Verlustleistung & Temperaturentwicklung in BLDC-Motoren

[Powercroco]

Dass die Drehzahl sinkt, stimmt auch nicht mit der Realität überein.
Ich weis nicht, wie Du auf den Gedanken kommst, dass nur Strom und Spannung und PWM gemessen wurden, die Drehzahl aber nicht.
Das macht z.B. das Kosmik-Protokoll von ganz alleine und intern.
Mir zeigt das, dass Du mal wieder von der rein theoretischen Sache an das Problem rangehst - ohne jede praktische Erfahrung.
sonst wüsstest Du, dass die Datensätze immer und ohne Zutun des Nutzers komplett aufgezeichnet werden.

Wie kommst Du eigentlich auf die "mehrtägige" Wickelarbeit?
Weder bei Bert, Holle, Schmiddie oder mir dauert das so lange.
Oft genug sind umgewickelte Motoren schon am nächsten Tag auf dem Weg zurück zu ihrem Besitzer.

Daher denke ich, es hat keinen Sinn weiter mit dir zu diskutieren.

 

[lastdownxxl]

Hallo,

der Effektivwert der Spannung U im PWM-Betrieb mit einem Tastgrad von 99 % ist U*(0.99)^0.5, das sind 5 Promille weniger
an Spannung. Steigt jetzt der Leerlaufstrom wegen der Wirbelstromverluste in den Magneten um 2 %- 3 % an, dann ändert das praktisch nichts an der Drehzahl.

rpm = (U - R*Io)*Kv

Gruss
Micha

 

[Rennsemmel]

So viel Theorie -
so bald sie die Eigene meinung bestätigt auch kein Grundsatzproblem mehr..

na wenn es nichts ausmacht, baut mal euer perpetuum Mobile..

 

[Powercroco]

So viel Theorie -
so bald sie die Eigene meinung bestätigt auch kein Grundsatzproblem mehr..

na wenn es nichts ausmacht, baut mal euer perpetuum Mobile..

Nö, nicht die eigene Meinung, sondern die Ergebnisse eigener Experimente und Messungen
Ausserdem sind es nicht wir, die extraorbitante Wirkungsgrade behaupten. Da sind uns gewisse "Datenblätter" uneinholbar voraus!

 

[Rennsemmel]

Hab ich was in der richtung behauptet ? Da verwechselst du wohl was - ich bin dafür, mal zu schauen, wie was funktioniert..

Das ist euer Problem - Du und ein paar andere sind so fixiert darauf, Christian schaden zu wollen, dass alles, was ihm recht geben könnte, nicht oder ungenau und empirisch untersucht wird..
Du hast einfach ein Problem damit, das ich kein Problem mit ihm habe und wirfst alles in einen Topf - ist ja auch schwierig auseinander zu halten, bei den Angriffen, die du täglich aus den US-Foren bekommst.
Das führt aber aktuell zu völligem Stillstand..

 

[Powercroco]

Und da isses wieder, das alte Prinzip der versuchten Beweislastumkehr und des Herunterbrechens auf persönliche Animositäten......

Nochmal zur Klarstellung, die Frage, die hier gerade diskutiert wird, ist:

Wie groß ist Anteil der Verluste in den Permanentmagneten im Vergleich zu den Gesamtverlusten in Teillast und in Vollast.

Nicht mehr und nicht weniger.

Mehr als "ungenau und empirisch" untersuchen können Bastler nicht - deswegen die Frage nach handfesten Daten.

Und wenn empirisch in der Modellmotorengröße nix messbares rumkommt, kann das Ganze in dieser Anwendung so bedeutend ja wohl auch nicht sein.
(Meine ich jedenfalls und berufe mich dabei auf die mir verfassungsmäßig garanierte Meinungsfreiheit.)

Aber Du kannst mir gerne beweisen, dass ich mit dieser Vermutung unrecht habe und die Verluste immens sind!

 

[Rennsemmel]

Und da isses wieder, das alte Prinzip der versuchten Beweislastumkehr und des Herunterbrechens auf persönliche Animositäten......

Hat halt jeder so seine Taktiken

Mehr als "ungenau und empirisch" untersuchen können Bastler nicht - deswegen die Frage nach handfesten Daten.

Du bist also ein Küchentischbastler -
Mit fettem Keller voll Maschinen, Prüfstand, einer Firma, die dir Kostenlos Spezialmaterial stellt und vielen Spezialisten im Rücken, die dir alles rechnen und Modellieren können -
Ja, und wenns scheierig wird, muss wieder der Bastler herhalten.

Um mal auf die Kernfrage zu kommen :

Wie groß ist Anteil der Verluste in den Permanentmagneten im Vergleich zu den Gesamtverlusten in Teillast und in Vollast.

Das kann man eben nicht absolut sagen - da sind zu viel Einflussfaktoren, und man muss erstmal messen..
Deine gewünschte Antwort hast du dir ja schon selbst gegeben.

 

[S_a_S]

Der bei 99% Regleröffnung laufende Motor benötigt die selbe Eingangsleistung wie der 100% Motor - Da sind sicher die Verluste gestiegen, da die Leistung (Strom*Spannung) ja gleich geblieben ist aber die Drehzahl und Drehmoment sinkt.
Wenn man den Drehzahlunterschied der beiden Regleröffnungsstellungen kennt, kann man damit ja schon rechnen.

Bei der Betrachtung gehen aber auch die Schaltverluste im Steller mit ein - bei 99% ist das Takten mit PWM-"HF" (30kHz) am MOSFET während bei der 100% nur die Drehzahl (30.000/min =500Hz*Polzahl) geschaltet wird. Allerdings werden dadurch vor allem die MOSFETs wärmer.

An der Wicklung/am Magneten interessiert allerdings nicht die getaktete Spannung, sondern der Stromripple. Und der ist da durch Induktivität und (aktive) Freilaufdiode ja stetig - und im Vergleich zur Stromumkehr bei der Kommutierung um Größenordnungen kleiner. Aber eben auch nicht 0.

Grüße Stefan

 

[Rennsemmel]

Ja, ich weiss, dass da die Stellerverluste mit reinkommen.
Ich finde es eh schwierig, da im Leerlauf irgendwas zu messen, da da natürlich sehr feine Messgeräte gebraucht werden, da man bei z.B. einstelligem Strom auf die 3. Stelle hinter dem Komma messen können muss.
Deswegen hat auch keiner was bei der Messung gesehen.
Mal sehen, ich wollte mir das am WE eigrntlich mal mit Oszi und Stromsonde anschauen, hab aber gerade absolut keine lust mehr, hier auch nur irgendeine Info zu lassen. Ich werde ja eh nur angepflaumt..
Da mach ich lieber was, was spaß macht..

 

[S_a_S]

Sebastian,

Ich werde ja eh nur angepflaumt..

das war keineswegs beabsichtigt.

Strom auf die 3. Stelle hinter dem Komma messen können muss.
Deswegen hat auch keiner was bei der Messung gesehen.

das ist dann im Promillebereich Auflösung - von Messicherheit noch entfernt (und da wird die Messtechnik teuer).

Stromsonde ist ein guter Ansatz, um den PWM-Anteil am Ripple abzuschätzen. Dann aber nicht im Leerlauf, sondern mit Last - sonst geht das auch wieder im Messrauschen (oder der Bandbreitendämpfung) unter. Denke, dass der PWM-Ripple deutlich unter 10% der Kommutierungsamplitude liegt.

Vermutlich dürfte der kalorimetrische Ansatz in der Messtechnik weiterführen, denn Verluste sind letztendlich Wärme.
Dooferweise kommt da aber die Kühlluftführung in die Quere. Und ein Schnittbild per IR-Pyrometer geht mit der Motorbauform auch nicht so einfach wie mit FEM-Simulation am Bildschirm

Grüße Stefan

 

[Rennsemmel]

Hallo !
Danke für den konstruktiven input.
Ja, an sich wollte ich das so machen, also etwas last und dann Strom Messen.
Ich hab schon überlegt ob ich irgendwie die FETs Temperaturmesse und darüber die Verlustleistung des Reglers abschätze.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Verluste in den Magneten ja durch Magnetischen Fluß erzeugt werden und nicht durch den elektr. Strom. Da werden sicher auch höherfrequente Schwingungen durch die (drossel)Spule selbst und den Luftspalt gefiltert.
Dass sich die ganze Mühle dreht und so auch als Schwungrad wirkt und da auch wieder als generator wirkt hilft da auch nicht wirklich Der Effekt wird also nicht bei 99% PWM schlagartig sichtbar sein, sondern auch eher eine Kurve bilden.
Man kann das eigentlich nur vernünfttig mit möglichst identischen Vergleichsmotorglocken messen, und eine je eine Messkurve mit Werten alle 5% PWM-Öffnung.
Ich würde erwarten, dass die bei den hohen Tastraten noch aufgrund der Dämpfung rel. gleich sind, dann sukzessive auseinanderwandern und vielleicht ab mitte richtung 0% PWM wieder näher zusammenkommen, da ja da die Leistungen wieder nicht so hoch sind..

Alternativ könnte man eine "Trafomessung" durchführen -
Also statischer Elektromagnet, den dann Pulsen. Stirnseitig dann einen Magnet mit Spule drum und da messen, was ankommt. Da kann man dann einen Massiven und einen Geblechten verwenden - dann halt an der Spule messen, was ankommt. Vielleicht in etwa das, was Aloys machen wollte..
Da könnte man dann für versch. Luftspaltbreiten Messreihen aufnehmen..

Viele Grüße,
Sebastian

 

[Rennsemmel]

Ich hab mal gerade gesucht, da soetwas ja bestimmt schin mal gemessen worden ist :

https://www.google.com/url?q=https://www.mdpi.com/1996-1073/15/17/6116/pdf&sa=U&ved=2ahUKEwjHv9eFoI39AhV2SfEDHZBbChcQFnoECAYQAg&usg=AOvVaw1wMVlQjaKs7_ywsmXugnlB

Ab Kapitel 4 wirds interessant -

 

[lastdownxxl]

Ich hab mal gerade gesucht, da soetwas ja bestimmt schin mal gemessen worden ist :

https://www.google.com/url?q=https://www.mdpi.com/1996-1073/15/17/6116/pdf&sa=U&ved=2ahUKEwjHv9eFoI39AhV2SfEDHZBbChcQFnoECAYQAg&usg=AOvVaw1wMVlQjaKs7_ywsmXugnlB

Ab Kapitel 4 wirds interessant -

Siehe Link in #10 und meinen Kommentar dazu in #19.

Gruss
Micha

 

[Rennsemmel]

Oh, Fauxpas

Ich bin aber der meinung, dass man bei Selbstbau schon einige dinge berücksichtigen kann -
Lt Paper soll Materialauswahl der Magneten soll wohl viel bringen, Segmentierung muss passen, darf nicht zu viel znd nicht zu wenig sein.

Der, dessen Name nicht genannt werden darf hat mir mal erzählt, dass die Segmentierung wohl mehr bringt, wenn der Luftspalt kleiner wird.

Hilft dann vielleicht auch bei anderen Problemen(wink mit d. Zaunpfahl)

Besonders der Satz ist interessant :

Overall, the effective loss reduction due to magnet segmentation depends on many factors such as the spectrum of harmonics, magnet dimensions, magnetic circuit, and magnet material, and cannot be determined without a detailed look into the particular PMSM drive subsystem and operating conditions [6,14,16,23,54–56].

Das Spektrum der Richtigen Antworten auf die Frage des Threads reicht also von "bringt nichts" bis "bringt was"

 

[lastdownxxl]

Ich bin aber der meinung, dass man bei Selbstbau schon einige dinge berücksichtigen kann -
Lt Paper soll Materialauswahl der Magneten soll wohl viel bringen, Segmentierung muss passen, darf nicht zu viel znd nicht zu wenig sein.

Das ist alles schon und gut, ich und die Mehrzahl der Modellflieger kaufen die BLDC-Motoren,
Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten kann ich weder bestimmen noch vorhersagen,
noch sehe ich sie einem Motor an. Diese Diskussion ist für mich daher sinnlos. Ich stecke lieber etwas Mathematik und Aufwand in die Antriebsauslegung im Zusammenspiel Motor, Propelleraerodynamik und Flugmechanik. Da kann ich eine Menge herausholen und entscheidend den Gesamtwirkungsgrad und damit die Verluste beeinflussen.

Overall, the effective loss reduction due to magnet segmentation depends on many factors such as the spectrum of harmonics, magnet dimensions, magnetic circuit, and magnet material, and cannot be determined without a detailed look into the particular PMSM drive subsystem and operating conditions [6,14,16,23,54–56].

Bei einem permanenterregten Synchronmotor in einem E-Auto ist dies sicherlich ein Thema, da geht es auch um andere Dimensionen als
im Modellflug. Ob sich der Aufwand der Segmentierung im Modellbaubereich lohnt ???????

Gruss
Micha

 

[Rennsemmel]

Hi Micha !
Du hast ja recht, bei Kaufmotoren kann man das auch nur begrenzt. Vielleicht noch über konstruktive Merkmale, die von sich aus höhere Segmentierung mitbringrn, wie z.B. höhere Polzahl..
(Wobei man da dann aber sagen muss, dass ein Serienmotor mit Magnetsegmentierung auch ggü. Motoren ohne Segmentierung, die nicht von Hand getunt wurden ganz gut da steht.)



Ich bin mir aber sicher, dass Ralph die Frage gestellt hat, weil er drüber nachdenkt, die Technik in seine Motoren zu implementieren, und da gehts ja dann um Selbstbau.

 

[Powercroco]

Stimmt. Da diese Art "geblechte" Magnete zunehmend verfügbar sein wird, ist es schon interessant zumindest für die geregelt fliegenden Helipiloten und die Kunstflieger auf solche Weiterentwicklungen einzugehen.
Für die Speedmotoren und die "Steigmotoren" der E-Segler wird das keinen merklichen Gewinn bringen, wie die Datenvergleiche für die mit Vollblöcken betriebenen Motoren zeigen. Andere maßnahmen sind da viel wichtiger und "ertragreicher". Da gehe ich ich mit dem Micha zu 100% konform.

Bei den moderneren Modellflugmotoren scheinen ja inzwischen auch die 0,15er Bleche in der Serie zunehmend die 0,2er der "alten Garde" abzulösen. (Heli: Tengu, X-nova, Combove und die ganzen modernen Drohnenmotoren)
Bin schon gespannt zu sehen, wann z.B. Scorpion, Kontronik und Lehner da bei ihren Heli- und F3A Motoren nachziehen werden.

Vielleicht wird es auch mal geblechte Rückschlüsse in Modellflugmotoren für diese Bereiche geben.
Die technologische Entwicklung schreitet da ja ständig voran - evtl. gucke ich im Mai mal auf der Coilwinding, ob da irgendwo "Muster" "abzugreifen" sind.

 

[Rennsemmel]

Hi Ralph,
unter dem aspekt der vom Regler kommenden Schwingungen beim drosseln hast du sicher recht.
Was aber interessant ist, dass der Effekt auch Magnetflußabhängig ist und schon bei ziemlich niedrigen Frequenzen relevant wird.

Du hast ja sicher einen Faustformelwert für deine Speedmotoren für den Luftspalt, unter dem der Wirkungsgrad wieder sinkt.
Diesen kann man mit den segmentierten Magneten vermutlich auch enger bauen, bevor die verluste wieder steigen..

Mein Eindruck ist, dass die Maßnahme immer in einem gewissen Kontext gehört, einfach Magneten Segmentieren und hoffen, dass was passiert wird nicht viel bringen.

 

[audiosmith]

Wie man z.B. hier http://www.powerditto.de/n-vs-n0.html gut erkennen kann, belaufen sich an unseren üblichen Arbeitspunkten die Kupferverluste auf etwa 95%, für alles andere bleiben da gerade mal 5% übrig, also im Vergleich Peanuts.

Mit relativ geringem Aufwand einer ordentlichen Wicklung könnte man also eine wesentlich größere Eta Verbesserung erzielen, von daher verstehe ich den ganzen Voodoo der hier betrieben werden soll nicht, selbst wenn sich das Verhältnis bei Teillast etwas verschiebt.

Wenn man jetzt Motorenbauer wäre würde ich es noch verstehen, ansonsten kümmere ich mich so wie Micha um das was ich beeinflussen kann und was sogar die wesentlich größere Verbesserung bringt, aber es kann sich natürlich jeder verzetteln wie er will.

 

[Rennsemmel]

Na, dann überleg mal, warum der Punkt des besten Wirkungsgrads im Prinzip die Balance zwischen Kupfer- und Eisenverlusten darstellt.
Wenn du die Impedanz des Gesamtsystems verringerst hat das me. effekt auf die ganze Wirkungsgradkurve..

Als reiner Werbegag ist die Nummer irgendwie zu aufwändig..