חישוב נצילות של מנוע חשמלי

[leetal]

בכדי לדעת אם הסטאפ שלנו טוב. ואנו מנצלים את מלוא ההספק המושקע מהסוללה לסיבוב הפרופ, אנו יכולים לחשב את הנצילות של המנוע.
נצילות בינונית היא מעל 70%-65%, נצילות טובה מאוד מעל 80%, מעל 90% מצויין. בפחות מ-65% המערכת מתוכננת רע מאוד ולא כדאית.
ככול שהנצילות גבוהה יש לנו יותר זמן טיסה, פחות מעמס על המנוע, על הבקר ובעיקר על הסוללה, ונקבל יותר כוח או מהירות מהפרופ. לכן חשוב שנשאף לנצילות גבוהה ככל שניתן.
בכדי שנוכל למדוד ולחשב את הנצילות של המנוע אנו חייבים לעיין בנתונים של המנוע:
זו דוגמה של המנוע הזה: (http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=7125&Product_Name=TGY_AerodriveXp_25_SK_Series_35-42_1000Kv_/_605w)
http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/catalog/35-42-1000.jpg
Model: SK35-42 1000
Kv: 1000rpm/v
Turns: 5
Resistance: 48
Idle Current: 1.7A
Shaft: 4mm
Weight: 142g
Rated Power: 605w
ESC: 45A
Cell count: 3~4 Lipoly
Suggested Prop: 10*6, 11*5, 13*8

אנו מפעילים את המנוע עם הפרופ, ובודקים עם מד הספק (http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=10777&Product_Name=Turnigy_Watt_Meter_and_power_Analyzer _(DE_Warehouse)) את ההספק ואת הזרם הנצרך תחת עומס.
עכשיו נשאר לחשב את ההספק שהתבזבז: לוקחים את הזרם שמדדנו כשהמערכת פעלה מעלים אותו בריבוע ומכפילים בהתנגדות הפנימית של המנוע (Resistance)-זהו ההספק שהתבזבז-שבעצם הוא הפך לחום, לכן מנוע חם מאוד מעיד על נצילות נמוכה.
ההיתנגדות מסופקת בדרך כלל במילי אומים, לכן בחישוב של המנוע בדוגמה נכניס את המספר 0.048.

חישוב הנצילות של המערכת הוא ההפרש בין ההספק הכללי שמדדנו פחות ההספק שהתבזבז שחישבנו, לחלק בהספק הכללי--זו הנצילות הכללית של המערכת

הערה: יש עוד בזבוז הספק על המנוע שנובע מהזרם שזורם על המנוע ללא עומס (Idle Current), ובכדי לא לסבך עוד את החישובים היתעלמתי ממנו, גם כך הוא הספק זניח יחסית.

[Roi]

מה בנוגע לבזבוז ההספק ב ESC?
הרי במצב של 50% מצערת בזבוז ההספק ב MOSFETים שנמצאים ב ESC הוא מקסימאלי מכיוון שבמצב זה מספר המיתוגים הוא מקס'.

לכן יש לבדוק את נצילות המנוע ב 100% מצערת שם בזבוז ההספק ב ESC הוא מינימאלי (וכן בניגוד להגיון ESC במצערת מלאה מתחמם פחות מ ESC בחצי מצערת)

[Boogle]

מה בנוגע לבזבוז ההספק ב ESC?
הרי במצב של 50% מצערת בזבוז ההספק ב MOSFETים שנמצאים ב ESC הוא מקסימאלי מכיוון שבמצב זה מספר המיתוגים הוא מקס'.

לכן יש לבדוק את נצילות המנוע ב 100% מצערת שם בזבוז ההספק ב ESC הוא מינימאלי (וכן בניגוד להגיון ESC במצערת מלאה מתחמם פחות מ ESC בחצי מצערת)

האם אתה בטוח במה שאתה כותב??
הESC ממתג בתדר קבוע תוך שינוי רוחב הפולס כPWM, אז מה אכפת לESC אם אתה בחצי מנוע או בפול? להיפך, בהנחת PWM הרי שהזמן שזורם בESC הזרם הרגעי הגבוה הוא קובע כמה הוא התחמם.

[igalr]

לא נשמע לי כל כך הגיוני.
כל הגרפים המתארים יעילות נראים פחות או יותר כמו זה :
http://www.banburymodelflyingclub.co.uk/bmfc%20stuff/electric%20photos%202/Chart01.jpg

מההסבר שלך אפשר להבין שיש קשר ליניארי כלשהו בין הזרם ליעילות ואילו בגרף בפרוש הפונקציה מאוד שונה . בכל הגרפים שאני ראיתי יש נקודת שיא כלשהיא שבה הזרם הוא כזה שהיעילות היא מקסימלית ההסבר שלך לא תואם לעובדה זו.

[igalr]

מה בנוגע לבזבוז ההספק ב ESC?
הרי במצב של 50% מצערת בזבוז ההספק ב MOSFETים שנמצאים ב ESC הוא מקסימאלי מכיוון שבמצב זה מספר המיתוגים הוא מקס'.

לכן יש לבדוק את נצילות המנוע ב 100% מצערת שם בזבוז ההספק ב ESC הוא מינימאלי (וכן בניגוד להגיון ESC במצערת מלאה מתחמם פחות מ ESC בחצי מצערת)

לפי ההגיון הזה ESC במצערת אפשר מתחמם הכי הרבה.

המצב הוא לא כזה.

ה ESC מתחם כתוצאה מהיכולת לפזר חום שנוצר עקב התנגדות פנימית של רכיבי ה FET.
ככל שהזרם גבוה יותר נוצר יותר חום וזה ממש לפי חוק אוהם בסיסי. כשנוצר חום צריך לפזר אותו.

[Roi]

האם אתה בטוח במה שאתה כותב??
הESC ממתג בתדר קבוע תוך שינוי רוחב הפולס כPWM, אז מה אכפת לESC אם אתה בחצי מנוע או בפול? להיפך, בהנחת PWM הרי שהזמן שזורם בESC הזרם הרגעי הגבוה הוא קובע כמה הוא התחמם.

בהחלט,

בכדי ליצור את אות ה PWM ההטרנזיסטורים חייבים לעבור ממצב רוויה לקטעון כלומר מ ON ל OFF.
במצערת מקסימאלית האות נמצא כל הזמן ב ON ולכן אין מפל מתח על הטרנזיסטור אשר קיים בזמן המעבר מ ON ל OFF. וזאת מכיוון שהטרנזיסטור במצב ON הוא בעל התנגדות קטנה (שואפת ל 0) ולכן ההספק המתפתח עליו קטן. במצב OFF הוא נתק לכן אין זרם דרכו ומכאן גם לא קיים בזבוז הספק.
בזמן המעבר מ ON ל OFF הטרנזיסטור נמצא במצב לינארי שהוא מעיין נגד ובמצב זה מתבזבז הספק בטרנזיסטור, למרות שזמן מעבר זה קצר מאוד הוא מתרחש מספר פעמים רב בשניה ולכן נהיה משמעותי.

[Roi]

לפי ההגיון הזה ESC במצערת אפשר מתחמם הכי הרבה.

המצב הוא לא כזה.

ה ESC מתחם כתוצאה מהיכולת לפזר חום שנוצר עקב התנגדות פנימית של רכיבי ה FET.
ככל שהזרם גבוה יותר נוצר יותר חום וזה ממש לפי חוק אוהם בסיסי. כשנוצר חום צריך לפזר אותו.

במצב מצערת 0 הטרזנזיסטורים הם "נתק" וכן לא זורם זרם במעגל ומכאן שאין הספק.

אנא ראה את תשובתי לבוגל.

[leetal]

יגאל ההסבר שלי נכון ומדויק, אני הסברתי את החישוב לסטאפ נתון, הגרפים שאתה מראה הם של מנוע נתון אך עם
פרופים שונים, ובכמה חישובים זהים לחישוב שהצגתי עם כמה פרופים מתקבל הגרף שלך.
המטרה של גרפים היא להראות לנו איזה פרופ הכי טוב למנוע נתון

[igalr]

דוד
הגרף הוא של יעילות כתלות בזרם ולכן כשמחשבים את הבזבוז אך ורק כפונקציה של ההתנגדות הפנימית אמור להתקבל גרף ליניארי ולא כמו בגרף בתמונה.

רועי
בחצי מצערת חצי מהזמן הטרנזיסטור נתק וחצי מהזמן קצר (ההסבר הזה נכון למנוע מברשות ולא ממש רלוונטי למנועי בראשלס) זה לא בידיוק חצי חצי אבל נניח שכן.
ב90% מצערת 90 אחוז מהזמן קצר ו 10 אחוז נתק כך שמספר הניתוקים וחיבורים הוא זהה בכל מצב מצערת שהוא גדול מאפס וקטן מצערת מלאה.

[Boogle]

רועי, איני יודע מה השכלתך בנידון אך מדבריך משתמע שאינך מבין ממש את המתרחש בבקר.
התאוריה שלך עם חור גדול מאוד מכייון שהESC ממתג עם רוחב פולס משתנה ועם משחקים בפאזה בין חיבורים וניתוקים למנוע על מנת להוציא את הכח במסגרת "תלת פאזית" - דר נתן הסבר בשרשור אחר בנושא.
בכל אופן כמו שיגאל אומר, חימום נובע כתוצאה מהזרמת זרם על התנגדות לאורך זמן. ולכן אם תחזיק מצערת מלאה דקה או חצי מצערת דקה האינטגרל על הזרם שמייצר מפל מתח על הFETS הוא יהיה מקור החימום.
בנוסף, הFETS נמצאים ב"תחום הלינארי" שלהם למיקרו שניות היות ואתה מעביר את הטרנזיסטור בין רוויה לקיטעון ואין לך כל עניין להיות בתחום הלינארי.

[leetal]

יגאל החישוב שלי לא ליניארי, חישוב הספק הוא זרם בריבוע כפול התנגדות קבעה.
ויש גם את החישוב הנוסף של Idle Current שכמו שצינתי בכוונה היתעלמתי ממנו, אבל הוא משפיע מאוד בתחילת הגרף והולך ופוחת בהמשך.

[Roi]

רועי, איני יודע מה השכלתך בנידון אך מדבריך משתמע שאינך מבין ממש את המתרחש בבקר.
התאוריה שלך עם חור גדול מאוד מכייון שהESC ממתג עם רוחב פולס משתנה ועם משחקים בפאזה בין חיבורים וניתוקים למנוע על מנת להוציא את הכח במסגרת "תלת פאזית" - דר נתן הסבר בשרשור אחר בנושא.
בכל אופן כמו שיגאל אומר, חימום נובע כתוצאה מהזרמת זרם על התנגדות לאורך זמן. ולכן אם תחזיק מצערת מלאה דקה או חצי מצערת דקה האינטגרל על הזרם שמייצר מפל מתח על הFETS הוא יהיה מקור החימום.
בנוסף, הFETS נמצאים ב"תחום הלינארי" שלהם למיקרו שניות היות ואתה מעביר את הטרנזיסטור בין רוויה לקיטעון ואין לך כל עניין להיות בתחום הלינארי.

בוגל, אני מבין מצויין איך פועל ESC. רוחב הפולס המשתנה בבקר נוצר ע"י החזקת ה FETS במצב קטעון או רוויה לפרקי זמן שונים.

בכדי לפשט את העניין נוציא את עניין הפאזות מהנושא מכיוון שמדובר באותו האות בדיוק עם הפרש פאזה משתנה בהתאם לסלד המנוע.

הנך צודק לחלוטין כי המצב הלינארי בטרנז' הוא לפרק זמן קצר אך בפרק זמן זה מתבזבז רוב ההספק, כעת אם נסתכל רק על אחת הפאזות במישור הזמן במצערת מלאה נראה כי בזמן שהפאזה פעילה הטנז' נמצא כל הזמן ב ON עד למצב בו מציתים את אחת משתי הפאזות האחרות כלומר Duty Cycle של 100% כלומר בכל משך פעולת הפאזה לא בוצע אף לא מיתוג אחד, כעת נניח מצב של 50% מצערת במצב זה בזמן פעולת הפאזה האות נמצא מחצית הזמן במצב ON ובמחצית השניה במצב OFF כלומר בוצע מיתוג בזמן פעולת הפאזה. מכאן ניתן להסיק כי במצב של 50% מצערת מתבזבז יותר הספק בטרנז' מאשר במצב של מצערת מלאה.

[Boogle]

בוגל, אני מבין מצויין איך פועל ESC. רוחב הפולס המשתנה בבקר נוצר ע"י החזקת ה FETS במצב קטעון או רוויה לפרקי זמן שונים.

בכדי לפשט את העניין נוציא את עניין הפאזות מהנושא מכיוון שמדובר באותו האות בדיוק עם הפרש פאזה משתנה בהתאם לסלד המנוע.

הנך צודק לחלוטין כי המצב הלינארי בטרנז' הוא לפרק זמן קצר אך בפרק זמן זה מתבזבז רוב ההספק, כעת אם נסתכל רק על אחת הפאזות במישור הזמן במצערת מלאה נראה כי בזמן שהפאזה פעילה הטנז' נמצא כל הזמן ב ON עד למצב בו מציתים את אחת משתי הפאזות האחרות כלומר Duty Cycle של 100% כלומר בכל משך פעולת הפאזה לא בוצע אף לא מיתוג אחד, כעת נניח מצב של 50% מצערת במצב זה בזמן פעולת הפאזה האות נמצא מחצית הזמן במצב ON ובמחצית השניה במצב OFF כלומר בוצע מיתוג בזמן פעולת הפאזה. מכאן ניתן להסיק כי במצב של 50% מצערת מתבזבז יותר הספק בטרנז' מאשר במצב של מצערת מלאה.

ממש לא.
אבל, אתה מוזמן לצייר את גרף הזמן לאות ותראה שבכל רוחב פולס, כל FET רואה מיתוג אחד בלבד בין ON לOFF , הזמן שעבר מאז עלה לON הוא פרק הזמן החשוב להתפתחות החימום.
ולא , ממש לא תופעת המעבר במיתוג.
הטבע הוא דבר מופלא, הפיסיקה המייצגת אותו היא מופלאה ותופעת החימום, מה לעשות, היא אינטגרל על הזמן של זרימת הזרם על התנגדות.
אינך יכול לבצע אינטגרל על פרקי זמן קצרים אשר שואפים לאפס.
אם ממש משעמם לך ממליץ לך לנסות ולהציב זאת במשוואות ולסכום את האינטגרל, תראה שאתה לא שם.

[Roi]

ממש לא.
אבל, אתה מוזמן לצייר את גרף הזמן לאות ותראה שבכל רוחב פולס, כל FET רואה מיתוג אחד בלבד בין ON לOFF , הזמן שעבר מאז עלה לON הוא פרק הזמן החשוב להתפתחות החימום.
ולא , ממש לא תופעת המעבר במיתוג.
הטבע הוא דבר מופלא, הפיסיקה המייצגת אותו היא מופלאה ותופעת החימום, מה לעשות, היא אינטגרל על הזמן של זרימת הזרם על התנגדות.
אינך יכול לבצע אינטגרל על פרקי זמן קצרים אשר שואפים לאפס.
אם ממש משעמם לך ממליץ לך לנסות ולהציב זאת במשוואות ולסכום את האינטגרל, תראה שאתה לא שם.

טעות בידך ידידי,

אשמח לשוחח איתך בטלפון ולהסביר לך היכן אתה טועה. (פשוט נמאס לי לכתוב :))

[Boogle]

ממש, אבל ממש לא בא לי לדבר על זה בטלפון.
תשובתך מתאימה לעובדה שכנראה אתה לא יודע לרדת מהעץ אליו טיפסת.

אם יש לך הוכחה מדעית אתה צריך להראות אותה בכתב או בשרטוטים, נפנופי ידיים בטלפון לא יביאו אותנו לשום מקום, ויעשירו את המפעילים הסלולריים.

[Roi]

אני לא זוכר שפגעתי בך או העלבתי אותך, אז בבקשה תשמור על רמת דיון סבירה :mad:

לא עליתי על שום עץ ולכן אין לי גם שום סיבה לרדת, חסרה לך הבנה בסיסית בהתקני מל"מ בכלל ובטרנזיסטורים בפרט...

ניסיתי להסביר לך מספר פעמים אך כנראה שלא הבנת וזה לגיטימי, לכן הצעתי להסביר לך את הנושא בטלפון. לא מתאים לך לא נורא אני לא אפסיד שעות שינה בגלל זה :rolleyes:

הכל ברוח טובה!

סופ"ש נעים.

[Boogle]

נו שויין, אל תעלב אין פה כוונה להעליב אלא להבין אותך, להבנתי חסרה לך הבנה בהווצרות החום, ואם לא תסביר את עצמך אנחנו במבוי סתום.
אם יש להבנתך ביסוס מדעי וודאי שתוכל להפנות אותנו אליו, כי אחרת כל שאמרת הוא בבחינת הצהרה אישית של תפיסת עולמך, שזו זכותך אך עליך לסייג את דבריך לעיל.



היות וטרחת לסתור את התאוריה שהועלתה כאן, המינימום המתבקש הוא להראות על מה אתה מתבסס.


האם אתה טוען שקצב המיתוג משתנה עם השינוי במצב המצערת?

[איציק רונן]

דוד,
יופי של הסבר.
אני רחוק מלהיות מומחה בנצילות מנועים ואני בטוח שיש עוד המון פרמטרים שכדאי לבדוק.
זה כיוון טוב (כלל אצבע) להתחיל בבחינת ההפסדים מכיוון הזרם. אבל זה קצת מופשט.
נשמח להמשך דיון בנושא (בכיוון שלך לא כמו רוב הדיון) מכיוון של המערכת כולה: מהירות הפרופ, פסיע וכו'
שוב תודה על השיתוף.
איציק

[gmagnezi]

האם אתה טוען שקצב המיתוג משתנה עם השינוי במצב המצערת?

רק כדי לחדד, קצב המיתוג קבוע ונמדד בקילוהרצים מה שמשתנה זה רוחב הפולס
שקובע בעצם כמה זמן ה FET במצב ON יחסית למצב OFF
כלומר כמות המיתוגים בשניה, שווה לכל אורך המצערת למעט במצב פול מנוע שם אין מיתוג (ה FET מקוצר קבוע) וכן במצב מצערת 0 שבה המנוע סגור ואין מיתוג.

אבל אל תשכחו על מה התחיל הדיון - על נצילות המנוע - הבקר הוא פונקציה קטנה יחסית למנוע בחישוב ההפסדים

גבי

[leetal]

דוד,
יופי של הסבר.
אני רחוק מלהיות מומחה בנצילות מנועים ואני בטוח שיש עוד המון פרמטרים שכדאי לבדוק.
זה כיוון טוב (כלל אצבע) להתחיל בבחינת ההפסדים מכיוון הזרם. אבל זה קצת מופשט.
נשמח להמשך דיון בנושא (בכיוון שלך לא כמו רוב הדיון) מכיוון של המערכת כולה: מהירות הפרופ, פסיע וכו'
שוב תודה על השיתוף.
איציק

איציק ההסבר הוא על נצילות חשמלית כמובן, ולא אוירודינמית שנובעת מהפרופ.
אבל פרופ בעל נצילות אוירודינמית טובה, ישפיע בצורה ישירה על צריכת הזרם של המנוע(פחות זרם), וכך על הנצילות החשמלית הכוללת (פחות הספק מבוזבז).

[leetal]

ועוד, גם בעיות מכניות כמו חיכוך על ציר המנוע ישפיעו על הזרם ולכן גם על הנצילות.

[b1yossi]

רק כדי לחדד, קצב המיתוג קבוע ונמדד בקילוהרצים מה שמשתנה זה רוחב הפולס
שקובע בעצם כמה זמן ה FET במצב ON יחסית למצב OFF
כלומר כמות המיתוגים בשניה, שווה לכל אורך המצערת למעט במצב פול מנוע שם אין מיתוג (ה FET מקוצר קבוע) וכן במצב מצערת 0 שבה המנוע סגור ואין מיתוג.

אבל אל תשכחו על מה התחיל הדיון - על נצילות המנוע - הבקר הוא פונקציה קטנה יחסית למנוע בחישוב ההפסדים

גבי

אתה בטוח ? אז איך נוצר שדה מגנטי מסתובב ?

[Roi]

אתה בטוח ? אז איך נוצר שדה מגנטי מסתובב ?

יוסי,

המיתוג הקבוע הוא למשך כל זמן פעולת הפאזה. הפאזות מתחלפות בינהן וכך נוצר השדה המסתובב.

[b1yossi]

יוסי,

המיתוג הקבוע הוא למשך כל זמן פעולת הפאזה. הפאזות מתחלפות בינהן וכך נוצר השדה המסתובב.

נו אז לפי החשבון שלי זה עדיין שווה את אותו מס' מיתוגים - הניסוח הנכון צ"ל שמשך המיתוג הוא המאכסימאלי האפשרי.

[Roi]

נו אז לפי החשבון שלי זה עדיין שווה את אותו מס' מיתוגים - הניסוח הנכון צ"ל שמשך המיתוג הוא המאכסימאלי האפשרי.

לא בדיוק,

ב 50% מצערת מפל המתח הממוצע צריך להיות כמחצית מתח המקור (הסוללה). הבקר מבצע זאת ע"י מיצוע בזמן, כלומר כאשר מחצית מהזמן הוא נמצא ב ON, לשם הנוחות נניח 12V ובחצי מהזמן הוא נמצא ב OFF הערך הממוצע יהיה 6V כלומר מחצית מתח המקור.

במצערת מלאה הוא נמצא כל זמן הפעולה ב ON ולכן הערך הממוצע בזמן יהיה 12V כלומר כל מתח המקור.

ניתן לראות זאת בתרשים העקרוני הבא:

http://www.efly.co.il/forums/attachment.php?attachmentid=21986&stc=1&d=1269374280

[Boogle]

אני חושב שהבנתי את מקור ה"בלבול"

מצד אחד אפשר לחשוב שבמידה והבקר ממתג בקצב קבוע, כשהמנוע סובב לאט , בזמן מעבר המגנט מעל הפאזה יש יותר מיתוגים מאשר אם המנוע סובב מהר וזמן המעבר של המגנט מעל הפאזה קטן.
מאידך, הטענה של החברים לעיל אומרת שבמצב מנוע מלא הבקר מספיק חכם לא למתג ורק לספור זמן כך שאין מיתוגים.
לטענה הנ"ל אני לא אתנגד, רק אומר כך, אם המצערת עומדת על 90% יהיו מיתוגים? נכון?
אם עליתי ל95% יהיו?
ומה אם אני ב99%?
וב99.9%?
וב99.9999%?
המסקנה שאני מגיע אליה היא שתמיד יש מיתוג גם במצערת מלאה ! אולי המיתוג הוא לזמן קצרצר אבל מיתוג הווה יהיה, אחרת כל האלגוריתם הפשוט של הבקר הולך פייפן.

ולעניין הראשון בואו נעשה תרגיל מחשבתי , מנוע סב לאט ב1200 סל"ד (=20 סיבובים לשניה )
נניח שבכל סיבוב יש הפעלת פאזה פעם אחת ולכן כל פאזה תמותג למשך 1/20 שניה.
מיתוג של בקר ב12KHZ יתן קצב פולסים של 1/12000 שניה לכן מעבר בפאזה צריך להכיל 600 מיתוגים. בשניה הפאזה תראה 600X20 =12000 מיתוגים
אם המנוע סב ב12000 סל"ד (200 סיבובים לשניה) מעבר בפאזה יתן רק 60 מיתוגים.
אבל , הפלא ופלא, סך המיתוגים שהפאזה תראה במשך שניה יהיה 200X60=12000 מיתוגים :D
לכן הטענה שפאזה רואה יותר או פחות מיתוגים - מופרכת.


אין מיתוגים

[b1yossi]

רועי - לפי תשובתך לא הבנת מה אני אומר, היות שחזרת על מה שאמרתי בניסוח שונה ;)

בקרוב תהיה בדיקה מעשית של אופיין המיתוגים של בקר סיני + CC עם סקופ ויהיה סוף לספקולציות.

אאל"ט הבקרים שאנו משתמשים בהם הם מסוג PWM ולכן מספר המיתוגים במינימום מצערת ובמכסימום מצערת חייב להיות שווה תמיד.