsentfallung ist nicht unerheblich, der Ri vom ESC macht da nur einen Teil davon aus.

Im übrigen wird durch eine falsche Antriebsauslegung der beste ESC nicht viel bringen.

Gruss
Micha

 

[lastdownxxl]

Hallo Henry,

noch eine Tabelle mit ESC Ri's. Schaut man z. B. bei 40 A ESC's, dann ist der Ri meistens in der selben Größenordnung.

MotoCalc Speed Control Table

Einfluss ESC Ri auf den Motorwirkungsgrad:

Der ESC Ri addiert sich zum Motor R. Bei einem Aussenläufer mit R = 25 mOhm ändert ein 2*2.6 mOhm (Spin 33) bei 30 A nur marginal etwas am Wirkungsgrad. Der ESC etc. ist ansonsten als Verlustfrei angenommen.

% Berechnung eta
clc
Uk = 12;  % Klemmspannung
R = 0.025; % Wicklungswiderstand
R1 = R+2*0.0026; % Wicklungswiderstand + Ri ESC
Io = 1.1;  % Leerlaufstrom
Ik = Uk/R;
Ik1 = Uk/R1;
Imotor = 30;
eta = 100*(1 + Io/Ik - Imotor/Ik - Io/Imotor)
eta1 = 100*(1 + Io/Ik1 - Imotor/Ik1 - Io/Imotor)
eta_diff = eta-eta1

eta = 90.31 %
eta1 = 89.06 %
eta_diff = 1.24 %

Gruss
Micha

 

[s.nase]

Ein ESC arbeitet nicht mit Gleichstrom, sodern mit einem pulsierenden Gleichstrom. Daher kann die Stabilität der Stromquelle einen deutlichen Einfluss auf die nutzbare Motorleistung haben. Weil ne schwingende Klemmspannung die pulsierende Ansteuerung der FETs verfälscht, wodurch mehr Schaltverluste in den FETs entstehen.

Ein SchtaltNT kommt nur schlecht mit pulsierenden Gleichströmen zurecht, wenn nicht genügend Ausgangskapazität am NT, oder genügend Eingangskapazität am ESC vorhanden ist. Ein LiPo kommt mit pulsierenden Gleichströmen viel besser zurecht, wenn er ausreichend niedrigen Innenwiderstand hat. Die stabile Vorsorgungsspannung kommt aber auch nur an den FETs und den MotorWicklungen an, wenn die Kontaktwiderstände(Kabel,Stecker) zwischen Lipo/ESC/Motor möglichst niedrig ist.

Ein SchtaltNT würde ich als Stromversorgung nur verwenden, wenn die NTspannung durch ausreichend großem Kondensator oder Lipo gepuffert ist. Das verhindert auch, das die Versorgungsspannung extrem ansteigt, wenn der Motor abgebremst wird(Motorbremse).

Das ein 140A ESC deutlich besser funktioniert als ein billiges 30A ESC ist nicht nur dem geringen FETwiderständen zu zuschreiben, sondern auch alleine schon den deutlich höheren Eingangskapazitäten an dem großem 140A ESC. Das wirkt sich besonders deutlich aus, wenn die Stromversorgung(ungepufferte NTspannung, oder hohe Kontaktwiderstände) nicht besonders stabil ist.

Da es dir ja auch um ein kompaktes ESC geht, würde ich es mit einem vernünftigen QuadrocopterESC versuchen. Die sind klein, und müßen im Betrieb deutlich höhere Ansprüche erfüllen als ein einfaches FliegerESC.

KISS ESC 3-6S 32A (45A limit) - 32bit brushless Motor Ctrl

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www.flyduino.net

Vieleicht findest du auch noch ein ähnliches QuadrocopterESC mit 2s-4s FETs. Das verspricht bessere FETs für den 3s Betrieb, und eventuell auch höhere Eingangskapazität auf dem ESC.