Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

[Homer]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Ich habe eine Weile überlegt, ob ich darauf noch was antworten soll.

Die Leistung, die beim Heli zum Einsatz kommt, definieren Rotordurchmesser, Rotordrehzahl, Anzahl und Anstellwinkel der Rotorblätter, dazu noch ein paar Wirkungsgrade und weitere Details. Mit dem eingesetzten Antrieb hat das kaum zu tun.

Würde ich so nicht sagen. Man wählt ja schließlich den Antrieb passend zum Heli und Flugprofil des Piloten.

Der E-Motor liefert die mechanische Leistung, und der Regler versorgt ihn dazu mit der erforderlichen elektrischen Leistung. Die darf den Motor nicht überfordern, und der Grenzwert dafür steht in den Spezifikationen. "Höchstleistung 5kW" heißt, dass er das maximal aushält, nicht dass er es zwingend liefert.

Wenn der Heli sagen wir maximal 3kW Wellenleistung fordert, dann ist es egal, ob der Motor genau 3, oder aber 5 oder 20kW elektrische Maximalleistung verträgt. Er wird in diesem Setup nie mehr als 3kW abgeben, dazu nie mehr als vielleicht 3,5kW elektrisch aufnehmen.

Stimmt auch nicht. Ein zu klein gewählter Motor kann leicht überlastet werden und das vielfache an Strom aufnehmen als er tatsächlich in mechanische Leistung abgeben kann. Wird dann halt ne Heizwicklung

Ein größerer Motor läuft dann aber stärker in Teillast, als es ein kleinerer tun würde.

Im selben Heli, unter den selben Einsatzbedingungen, mit übergroßzügig dimensioniertem Antrieb muss der Regler stärker drosselnd eingreifen, als wenn Motor und Akku passend konfiguriert wären. (Obendrein muss mehr Gewicht in die Luft.)

Was?
Die Grösse des Motors ist ausschlaggebend, wie weit der Regler in die Teillast muss??

Die für die thermische Belastung des Reglers wichtige Größe ist (abgesehen natürlich vom grundlegenden Leistungsdurchsatz, primär dem fließenden Strom) dementsprechend nicht die "Regleröffnung", also der Wert, den man in Prozent per RC vorgibt. Das ist lediglich der Wunsch des Piloten an die Governor-Elektronik, welche Drehzahl bitte erreicht und gehalten werden soll.

Wesentlich ist hier, wie weit der Regler dazu von Vollast runter muss, und das sieht man im Log, an den Prozent "PWM", wie stark per Pulsbreiten-Regelung der Strom zur Leistungsreduktion "zerhackt" werden muss. Je mehr Teillast, desto stärker werden die Verluste, die in den Transistoren durch die Schaltvorgänge auftreten, desto wärmer werden die Bauteile.
Solange die Temperatur in vernünftigem Rahmen bleibt, sind die Schaltvorgänge an sich unschädlich. Teillast ist per se also nichts, was man unbedingt vermeiden muss. FETs sind gemacht um zu schalten, man darf sie dabei halt nicht grillen.

Was denn jetzt?
Ist die Regeröffnung für die Temperaturentwicklung des Reglers egal oder nicht?
Nimm mal einen Regler egal welchen und belaste ihn für 30 Sekunden Vollgas mit 100 Ampere. Dann machst du das Gleiche mit 50% Regleröffnung. Dann vergleiche mal den Temperaturverlauf.

Die richtige ßbersetzung zum Rotor ist natürlich auch ein Thema, damit stellt man ein möglichst optimales Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl des Motors ein. Sie ist aber nur ein Aspekt von mehreren, die richtige Auslegung der Motorkennwerte und der Betriebsspannung sollte man nicht außer Acht lassen.

In dem Punkt hast du Recht. Um nichts anderes gehts.

Die richtige Auslegung ist schwer vom Piloten abhängig. Eine Auslegung für einen Teampiloten der fast immer mit nur einer Drehzahl fliegt ist einfacher als für uns Ottonormalflieger. Manche möchten maximale Flugzeit erreichen und möglichst soften Rundflug und Kunstflug ausüben. Andere versuchen sich an 3D mit mäßigem Pitchmanagement, wechseln gerne mal die Drehzahlen und fliegen dann mit einem ganz anderen Wirkungsgrad als bei 85% Regleröffnung. Deswegen ist die Auslegung immer ein Kompromiss. Und den gilt es so gut wie es eben geht zu treffen.

Mit dem Aureus hat man zumindest was den Regler betrifft meines Erachtens schon das Optimum. Ich bin mit dem absolut zufrieden.

[<<Philipp>>]

Ich habe eine Weile überlegt, ob ich darauf noch was antworten soll.

Dann überlege noch etwas länger, Rico. Du hast jeden einzelnen Text von mir, den Du zitiert hast, nicht richtig verstanden. Ein bisserl mehr physikalisches Grundwissen wäre nützlich ...

LG
Philipp

[Homer]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Ok.

[rainerX]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Hallo,
mich hätte mal interessiert, ob der Motoraussetzer auch verschwunden ist/wäre, wenn man das Motortiming von Auto auf fix (Festwert) umgestellt hätte.

[Dachlatte]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Ich habe den Part auch nicht verstanden.

Die für die thermische Belastung des Reglers wichtige Größe ist (abgesehen natürlich vom grundlegenden Leistungsdurchsatz, primär dem fließenden Strom) dementsprechend nicht die "Regleröffnung", also der Wert, den man in Prozent per RC vorgibt. Das ist lediglich der Wunsch des Piloten an die Governor -Elektronik, welche Drehzahl bitte erreicht und gehalten werden soll.

Wesentlich ist hier, wie weit der Regler dazu von Vollast runter muss, und das sieht man im Log, an den Prozent "PWM", wie stark per Pulsbreiten-Regelung der Strom zur Leistungsreduktion "zerhackt" werden muss. Je mehr Teillast, desto stärker werden die Verluste, die in den Transistoren durch die Schaltvorgänge auftreten, desto wärmer werden die Bauteile.
Solange die Temperatur in vernünftigem Rahmen bleibt, sind die Schaltvorgänge an sich unschädlich. Teillast ist per se also nichts, was man unbedingt vermeiden muss. FETs sind gemacht um zu schalten, man darf sie dabei halt nicht grillen.

Die für die thermische Belastung des Reglers wichtige Größe ist (abgesehen natürlich vom grundlegenden Leistungsdurchsatz, primär dem fließenden Strom) dementsprechend nicht die "Regleröffnung", sondern wie weit der Regler dazu von Vollast runter muss, und das sieht man im Log, an den Prozent "PWM", wie stark per Pulsbreiten-Regelung der Strom zur Leistungsreduktion "zerhackt" werden muss. Je mehr Teillast, desto stärker werden die Verluste, die in den Transistoren durch die Schaltvorgänge auftreten, desto wärmer werden die Bauteile.

Willst du damit sagen PWM =/= Regleröffnung ?

[Homer]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

��

[<<Philipp>>]

Willst du damit sagen PWM =/= Regleröffnung ?

Wenn Du mit =/= meinst, dass das nicht das selbe ist, dann ja, das will ich sagen.

Der Prozentwert, den Du in Deinen Sender eingibst, sagt dem Regler, welche Drehzahl Du Dir wünscht. Der ist fix, solange Du nicht die Drehzahl änderst.

Der Regler muss durch pulsen, "zerhacken" des Antriebsstroms dann die Leistung anpassen, damit der Motor sich eben so schnell dreht wie gewünscht. Er schaltet dazu den Strom mehrere zehntausend mal pro Sekunde ein und aus. Je kürzer die Einschaltphasen, oder umgekehrt, je länger die Pausen dazwischen sind, umso weniger Leistung liefert der Motor. Das nennt man Pulsbreiten Modulation, englisch Pulse Width Modulation.
Dieser PWM-Wert schwankt bei den sich dauernd ändernden Lasten im Heli-Flug natürlich ständig, je nachdem wie viel Pitch gerade gesteuert wird, bzw. je nach anliegender Spannung. Wenn der LiPo leer wird, muss der Regler ebenfalls mehr "Gas geben", um die Drehzahl zu halten.

Bei jedem Schaltvorgang entstehen aber an den Transistoren im Regler elektrische Verluste, die zur Erwärmung führen. Das geschieht am wenigsten bei Vollast, da wird immer nur zur Kommutierung die Phase weiter geschaltet und diese nicht auch noch zur Leistungsregelung per PWM gepulst.

Also, Vollast bedeutet geringere Schaltverluste, Teillast bedeutet höhere Schaltverluste. PWM unter 100% bedeutet Teillast. Der PWM-Wert ist das Maß für die Verluste, nicht das Gassignal.

Wenn man über den Prozentwert der "Regleröffnung", des Gassignals zwar eine niedrige Drehzahl abruft, den Heli durch hohe Blattanstellwinkel aber stark belastet, muss der Regler ordentlich mit dem PWM-Wert hinauf, um die Drehzahl zu halten. Je mehr, desto weniger Schaltverluste entstehen, obwohl die "Regleröffnung" vielleicht recht niedrig ist.

Umgekehrt, wenn zwar das Gassignal hoch ist, im Flug aber wenig Lasten entstehen, weil man nur schwebt oder sanft rundfliegt, muss der Regler trotzdem die Leistung niedrig halten, damit die Drehzahl nicht unerwünscht ansteigt. Es wird stark gepulst, kaum je volle Leistung abgerufen, die Schaltverluste sind hoch, vielleicht sogar höher als im Beispiel des vorigen Absatzes.

Zwei Gedankenspiele, zu "der Rotor definiert den Leistungsbedarf", und "der größere Motor läuft mehr in Teillast" weil das zuvor ja nicht klar genug rüber gekommen ist:

- Die erforderliche Motorleistung, damit ein Auto bei ebener Straße und Windstille eine bestimmte Geschwindigkeit hält, hängt von nur zwei Größen ab: Dem Rollwiderstand und dem Luftwiderstand.
Da gibt es erstaunlich geringe Unterschiede zwischen Käfer und Porsche, bei 100km/h ist das bei beiden nicht viel von 20PS weg. Ob der Motor maximal 24 oder 240PS liefern kann, ist unerheblich für die konstante Fahrt mit diesem Tempo.

- Ein alter Käfer ist bei 100km/h nicht weit von Vollgas weg, der Porsche nicht allzuviel über Standgas.

Umgelegt auf z.B. meinen Logo 600 SE:

Wenn der bei 1400/min am Kopf und schnell eingesteuerten 13° Kollektiv (und trotzdem kaum einbrechender Drehzahl) sagen wir maximal 2,5kW elektrische Leistung aufnimmt, dann wird auch ein Motor, der zu erheblich höherer Leistung fähig wäre, trotzdem nie mehr Leistung liefern. Der Heli kann sie niemals abrufen, dieser Rotor bei diesen Betriebsbedingungen schluckt einfach nicht mehr!

Einen 650er Pyro wird der Regler also öfter bis nahe an die Vollast fordern, während er einen 850er ständig mit niedriger Teillast im Zaum halten müsste. Viel Teillast wollen wir dem Regler aber ersparen ...

LG
Philipp

[diabolotin]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Hallo Philipp, von deinen Ausführungen halte ich recht viel.

Mittlerweile habe ich über 6 Helis von anderen Reglern auf aktuelle YGE umgerüstet, von Goblin 420 mit YGE 95 und Xnova, bis Goblin 700 mit YGE 205 und Pyro 800.
YGE Regler, meine praktischen Erfahrungen damit - RC-Heli Community

Ich kann kein Fehlverhalten von YGE bestätigen, außer dass die Startmelodie bei Kontronik etwas schöner klingt
Hast du die aktuellen YGE Regler? (mit den Früheren war ich auch nicht immer glücklich)

[Homer]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Gut erklärt Philipp.
Bis auf den letzten Abschnitt bin ich bei dir.
Einen so kleinen Motor zu wählen ist definitiv nicht richtig. Den Regler interessiert das im Teillastbereich relativ wenig, weil die Last fast die Gleiche ist. Der stärkere Motor nimmt möglicherweise etwas mehr Strom auf, weil er den geringeren Ri hat, aber prinzipiell ist Wellenleistung Wellenleistung, egal welcher Motor.
Während ein stärkerer Motor über einen breiteres Leistungsspektrum effizient läuft, geht ein kleiner Motor am Ende seiner Leistung immer mehr in die Sättigung. Irgendwann wird der Strom mehr in Wärme als in Wellenleistung umgewandelt.
Als Beispiel habe ich meinen Voodoo 600 mit dem ersten Motor einen Pyro 650-1000. Strompeaks bis 220 Ampere loggte ich, Leistung war ok, aber mehr auch nicht.
Umgebaut auf einen Xnova 4025-1120 und gefühlt hatte ich 40% mehr Leistung. Die Peaks wurden so auf um die 170 Ampere reduziert. Enddrehzahl und Gewicht war gleich. Für mich ein praktisches Beispiel, dass ein kleiner Motor nicht unbedingt die beste Wahl ist.
Und ich denke beim Regler spielt noch sehr viel mehr eine Rolle als die reine PWM.

[Homer]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Kleiner Nachtrag von jemandem der richtig Ahnung hat:

Man misst den Strom in der Regel am Akku, also am Eingang des Reglers.
Bei Vollgas, also 100% PWM fließt motorseitig der gleiche Strom wie Akkuseitig. Ich nehme mal als Beispiel 100A.
Was passiert denn bei 50% PWM?
Der Regler taktet den Motor so, dass die halbe Effektivspannung am Motor ankommt, sodass er nur mit der halben Drehzahl dreht.
Bei Eingangsleistung = Ausgsangsleistung (Wirkungsgrad lasse ich hier mal außer Acht) muss also der doppelte Strom fließen, denn P = U x I.
Es fließen also bei 50% PWM 100A eingangsseitig und 200A am Motor.
Zwar kuÌ?rzer getaktet, aber der Strom fließt. Und das fuÌ?hrt unmittelbar zu hoÌ?heren WaÌ?rmeverlusten als z.B. bei 75% oder 90%.
Das ist der Grund warum niedriger Teillastbetrieb nicht unbedingt erwuÌ?nscht ist und zu staÌ?rkerer ErwaÌ?rmung fuÌ?hrt.

Ist auch logisch, denn wenn es rein ums Takten ginge waÌ?re es ja voÌ?llig egal wie niedrig man im Teillast ist, ob 55% oder 99%.

Ein weiterer Punkt sind noch die Elkos. Bei hoher Teillast oder Vollgas werden die Elkos bei jedem Schaltvorgang nur ganz wenig entladen und wieder vollgeladen. Bei niedriger Teillast werden sie viel weiter entladen und entsprechend mehr muss wieder nachgeladen werden.
Das fuÌ?hrt ebenfalls zu hoÌ?heren WaÌ?rmeverlusten und geringerer Lebensdauer der Elkos.
Deshalb sieht man oÌ?fter auch mal Elkos die aufblaÌ?hen oder aufplatzen.
Das ist meist ein Zeichen fuÌ?r haÌ?ufige UÌ?berlastung im niedrigen Teillastbereich.

[<<Philipp>>]

YGE habe ich nur einen in Verwendung, einen 65LVT, allerdings nicht im Heli. Der Rest läuft auf Kontronik und Hobbywing.
Der eine aus dem Hause Jung ist ein aktuelles Modell, aber vom BEC her eben eher naja. Ohne Glättungs-Elko ist das Initialiseren des Kreisels Glückssache.

Im Logo arbeitet ein umgewickelter Pyro 650 mit 860kV, vom Ri etwa einem Competition entsprechend. Der hat für 3303g Abflugmasse und meinen Flugstil ausreichend Reserven. Wie gesagt, Spitzen liegen bei etwa 2,5kW und 3,5kW sollte er als Dauerlast aushalten.

Einen 4025er Xnova hatte ich auch einmal drin, nicht lang. War nur schwerer und sonst sicher nirgendwo besser.

Ein bisserl Luft nach oben muss ein Motor natürlich haben, aber halt mit Plan.

Wer ist dieser Jemand mit richtig Ahnung? Ich denke ihm kommt da ein bisserl etwas durcheinander, Phasenanschnitt und PWM, Leistungsregler und Transformator.
Die ßnderung der Pulsbreite am Ausgang bewirkt keine ßnderung der Drehzahl, sondern hält sie trotz variabler Last konstant, indem mittels veränderter Ströme das Drehmoment des Motors an den Bedarf angepasst wird. Die Spannung ist immer die der Stromquelle. P = U x I, und der Strom wird geregelt, um am Eingang wie am Ausgang des Reglers die Leistung nach Bedarf zu variieren.
Die Elkos am Eingang puffern die Spannungsspitzen aufgrund der Leitungsinduktivität zwischen Akku und Regler, weil sonst die FETs nicht zuverlässig arbeiten können. Deswegen gibt´s auch die zusätzlichen Elko-Pakete, wenn man längere Kabel verwenden muss.
Das ist übrigens eine weitere Quelle für Fehlkommutierungen (z.B. Stickpacks mit langen Verbindungsleitungen drin), und die wiederum können auch Kondensatoren grillen.

LG
Philipp

[<<Philipp>>]

Was noch fehlt: Der Freilauf

Die Induktivität der Motorwicklungen verleiht dem darin fließenden Strom so etwas wie Trägheit, man kann ihn nicht abschalten, ohne dass er gewissermaßen weiterfließen will. Dadurch entsteht Spannung die (beim passiven Freilauf) über Dioden abfließt, die in FETs ohnehin vorhanden sind (die sogenannte Körperdioden). Wie jede Diode produzieren die aber in Durchlassrichtung Verluste, also Wärme. Je länger in der PWM die abgeschalteten Phasen dauern, desto länger fließt verlustbehhafteter Strom über die Körperdioden. Deswegen sind die Schaltverluste bei höherer Teillast auch größer.

Abhilfe schafft der aktive Freilauf, da wird die durch die Abschaltung des Wicklungstroms induzierte Spannung abgeleitet, indem man an der richtigen Stelle zur richtigen Zeit einen FET auf Durchlass stellt. Durch den offenen FET geht es fast verlustfrei, damit fällt die Erwärmung der Körperdioden weitgehend weg.

Diese Schaltung ist aber heikel, sie muss exakt zur Kommutierung getaktet sein, sonst entstehen innerhalb des Reglers Kurzschlüsse und dann wird´s wirklich warm!

LG
Philipp

[Homer]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Wer ist dieser Jemand mit richtig Ahnung? Ich denke ihm kommt da ein bisserl etwas durcheinander, Phasenanschnitt und PWM , Leistungsregler und Transformator.

Er hat definitiv mehr Ahnung als wir hier alle zusammen.
Vielleicht wäre es angebracht, sich mal richtig mit der Materie auseinanderzusetzen und nicht nur Wikipedia zu zitieren.

Die ßnderung der Pulsbreite am Ausgang bewirkt keine ßnderung der Drehzahl, sondern hält sie trotz variabler Last konstant, indem mittels veränderter Ströme das Drehmoment des Motors an den Bedarf angepasst wird.

Wenn das so waÌ?re, dann wuÌ?rde der Motor ja immer mit Vollgas laufen. Wie macht man das dann in einer FlaÌ?che?
Da aÌ?ndert man die PWM und es aÌ?ndert sich die Drehzahl oder?

Die Spannung ist immer die der Stromquelle.

Effektiv am Motor eben nicht. Was passiert denn bei einer Pulsweitenmodulation? Man taktet so, das man effektiv uÌ?ber die Periodendauer die Effektivspannung anpasst.

Bestes Beispiel Motor-KV.
Du hast einen Motor mit 1000KV.
Bei 24V dreht der Motor 24.000.
bei 12V dreht er 12.000.
Wenn ich jetzt moÌ?chte dass mein Regler so taktet, dass er mit 24V nur 12.000 dreht, welche Spannung muss der Motor dann bekommen?

Nichts anderes macht der Regler.

[raimcomputi]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

Ich verwende seit 7 Jahren in meinem Protos einen Hobbywingregler. Der läuft die ganzen Jahre mit 50%. Er wird dabei nicht heiß, sondern nur lauwarm. Und er hat noch nie Probleme gemacht. Selbst in meinem kleinen Scaler steckt im geschlossenen Rumpf ein Hobbywing, der ebenfalls mit ca. 50% läuft. Auch dieser Regler wird nicht heiß, selbst nicht im Hochsommer bei über 30 Grad.

Von daher ist es wohl Reglerabhängig, ob Teillast ein Problem ist, oder nicht. Die Hobbywings sind jedenfalls in der Hinsicht absolut unkompliziert.

[JMalberg]

AW: Motoraussetzer, aber nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich

dass er mit 24V nur 12.000 dreht, welche Spannung muss der Motor dann bekommen?

Wenn ich jetzt meine bescheidenen Kenntnisse der PWM-Ansteuerung der Motorwicklung zusammen nehme, ist die Spannung von hier 24V fix, aber die Pulsbreite nur etwa halb so lange wie bei der doppelten Drehzahl von 24.000 /min.

Die Spannung ist durch die Energiequelle LiPo festgelegt und der Regler steuert die Drehzahl bei konstanter Spannung durch die Pulsweite = Dauer.

So habe ich es zumindest seit Jahren verstanden.