Teillastwirkungsgrade von Stellern: keine 50%!?
- Ersteller Leelander
- Erstellt am
50% Wirkungsgrad würde ja bedeuten, das im Teillastbetrieb 50% der Gesamtleistung die der Akku abgibt im Steller in Wärme umgesetzt werden. Wenn ein Motor im Teillastbetrieb z. B. 300W aufnimmt würden demnach 300W im Steller verbraten! Wenn das stimmen würde, müßten die Kühlbleche an den Stellern etwas größer ausfallen.
Gruß Walter
Gruß Walter
Hallo,
die Ausage ist wohl so zu verstehen, daß der MOTORWIRKUNGSGRAD (nicht der Stellerwirkungsgrad) im Teillastbetrieb unter 50% sinkt.
Trotzdem ist das eine arge Verallgemeinerung und Verkürzung. Zwischen Teillast und Teillast gibt es gewaltige Unterschiede. Der Motorwirkungsgrad hängt ganz sicher vom Grad der Teillast, und dann selbstverständlich vom Ausgangszustand (Wirkungsgrad im zugehörigen Vollast-Betriebspunkt)ab.
Bevor man so eine Meinung übernimmt oder verbreitet, sollte man schon etwas genauer hinsehen und in die Details gehen.
Bei den Bürstenmotoren habe ich mich vor Jahren mal eingehend mit dem Problem beschäftigt. Es ist schon so, daß der Motorwirkungsgrad bei Teillast absinkt. Aber um wieviel, hängt von den Umständen im Einzelfall ab; Teillastgrad, Taktfrequenz des Stellers, elektrische Daten des Motors....
Egal, ob man sich theoretisch oder experimentell mit dem Thema beschäftigt, es ist ziemlich viel Arbeit angesagt.
Bei den Bls weiß ich nicht genug, um was Tragfähiges dazu zu sagen.
Wahrscheinlich können Heli-Flieger (Frank??)mehr dazu sagen, die fliegen ja fast ständig mit Teillast. Die genannten 50% glaube ich nicht so recht.
Gruß,
Helmut
[ 14. Oktober 2003, 13:28: Beitrag editiert von: haschenk ]
die Ausage ist wohl so zu verstehen, daß der MOTORWIRKUNGSGRAD (nicht der Stellerwirkungsgrad) im Teillastbetrieb unter 50% sinkt.
Trotzdem ist das eine arge Verallgemeinerung und Verkürzung. Zwischen Teillast und Teillast gibt es gewaltige Unterschiede. Der Motorwirkungsgrad hängt ganz sicher vom Grad der Teillast, und dann selbstverständlich vom Ausgangszustand (Wirkungsgrad im zugehörigen Vollast-Betriebspunkt)ab.
Bevor man so eine Meinung übernimmt oder verbreitet, sollte man schon etwas genauer hinsehen und in die Details gehen.
Bei den Bürstenmotoren habe ich mich vor Jahren mal eingehend mit dem Problem beschäftigt. Es ist schon so, daß der Motorwirkungsgrad bei Teillast absinkt. Aber um wieviel, hängt von den Umständen im Einzelfall ab; Teillastgrad, Taktfrequenz des Stellers, elektrische Daten des Motors....
Egal, ob man sich theoretisch oder experimentell mit dem Thema beschäftigt, es ist ziemlich viel Arbeit angesagt.
Bei den Bls weiß ich nicht genug, um was Tragfähiges dazu zu sagen.
Wahrscheinlich können Heli-Flieger (Frank??)mehr dazu sagen, die fliegen ja fast ständig mit Teillast. Die genannten 50% glaube ich nicht so recht.
Gruß,
Helmut
[ 14. Oktober 2003, 13:28: Beitrag editiert von: haschenk ]
Ich werde mir den Artikel nochmals ansehen und versuchen Wissenswertes hier reinzustellen. Gerade weil die zu berücksichtigenden Parameter extrem vielfältig sind, fände ich eine Diskussion übrigens sinnvoll. Dass es nicht derart verallgemeinert werden kann, habe ich mir schon gedacht, aber natürlich absichtlich etwas reisserisch formuliert (Entschuldigung hierfür! 
). In Praktischer Hinsicht frage ich mich aber trotzdem: Was bringt mir ein Beat-Steller bei Kunstflug mit vielen Teillastphasen. Bzw.: Wo investieren: In Steller, Zellen oder in Motor? Gute Zellen und Motor waren für mich bisher allerdings in gewissem Grade selbstverständlich.
). In Praktischer Hinsicht frage ich mich aber trotzdem: Was bringt mir ein Beat-Steller bei Kunstflug mit vielen Teillastphasen. Bzw.: Wo investieren: In Steller, Zellen oder in Motor? Gute Zellen und Motor waren für mich bisher allerdings in gewissem Grade selbstverständlich.Peter Rother
User
Hallo Oliver
moeglicherweise verwechselst Du zwei Wirkungsgrade.
Du schreibst der Wirkungsgrad vom Steller waere 50%. Das trifft nicht zu, weil der Steller bei 300W Ausgangsleistung auch 300W in sich selbst verbratten muesste (Waerme). Er waere innerhalb einige Sekunden verbrannt.
@alle
Die modernen Steller koennen aber nur einige Watts als Waerme abgeben und deshalb haben Wirkungsgrade die abhaengig von der PWM-Frequenz und der schnelligkeit der MOSFETs (wie schnell umgeschaltet werden) im Bereich 99% und mehr liegt.
Du sprichst sicherlich von Wirkungsgrad des Motors in der Teillast. Das ist aber was anders. Dieser Wirkungsgrad haengt primaer mit der Tiefe der Teillast. Ich habe vor ca 1.5 Jahren ziemlich genaue Messungen (fuer das Messwerkzeug siehe Pruflabor bei www.torcman.de) durchgefuehrt und Eta-Kurven gegenueber der Teillasttiefe (verstanden als 1-Duty_Cycle des PWMs) aufgezeichnett. In ganz guter Naehrung kann man folgende Gleichung aufstellen (fuer Teillasttiefen 0 bis 0.7):
Eta=Volllast_Eta*(1-k*Teillasttiefe)
Das heisst bei Volllast ist Teillasttiefe=0
k - um so groesser (bis 0.3) um so schlechter die PWM-frequenten Eingenschaften des Motors. Diese Eigenschaften haengen primaer mit der Wicklungsinduktivitaet, Wicklungsverlusten bei PWM und den Verlusten in dem magnetischen Weg wenn PWM-Frequenzen Strom teilweise pulsen, wie auch in der Innenresistanz des Antriebsakkus (weil gepulster Strom wegen I^2 viel mehr Verluste verursacht als ein DC-Strom mit derselben mittleren Wert - Crest Faktor).
Dazu kommen noch enige weniger wichtige Verluste die ich hier weglasse. Ist der Motor mit segmentierten Magneten ausgefuehrt (zB Lehner) sind die Verluste in dem Magneten sehr gering.
Der Faktor k kann aber auch sehr gering sein (bei hoher Induktivitaet der Wicklung und einem guten Steller), sodass sogar bei extremmer Teillast der Wirkungsgrad nur weniger Prozente unterhalb des Volllastwirkungsgrades liegt. Beweis dafuer ist der Teillastflug (20w gegenueber 220w) meiners Messflugzeugs:
http://www.torcman.de/peterslrk/Messungen/Flugmessungen_klein.html
was sehr passable Wirkungsgrade zeigt trotz 90% Teillasttiefe (10% Gas)
Es ist also zu pauschal gesagt, die Steller oder Motoren haben einen Wirkungsgrad von 50% in der Teillast. Das trifft nicht zu. Je groesser die Teillast desto mehr sinkt der Wirkungsgrad von dem Vollgaswirkungsrad. Das sind aber in den praktischen Faellen nur Prozente (sonst wuerde jeder Heli vom Himmel fallen).
Wie schon gesagt, die einfache lineare Gleichung ist nur die erste Naehrung des Problemms. Bei manchen Motoren habe ich eine leichte Kruemung der Linie beobachtet, sodass eine Gleichung 2te Ordnung besser waere. Fuer die Diskusion hier, hoffe ich, reicht die erste Naehrung.
Uebrigens eine Messung des tatsaechlichen Teillastwirkungsgrades gegenueber des Volllastwirkungsgrades ist gar nicht so schwer und wenn Interesse besteht, kann ich naeher drauf angehen. Dafuer benoetigt man nur U,I,n an einer LS und die Teillasttiefe (entweder am Oszi den Duty Cycle beobachten oder die Teillast von der Knueppelposition abschaetzen oder einfach die erziellte Eingangsleistungminderung nehmen).
moeglicherweise verwechselst Du zwei Wirkungsgrade.
Du schreibst der Wirkungsgrad vom Steller waere 50%. Das trifft nicht zu, weil der Steller bei 300W Ausgangsleistung auch 300W in sich selbst verbratten muesste (Waerme). Er waere innerhalb einige Sekunden verbrannt.
@alle
Die modernen Steller koennen aber nur einige Watts als Waerme abgeben und deshalb haben Wirkungsgrade die abhaengig von der PWM-Frequenz und der schnelligkeit der MOSFETs (wie schnell umgeschaltet werden) im Bereich 99% und mehr liegt.
Du sprichst sicherlich von Wirkungsgrad des Motors in der Teillast. Das ist aber was anders. Dieser Wirkungsgrad haengt primaer mit der Tiefe der Teillast. Ich habe vor ca 1.5 Jahren ziemlich genaue Messungen (fuer das Messwerkzeug siehe Pruflabor bei www.torcman.de) durchgefuehrt und Eta-Kurven gegenueber der Teillasttiefe (verstanden als 1-Duty_Cycle des PWMs) aufgezeichnett. In ganz guter Naehrung kann man folgende Gleichung aufstellen (fuer Teillasttiefen 0 bis 0.7):
Eta=Volllast_Eta*(1-k*Teillasttiefe)
Das heisst bei Volllast ist Teillasttiefe=0
Code:
zB. bei k=0.1
Teillasttiefe Eta
0 85% - Vollgas
0.1 84%
0.5 80% - 50% TeillastDazu kommen noch enige weniger wichtige Verluste die ich hier weglasse. Ist der Motor mit segmentierten Magneten ausgefuehrt (zB Lehner) sind die Verluste in dem Magneten sehr gering.
Der Faktor k kann aber auch sehr gering sein (bei hoher Induktivitaet der Wicklung und einem guten Steller), sodass sogar bei extremmer Teillast der Wirkungsgrad nur weniger Prozente unterhalb des Volllastwirkungsgrades liegt. Beweis dafuer ist der Teillastflug (20w gegenueber 220w) meiners Messflugzeugs:
http://www.torcman.de/peterslrk/Messungen/Flugmessungen_klein.html
was sehr passable Wirkungsgrade zeigt trotz 90% Teillasttiefe (10% Gas)
Es ist also zu pauschal gesagt, die Steller oder Motoren haben einen Wirkungsgrad von 50% in der Teillast. Das trifft nicht zu. Je groesser die Teillast desto mehr sinkt der Wirkungsgrad von dem Vollgaswirkungsrad. Das sind aber in den praktischen Faellen nur Prozente (sonst wuerde jeder Heli vom Himmel fallen).
Wie schon gesagt, die einfache lineare Gleichung ist nur die erste Naehrung des Problemms. Bei manchen Motoren habe ich eine leichte Kruemung der Linie beobachtet, sodass eine Gleichung 2te Ordnung besser waere. Fuer die Diskusion hier, hoffe ich, reicht die erste Naehrung.
Uebrigens eine Messung des tatsaechlichen Teillastwirkungsgrades gegenueber des Volllastwirkungsgrades ist gar nicht so schwer und wenn Interesse besteht, kann ich naeher drauf angehen. Dafuer benoetigt man nur U,I,n an einer LS und die Teillasttiefe (entweder am Oszi den Duty Cycle beobachten oder die Teillast von der Knueppelposition abschaetzen oder einfach die erziellte Eingangsleistungminderung nehmen).
http://www.kontronik.com/50pwm.xls
http://www.kontronik.com/75pwm.xls
http://www.kontronik.com/100pwm.xls
http://www.kontronik.com/mischmaschpwm.xls
[ 15. Oktober 2003, 08:59: Beitrag editiert von: Motormike ]
http://www.kontronik.com/75pwm.xls
http://www.kontronik.com/100pwm.xls
http://www.kontronik.com/mischmaschpwm.xls
[ 15. Oktober 2003, 08:59: Beitrag editiert von: Motormike ]
Peter Rother
User
Walter,
es sind schon Teillast-Daten, allerdings nach m.E. nicht bei 75% und 50% sondern bei 93% und ca 75%.
Was ist eigentlich PWM (Puls, With==Breite, Modulation)?
Es ist ein Verfahren die Versorgung der einzelnen Spulen des Motors so schnell zu zerhacken, dass die Spule eine niedrigere mittlere Spannung sieht. Im Detail ist es ein bisschen komplexer - Daraus resultiert eine gewolte niedrigere Drehzahl.
Deshalb,
wenn man dasselbe Lastmoment von zB. 0.6 Nm abverlangt, dreht der Motor aus dem File 100pwm.xls genau 10637.9upm (nach Interpolation aus den benachbarten 3 Messpunkten) und aus dem File 75pwm.xls bei 0.6 Nm genau 9941.5upm (nach Interpolation aus den benachbarten 3 Messpunkten).
Daraus ergibt sich eine tatsaechliche PWM des Files 75pwm.xsl von 9941.5/10637.9=93%
Das Eta bei 93% PWM und 0.6 Nm ist 78.5%, wobei bei 100%PWM (Vollgas) 80.5% war.
Identisch kann man vorgehen um den File 50pwm.xls zu beurteilen und bekommt ca 75% PWM.
Die zwei Kurven, bei 100% und 93%, kann man dann mit der Gleichung
Eta=Volllast_Eta*(1-k*Teillasttiefe)
naehrungsweise verbinden und bekommt k.
Wichtig an der Stelle waere zu wissen, ob der Controller bei steigender abverlangten Motorlast, auch konstant den PWM-Faktor beibehaelt, was nicht sein muss.
Man sieht also, dass das Eta in der Teillast weit groesser ist, als behauptete 50% und tatsaechlich sehr nahe dem Vollgas-Eta liegt, natuerlich abhaengig von der Teillasttiefe.
es sind schon Teillast-Daten, allerdings nach m.E. nicht bei 75% und 50% sondern bei 93% und ca 75%.
Was ist eigentlich PWM (Puls, With==Breite, Modulation)?
Es ist ein Verfahren die Versorgung der einzelnen Spulen des Motors so schnell zu zerhacken, dass die Spule eine niedrigere mittlere Spannung sieht. Im Detail ist es ein bisschen komplexer -
Daraus resultiert eine gewolte niedrigere Drehzahl. Deshalb,
wenn man dasselbe Lastmoment von zB. 0.6 Nm abverlangt, dreht der Motor aus dem File 100pwm.xls genau 10637.9upm (nach Interpolation aus den benachbarten 3 Messpunkten) und aus dem File 75pwm.xls bei 0.6 Nm genau 9941.5upm (nach Interpolation aus den benachbarten 3 Messpunkten).
Daraus ergibt sich eine tatsaechliche PWM des Files 75pwm.xsl von 9941.5/10637.9=93%
Das Eta bei 93% PWM und 0.6 Nm ist 78.5%, wobei bei 100%PWM (Vollgas) 80.5% war.
Identisch kann man vorgehen um den File 50pwm.xls zu beurteilen und bekommt ca 75% PWM.
Die zwei Kurven, bei 100% und 93%, kann man dann mit der Gleichung
Eta=Volllast_Eta*(1-k*Teillasttiefe)
naehrungsweise verbinden und bekommt k.
Wichtig an der Stelle waere zu wissen, ob der Controller bei steigender abverlangten Motorlast, auch konstant den PWM-Faktor beibehaelt, was nicht sein muss.
Man sieht also, dass das Eta in der Teillast weit groesser ist, als behauptete 50% und tatsaechlich sehr nahe dem Vollgas-Eta liegt, natuerlich abhaengig von der Teillasttiefe.
@Motormike
also für mich sehen Deinen Tabellen so aus, als ob dort ein Motor bei verschiedenen Belastungen im Vollgasbetrieb vermessen wurde. Die Frage war doch aber wie verhält es sich mit dem Wirkungsgrad im Teillastbetrieb. Bitte kläre mich auf wenn ich Deine Tabellen doch nicht richtig interpretiert habe
Gruß Walter
also für mich sehen Deinen Tabellen so aus, als ob dort ein Motor bei verschiedenen Belastungen im Vollgasbetrieb vermessen wurde. Die Frage war doch aber wie verhält es sich mit dem Wirkungsgrad im Teillastbetrieb. Bitte kläre mich auf wenn ich Deine Tabellen doch nicht richtig interpretiert habe
Gruß Walter
