Drehstrom-Synchronmotor im City-El

[andreas Andreas]

Hallo Bernd
Also ich verstehe es immer noch nicht. Vor allem verstehe ich nicht, wie man das Problem lösen könnte. Es scheint ja so zu sein, daß es durch die Unterteilung in viele Einzelstränge nicht besser wird.
Der Röbelstab ist ja zuerst einmal motiviert durch den Skineffekt bei hohen Frequenzen. Der erste Schritt sind also viele Einzeldrähte parallelgeschaltet. Da dann aber die oben in der Nut liegenden Drähte wegen des Nutstreufeldes weniger zum Leitwert beitragen können, hat man den Röbelstab erfunden, damit alle Drähte gleichmäßig belastet werden. Das heißt aber noch nicht, daß dadurch der Nutstreufeldeffekt beseitigt wäre. Oder?
Wenn ich also wirklich flaches Kupferband einsetze (z.B. 25x0,3mm), dann habe ich dem Skineffekt schon den Zahn gezogen. Die Stromverdrängung durch das Nutstreufeld kann ich nur verhindern, indem ich die Leiter von der Nutspalte fernhalte. Das ergibt sich bei einer Bewicklung mit Kupferband automatisch, da ich in der Draufsicht einen näherungsweise rechteckigen Querschnitt für das Wicklungspaket erhalte. Ich erhalte zwar keinen sooo guten Füllfaktor für die Gesamtnut, aber das Kupfer sitzt an der richtigen Stelle: Immer schön nahe am Zahn, so eng umschlungen wie es nur irgend möglich ist.
Bei den BLDC, die ich kenne ist der Nutspalt relativ klein und die Hammerfläche zum Magneten hin sehr groß. Das erzeugte Feld dürfte sich also hauptsächlich im Eisen bewegen und da stört es keinen. Die Abhandlung Der Link wurde entfernt (404). beschreibt die Verhältnisse in einer offenen Nut ohne Rückschluss über einen Magneten bzw. Eisen.
Falls ich was falsch verstanden habe, lass es mich bitte wissen...
Gruß
andreas

 

[Christian D.]

Hallo Andreas,

die Verluste resultieren aus der Tatsache, dass die weiter oben liegenden Leiter eine Stromverdrängung aufgrund des Feldes erfahren, das die unter ihnen liegenden Leiter erzeugen. Dabei spielt es (fast) keine Rolle, was "noch weiter oben" passiert (also wie es an der Nutöffnung aussieht oder ob ein Rückschluss vorhanden ist). Sind die Leiter in Reihe geschaltet, ist der Stromverdrängungseffekt weit weniger ausgeprägt, als wenn die Leiter parallel geschaltet sind. Grund hierfür ist das Nutquerfeld (Streufeld), das in jedem Leiter eine Spannung induziert. Da das Feld vom Nutgrund zur Nutöffnung hin steigt, sind die Spannungen unterschiedlich hoch. Bei einer Parallelschaltung der Leiter führt dies zu Ausgleichsströmen und damit zu Verlusten. Abhilfe: Die Lage der Leiter in der Nut so verändern, dass die Summe aller Einzelspannungen in jedem Bündel aus parallel geschalteten Drähten gleich ist. Dazu wurde der Röbelstab erfunden, Du kannst es aber auch durch systematisches Wickeln halbwegs hinbekommen. "Aufrecht" in der Nut stehendes Kupferband ist das schlechteste, was Du tun kannst, die Strömverdrängung kann sich so maximal ausbilden. Dabei spielt es keine Rolle, ob Du nahe am Zahn wickelst oder nicht.

Gruß,

Christian

 

[andreas Andreas]

Hallo Christian
Gute Erklärung, aber wenn ich mir einen anderen Extremfall vorstelle, bei dem das Kupfer vollständig von geblättertem Eisen umgeben ist, dann gibt es keinen Unterschied zwischen oben und unten. Jedenfalls kann ich bei den von mir eingegebenen Geometrien in femm ein paar Feldlinien entdecken, die quer durch das Kupfer laufen. Bei Gleichstrom sind es etwa 8%, bei 400Hz etwa 14% der Feldlinien, die durchs Kupfer führen. Aber das muß nichts heißen. Ob das dazu führt, daß der Strom verdrängt wird, kann femm nicht berechnen. Dazu müßte man irgendwie die Problemstellung ändern, so daß Spannungen statt Ströme für die Kreise (Circuits) eingegeben werden könnten und dann auch richtig berechnet werden. Glaub ich nicht dran. Falls Du ein Progi kennst, das diese Berechnung beherrscht, ...
Gruß
andreas

 

[Bernd Schlueter]

Danke, Christian, du hast es gut erklärt. Ich drücke mich oft etwas kompliziert aus. Ein Programm brauchst Du zur Berechnung nicht, Andreas. Da genügt die Berechnung des Streufeldes quer zur Nut und die Lorentzkraft auf die Elektronen...(Halleffekt, da spielt auch die Ladungsträgerdichte eine Rolle und deren Beweglichkeit).
Mit dem Kupferband hast Du keinerlei Skineffekt mehr, das ist richtig, Andreas. Der ist aber hier noch relativ unbedeutend. Die Stromverdrängung beruht zwar auf der gleichen Lorentzkraft, ist aber sehr viel stärker, genau, wie Chris es sagt.

 

[andreas Andreas]

Hallo

Langsam verstehe ich, was da los ist.
Ich erhalte bei Gleichstrom 70A x 6 Windungen = 420A in femm z.B. 0-0,2 Tesla (|B|) über die Höhe der Wicklung, beim doppelten Strom 0-0,3 Tesla, bei halbem Strom 0-0,17 Tesla. Bei 0 A sind es immer noch 0-0,15 Tesla. Ich habe die Zahnseite mit dem stärksten Streufeld verwendet. Die anderen Zahnseiten haben z.T. deutlich geringe Nutstreufelder. Die Flußdichte ist also auch durch die starken Magneten bedingt.

Hallo Christian
Im Moment habe ich nur die Möglichkeit, den 2mm Draht mit etwa 18 Windungen eineinhalblagig zu wickeln. Da ich ABCABCABCABC wickeln will, müßte ich für die angedachte Drehzahlkonstante je 4 Zähne parallelschalten. Durch die anderthalblagige Wicklung kommt aber gerade besonders viel Kupfer in die Nähe des Streufeldes. Ich werde es jetzt aber einfach mal machen, ich muß einfach noch besser Wickeln, damit am Ende auch alles reinpasst.

Bin im Keller
Gruß
andreas

 

[Reinhold Schebler]

Hallo Andreas!
Viele reden davon; ich will es tun.
Ich habe den Zapi AC2 (48V/ 250A) da liegen;
Ich habe einen speziellen Drehstrommmotor; ich glaube der war als Erregungsgenerator verbaut...
Er ist nur einseitig gelagert hat auf der anderen Seite einen Spannkonus...
Ich war wohl für 400V3~ gedacht... D~300mm Aussen (Monster)
Ich möchte den umkonsturiert für 2 Pole und 48V; (Vermutlich mehrdrähtige Wicklung 4 Windungen(?)
Kannst Du mir das machen???
Ich kann Dir auch mal zuerst Bilder schicken..
Ich habe zwar schon einen örtlichen Motorenwickler aber der erneuert blos Spulenpackete; hat keine Ahnung vom umkonstruieren...
Schlussendlich soll der Motor meinen Smart in bewegung bringen;
Danke und Tschau
Reinhold

 

[andreas Andreas]

Hallo Reinhold
Ich habe zu wenig Ahnung von AC Motoren. Aber vielleicht gibt es ja andere, die Dir helfen können.
Meine Fähigkeiten sind auch sehr begrenzt.


Ich habe gestern 2 Zähne mit 18 Windungen gewickelt, nur um festzustellen, daß auch 30 Windungen möglich sind. Damit ist der Füllfaktor höher als mit Kupferband, aber es ist eine Riesenarbeit, sehr sehr anstrengend, mir tut alles weh. Und beim nächsten Zahn wird es noch schlimmer, ganz zu schweigen vom letzten. Aber: Der Motor bringt damit rechnerisch bis zu 11.5Nm bei 120A!!! Und das ist echt Super!!! Die Stromdichte liegt unter 10A/mm^2. Wenn ich 15A/mm^2 kurzzeitig zulasse, dann erreiche ich sogar 17,25Nm. Mit 2 Motoren kann man das Cityel locker beschleunigen.
Aber jetzt muß ich erst mal eine Woche wickeln, und dann sehen wir weiter. Einen BLDCSL Steller brauche ich auch noch.
Gruß
andreas

 

[Reinhold Schebler]

Hallo Andreas!
Du erklärst mir nix neues...
Ich habe schon mit Flachkupfer 6x3mm Spulen angefertigt;
Meisst nur 14Wdg; (2 x 7 auf Hartholzkern)
z.b. um den Thrige auf Reihenschlussmotor umzubauen...
Oder Rotoren im Scheibenwischerformat auf 8x 9 Wdg x 1,2mm Draht umgewickelt...
Dadurch hatte ich mehr Drehzahl und viel mehr Leistung...
Aber einen Drehstrommotor habe ich noch nie umgewickelt...
Zufälligerweise habe ich Litze ~1mmQ reinbekommen; ne ganze Rolle~5Kg.
Ich glaube mit 6mmQ könnte ich mal einen Versuch machen.
mir ist nur der Windungssinn nicht ganz klar...
immer um 3 Polschuhe rum?
Je 4 Wdg; dann 6 Freilassen; dann die nächsten?
Da muss ich mal die Pole durchzählen wie es ausgehen würde...
3x (RST) 3P x 4Wdg;???

Weisst Du dazu bescheid?
Tschau
Reinhold

 

[Bernd Schlueter]

Friedel, das ist ja ein Superlink, außer, dass man 100 mal das Fenster wegdrücken muss, ehe es verschwindet:

http://www.plasticlabels.ca/index_files/compareEVmotors.htm
Also, Vorsicht!

Endlich eine Zusammenstellung guter Motoren. Der Perm sieht da ja direkt ärmelich aus. Da sieht man mal was Seltenerdmagnete vermögen, wenn dann noch die Wicklung wassergekühlt ist!
Ich habe so etwas schon seit nun 29 Jahren geplant und die ersten Sumitomo-Patente von Anfang an verfolgt. Hier in Aachen hat eine Frau damals über den Einsatz in Scheibenläufern promoviert.
Mein Traum: Mein 500 Gramm-Motor mit 1 MW Leistung!
Ist allerdings nur materialmäßig und theoretisch möglich, aber zu aufwendig in der Herstellung.

 

[Bernd Schlueter]

Die interessanten Motoren habe ich jetzt erst entdeckt, nachdem ich danach suchte. Mit Wasserkühlung. Klar, Friedel fragen.

 

[andreas Andreas]

Hallo
Heute war ich auf diversen Schrottplätzen und bei Verwertern, hatte aber keinen Erfolg. Die haben meist nur altes Zeugs da, mit Bürstenmotoren. Die guten neueren Teile gehen sofort für gutes Geld weg. Ein Teil habe ich ausgeborgt, BMW, ein sehr großer Lüfter von Bosch. Der Motor ist zwar Bürstenlos und Aussenläufer aber vermutlich nicht dreiphasig. Das meine ich an den Ausbuchtungen am Stator erkannt zu haben. Also vermutlich nur 2 Phasen. Die Ausbuchtungen dienen vermutlich nur dem Anlauf. Ich finde es unglaublich, wie die Automobilindustrie konstruiert. Da werden ein paar Mosfets eingespart und der Wirkungsgrad und Leistungsdichte gehen runter. Aber wieder ein paar Euro gespart. Das liebt der Einkäufer.
Ich wickel jetzt jeden Tag einen Zahn, dauert 1 Stunde, dann sind die Bizeps dick. Spart das Hanteltraining.
Gruß
andreas

 

[Bernd Schlueter]

Wie, Litze 1mm. Das ist ja eigentlich zuviel des Guten. Massiver 1mm- Draht tut es wirbelstromfrei bis zu ziemlich hohen Frequenzen. Zu der Litze, wenn die wirklich aus voneinander isolierten Drähten besteht, ist für HF-Spulenbau bestimmt. Wenn Du einen einpoligen Synchronmotor mit Ferrit bauen wolltest, bei hoher Drehzahl und extrem hoher Polzahl, dann wäre es genau das Richtige.
Für den Wandlerbau mit über 100 kHz ideal. Verschwende das Zeugs nicht. Es ist richtig wertvoll und wird kaum noch hergestellt! Beispiel: 36 poliger einphasiger Synchronläufer bei 30.000 Touren/min ergibt 9000 Hz. Da würde es sich schon lohnen, bei unter 0,3 mm Drahtdurchmesser zu bleiben...Aber so hoch kommst Du mit einem Motor mit Eisenblechung gar nicht. Nur nicht gerade mit 10mm breiten Kupferbändern, da kommt die Stromverdrängung zum Tragen.
Bernd

 

[andreas Andreas]

Hallo
Mein umgebauter Übungsmotor Läuft!!!!
Bisher habe ich nur einen 30Ampere YGL30BL an 12 Volt um ihn zu treiben. Jede Phase hat 3,4mOhm (0,0034 Ohm). Trotzdem schafft es der kleine Regler ihn Munter zu treiben. Etwa 1 Minute habe ich bisher versucht, aber er wird schnell wärmer, der arme Kleine. Jetzt muß ich mal meine Ausrüstung umbauen, damit ich was messen kann, Strom, Drehzahl, PC-Oszi anschliessen, ich denke das dauert noch ein paar Tage, bis ich Daten habe wie Leerlaufstrom, Leerlaufdrehzahl.
Ich brauche einen richtig starken Regler. 60Volt 200A. Mit dem kleinen Regler traue ich mich nicht, den Motor abzubremsen.
Dann mach ich mich an den Bau eines Prüfstands. Ich brauche eigentlich nur eine Wirbelstrombremse, bestehend aus einer Aluscheibe, die ich auf den Motor schraube. Eine Magnetanordnung gegenüber, am besten im Abstand verstellbar. Dann muß ich noch das Drehmoment der Magnetanordnung messen können, ob dazu eine Küchenwaage in 0.5 Meter Abstand reicht? Das gibt schöne Arbeit!!!
Yippieh!!!
Gruß
andreas

 

[andreas Andreas]

Hallo
Ging schneller als gedacht... Leerlaufdrehzahl an 12 Volt Blei-Batterie 1300/min, Leerlaufstrom etwa 7A, jetzt Regler abgeraucht. Sche....
Was haltet ihr von diesen Reglern:
http://www.kellycontroller.com/mot/Brushless-DC-Motor-Controller.html
http://www.teamdelta.com/products/prod5c.htm
Gruß
andreas

 

[andreas Andreas]

Hallo
Ich habe den Motorregler bestellt, einen "KBL48201,24-48V,200A,BLDC Controller/With Regen " für Hallsensoreingänge. Damit werde ich weiter experimentieren.
Das Motorendesign ist aber nur der Anfang einer langen Reihe von Änderungen, die ich dem Cityel angedeihen lassen will. Wobei jetzt wirklich viel geändert werden muß.
Deshalb such ich noch folgende Teile:
2 Hinterachsen, rechte Seite darf beschädigt sein.
2 Bremsankerplatten, rechts und links, die Lagersitze und die Gewinde zur Bremskonsole dürfen beschädigt sein.
2 linke Hinterräder, Rundlauf muß sein, Aussehen egal.
1 Batteriekorb, nicht deformiert, die Aufnahmen zur Karosse müssen OK sein, egal welcher Motor, egal welches Baujahr, Rost spielt keine Rolle.
2 Einfach-Kettenräder, kann verschlissen sein, Aufnahme sollte OK sein.
2 Einfach-Kettenritzel, kann verschlissen sein, Aufnahme sollte OK sein.

Wenn ich diese Teile vermessen kann, kann ich ein Packaging machen und einen neuen Batteriekorb zeichnen, der rechts und links genug Platz für Motoren lässt. Die Motoren werden im Verbundlenker integriert und mit einem kapselbaren Kettentrieb mit den Achsen verbunden.
Der Batteriekorb erstreckt sich über die gesamte vorhandene Länge und geht in das Heck über. Die Breite ist um mindestens 10 cm verringert gegenüber Thrige-Batteriekorb. Es gibt einen großen Batterieraum, da kommt eine große Kiste rein, darin das Thermomanagment, also Lüfter, Heizung, Isolierung und Luftführung. Da nehmen dann die Lithiumzellen Platz.
Die Stromrichter kommen hinten seitlich rechts und links, mit der Kühlseite nach aussen zum Rad.
Die Ladegeräte kommen auf die Batteriekiste ganz vorne.
Der Batteriekorb wird um ein paar cm tiefergelegt.
Das El wird um ein paar cm höher gelegt.
Der Notsitz wird tiefergelegt, so daß eine Sitzschale entsteht, die entsprechend gepolstert werden kann.
Die Luftstoßdämpfer sind von Doppler und tauchen in die Längslenker ein. Die obere Anlenkung wird neu konstruiert.
Unter die gesamte Fahrzeuglänge kommt ein Gitterrohrrahmen.

Ziele: 10kWh Energie, 10kW Spitzenleistung, 5 kW Dauerleistung. Steigung bis 15% dauernd. 1000 Höhenmeter am Stück. Höhere verantwortbare Geschwindigkeit durch bessere Fahrwerksgeometrie und symmetrischen Antrieb. Gewichtseinsparung durch Lithiumbatterien für Erhöhung der aktiven und passiven Sicherheit nutzen, Gesamtgewicht senken. Reichweite erhöhen, Energieverbrauch senken. Regeneratives Bremsen für den Stadtverkehr und die Berge. Komfort und Sicherheit auf schlechten Strassen verbessern.

Ich träum mal weiter...
Gruß
andreas

 

[d!rk]

Hallo

bin irgendwann aus der Diskussion ausgestiegen. Nach Drehstrommoter hört sich das nicht mehr an. Ein Einfachkettenblatt 70 Zähne und ein Einfachritzel 21 Zähne beides für den Perm fällt in der nächsten Woche bei mir ab.
Melde dich, wenn du die Sachen haben willst.

Gruß

 

[Sven Salbach]

ich hätte da noch meinen alten F4 Batterikorb abzugeben

 

[andreas Andreas]

Hallo
Vielen Dank für die Angebote, wer hilft mir noch?
Gruß
andreas

 

[Bernd Schlueter]

Reinhold, ist Dein Motor nicht zweipolig?
Drehstrom ist doch schonmal prima, wäre doch schade um die schöne Wicklung? Industriesteller für 400 Volt gibt es billig. Da wäre nur das Herauftransformieren mittels Wandler auch möglich. Aber 10% zusätzlicher Verlust und keine Reku.
Oder Umwickeln auf 24 Volt Drehstrom (2 mal 24 Volt= 48 Volt!)?
Die 55-Volt-Mosfets sind billig und leistungsfähig.
Die Atmels (=Microprozessoren für 2 Euro) enthalten bereits eine PWM und Analogeingänge.
Wir fangen gerade an, dafür eine Drehzahlregelung zu schreiben.
Was ist das denn für ein Generatormotor? Asynchron= Kurzschlussläufer oder Synchron? Im letzteren Fall müsstest Du noch Hallsonden einbauen, um die Bürsten zu ersetzen.
Wieso umbauen auf zweipolig? Ist der Generator etwa vierpolig? Dann dürften die magnetischen Rückschlussjoche nicht ausreichen, um eine ordentliches Drehmoment zu erzeugen. Du erinnerst Dich, dass man bei Modellen dazu gerne ein zusätzliches Rückschlussblech über den Motor setzt?

 

[andreas Andreas]

Hallo
Ich wollte noch mal aufs Thema zurückkommen:
Mittlerweile habe ich zwei funktionierende BLDC / PMSM Motoren gebaut.
Die Grundlage waren zwei Lüftermotoren von BMW, deren Glocken ich neu gebaut habe. Im Original hatten sie 8 Magnetpole, jetzt 16 Magnete vom Typ Neodym http://www.magnet-shop.net/Neodym-Magnete/Quadermagnete/Quadermagnet-30-x-15-x-6-mm-N42SH-Nickel-haelt-105-kg::173.html
Die Lüftermotoren enthalten bereits die notwendigen Hallsensoren und eignen sich für die Kelly Brushless Regler, ich habe den KBL48201 gewählt er kann 100A dauernd (200A 1min) an 48V und kann auch regenerieren, eine Nummer kleiner wäre sicherlich möglich:
http://www.kellycontroller.com/mot/Brushless-DC-Motor-Controller.html
Allerdings habe ich das regenerieren noch nicht voll im Griff, das Bremspedal (analog) wird nicht verarbeitet, da bin ich noch auf Fehlersuche.
Für meinen Prüfstand habe ich die Wellen der Motoren mit einer Kupplung verbunden und kann nun den einen Motor als Antrieb nutzen und der zweite Regeneriert.
Um die Leistung messen zu können, habe ich mir zwei Shunts gebastelt: jeweils 10mm^2 Kupferleitung 56cm lang ergibt ein Milliohm, also 1 mV pro A. Die Signale führe ich an eine Filterschaltung (PT2-Glied) mit einer Grenzfrequenz von etwa 72Hz. Die Ausgangssignale gehen an ein PC-Oszi Vellemann PCS500. Es hat eine Funktion zum Messen der mittleren DC-Spannung und vieles mehr.
Leider ist die Auflösung recht gering, es gelang mir jedoch, die Verstärkung bei 7-8A zu überprüfen.
Es ergeben sich Gesamtwirkungsgrade von 52-60%, ab Batteriepole inklusive Zuleitungen, Controllerversorgung, Motor, Kupplung. Zieht man aus dem Wert 58% die Wurzel, erhält man den Wirkungsgrad für ein System also 76% für einen Motor mit Controller bei 30A an 36V= 1080W.
Ich habe dann das ganze System in eine Schallgedämmte Kiste gestellt, nun läuft es zwar schön leise, aber die Wärmeabfuhr ist erheblich gestört, innerhalb 10 Minuten sind die Motoren warm, der eine mit Lüfter vielleicht 40°C, der andere ohne 60°C. Nun scheinen auch die Wirkungsgrade drastisch abzunehmen, komme nun auf unter 50%, allerdings mit Voltmetern am PT2 Ausgang gemessen. Am besten wäre es, wenn ich mit Oszi und Voltmeter gleichzeitig messen könnte. Und ich brauche mehr Signal zu Rauschen. Das Problem ist vielleicht der fehlende Massebezug, sowohl des Aufbaus als auch der Messung. Dadurch, daß ich am B+ die Masse des PC-Oszis angeschlossen habe, bekomme ich wahrscheinlich unnötig hohe Gleichtaktsignale. Muß ich morgen mal umdrehen.
Ich werde mir eine längeres Parallelkabel fürs Oszi besorgen und jedes Teil kontrollieren.
Wer Bilder und Videos möchte, kann mir eine Mail schreiben.
Bin an besseren Messungen interessiert, wer hat Tips?
Gruß
andreas