Эта статья продолжение темы из предыдущей статьи Электросамокат из гироскутера или «каша из топора» .
Протестировав в течение пары недель предыдущую версию электросамоката я сделал некоторые выводы о возможностях электропривода на базе гироскутера. Меня в первую очередь не устроила мощность, не обеспечивающая подъем моего веса в горку.
Сначала я возложил вину на аккумулятор. Учитывая, что аккумулятор был от самоката с колесом на 350Вт было логично, что он не вытягивает колеса ориентировочно 500Вт. При этом, я чисто по-человечески игнорировал тот факт, что сравнивал с самокатом iconbit street duo, который производитель оценил как 700Вт. Я верил, что смогу на «критических режимах» выжать со своих колес больше.
Было решено собирать свой аккумулятор. Купил 30 банок высокотоковых 18 650 (по 240р.). Внутреннее сопротивление банки 15–16 мОм.
В ранее использованном аккумуляторе 36 мОм. Расчетно ожидалось по 20 А с банки и 60 А с секции.
Процесс сборки, как конструктор.
Сварил свой акумулятор. Установил BMS 10s 25А (1000р).
Покатался... Изменений в мощности нет. Эффект просадки напряжения оказывается есть у всех высокотоковых аккумуляторов. Да, дело не в аккумуляторе... Колеса! Как я этого не видел?
Заказал колесо от Kugoo G‑max 36В 500Вт (4000р). В данном колесе изначально нет датчиков Холла, поэтому разобрал колесо и установил датчики.Сделал измерения геометрии.
Поставил и покатался. Динамика улучшилась, в гору почти тянет, но в финальной части подъема (увеличивается крутизна) самокат сдается и приходиться толкать ногой. Странно, потому что 500 + 250 это больше 700Вт.
После длительных покатушек сгорела резина на заднем (гироскутерном колесе). Из‑за рассинхрона по скорости заднее маломощное и высокоскоростное колесо постоянно перегружено и в итоге перегрелось. Данная пара работает неэффективно и на теоретические 750 Вт рассчитывать не приходится.
Полез в софт. Разделил константы максимального тока и оборотов для каждого колеса. Не помогло. Ограничение работает как отсечка, причем на наклон характеристики набора скорости не влияет. Динамическая характеристика у моих колес разная. Гироскутерное колесо набирает обороты быстрее и большую часть разгона перегружено до выравнивания задаваемых контроллером скоростей. Пытался программно связать обороты (измеряем на мощном колесе текущую скорость и ставим уставку скорости на маломощном). Не работает. Скорость скачет, изменение уставки на одном кванте времени регулятора слишком резкое, колесо работает рывками. Надо сглаживать ПИД регулятором, настроенным для каждого колеса в отдельности. На данной стадии проект дрейфует от цели практического применения к цели изучения софта драйвера BLDC с разделением коэффициентов ПИДа, а сезон близится к концу. После двухнедельных экспериментов сгорели MOSFET — транзисторы и «утащили в электронный рай» 3-х фазный драйвер. Это подтвердило, что дым самый важный элемент электронных компонент, когда дым покидает микросхему она становиться бесполезной. Микросхема перемаркирована и аналога я не нашел. Пересадил микроконтроллер и все остальное на первую плату, которую сжег в первой статье. Дальнейшие эксперименты... Опять сгорели мосфеты при торможении.
Сначала подумал на ограничение обратного напряжения мосфетов. Поставил диодный мост для рекуперации в батарею в обход мосфетов. Не помогло — опять сгорели. Транзисторы с донора заканчиваются и дедлайн, установленный самому себе достигнут. Ставлю крест на гироскутерном контроллере и приобретаю два контроллера по 350Вт (2×1200р). Они не помещаются в деку самоката. Корпуса «в топку», все не востребованные провода обрезаю. Все разъемы перепаиваю.
И тут заканчивается важная веха! Последний элемент гироскутера — кнопка — покидает самокат. Потому что нужна с фиксацией, а она без фиксации. «Топор» вынули, а «каша» продолжила вариться. На этом этапе вывод: из посредственного гироскутера получится посредственный самокат.
В период переосмысления электронных проблем нарисовал и распечатал заднее крыло. Смена труда - это отдых.
Соединяю параллельно провода купленных контроллеров: газ, тормоз, кнопка включения, питание от батареи. Осталось найти второе колесо 10» 36В 500Вт. И тут всё застряло на 3 недели.
Там же, где купил первое колесо ответили, что я забрал последнее.
Трижды отменяли заказ в разных интернет магазинах из‑за отсутствия.
На авито продавцов можно разделить на несколько видов:
Внаглую врут про мощность;
Притворяются невеждами, при этом цену ломят как за новое у дилеров (от 11 000р);
Являются невеждами (не могут ответить ни на один вопрос по характеристикам и честно признают, что продают «кота в мешке»);
И хорошие (но колеса не продают).
За время поиска я пришел к выводу, что другого колеса от G‑max в мире больше не существует или предлагают «изготовить» и привезти с Марса к новому году. Следует отметить, что на 36В 500Вт это предел для серийных колес. Рынок завален колесами Kugoo М4 на 500Вт 48В (продавцы второй категории убеждают, что на 36В будет работать). В моем понимании на 36В механическую мощность оно выдаст как 350Вт колесо и со снижением скорости на 25%.
Пришлось искать аналог на Али. Ninebot max g30p вроде бы имеет модификацию на 500Вт. Нашел продавца, заказал, прождал 2 недели. Пришло, открыл... И что вы думаете? Первый вид продавца с авито. Для объективной оценки:
Колесо G‑max — ширина магнитов 32мм, обмотка намотана в 10 проводов. Верую, что 500 попугаев.
Колесо с Али — ширина магнитов 29мм, обмотка в 7 проводов. Моя оценка - 350 попугаев.
Колесо гироскутера — ширина 22мм, обмотка в 5 проводов. Моя оценка - 250 попугаев.
Провел измерение максимальной скорость вращения на холостом ходу. Колеса имеют близкие характеристики около 820 (g30p) и 760 (G‑max) об/мин. Для сравнения, гироскутерное колесо раскручивалось до 1100 об/мин. Кстати, интересный факт, что на гироскутерной плате в режиме FOC и с ослаблением поля мне не удалось раскрутить колесо G‑max больше 560 об/мин. Без контроля токов обмоток в режиме SPD и VLT с колесом G‑max у меня также горели мосфеты. Это еще одна причина почему с моими колесами я признал непродуктивным дальнейшее углубление в софт. Также я пришел к выводу, что часть сгораний связана с отсутствием диода, защищающего драйвер от отрицательного напряжения на gate мосфетов. В референс‑схемах документации на драйвер данные диоды присутствуют. Обе мои платы гироскутера собраны на драйверах из микросхем. Возможно на платах, где драйверы собраны на транзисторах эти обвязки присутствуют и проблема не воспроизведется.
Ставим Алишное колесо, пробуем.
Динамика отличная. Самокат вырывает из под ноги. Максимальная скорость выросла до 32км/ч. В сопоставлении с самокатом сына (700Вт) на старте «ухожу в горизонт», а потом он меня обходит по чуть‑чуть «после моей отсечки». В гору тащит до самых ворот дома. Победа! Но... В самом начале проекта я сказал сыну, что сделаю лучше того, что отдал ему.
Продолжение следует...
Всем добра!
Комментарии (53)
DustyZebra
06.09.2023 08:04Странно все это - делал 2 самоката и оба работали безо всяких проблем https://habr.com/ru/articles/590507/ Что-то, наверно, не так делал. Скорость ограничивал программно - больше 25км/ч по закону низя. Проблема во втором возникла, когда резину 10" поменял на 13". Прогнозируемо в горку стал ехать сильно хуже, но мягче намного. Резина на 10" сдохла, в местных магазинах из подходящей только на 13" было, у купленной на Али новой сразу грыжы полезли. Первый самокат уже разобрал за ненадобностью, на втором езжу.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04В какой части сомнения?
Вы про то что сгорали транзисторы?
У Вас вроде плата с управлением ключами "на рассыпухе" и диод есть. Колесо как у меня тоже 500Вт?
На родных колесах все работало. В первой статье описано.
Посмотрел Вашу статью - зачет!
DustyZebra
06.09.2023 08:04Странно, что Вам мощности стандартных хаб-моторов не хватило. У меня и свой вес поболее, и самокат с тремя колесами и с сиденьем потяжелее будет - никакого желания увеличить мощность не возникало. Мощность, насколько я знаю, у гироскутеров 250 или 350 ватт на колесо, по крайней мере у тех, что у нас продают. У моих по паспорту 350 ватт.
Когда батарея почти мертвая - да, уже едва ползет в горку. Но в такой ситуации уже не до скорости, а как бы до дома добраться. Пешеход-то я никакой.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04+2Я живу на холме
И устал таскать его на себе. В первой статье я уже об этом посетовал
Это вторая серия :) для постоянных зрителей. Хочется верить что они есть.
kuza2000
06.09.2023 08:04Вы сравниваете колеса по мощности, расчитывая, что чем мощнее, тем круче горку возьмет, но это не так. Так-то в вашу горку вас затащит и мотор в 100 Вт.
Посмотрите чем определяется тяга мотора, как это соотносится с числом витков обмоток, ток насыщения, kV, обороты холостого хода, чем ограничена максималка и многое станет понятнее.
Наверняка всё это поможет делать самокаты лучше)
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Как то странно Вы рассуждаете. Почему решили, что мне что-то не понятно или я может в каких-то утверждениях не прав в статье? Я готов поправить, если Вы готовы это обосновать? Ваше утверждение по 100Вт и мою горку по-моему поспешное. Как вы учли угол наклона моей горки и мой вес? Или вы как Архимед гипотетическим рычагом готовы сделать любую работу :). Думаю существует гипотетический редуктор, который может затащить меня в горку в течении часа с использованием 100Вт привода. Но к чему эти размышления, если статья отталкивается от реальной задачи и конкретных составляющих. Не озвученное (но очевидное) требование, что самокат не должен уступать пешеходу по скорости. И еще, я вспомнил, по-моему в 2002г. я защитил кандидатскую по групповому электроприводу. Но может за 20 с лишним лет что-то и подзабыл :) Но все равно спасибо, что не прошли мимо статьи!
kuza2000
06.09.2023 08:04А давайте расчитаем)
Напишите угол наклона вашей горки, рассчитаем мощность, которая требуется для движения в нее на скорости, скажем, 15 км/ч. Мне самому интересно. Вам, надеюсь, тоже. Умножив эту мощность на КПД двигателя, можно узнать требуемую электрическую. КПД электрического двигателя обычно больше 80%, часто больше 90%.shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04+1Готов поддержать вашу инициативу.
35-40 градусов. В первой статье косвенно ее видно. Вес 80кг и самокат под 20 кг
На таких углах присутствуют проблемы сцепления с дорогой переднего колеса. Думаю 60% на 40% надо принять по нагрузке двух колес.
semennikov
06.09.2023 08:04+1Извините конечно, но Вы уверены что угол такой? Для сведения, угол наклона эскалатора метро 30 градусов, предельный угол для автомобиля Нива тоже 30 градусов
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Сейчас у меня нет возможности провести геодезию. Но в выходные выйду и посмешу соседей с уровнем и транспортиром. Самому интересно.
Вы сомневаетесь потому что посчитали?
Можно провести расчеты для нескольких углов 30, 35, 40
Наклон переменный, но учитывать думаю нужно самый сложный участок
semennikov
06.09.2023 08:04+1Дело в том, что я в детском лагере проводил соревнования по въезду разработанных учениками машинок на максимальный уклон с регистрацией угла, и неплохо запомнил какой угол как выглядит и как машинки въезжают на него, поэтому мой вопрос был пока чисто "глазометрический" :-))
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Вы в первой статье фотку сыном смотрели?
semennikov
06.09.2023 08:04+1Ну да, по зрительным впечатлениям где-то 10 градусов.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Конечно за 40° я не поручусь за 35° я больше уверен 30 точно есть, а 10° это вообще далеко от реальности. Я, как обещал, сделаю измерение угла наклона постараюсь прозрачно задокументировать
ovegio
06.09.2023 08:04Тоже сомневаюсь, что угол 30 градусов. Но по моим подсчётам мощности в 100Вт хватит, чтобы поднимать массу в 100кг на угол в 1.4 градуса при 100% КПД. Может я где-то ошибся, конечно.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04попробуйте на фотографии с сыном из первой статьи в Паинте провести две линии ось дороги и вертикаль колеса
kuza2000
06.09.2023 08:04Ну, 35-40 это очень, очень крутая горка) На такую без ступенек даже пешком непросто.
Вообще, я люблю грубые прикидки, они очень просты, но в то же самое время показывают масштаб величин, их можно делать почти в уме.
Возьмем 30 градусов, у него синус хороший)
Скорость 4 м/с - это 14.4 км/ч.
Затраты на движение по горизонтали не учитываем, они ничтожны по сравнению с вертикалью. Из синуса 30 градусов получаем вертикаль 2 м/с. (Кстати, не каждый лифт угонится. Похоже, все же, такие горки редки и на них так быстро не заезжают).
Общий загруз 100 кило. Примем 1000 Н (мы же грубо считаем).
1000 ньютон тянем 2 метра каждую секунду - 2000 КВт.
Вообще, на такую горку заезжать чуть быстрее пешехода - уже неплохо. Это 1000 Вт, или в районе 500 Вт на колесо механической мощности, или в районе 600 Вт электрической.shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04+1Эти расчёты близки к реальным измерениям с поправкой, что я конечно не заезжаю со скоростью 15 км/ч. Наверно всё-таки ближе к пяти километрам в час, но при этом, пешеходы в гору идут естественно медленнее такой скорости.
kuza2000
06.09.2023 08:04Почему я написал такой первый комментарий.
С огромным уважением отношусь к тем, кто что-то делает своими руками. С удовольствием прочел статью, конечно плюсанул)
Но... У меня сложилось впечатление, что вы подбирали двигатели и их питание методом тыка, ориентируясь просто на их заявленную мощность. А это неверный путь, если задача - втянуть в горку. Заявленная мощность - это штука очень виртуальная, это даже хуже, чем сравнивать мегапиксели в фотокамере.
Когда перестает тянуть в горку двигатель, определяется максимальной тягой, которая, в свою очередь, определяется шириной магнитов и током насыщения обмоток. Либо раньше сдается аккумулятор, если не может потянуть этот ток.А скоростные характеристики двигателя - это уже от напряжения питания зависят и от kV (которое и определяется количеством витков).
А мощность двигателя - это то, что с него удалось получить в наиболее оптимальном режиме, который совсем не совпадает с тем режимом, который при заезде в горку. По видимому, оптимально, что бы режим максимальной мощности оказался в районе максималки девайся при движении по прямой.
По моему мнению мощность двигателя больше корелирует с максималкой, чем тягой в горку.
В общем, для меня в вашей статье хотелось бы увидеть больше технических подробностей и расчетов. Например, измерить характеристики двигателя, какие не сложно в "домашних условиях". Например, скорость холостого хода, перевести в км/ч по ободу колеса. Это значение говорит о многом. Ток насыщения тоже было бы очень интересно, но это сложнее.А что бы обогнать второй самокат - добавьте просто напряжение питания, и обойдет легко, судя по описанному поведению)
Успешных самоделок!)
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04+1Статья в развлекательный стилистике, а главная цель - больше времени провести с детьми. Вся "нудятина" за кадром :) Я знал, какая мощность мне была нужна. Поэтому выжимал её с тем, что было. Статья с ноухау в моем портфолио (управление светом) набрала меньше всего плюсов, хотя в закладки её положило достаточно людей. Может я и не блоггер, но я понимаю, что людям нужен позитив и развлекательный контент больше чем технические подробности. Технические детали я оборачиваю в сюжетную линию.
kuza2000
06.09.2023 08:04Про 100 Вт я, конечно маху дал.
Но... давайте представим такую умозрительную ситуацию.
Вы покупаете электродвигатель мощностью 100 Вт. Очень тяговитый, в требуемую горку может тащить легко. Но он тихоходный, тащит как улитка. Напряжение питания его 10 вольт.
Вот вы его ставите, и даете ему 40 вольт! И уух.. он потащил в эту горку с нужной скоростью 7.2 км/ч, выдавая аж 1000 вт.
Вопрос. Двигатель сгорит? Будет работать с перегрузкой? Вот правда, какие мысли?
Если подумать о токах в обмотках - то они остаются такими же. Тяга двигателя почти не изменилась, значит, токи тоже. Просто вращается быстрее, оттого выдает мощность больше, да и потребляет её больше. Получается, он не перегружен? Так какой он мощности всё же?
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Почему вы решили, что ток остался – как же закон Ома? К тому же сопротивлению вы приложили большее напряжение в четыре раза, как вы считаете, разве токи в четыре раза не вырастут? Будет нагрев статора значительная часть мощности рассеется в тепловую. Эффективность мотора упадёт, ну скорость увеличится, просто не факт, что в четыре раза. Дальше если добротность обмоток и статора, который обеспечивает рассеивания тепловой мощности, позволит, то он это переживёт. Кстати в следующей статье я планирую увеличить напряжение до 48 В по моим расчётам ничего катастрофического не произойдёт и в первую очередь потому, что шунты и схема обратной связи в контроллере заставит уменьшить скважность ШИМ при подаче питания на колесо из-за увеличившихся токов. Соответственно, колесо на 36 В подключены к 48 фильтром не будет также эффективно работать как колесо изначально расчитана на 48 В но благодаря схеме управления колесо на 36 В всё-таки будет работать на 48 В, а как она будет работать зависит от программной логики контроллера И будет проверено мной экспериментально. Также не стоит себя обманывать, что увеличенное напряжение это бесплатная мощность побольшей части это приведёт к перераспределению скорости и момента в пользу скорости. Следующий этап это способ обмануть контроллер изменив значение сопротивления шунта на свой страх и риск.
kuza2000
06.09.2023 08:04Сила Ампера, действующая на проводники не меняется. Следовательно, в них тот же ток. Изменяется только скорость движения проводников и ЭДС в них. ЭДС эта направлена против источника питания, поэтому и ток в них не изменяется, в том числе и по закону Ома. Все законы физики работают слажено)
Разрисуйте хорошенько ситуацию и поймете, что обмотки работают в том же режиме по току. Но напряжение на них выше, потребляемая мощность выше, отдаваемая двигателем мощность тоже выше.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04ну тогда подайте 1000В или 10000В, что вам помешает?
про ЭДС вы будете думать, когда избавитесь от активного сопротивления.
kuza2000
06.09.2023 08:04Скважность ШИМ, конечно, будет меньше при той же нагрузке на двигатель. Ну просто потому что ток в обмотке будет расти быстрее внутри импульса при большем напряжении. А средний ток останется таким же.
kuza2000
06.09.2023 08:04При той же нагрузке и скорости. При росте скорости начнет расти ЭДС двигателя и ШИМ начнет открываться сильнее.
kuza2000
06.09.2023 08:04Я могу, конечно, в чем-то ошибаться, но тогда ткните меня носом)
А вот шунт контроллера менять при повышении напряжения не надо. Он обеспечивает токовый режим, а он не меняется. Обмотки-то те же.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Я уже упоминал термин добротность. Если отвлечься от формул И постараться понять смысл, то он описывает как раз отношение энергии которую вы направить для обеспечение магнитного поля и энергии потерь активном сопротивление проводника в катушки. Ну или по-другому нужно представить себе эквивалентную схему обмотки статора состоящую последовательно соединённые индуктивности и активного сопротивления. Как правило преподаватели это упоминают вскользь при описании идеальной катушки. Ну если вы возьмёте два двигателя разной мощности, да и в статье я тоже это упоминал, то спросите себя: зачем моторы разные мощности мотают разным количеством Проводов в обмотке. Индуктивность мотора не зависит от сечения проводника. От сечения проводника зависит какой ток можно пропустить через обмотку как через активное сопротивление, которое должно рассеять тепловую мощность при требуемом токи без разрушения целостности проводника.
kuza2000
06.09.2023 08:04Что такое добротность, я знаю. Она зависит от активного и реактивного сопротивления. Реактивное зависит от частот спектра и индуктивности. В данном случае я не вижу изменений ни одного из перечисленных пораметров - индуктивности, активного сопротивления, частот.
Изменяется только ЭДС в катушках, которая направлена против подводимой. Даже ток в катушках не меняется. Меняется только напряжение, требуемое для его поддержания. И на это уходит электрическая мощность, которая в итоге превращается в механическую. Разве нет?
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Мы ходим кгругами.
Давайте освежим тезисы, в которых мы не сходимся:
Вы утверждаете, что для одного и того же мотора, изначально рассчитанного на 10В номинального напряжения питания не будет проблемой увеличения питающего напряжения до 40В?
Я не согласен с этим утверждением. Далее обосную формулами:
Полное сопротивление одной обмотки мотора на одной частоте величина постоянная
Ток в обмотках будет Iн = Uн / Z.
При U = Uн*4 ток в обмотках будет I = Iн *4.
Этот ток потечет в том числе и через R, а значит по закону Джоуля-Ленца:
Выделяемое тепло увеличится в 16 раз.
Все теоретические рассуждения, что есть запас и выдержит в конфликте с коммерческими интересами производителя. А решение принимает он без учета нашего оптимизма.
Что касается частоты, то с уменьшением падает магнитный поток, а с увеличением возникает скин-эффект и усиливает эффект Джоуля-Ленца.
Если у вас нет замечания к формулам, то предлагаю нам разойтись при своих мнениях :)
kuza2000
06.09.2023 08:04С формулами согласен, но они верны для остановленного мотора и без контроллера. Да, будет дикий перегруз по току и пойдет дым)
Мы же говорим о вращающемся моторе, там возникает ещё одна ЭДС, которая направлена против источника питания, нужно её добавить в формулу.
Так же я учитываю контроллер, который управляя ШИМ не даст току в обмотках выйти из рабочего режима.
Если учесть это, то максимальные токи в обмотках будут равны в обоих режимах. Максимальная тяга на валу тоже. Но мотор с повышенным питанием сможет сохранить эту тягу дольше, и выдать мощность значительно больше, за счет скорости вращения. При этом обмотки работают ровно в тех же режимах и при тех же токах. Где ошибка в моих рассуждениях?
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Зачем вам эта ЭДС и противоЭДС в рассуждениях? Она вас путает.
Если тока нет, то колесо в покое, даже когда колесо останавливается(замедляется без питания) ток все еще течет - если согласны переходим к п.2.
Если ток есть, то он течет по проводам из меди - если согласны то п.3
Закон Ома и Джоуля Ленца.
Ну я понял, что вы рассматриваете статичный режим оборотов, когда ток минимален, но все равно течет через медь, который скорее редкий. Также если углубляться то ЭДС не равно противоЭДС и может это вас путает (именно из-за активного сопротивления).
kuza2000
06.09.2023 08:04Ладно, зайдем с другой стороны)
Берем два одинаковых мотора. И в обоих моторах текут в обмотках одинаковые по интенсивности токи. Это исходные данные. Законы Джоуля и Ленца прекрасно работают и говорят о том, что тепловая нагрузка в этом случае одинаковая, верно?)
Теперь сравним вращающие моменты на валу. Они определяюстя силой Ампера, которая зависит исключительно от интенсивности магнитного поля и тока в катушке. У нас все это одинаковое. Значит, вращающий момент одинаков. Верно?
А теперь еще берем как исходные данные, что скорость вращения у одного из моторов в 4 раза больше. Ему просто позволили так раскрутится. Сила на валу одинаковая, скорость в 4 раза больше, мощность в 4 раза больше. Верно?
Если после всего этого рассчитать электрическую мощность, потребляемую моторами - все сойдется. Второй потребляет в 4 раза больше, так как он потребляет тот же ток, но что бы его обеспечить, потребуется в 4 раза большее напряжение. Именно из-за той противо-ЭДС, которую вы не хотите учитывать.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04моторы, которые крутяться с разной скоростью при одинаковом токе - не одинаковые.
с момента "А теперь...." мы меняем вводные утверждения что моторы одинаковые или что ток одинаковый?
Если на одинаковых моторах разное напряжение, то ток не будет одинаковым и тогда скорость будет отличаться.
И не понял что значит "позволили" а другой мотор удерживают механически? Это противоречит утверждению что сила на валу одинаковая.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04если еще не потеряли интерес приведите ваш расчет по формулам с указанием условия, а то я что то уже устал :)
kuza2000
06.09.2023 08:04Хорошо!)
Для простоты беру катушку в однородном магнитном поле. Проанализирую её разгон при приложении постоянного напряжения. Все, что я хочу показать - это то, что увеличение мощности может не сопровождаться увиличением тока в катушке и увиличением рассеевания в ней тепла.
Активное сопротивление катушки пусть будет Ra. Сила Ампера, которая, собственно, вращает двигатель зависит от кучи величин. Но самое главное - она прямо пропорциональна току в катушке. Следовательно, можно считать, что она равна:
Тут Kl - это коэффициент, в котором "зашита" конструкция катушки и параметры магнитного поля, они в данном случае не меняются.
Теперь подаем на катушку напряжение E и отдновременно прикладываем тормозящее усилие Ft. Катушка начинает разгон в поле, при этом в ней возникает противо-ЭДС, которая уменьшает ток. Противо-ЭДС прямо пропорционально скорости. Тоже введем коэффициент, в котором зашиты все константы, получится Ep = Ke * V.
В какой-то момент противо-ЭДС уменьшит ток так, что сила Ампера сравнится с Ft. Разгон остановиться. катушка продолжит уже равномерное движение. Вычислим ток в катушке.
Получается, когда двигатель вышел на стабильный режим, ток в катушке не зависит от напряжения источника питания. Он зависит от нагрузки на валу.
Теперь скорость.
Шикарно!) Я об этом знал, но никогда не выводил эти формулы так строго, вы заставили меня))
В общем, из напряжения источника вычитается то, что теряется на активном сопротивлении обмоток (что логично), а остальное двигатель просто "переводит" в скорость. Для реального двигателя то, что я тут обозначил Ke называется Kv.
Теперь мощность, рассеиваемая на обмотках. Тут все просто. Она зависит от тока, который зависит от Ft (считай, момент на валу).
Хм... зависимость, оказывается, квадратичная. Вот этого я не знал.
А теперь механическая мощность двигателя.
Ну это понятно, чем больше скорость при том же моменте на валу, тем больше мощность.
Все, что выведено выше - это для уже стабильного режима, когда двигатель вышел на рабочие обороты. Если нет ограничения, то в момент старта ток будет очень велик, причем тем больше, чем больше напряжение источника питания (I=U/Ra). Но в реальном двигателе есть контроллер, который мониторит ток через измерительный шунт. Если все адекватно, и контроллер соответствует двигателю, то он никогда не даст току превысить предел, который равен току насыщения электромагнитов.
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04хорошо вникли!!!
но как же у вас сохраняется момент на валу (крутящий, а не сопротивления мехнагрузки) при увеличении скорости?
момент пропорционален току, а ток с выравниванием ЭДС падает.
помните я предостерег считать, что запас надежности мотора сверх номинальной мощности значительным. На попадайте в ловушку оптимизма :) Я жег моторы до обугливания обмоток.
Что касается шунта. Если шунт не изменить с увеличением напряжения, то система управления не подаст его по факту на обмотки, потому что по ее уставке предельный ток возникает на шунте при старом напряжении. контроллеры, умеющие учитывать напряжение батареи уставку изменят программно иначе обратную связь надо корректировать изменением значения шунта.
kuza2000
06.09.2023 08:04Еще можно вывести максимальную мощность мотора в зависимости от напряжения питания. Для этого нужно найти максимальное N при изменении Ft. Тоже интересная задачка.
semennikov
06.09.2023 08:04Пренебрежем трением и КПД. Задано скорость движения(V) по гипотенузе 15 км/час или что тоже самое 4,17 м/сек. В этом случае вертикальная скорость Vв=sin(Y) где Y - угол в радианах. Для угла 30 градусов Vв=1/2 V или 2,08 м/сек. Вес 80 кг+20кг =98,1 Н. Таким образом необходимая мощность 204 Вт
kuza2000
06.09.2023 08:04Кажется, ньютоны в килограмы переведены неверно. А так, совпало с моими расчетами, с учетом потеряного нолика)
semennikov
06.09.2023 08:04+1Ну подумаешь на порядок ошибся.... Пошел за пеплом, посыпать голову :-((
semennikov
06.09.2023 08:04Дело в том, что не совсем правильно рассчитывать мощность необходимую двигателю, мощность задана только для максимальной частоты вращения двигателя, основную роль играет вращающий момент, а вот он для синхронного двигателя имеет сложную зависимость определяемую максимальным током обмотки и напряженностью магнитного поля магнитов на роторе, и чаще всего практически постоянен на всем диапазоне частот вращения. Грубо говоря, сила на колесе мало меняется от скорости движения. Применительно к Вашей задаче нужен двигатель рассчитанный на малые обороты, но не менее 250 Вт
kuza2000
06.09.2023 08:04Вот, да, согласен!
Только не для максимальной частоты вращения, а той, где он должен выдавать максимальную мощность.
Максимальная частота вращения - она выше, это режим холостого хода, там уже мощность падает до нуля.
VelocidadAbsurda
06.09.2023 08:04Попробуйте найти «старое» колесо от G30 (просите продавца показать серийный номер - должен на 6 начинаться), у них намотка «тяговая». У более новых (номера на 9) уже «скоростная» намотка. В профильных ТГ-группах время от времени появляются желающие избавиться от «шестого» колеса (т.к. большинство гонится за скоростью). Они действительно очень хорошо тянут (всё субъективно конечно, сравнивал крутизну наших склонов с вашим по фото).
По поводу сгорания транзисторов при торможении - а дело, часом, не в BMS? Многие BMS с самокатов попроще выполнены по однопортовой схеме (зарядный и разрядный ключи стоят последовательно между ячейками и общим зарядно/разрядным портом), при особо интенсивном рекуперативном торможении такие BMS видят превышение напряжения на ячейках, закрывают зарядный ФЕТ, отсекая рекуперацию, у инвертора резко пропадает нагрузка и напряжение взлетает до небес. Для сравнения, как всё реализовано в более приличных Ninebot/Xiaomi: зарядный и разрядный порты разделены, разрядный отделён от ячеек только разрядным ключом, отсечь заряд (т.е. рекуперацию) через него BMS вообще не способна, при превышении напряжения она просто сообщает об этом контроллеру и тот уже программно снижает ток торможения до тех пор, пока BMS не перестанет «жаловаться».
shadovv76 Автор
06.09.2023 08:04Я не уверен, что мне стоит отказываться от G-max в пользу второго g30p (кажется это шаг назад), но я пока думаю еще.
Я бы скорее взял второе G-max.
Ваше предположение, на счет БМС очень логичное, но такие колеса как G-max высокотоковые и низкооборотистые не дают большого напряжения при генерации. Конкретно мне не удалось его раскрутить больше 30В на отключенных проводах. А вот ток заряда вполне мог бы быть превышен с таким мотором, но вот проблема в том, что БМС в защиту не уходил, даже с параллельным к мосфетам диодным мостом. Я эти гипотезы рассматривал и проверял.
MAXH0
Здесь просто хочется оставить комментарий не про самокат, а про педагогику.
Хороший пример, когда "Отец воспитывал меня полоской света, пробивавшейся по ночам из-под двери кабинета, в котором он работал"...
Т.е. Вы демонстрируете сыну весь процесс инженерного мышления, со всей его итеративностью. Вы просто невероятно какой молодец!
shadovv76 Автор
Да тут, несколько идей.
Найти общий интерес с детьми. И провести с ними больше времени.
Показать, что желаемые вещи можно получить не готовыми, а создать из доступных или даже не нужных.
Пополнить свои скилы и знания.
Не лежать на диване.
Тренировать самомотивацию через поддержание увлеченности.
Отвлечься от рутины.
Ozarenie
Плюсую. Я как педагог по образованию, тоже восхищен автором.
Очень надеюсь что в будущем смогу стать таким же отцом.
teuchezh
Батя у меня КИПовец, постоянно таскал на работу с собой, причем вместе куртили всякое оборудование, рассказывал как это все работает, хотя мне было менее 10 лет. Сейчас работаю web-разработчиком, дома 3д принтер, куча ардуино железа, одноплатников, разных инструментов, паяльных станций. Кажется я пользоваться паяльником научился раньше, чем писать. По сей день тоже иногда в помощь на работу берет. Прошло немного, сейчас мне 22 года.