Neodym statt Feldwicklungen für den Thrige

[Friedhelm Hahn]

Hallo Ralf,

wie änderte sich denn nach dem Umbau das Anfahrmoment?
Der verbesserte Wirkungsgrad ist sicher nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass die Feldwicklungen nun symmetrisch im Eingriff waren.
Beim Serienmotor mit abgeschaltetem (oder geschwächtem) Compound arbeiten die 4 Wicklungen nicht gleichstark, was eigentlich nicht gut sein kann...

Mein Bauvorschlag:

Jede Feldspule erhält 50% der Windungen, jeweils vom dicken Flachdraht und dem dünnen Runddraht des Compound.
Jeweils 4 Hauptschluss- u. 4 Compoundwicklungen werden in Reihe geschaltet, so dass wieder ein Compoundmotor daraus wird.
So werden die 4 Feldspulen zwangsläufig immer symmmetrisch gleich befeuert, mit der Einflussmöglichkeit über die Compoundwicklungen zu steuern.
Eine Sicherheit gegen Durchgehen ist somit auch gegeben.
Wenn man vorsichtig arbeitet, ist kein zusätzlicher Kupferdraht nötig, die Menge bleibt ja...
Eine automatisierte Regelung des Compound wäre eine anspruchsvolle, aber gute Lösung.
Ähnlich dem Zündkennfeld eines Verbrenners.
Allerdings brauchen wir 2 Regeleingriffe, vielleicht sogar abhängig von der Fahrpedalstellung:

> beim Anfahren volles Compound, das bis ca. 40km/h heruntergefahren wird
> bei Erreichen der Höchstgeschwindigkeit wieder zunehmend

Wenn man die Drehzahl des Motors dazu heranzieht, hat man gleichzeitig eine Sicherheit gegen Durchgehen bei Riemen-/Kettenriss.

Jetzt brauche ich nur noch einen 2. Motor.

Gruß

 

[Ralf Wagner]

Hallo Friedel,
eine Motorständer habe ich noch hier liegen, falls ich mal rückbauen muss. Über das Teil könnten wir verhandeln.

Durch den Umbau von Reinhold habe im Anzug im unteren Drehzahlbereich vielleicht etwas weniger Drehmoment. Oben hinaus ist das Fahrzeug wie länger übersetzt. Der Stromverbrauch bei 50 km/h ist etwas geringer ich schätze 5-10%. Genaueres müsste man mal ausmessen

Grüße
Ralf

 

[andreas Andreas]

Hallo Carsten
Deine Idee finde ich Super! Nur noch nicht Konsequent genug. Du solltest gleich alle dicken Wicklungen rausnehmen und durch Compoundartige ersetzen. Das hat den Vorteil, daß die Schütze durch ein einzelnes Sicherheitsrelais ersetzt werden können, das ist nur noch ein Kontakt statt 4! Oder die Kontakte aller Schütze parallelschalten, gibt wenigstens etwas weniger Widerstand. Wenn Du einen Vorwärts-Rückwärtsregeler zur Ansteuerung der Nebenschlusswicklung verwendest, kannst Du außer Rückwärtsfahren theoretisch auch Rekuperieren. Das ist die eleganteste Lösung. Zudem dürfte der Umbau einfacher sein, als bei Reinhold, da die Drähte viel dünner sind.
Einziges Problem: Ich kenne keinen Modellbauregler, der 36V oder 48V UND Rückwärts kann. Aber das läßt sich sicher lösen, und wenn Du zwei kleine Schütze nehmen mußt...
Wenn Du einen guten Sender am Fahrpoti anschliesst (Ist zum Poti des Senders z.B. bei Graupner kompatibel) , kannst Du die Kennlinie mit EXP, D/R, usw. -Funktion anpassen.
Weitere Vorteile: Wenn die Feldstärke zunimmt, braucht man beim Anfahren weniger Strombegrenzung, also höheres Taktverhältnis für den Anker und damit nochmals weniger Verluste. In einem weiten Bereich läßt sich die Taktung des Ankers vermeiden und die Leistung allein über die Feldschwächung steuern. Die Induktivität der Feldspule ist sehr viel größer als die des Ankers. Dadurch kann die Taktfrequenz sinken und ein einfacher Modellbausteller mit 3kHz ist geeignet.

Gruß
andreas

 

[Bernd Schlueter]

Nee, aber, ich glaube, ich bin in Gedanken beim Kewet mit Compoundfeld, das ich nur zur Korrektur für die optimale Feldeinstellung zwischen Wirbelstrom- und ohmschem Verlust verwenden wollte. Je mehr Feld, desto weniger ohmscher Verlust und umso mehr Wirbelstrom bei gleicher Leistung. Die normale Serienwicklung wollte ich dabei erhalten. Aber nicht alle Thriges haben eine Compoundwicklung.
Leistungseinstellung:
Drehmomenteinstellung durch einen auf die Motorachse gesteckten Zylinder , über den vier bis fünf gewichtsbelastete Windungen eines Seils oder einer Litze gewickelt sind, die sich selbst bei zu starker Belastung lösen... Drehmoment multipliziert mit der Drehzahl mal 2 Pi gibt die mechanische Leistung des Motors. Das Seil muss wassergekühlt werden (Tropfenverdampfung). Es gibt keine genauere Methode, als diese einfache mechanische.

Die Idee von Andreas unten ist natürlich nicht schlecht, mit dem dünneren Draht bleiben die Ströme mit normalen Transistoren beherrschbar und man bekommt eine höhere Ankerspannung, neben der automatischen Drehzahlbegrenzung bei stärkerem Feld (=Rekuperation). Den Curtis kann man auch ohne Feldspule betreiben, und, wenn ich das richtig in Erinnerung habe, funktioniert die Rekuperation ohne irgendwelche Zusätze. Die fetten Relais fürs Rückwärtsfahren sind dann nicht mehr erforderlich, das können kleine sein für die hochohmige Wicklung. Ausfallen darf das Feld nicht, sonst droht dem Motor Durchbrenngefahr.
Mit ein paar Tricks sollte man mit ein paar unlinearen Bauteilen einen simplen Ersatz für die Kennfeldsteuerung hinbekommen, die besser, als die bloße Hinzuschaltung einer Compoundwicklung funktioniert, die Drehzahl- und Strominformationen sind ja im Cityel vorhanden bzw. leicht am Kabel abzugreifen.
Insofern würde ich die Idee von Andreas vorziehen.

Verbessert mich, wenn ich folgende erträumte Verlustwerte für die Feldwicklung nenne:
200 Ampere: ca. 200 Watt 100 Ampere: 50 Watt 50 Ampere: 12,5 Watt...
Bei Hintereinanderschaltung der beiden jetzt parallel geschalteten Wicklungshälften vervierfachen sich die Verluste, aber der Motorgesamtwirkungsgrad steigt im niedrigen Drehzahlbereich...
Da die Hochstromphasen nur kurz sind, sieht man, dass man durch den Ersatz durch Permanentmagnete insgesamt nichts sparen kann, denn die Wirbelstromverluste steigen bei höherer Geschwindigkeit überproportional...

Man sollte also darauf achten, dass man, gleiche Kupfermenge vorausgesetzt, die oben genannten Leistungen in die dünner gewickelten Spulen stecken kann. Also , wer viel steile Berge fährt, für den lohnen auch 500 und mehr Watt (unter 10 Ohm Spulenwiderstand, sonst eher mehr).
Vorsicht vor den vom Curtis durchschlagenden hohen Spannungsimpulsen! Da sollten Schutzdrosseln und eine Abblockung der Feldwicklung vorgesehen werden.

 

[andreas Andreas]

Hallo

Ausfallen darf das Feld nicht, sonst droht dem Motor Durchbrenngefahr.

Das sehe ich nicht so eng, schließlich hat der Curtis eine Strombegrenzung. Es bleiben also ein paar Sekunden oder gar Minuten, um den Fehler zu bemerken. Außerdem kann man die Stärke und Richtung des Nebenschlusstrom anzeigen. Durch ein Poti an der rechten Hand läßt sich die Spannung einstellen und damit das Feld. Das Signal muß aus Sicherheitsgründen gut gefiltert werden. Der Strom des Curtis, also des Ankers muß abhängig davon gemacht werden.
Beim Anfahren geht man auf volles Feld, tritt das Pedal langsam durch, bis das El nicht mehr so gut beschleunigt, dann dreht man langsam das Feld zurück. Um zu rekuperieren, dreht man das Feld wieder voll auf und läßt das Pedal kommen. Ich glaube der Curtis macht da nicht mit. Den muß man irgendwie dazu bringen, auch dann das Taktverhältnis oder volle Pulle auszugeben, wenn der Strom falschrum fliesst. Das ist vielleicht das größte Problem. Klingt alles noch recht abenteuerlich.

Bernd, wie meinst Du das mit der Verlustleistung im Nebenschluss? Ich fahre meine Compoundwicklung ohne Shunt fürs normale Fahren bis 42km/h und gelegentlich offen, bis etwa 52km/h (real gemessen) bei 36V.
Man könnte also einfach die jetzige Wicklung verdoppeln und parallelschliessen. Wem das Feld nicht stark genug ist, vor allem beim Rekuperieren, der nimmt dickeren Draht. 500W? Das klingt für mich nach absolutem Maximum.
Gruß
andreas

 

[Thomas Leibfritz]

Hallo,
ich habe E1/D1 getrennt war kein problem, habe ein Loch ins Motorgehäuse gebohrt und einen weiteren Anschlußbolzen eingesetzt.
Gestern habe ich einen Pulslängen-Regler gebaut jetzt kann ich meinen Kompoundstrom stufenlos über ein Poti regeln.
Jetzt muß ich noch Überlegen wie ich den Regler über das Tachosignal steuern kann.

Gruß Thomas Leibfritz

 

[Bernd Schlueter]

500 watt gehen auch nur für Sekunden. Bei gleicher Kupferfülldichte sind bei gleichem Ohmschen Verlust die Statorfelder gleich, unabhängig von der Drahtstärke. Soviel ich mich erinnere, beträgt der Widerstand jeder Original-Wicklung ca 10 Milliohm. Macht bei 200 Ampere Anfahrstrom und zwei im Gegensatz zum Original hintereinandergeschaltete Wicklungen 800 Watt. Bei der normalen Parallelschaltung 200 Watt, die ja normalerweise ausreichen.
Wenn Du das Feld rein fremd erregst, polt sich der Rekuperationsstrom nicht um, das Ding rekuperiert automatisch. Es muss wahrscheinlich eine Diode an den positiven Rotoranschluss, damit der Ladestrom zur Batterie fließen kann. Über das Feld stellt man die Rekuperation ein. allerdings sollte man auch in dieser Richtung eine Strombegrenzung einbauen, was ja einfach ist, weil ja nur der Feldstrom zu reduzieren ist.
Leider kann man, so glaube ich jedenfalls, das Plus des Ankers nicht direkt an Batterie-Plus des Curtis legen, weil dort Dioden zur Strommessung dienen? Fragezeichen?

Also, normalerweise reicht es, die Drahtdicke der umzuwickelnden Feldspulen so zu wählen, dass max. 200 Watt verbraten werden.

Ja, so würde ich es machen, wenn es mein Cityel wäre, und über eine kontinuierliche Vorwärtsregelung würde ich den Feldstrom im optimalen Verhältnis in Abhängigkeit zu Drehzahl und Motorstrom zusammenmischen...die fetten Umschaltschütze würden herausfliegen, allenfalls eines bleibt in Reihe für zusätzliche Sicherheit...200 Watt. Nunja, da lohnt es sich, zu pulsen.
Ich fürchte, man muss noch eine dicke Induktivität und Dioden zwischenschalten, damit die fetten Impulse des Ankers nicht die Feldsteuerung zerstören.
Für die Endgeschwindigkeit sind dann keine Grenzen gesetzt. Die Leistung sollte dann bis zu den höchsten Drehzahlen konstant bleiben, bei gleichbleibendem, bekannt schlechten Wirkungsgrad des Thrige.
Wenn ich mich recht erinnere, wird an den Rückschlagdioden der Ankerstrom gemessen. Wenn das nicht so wäre, könnte man Plus des Ankers direkt mit + verbinden und das Ding würde sofort schon rekuperieren. Muss ich mir noch mal anschauen.
Während der normalen Fahrt beträgt übrigens die optimale Feldspulenverlustleistung bei zum Beispiel 50 Ampere Fahrstrom nur ca. 12 Watt. Deshalb lohnt der Einbau von Neodymmagneten nicht und für eine zusätzliche Compoundwicklung bedeutet die Magnetdicke wegen der geringen relativen Permeabilität von ca 1,05 einen allzu dicken zusätzlichen Luftspalt, eine Zusatzwicklung würde nahezu wirkungslos.

Mit anderen Worten, ich bin jetzt von dem Umwickelprojekt völlig überzeugt. Guter Vorschlag, Andreas!
Um die Feldströme weiter zu verringern, könnte man hier auch die Spulen umschaltbar machen, also hintereinander oder parallel schalten, sogar mit vier Spulen...mit dem Nachteil noch höherer durchschlagender Impulse aus dem Anker, die dann wohl einige Hundert Volt erreichen könnten...kein Problem für Hochspannungs-Mosfets und Dioden, aber eine Schutzinduktivität ist unverzichtbar.

Normalerweise haben die Schaltmosfets des Curtis clamping-Dioden eingebaut-da müssten wir uns noch mal bei Gero (John) vergewissern, weil da verschiedene Typen eingebaut werden. Dann braucht man das Pedal nicht treten und würde alleine mit der Feldregelung die Rekuperation regeln. Ich möchte übrigens vermuten, dass bei einem so umgebauten Motor die ungemütliche 48Volt-Batterie überflüssig ist. Bei 50 Ampere und 100 mOhm ohmschem Widerstand (der ist noch höher bei heißem Motor) beträgt der ohmsche Verlust 250 Watt. Das ist nun wirklich nicht viel, verglichen mit der Fahrleistung von 1,8 kW. Die Wirbelstromverluste sinken aber deutlich mit niedrigerer Batteriespannung.

Also, ich würde sagen, wir starten ganz schnell das Projekt und bauen einen Umbausatz für das Cityel. Die Steinzeit im Cityel könnte dann zu Ende sein.
Wo wird beim Cityel der Motorstrom gemessen? Ich habs vergessen, wir benötigen eine Strommessung bei der Fahrt UND beim Rekuperieren, damit das Ding nicht beim versehentlich vollen Aufdrehen des Feldes blockiert.

Das Cityel könnte durch die Maßnahme deutlich an Fahrkomfort gewinnen und gleichzeitig billiger werden, weil zwei dicke Schütze fehlen, die ja oft genug für Ärger sorgen.

 

[Bernd Schlueter]

Super. Wenn Du herausbekommen könntest, wie sich die vom Anker auf die Compoundwicklungen durchschlagenden Curtis-Impulse auswirken, wäre das sehr hilfreich. Sonst müsste man eine Drossel zwischenfügen.
Was ja auch zu überlegen wäre, ob man nicht alleine mit der Compoundwicklung auskommen könnte, wenn das Ding in Fahrt ist. Nur zum Anfahren benötigte man dann noch die Serienwicklung. Ideal wäre es natürlich, auch diese noch durch eine hochohmige Wicklung zu ersetzen.

Ein Oszilloskop, an der unbeschalteten Compoundwicklung angeschlossen, während der stehende Anker vom Curtis befeuert wird, wäre aufschlussreich und könnte evtl. Ärger vorbeugen. Vielleicht werden die Impulse aber auch durchb das massive Motorgehäuse und die hohen Streuinduktivitäten auf nicht störende Höhe begrenzt. Fragezeichen.

Evtl reicht es bei Dir, das Compoundfeld nur per Tachosignal zu steuern, ohne Rücksicht auf den Motorstrom, denn die noch vorhandene Serienwicklung steuert ja noch mit, in der richtigen Richtung. Optimal wäre natürlich die Berücksichtigung beider.

Mist, ich habe, glaube ich, alle mails von Manuel Reimann verloren, mit dem Schaltplan vom Curtis...

 

[Thomas Leibfritz]

Hallo,
ich habe an der Kompoundwicklung eine Freilaufdiode angeschlossen und einen kleinen Kondensator parallel. Weitere maßnahmen habe ich nicht getroffen. Ich habe keinen Oszilloskop deshalb kann ich nicht prüfen ob noch Spannungsspitzen durchkommen, aber ich habe einen Mosfet mit Schutzdiode verwendet. Bisher funktioniert alles problemlos, habe jetzt 100Km Testfahrt gemacht.

Gruß Thomas Leibfritz

 

[Bernd Schlueter]

Der Mosfet ist durch die eingebaute "clamping"-Diode gegen negative Impulse geschützt, die positiven kannst Du durch eine zweite gegen + (oder jeweils alles umgekehrt) abblocken, was im Endeffekt zu einer Erhöhung des Feldes durch die Feldspulen und zu einer verringerten Induktivität des Ankers führt, der sich dann mehr oder weniger auf die Streuinduktivitäten beschränkt.
Das kann positive und negative Wirkungen haben, umso positiver, je höherfrequent die Pulsfrequenz des Curtis ist, die insgesamt recht tief, im hörbaren Bereich, liegt.
Ich kann es nicht entscheiden, ohne Oszillograph, also, wenn es bisher gut ging, dann würde mich mir keine großen Sorgen darum machen, und die von mir erwähnte Zusatzinduktivität ist vielleicht überflüssig und war nur als Vorsichtsmaßnahme gedacht...Sie könnte lediglich die Eisenverluste im Teillastbereich etwas erniedrigen und die Mosfets entlasten, was vielleicht völlig unwichtig ist...Durch die aktive Feldregelung wird eh das Taktverhältnis des Curtis geringer...also, vielleicht gar nicht daran stören.
Du arbeitest ja mit zwei voneinander unabhängigen Impulserzeugern, die sich durchaus ins Gehege kommen können. Deshalb meine vielleicht überflüssige Idee mit der Zusatzinduktivität, die auch vor dem Anker sitzen könnte, dann aber gut berechnet werden müsste. Manchmal mache ich aber auch nur Pferde scheu, vor allem, seit Manuel Reimann mit seinen 4QD-Experimenten mit dem Thrige auf diese Weise einmal ersteren zerschossen hatte (Zusatzclampingdiode fehlte).
Bei Dir ist der komplette Feldausfall mit der Gefahr für den Anker aber gering, weil Du ja die unzerstörbare Serienwicklung beibehalten hast und das Compoundfeld nur als Korrekturfeld verwendest.

 

[Bernd Schlueter]

http://www.alternativmobile.ch/38173/172226.html