Wirkungsgrad bei "Halbgas"

[Torsten Wernecke]

Hallo,

mal eine Frage von der "Solarmarineabteilung ".
Die DC Scheibenläufermotoren haben ja, glücklicherweise, einen Wirkungsgrad von ca 90% ,wenn sie in einen gutem Arbeitsbereich betrieben werden.
Wie ist es aber mit dem Systemswirkungsgrad von Steuerung / Motor ( Curtis / Perm )bei Teillast ?
Gibt es davon Messungen ?

Im Boot wird meist konstant mit Teilast gefahren, d.h. bei 48V Bordspannung ( P max 5kW Fluchtgeschwindigkeit ) wird bei Marschfahrt nur 500-1000W abgefordert.
Was so U Motor 18-24V entspricht.

Eine 24V /48V Umschaltung der Batts wäre hier evt eine Lösung ,
aber es tauchen dann wieder Probleme mit :
der Spannung der Solarzellen ,
dem Spannungsbereich der Curtis,
dem Anschluß des DCC6000
und dem zusätzlichem Wiederstand der Schaltkontakte ( Schalter oder Schütz ) auf.

Wenn es schon mal jemand gemessen hätte wie der Wirkungsgrad eine Regler/Motor Systems bei halber Ausgangspannung ist , würde es doch die Entscheidung erleichtern ob der Aufwand des Einbaus eines 24/48V Umschalter sinnvoll ist oder nicht.

Grüße Torsten

 

[Manfred aus ObB]

Hallo Torsten

Ich denke die Graphik kennst Du
http://agnimotors.com/home/index.php?option=com_content&task=view&id=5&Itemid=36
( leider ohne Systemwirkungsgrad )

aber müßte in der Betrachtung nicht als größere Verlustquelle die Schraube in betracht kommen?
Auf welche Arbeitspunkt ( Drehzahl ) ist die Optimiert?

 

[Torsten Wernecke]

Hallo Manfred,

die Kurven sind bekannt, auch die von LEMCO, E-Tek, Perm, Lynch usw.
Aber leider hat niemand bisher eine Kurve des Systgemwirkungsgrades veröffentlicht.
Telefonisch hat mir Perm mitgeteilt das der Wirkungsgrad bei Teillast "sehr schlecht " sein soll.
Aber wie schlecht ????


Mit dem Prop hast Du, zum Teil, natürlich recht.
Jeder Prop ist im Idealfall für eine Geschwindigkeit bei eine Drehzahl ausgelegt.
Aber bei dem von uns meißt genutztem Drehzahlband von 500-2000 1/min ändern sich die besten Blattformen nicht sooooo großartig.
Klar ein "Sichelförmiger Prop " läuft bei < 500 1/min besser als ein Standart aber darüber ist der unterschied gering.
Ein Prop der für 1600 1/min und 15 km/h ausgelegt ist hat bei 800 1/min und 8km/h auch noch eine guten Arbeitspunkt.
Der Energiebedarf zur Geschwindigkeit ( also Prop Drehzahl ) bei einem Boot steigt ca im Quadrat genau wie die Leistungsabgabe des Motors was hier sehr hilfreich ist.
Habe auch schon ein paar Props getestet.

http://galerie.trier-wunder.de/details.php?image_id=3454


Grüße Torsten

 

[Max E.]

Aus dem Modellbau weiss ich, dass die Regler bei Teillast am meisten Abwärme produzieren.
Vielleicht hilft in deinem Fall auch das Vollgas/aus"rollen"- Prinzip um Energie zu sparen?

Gruß
Max E.

 

[elektroni]

Tagchen mal,

ich kann euch beantworten wieso der Regler bei Teillast so warm werden und zwar deswegen:

In dem Regler drin ist ein Transistor in Reihe geschaltet so und wenn der jetzt weniger Leistung am Ausgang geben soll dann muss er ja die Spannung nud die Stromstärke begrenzen. Das tut der in dem er einfach z.B. wenn nur die hälfte der Leistung gefragt ist die andere hälfte über den Transistor abfallen. Deswegen wird der heiß. Aber je weniger Spannung der Motor bekommt desto weniger Drehmoment kann er entwickeln. Diese Regler nennen wir konventionelle Linearregler.

So das was stand der Technik eigentlich sein müsste wäre das:


Der Link wurde entfernt (404).

Handelt sogar von einem Bootmotor.

Gruß Flo

 

[JJ-OO]

Der Curtis ist aber ein Schaltregler. Dem ist es theoretisch egal, ob er Vollgas oder Halbgas fährt. Ich denke auch, Schraube sollte auf Motor optimert werden,und dann möglichst viel im optimalen Arbeitspunkt fahren.

 

[R.M]

Hallo

Die Verluste an den Pulsbreitenstellern sind abhängig von der Schaltgeschwindigkeit da an den Transistoren da die Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit unabhängig ist steigt der Reglerverlust nicht wenn man den Absolutwert betrachtet, wenn man das Verhältnis von entnommener Energie und verlust anschaut dann ist es natürlich so daß bezogen auf die Gesamtleistung die Verlustleistung bei Halbgas steigt.

Gruß

Roman

 

[Ralf Wagner]

Nach meiner Kenntnis hört der Curtis bei Vollast auf zu takten, d.h. die Flankenverluste sind weg, es ist nur noch ein geringer Verlust vom Durchganfgswiderstand der Mosfets da. Das müssten aber unsere Curtis Reparateure genau wissen.
Grüsse
Ralf

 

[elektroni]

Entschuldigung das wusste ich nicht. So extrem sollte der Wirkungsgrad dann aber nicht sinken. Klar das durch die Schaltverluste etwas mehr verbraucht wird ist klar.

MfG flo

 

[Manfred aus ObB]

Hallo Zusammen

Jetzt gings anfangs nicht um Vollspeed um nicht das Wort Gas zu gebrauchen was mehr auf
Kolbenmotore zutrifft und man in den Thread schon ein paarmal das Wort Drehmomnet in einen
sehr interessanten Zusammenhang gelesen hat, da würd aber der Wind in die Elektrolagerfeuer blassen.

Aber volle Kraft voraus zurück zum Thema *Halbgas* ( halbe Fahrt Voraus )

<img src=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d3/Telegraf_maszynowy_mostek.JPG/450px-Telegraf_maszynowy_mostek.JPG>

Quelle http://de.wikipedia.org/wiki/Schiffstelegraf

Ralf schreibt "d.h. die Flankenverluste sind weg"

würde bedeuten wenn jemand die Flankenverluste kennt ( eveteull sind ein und aus gleich? )
und hier reinschreibt, könnte man das sogear ausrechnen.

Also Curtis macht 1 Takt pro Sekunde, einmal die Verluste, macht 2 Takte das Doppelte
100 Takte......................

Ja ich weiß ich hab von Computern und Elektronik keine Ahnung <img src=http://www.smilies-and-more.de/pics/smilies/cheeky/157.gif> <img src=http://www.smilies-and-more.de/pics/smilies/cheeky/159.gif>

 

[JJ-OO]

Hallo,

ist unwahrscheinlich, dass die gleich sind. Manchmal stehen sie aber im Datenblatt der verwendeten FETs. Sonst braucht man ein gutes Speicherossi. Dann kann man das so ausrechnen.

Jens

 

[Mr. Horsepower]

Mal ein paar Fakten:
-der Curtis schaltet mit 15 kHz
-Einschaltverluste sind in der Regel kleiner als Ausschaltverluste
-Schaltverluste übersteigen die Durchlassverluste deutlich
-Verluste stehen NICHT im Datenblatt, da massiv von der Ansteuerung (RG und Treiber) abhängig

Die Temperaturerhöhung des Curtis nach einer ordentlichen Fahrt unter Berücksichtigung der bescheidenen Kühlungsverhältnisse lässt mich als Laien die Verluste im Curtis auf unter 50 Watt schätzen.

 

[JJ-OO]

15kHz ist ja schon recht ordentlich. Bei den Datenblattangaben wird dann meist vorrausgesetzt, dass der im Datenblatt empfohlene Gatevorwiderstand verwendet wird. (häufiger bei infineon gesehen) Weißt Du die Typenbezeichnung der im Curtis verwendeten Leistungshalbleiter?

 

[Mr. Horsepower]

Die originalen Gate-Widerstände im Curtis haben 130 Ohm.
Die MOSFETs haben die Bezeichnung IR9036, ist eine Sonderanfertigung für Curtis. Sind 60V-Typen mit 26mOhm RDS,on, also nicht sehr dolle!

Diese Kombination (inkl. Treiber bestehend aus MPS650 und MPS750, gestützt durch 10uF) führt im Original zu folgenden Schaltzeiten:
Einschaltvorgang 2V > 10V: 280ns
Ausschaltvorgang 10V > 2V: 260ns

Diese Zeiten machen deutlich, dass der einzige Vorteil der IR9036 die sehr geringe Gate-Ladung ist.

Mit dem Thrige kann man ganz getrost die Schaltfrequenz etwas verringern, beim Perm/Lynch nicht.

 

[andreas Andreas]

Hallo
"Einschaltverluste sind in der Regel kleiner als Ausschaltverluste "
Da meinst Du wohl die Freilaufdiode. Der Curtis hat keinen aktiven Freilauf-FET. Sonst könnte man die ohmschen Verluste recht einfach Näherungsweise bestimmen.
P_on=I_motor^2*R_DS_on
P_off=I_motor^2*r_diode+I_motor*U_diode
Dann ist die ohmsche Verlustleistung für ein bestimmtes Tastverhältnis(DC[0..1]):
P=DC*I_motor^2*R_DS_on+(1-DC)*(I_motor^2*r_diode+I_motor*U_diode)
Wenn man 50% Tastverhältnis beim Anfahren ansetzt und 250A Motorstrom fliessen, dann erhält man für den FET 1625W, also 812W im Durchschnitt. Das kanns ja wohl nicht sein?!? Wieviele davon sind denn parallelgeschaltet? An der armen Diode fallen allein wegen der Durchlassspannung von 0,7V 85W ab. Ein Graus!
Die Zeit, in der der FET schaltet beträgt bei 15kHz und 270ns 0,8%.
Wie man daraus die Schaltverluste berechnet weiß ich nicht,
Die Verlustleistung von 50W scheint mir sehr optimistisch. Einen Durchschnittlichen Batteriefahrstrom von 50A eingesetzt ergibt eine Leistung von 1800W bei 36V. Bei 50W Verlustleistung käme der Curtis auf 97% Wirkungsgrad. Glaub ich nicht.
Gruß
andreas

 

[R.M]

Hallo

Die Schaltverluste entstehen doch nur während des Schaltvorgangs also deine 0,8%, voll durchgesteuert sind nur die Verluste durch den -On Widerstand zu berücksichtigen bei z.B. 10 parallelgeschalteten FETs und 26 mOhm pro Transistor sinds dann 2,6 mOhm, an eine Diode in Reihe mit den FETs glaube ich nicht so recht das wäre ein Monster das nicht zu übersehen ist, allenfalls an eine Diode die bei Überspannung durch den freilaufenden Motor die FETs überbrückt.
Die 97% Wirkungsgrad glaube ich schon, das Teil wird ja im normalen Betrieb nicht mal warm.

Gruß

Roman

 

[Bernd Schlueter]

Ganz bestimmt nicht. Im Curtis werkeln ein ganzes Batallion an Mosfets, der Gero hat sie gezählt.
Die letzten Rückschlagdioden werden, obwohl gut gekühlt, warm, und die 130 oder 150 Ohm-Gatewiderstände sind auch nicht der Hit. Da schaltet es dann gemächlich, mit nicht zu geringem Verlust. Den Hauptverlust vermute ich aber im Thrige, der bei Teillast auch von einer Wechselspannung beaufschlagt wird. Könnte sein, dass der auch erwärmt wird.
Die 4QDs arbeiten mit mindestens der doppelten Frequenz, haben weniger Transistoren, mit 10 Ohm gatewiderständen und entsprechendem Treiber und sind zerbrechlicher. Also, Andreas, die genannten verluste kannst Du schon mit mehr als dem Faktor 10 multiplizieren.

Aber das Geschäft mit den Curtis floriert schließlich.
Also, immer "Vollgas" fahren!. Eine Halbierung der Spannung durch Umschalten der Batterien ist nicht das Dümmste, wenn man sich noch sparsam an die Steckdose schleppen will.

Ich suche übrigens noch eine Steckdose.
bernd

 

[R.M]

Hallo

Wenn ich also mal zusammenfassen darf: 260ns +240ns Ein und Ausschaltzeit das macht bei 15 khz Taktfrequenz 7,5ms/s an denen die Schaltverluste anfallen wenn man nun unterstellt daß während des Schaltens der gesamte Strom verbraten wird dann ergeben sich bei 48V/100A ca. 35 W Verlust, der Spannungsabfall über den Regler ist in den Datenblättern angegeben und beträgt bei meinem Regler 0,35V/100A das ergibt im ungünstigsten Fall zusammen 70W Verlust also dürften die Verluste mit 50W im Mittel schon zu hoch angesetzt ein, ich halte 30 W für realistischer.

Gruß

Roman

 

[Mr. Horsepower]

Wer lesen kann ist klar im Vorteil: "UNTER 50 Watt".

Allerdings stimmt die Annahme für die Verlustleistungen nicht ganz: Während des Schaltvorganges sind Strom und Spannung natürlich nicht konstant und auch nur in grober Näherung linear (Insb. beim Abschalten kommt es zu einer Spannungsüberhöhung.) Genaugenommen müssen also für den Schaltvorgang die zeitabhängigen Größen Integriert werden: p(t) = Integral{u(t)*i(t)}

 

[R.M]

Hallo

Das ist mir schon klar, allerdings kommt man mit solchen Vereinfachungen in der Regel ziemlich nah an die Wirklichkeit, die Durchlaßwiderstände sind für die verschiedenen Curtis-Regler unterschiedlich, aber bei den durchschnittlichen Strömen von unter 40A im F4 lohnt sich dann ein zusätzliches Relais nicht mehr und die Abwärme des Curtis zum Heizen nutzen geht dann wohl auch nicht mehr. Der Großteil der Verluste sind dann wahrscheinlich Ummagnetisierungsverluste im Motor, beim Thrige kann da eine Herabsetzung der Taktfrequenz schon hilfreich sein, beim Perm bringts aufgrund der geringeren Eisenmenge wohl nicht viel.


Gruß

Roman