Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

[raimcomputi]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Eurer Logik nach müsste ja theoretisch der Strom bei immer weiter sinkender Spannung ins unendliche steigen!?

Nee, würde er eben nicht. Weil irgendwann die Spannung so gering ist, das der Heli runterkommt.

Warum kannst du denn nicht aufhören, immer wieder die selben falschen Argumente anzuführen. Irgendwann muss man es doch auch mal einsehen, das man sich geirrt hat.

Hier wird ein Thread vollgespammt, mit Sachen, die fast gar nichts mehr mit dem Thema zu tun haben.

Bei allen meinen Helis steigt jedenfalls mit sinkender Spannung der Strom. Das kann ich nicht ändern. Vieleicht sind meine Helis ja kaputt.

Raimund

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Da genau liegt ja Christians Denkfehler ;-) Er meint ja, dass der Strom gleich bleibt. Das aber führt zu weniger Leistung, also zu weniger Drehzahl, also sinkt der Heli.

Nach seiner Argumentation wird ein bestimmtes Drehmoment benötigt um eine bestimmte Drehzahl zu erhalten. Genau da liegt aber der Fehler, weil er ein fixes Verhältnis von Strom zu Drehmoment annimmt. Das ist auch korrekt so, wenn die Spannung gleich bleibt. Bleibt sie aber eben nicht. Daher muss der Strom steigen. Unterm Strich bleibt die Leistung gleich und nicht der Strom.

Das schreibt Christian auch. Widerspricht sich dann aber selbst wenn er behauptet, dass der Strom gleich bleibt.

Die Argumentation beruht auf dem Drehmoment. Das Drehmoment ist aber nicht nur vom Strom abhängig sondern eben auch von der Spannung. Wenn die sinkt, ist das Drehmoment bei gleichem Strom eben nicht mehr gleich sondern niedriger. Um das erforderliche Drehmoment für den Erhalt der Rotordrehzahl zu erreichen MUSS dann der Strom steigen.

Wenn das anders wäre, dann würde man ja einfach mit 5s statt 6s fliegen können. Niedrigere Spannung, gleicher Strom => gleiche Flugzeit. Was ja offensichtlich nicht stimmt, weil es eben auf die LEISTUNG ankommt. Und Leistung ist nun mal P = U * I. Egal ob über die Zeit betrachtet, integriert oder was-auch-immer. Und aus dieser Formel geht eindeutig hervor, dass der Strom steigen MUSS, wenn man bei niedrigerer Spannung die selbe Leistung haben möchte.

Und mein Logfile bestätigt das ja auch.

Bei einer konstanten Last ist auch ein Konstantes Ieff erforderlich. Wie der Regler das bewerkstelligt sei mal dahingestellt.

Eben. Und diese konstante Last gibt es schlicht nicht, weil der Heli dann runter fällt. Niedrigere Spannung = niedrigere Drehzahl = niedrigere Last. Es sei denn der Governor oder der Pitchknüppel gleichen das durch höhere Ströme aus (Mehr Pitch ist auch mehr Strom) und erzeugt so wieder die "konstante Last".

Ciao, Udo

[morningstreet]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Warum kannst du denn nicht aufhören, immer wieder die selben falschen Argumente anzuführen. Irgendwann muss man es doch auch mal einsehen, das man sich geirrt hat.

So lange, bis ihr versteht, dass sie nicht verkehrt sind ... Ich weiß nicht, wie ich es noch verdeutlichen soll ... muss ich jetzt echt anfangen eine Formelgestützte Beweisführung zu machen?

Nach seiner Argumentation wird ein bestimmtes Drehmoment benötigt um eine bestimmte Drehzahl zu erhalten. Genau da liegt aber der Fehler, weil er ein fixes Verhältnis von Strom zu Drehmoment annimmt. Das ist auch korrekt so, wenn die Spannung gleich bleibt. Bleibt sie aber eben nicht.

Doch bleibt sie! Dafür sorgt der Regler.
Die Spannung ist immer nur die Ursache für den Stromfluss. Und wie ich jetzt schon mehrfach gesagt habe ist das Drehmoment des Motors NUR von dem Strom abhängig, der durch die Windungen fließt.

Ihr nehmt immer die Leistungsformel daher und dröselt sie vom falschen Ende her auf. Es gibt keine mysteriöse Kraft im Heli, die eine "Leistung aus dem Akku saugen will".

Ursache-Wirkung:

Spannung + Widerstand -> Strom -> Magnetisches Feld -> Kraft auf Antrieb

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

*lach* Eben. Ganz genau wie Du schreibst. Und was passiert nun, wenn die Spannung sinkt?

Spannung + Widerstand = Strom -> Magnetisches Feld -> Kraft auf Antrieb

Niedrigere Spannung + Widerstand = NIEDRIGERER STROM -> niedrigeres Feld -> weniger Kraft

Ergebnis: Drehzahl sinkt. Heli sinkt.

Sind wir uns soweit einig?

Damit der Heli nun NICHT sinkt, muss man die Kraft wieder erhöhen. Spannung erhöhen geht nicht. Also muss man den Strom erhöhen. Was nur "indirekt" über die Pulslänge geht.

Ergebnis: Um die Drehzahl bei sinkender Spannung konstant zu halten MUSS der Strom höher werden. Geht einfach nicht anders.

Du beschreibst ja die Zusammenhänge alle völlig richtig. Das einzige was nicht stimmt ist Deine Behauptung, dass der Strom bei sinkender Spannung gleich bleibt. Das lässt sich theoretisch (wie beschrieben) zeigen und auch empirisch (siehe mein Log) belegen. Deine Behauptung entspricht also schlicht nicht den Tatsachen.

Die Spannung ist immer nur die Ursache für den Stromfluss. Und wie ich jetzt schon mehrfach gesagt habe ist das Drehmoment des Motors NUR von dem Strom abhängig, der durch die Windungen fließt.

Auch völlig korrekt. Und wovon ist der Strom nun gleich abhängig (stark vereinfacht)? Richtig! Von der Spannung:

Die Spannung ist dir Ursache für den Strom. Der Strom ist die Ursache für das Drehmoment. Also - einfache Kette - ist die Spannung Ursache für das Drehmoment, weil die Spannung den Strom "bewirkt". Sinkende Spannung -> Sinkender Strom -> Sinkendes Drehmoment -> Sinkende Drehzahl -> sinkender Heli

Ciao, Udo

[raimcomputi]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Und warum muss ich dann in meinen Akku nach 2 Minuten Flugzeit prozentual mehr nachladen, als nach 8 Minuten Flugzeit? Mit vollem Akku verbraucht mein Heli 30mA pro Minute und mit leerem Akkur rund 40mA pro Minute. Das ist doch nun wirklich eindeutig. Das kann man messen. Da kannst du hier rumdiskutieren, soviel du willst. Bei geringerer Spannung und gleicher Leistungsaufnahme steigt der Strom.

Raimund

[morningstreet]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Damit der Heli nun NICHT sinkt, muss man die Kraft wieder erhöhen. Spannung erhöhen geht nicht. Also muss man den Strom erhöhen. Was nur "indirekt" über die Pulslänge geht.

Ergebnis: Um die Drehzahl bei sinkender Spannung konstant zu halten MUSS der Strom höher werden. Geht einfach nicht anders.

Ja genau. Die mittlere Stromstärke muss wieder auf das selbe Niveau wie vorher gebracht werden. Und das geschieht über die Pulslänge. Aber es muss nicht mehr Strom fließen, als vor dem Einbruch der Spannung.

Dass der Stromverbrauch bei Dir mit leerer werdendem Akku ansteigt wird sicherlich noch andere Ursachen haben, Lässt sich aber nicht mit P=U*I erklären.

[Hanss Axel]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Wie soll der Regler es bewerkstelligen, dass bei konstantem Widerstand bei einer geringeren Spannung plötzlich ein höherer Strom fließt? Es geht nicht.

Moin,

also ich würde sagen das es daran liegt, dass der konstante Widerstand bei einer gewissen Spannung z.B. 10A ziehen würde.

10A braucht es aber nicht zum schweben. Sondern nur 6A.
Also sorgt der Regler dafür, dass eben nur 6A am Motor ankommen.

Sinkt die Spannung, bräuchte er nun 8A um die gleiche Leistung zu bringen und den Heli am schweben zu halten.
Der Regler macht also weiter auf und gibt dem Motor nun 8A.

Das geht nun so lange gut, bis die Spannung soweit gesunken ist, das er für die gleiche Leistung mehr als 10A benötigen würde.
Das geht dann wiederum nicht und ab diesem Moment beginnt nun der Heli zu sinken.
Akku leer.

Gruß, Axel

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

So. Ich habe jetzt mal eine Tabelle gebastelt mit der sich die Zusammenhänge vielleicht besser erläutern lassen. Siehe Anhang.

Angenommen wir haben einen Heli der zum Schweben 150 Watt braucht und mit 3s betrieben wird. Weiter angenommen, dass der Widerstand des Motors im Schwebeflug konstant ist und 0,5 Ohm betrage.

Dann ist:

Spalte U ist die Akkuspannung
Spalte I der Strom der durch den Motor fließt, wenn der Regler diese Spannung anlegt
Spalte Pmax die maximal umsetzbare Leistung bei 100% Regleröffnung. Das ist gleichbedeutend mit der Leistung die umgesetzt wird, wenn der Regler Spannung an den Motor legt.
Spalte Pulsverhältnis der Anteil der Zeit in der vom Regler Spannung an den Motor gelegt wird.
Spalte Ueff die integrierte, also effektive Spannung die am Motor anliegt.
Spalte Ieff die integrierte, also effektive Stromstärke die aus dem Lipo gezogen wird.

Man kann nun die Leistung P=U*I nun berechnen, wobei man entweder die Spannung integrieren kann und den tatsächlich fließenden Strom bei anliegender Spannung nimmt. Oder man nimmt die tatsächliche Spannung und integriert den Strom.

Nehmen wir Christians Ansatz mit der integrierten Spannung Ueff.
Immer wenn der Regler Spannung anlegt, fließt der Strom I. Die Leistung des Motors ist also P = Ueff * I = 150 Watt. Heli schwebt. Das ist völlig unabhängig von der Akkuspannung *g* Der Strom durch den Motor sinkt sogar!

Aber: Dafür wird länger getaktet. Berechnet man nun aus dem Taktverhältnis den effektiven Strom aus dem Lipo, so stellt man völlig erstaunt fest, dass der Strom steigt...

Die letzte Spalte ist nur die Gegenrechnung mit Ieff, also der integrierten Stromstärke und der vollen Akkuspannung U. U * Ieff ergibt auch 150 Watt. Brav...

Grafisch darstellen ist schwierig, weil das Takten des Reglers ja bereits eine zweidimensionale Grafik für die Spannung ergibt. Man müsste nun die dritte Dimension "Strom" hinzunehmen. Die effektive Leistung wäre dann das Volumen der "Würfel" die durch die Zeit (X-Achse), Höhe der Spannung (Y-Achse) und Stromstärke (Z-Achse) aufgespannt werden.

Es hängt beim Strom also alles davon ab, WO man ihn betrachtet. Am Motor SINKT der Strom mit sinkender Spannung. Am Lipo STEIGT er. Und für uns - bzw. die Flugzeit und die Auslegung des Akkus - ist der Strom am Lipo entscheidend.

Ciao, Udo

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Und weil ich die Excel-Tabelle nun schon mal habe, habe ich die mal etwas erweitert.

Nun kann man den Innenwiderstand des Motors eingeben und den Leistungsbedarf im Schwebeflug.

Im neuen Beispiel beträgt der Leistungsbedarf 220 Watt. Man sieht nun auch, was passiert, wenn die Akkuspannung zu weit sinkt. Bei 10,4 Volt schaltet der Regler voll durch. Mehr geht nicht. Sinkt die Spannung weiter, kann nicht mehr genug Leistung umgesetzt werden - ergo sinkt die Leistung am Motor/Rotor.

Neue Spalten:
Ucell = Zellenspannung
P(Prozent) Prozent der Schwebeleistung die am Motor anliegt

Man sieht, dass die Leistung doch ziemlich schnell abfällt, wenn der Regler bei 100% ist. Der effektiv entnommene Strom Ieff sinkt dann natürlich auch. Wobei man das natürlich teilweise durch mehr Pitch ausgleichen kann. Dann sinkt aber die Spannung noch schneller...

In der angehängten Zip-Datei findet sich die Excel-Tabelle zum spielen...

Ciao, Udo

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Update der XLS-Tabelle ;-) ßndert aber nichts am Beispiel sondern nur an den Möglichkeiten mit der Tabelle zu "spielen".

Ciao, Udo

[morningstreet]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Danke für Deine Mühe.

Du hattest leider 2 kleine Denkfehler:

1. Du musst die Wurzel aus Pgefordert/Pmax nehmen, weil das durch U*I im quadrat in die geforderte Leistung eingeht. (Rechne mal in deiner Tabelle Ueff * Ieff, dann verstehst du )

2. Peff kannst du nicht einfach mit der reduzierten Teilspannung und gleichzeitig mit dem vollen Maximalstrom errechnen, weil der Maximalstrom natürlich durch die Akkuspannung limitiert ist. Der Effektivstrom eben nicht.

Anbei meine Korrekturen

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Warum soll man da die Wurzel nehmen? Voll durchgeschaltet wird der Motor Pmax bekommen. Wenn man nur die Hälfte der Leistung braucht, muss man das Taktverhälnis auf 1:1 setzen, also 50%. Braucht man ein Viertel der Leistung, dann wird das Taktverhältnis halt 25%. Was soll da die Wurzel? Die Prozent sind ein skalarer Wert. Die Wurzel zu ziehen ist hier pure Willkür *g*

Wenn U*I eine Leistung von 1000 Watt ergeben, dann brauche ich für 500 Watt eine Regleröffnung von 50%. Nach Deiner Rechnung ergäbe sich eine Regleröffnung/Taktung von 70%. 1000 Watt für eine Sekunden und 0 Watt für eine Sekunde ergeben durchschnittlich 500 Watt für 2 Sekunden.

Du hälst nicht die Leistung konstant, sondern den Verbrauch, weil Du zweimal integrierst (Ueff UND Ieff). Gemessen z.B. in Ws. Und - ßberraschung - der Verbrauch ist in der Tat identisch. Weil er das Produkt aus Ueff*I oder alternativ aus U*Ieff ist. Womit wir wieder beim Strom aus dem Lipo sind. Rückgerechnet ergibt sich, dass der Strom den der Lipo liefern muss steigt, wenn seine Spannung sinkt und der Verbrauch identisch bleibt.

Du integriest bei Deiner Vorgehensweise einfach ZWEIMAL über die Zeit, wenn Du sowohl U als auch I integrierst. Da ist der Fehler.

Und zum Thema "was der Lipo liefern kann". Es ist ja wohl absolut üblich, hier von einem "idealen Akku" auszugehen. ßber die Kondensatoren im Regler und die Induktivitäten im System (Kabel etc.) kommen die Stromspitzen eh nicht wirklich beim Lipo an.

Und mit Verlaub: Beobachtungen von Piloten zeigen eindeutig, dass der Stromverbrauch mit sinkender Akkuspannung steigt. Mein Log zeigt das auch. Wie bitte ist das dann zu erklären, wenn Deine Auslegung stimmen sollte? "Andere Gründe"? *lol* Welche? Könnte natürlich daran liegen, dass ich mit den Rotorblättern dauernd Insekten aufsammele und sich dadurch das Gewicht über die Flugzeit ändert...

Ciao, Udo

[ubit]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Hi,

ich bestreite alles, was ich bisher geschrieben habe und behaupt das Gegenteil

Christian ist besser in E-Technik als ich. Ich hab' nochmal etwas herumgelesen. Seine "korrigierte" XLS-Tabelle berechnet die Effektivwerte korrekt.

Mein Fehler war, dass ich schlicht falsche Bezeichnungen gewählt habe.
Wo ich "Ueff" geschrieben habe, meinte ich die Durchschnittsspannuung.
Wo ich "Ieff" geschrieben habe, meinte ich den Durchschnittsstrom.
Wo ich "Peff" geschrieben habe, meinte ich die durchschnittliche Leistungsaufnahme.

Effektivwerte sind ETWAS ANDERS. Ueff ist definiert als die Gleichspannung die an einem ohmschen Widerstand den selben Strom (Ieff) verursacht wie die untersuchte pulsierende Spannung.

Insofern sind Christians Berechnungen für die Lastseite völlig korrekt. Seine "Ueff" und "Ieff" sind beide konstant und das sind genau die Werte die der Motor "sieht" (bzw. sehen würde, wenn er mit Gleichspannung betrieben würde).

Der Fehler liegt anderswo. Am Lipo.

Ueff und Ieff sind THEORETISCHE Werte. Sie sagen aus, welchen Strom der Lipo liefern müsste, wenn seine Spannung Ueff wäre. Daraus kann man dann die effektive Leistung als Peff = Ueff * Ieff ableiten.

Nun ist die Spannung des Lipos aber NICHT Ueff, sondern eben U = Anzahl Zellen * Zellenspannung.

Da wir über die Effektivwertberechnung aber nun die "pulsierende" Last quasi in eine konstante Last (Gleichspannung) umgerechnet haben, können wir am Lipo ganz einfach den Strom berechnen:

U * I = Peff

I = Peff / U

mit Peff = Ueff * Ieff ergibt sich also:

I = (Ueff * Ieff) / U

Im Ergebnis "sieht" der Motor konstante Spannungen und Ströme (effektiv), der Lipo liefert aber höhere Ströme je niedriger seine Spannung ist.

q.e.d.

In der angehängten XLS sind nun zwei Rechenwege. "Meiner" mit Durchschnittswerten in Zartrosa. Christians mit Effektivwerten in Babyblau.

Erläuterung:

U = Lipospannung gesamt
Ucell = Zellenspannung
I = Strom, wenn die Lipospannung voll auf den Motor geht (maximaler Strom)
Pmax = Aus U und I berechnete maximale Leistung die "durch den Motor" geht
Regleröffnung effektiv = Effektive Regleröffnung die nötig ist um Ueff konstant zu halten
Taktverhältnis = Prozent "Einschaltzeit" des Motors/Rechtecksignals
Ueff, Ieff, Peff = Effektivwerte nach "Christian"
Umittel, Imittel = Mittelwerte nach "mir"
Pmittel(U) = Mittlere Leistungsaufnahme berechnet aus Umittel
Pmittel(I) = Mittlere Leistungsaufnahme berechnet aus Imittel
Ilipo = Strom aus dem Lipo nach Christians Effektivwertmethode mit "simulierter Gleichspannungslast" entsprechend I = P/U

Erfreulicherweise ergibt sich mit beiden Rechenwegen ein identischer Strom aus dem Lipo in Abhängigkeit von der Akkuspannung I(Lipo) = I(Mittel).


Ciao, Udo

[cue]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Hi!

in dem Zusammenhang vielleicht auch ganz interessant:
Effektivwert - Wikipedia

Da sieht man auch schön, dass der mittlere Strom und Effektivstrom zwei verschiedene Sachen sind. Und es erklärt auch warum bei niedrigerer Spannung und somit höherer Regleröffnung der Akku mehr Strom liefern muss...

mfg Peter

[morningstreet]

AW: Zusammenhang von C-Rate und Flugzeit

Warum soll man da die Wurzel nehmen? Voll durchgeschaltet wird der Motor Pmax bekommen. Wenn man nur die Hälfte der Leistung braucht, muss man das Taktverhälnis auf 1:1 setzen, also 50%. Braucht man ein Viertel der Leistung, dann wird das Taktverhältnis halt 25%. Was soll da die Wurzel? Die Prozent sind ein skalarer Wert. Die Wurzel zu ziehen ist hier pure Willkür *g*

Zunächst nochmal der Vollständigkeit halber: Wenn du die angelegte Spannung halbierst, halbierst du logischerweise auch den fließenden Strom. Da sich die Leistung aber aus U*I ergibt, erhältst du dann nich - wie angenommen - die halbe leistung, sondern 1/2 * 1/2 = 1/4 der Leistung

Das Thema ist verdammt komplex, auch ich lerne gerade noch ein paar neue Dinge dazu, und wir sind noch nicht am Kern der Erkenntnis angelangt.

Ein paar sachen, die zu beachten sind:

Die Effektivwerte gelten eigentlich für Ohmsche Verbraucher. Sie geben eigentlich an, wie hoch eine entsprechende Gleichgröße sein müsste, um die selbe Leistung (Wärmeenergie) am Verbraucher umzusetzen, wie die Wechselgröße.
Ein Brushless Motor ist aber mMn eine induktive Last und da bin ich mir jetzt nicht ganz sicher, ob die Effektivwerte, oder Doch das arithmetische mittel anzuwenden ist.

Weiterhin sind elektrische und mechanische Leistung beim Motor nicht äquivalent und hängen vom Betriebszustand (PWM, Drehzahl) ab.

Ich habe hier mal ein interessantes Dokument gefunden, in dem sich schonmal jemand intensiv mit der thematik befasst hat.
Das ganze ist allerdings recht starker tobak und da meine E-Technik Vorlesungen auch schon ein weilchen zurück liegen ganz bestimmt nichts mehr für heut abend

Ich werde mir das ganze mal zu Gemüte führen, wenn ich etwas Ruhe habe. Alle anderen sind natürlich auch herzlich eingeladen, mal einen Blick reinzuwerfen