Välkommen! För att skriva i forumet måste du logga in först. Har du inget konto går det bra att registrera ett eller logga in med Facebook här. Det kostar inget.  :)

Författare Ämne:  "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?  (läst 1426 gånger)

JohnA

  • Inlägg: 1055
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
Jag har ett litet skruvat (tanke)projekt som berör elmotorer men bara med god vilja passar in under rubriken "Fordonsdrift". Jag har dock inte hittat något annat område på just detta forum där funderingarna passar bättre. På sätt och vis handlar det om att driva en slags farkost med el, men det är en förhållandevis liten pryl endast en hamster skulle kunna resa med och färden blir troligen den stackars hamsterns död.

Funderingarna går ut på att med högsta möjliga (på DIY-nivå, av saker man hittar hemma i skrotlådan) verkningsgrad långsamt accelerera ett svänghjul till relativt högt varvtal och sedan hastigt överföra dess energi till ytterhöljet så att prylen flyttar på sig ett antal meter. Förloppet upprepas sedan så länge det finns energi i de små batterierna. (vilka eventuellt kan laddas med en liten solpanel)

Det centrala i konstruktionen blir elmotorn som ska driva svänghjulet, samt den broms/koppling som överför energin till höljet då det är dags för prylens brutala "take-off". Hur sätter man då bäst fart på ett tungt svänghjul? Eftersom en god portion av brutalitet ingår i konceptet behövs en robust motor, med kullager och rejäla fästen av metall. Svänghjulet ska i sin tur för bästa förhållande mellan energilagring och vikt/storlek ha stor diameter. Det mest DIY-vänliga jag kommer att tänka på som passar den kravspecen är en vanlig ventilationsfläkt av radialtyp med asynkronmotor med ytterrotor. Rotorn är relativt tung och välbalanserad men varvtalet sällan speciellt högt. Ett alternativ skulle kunna vara en typisk borstlös "datorfläkt", men deras konstruktion är sällan lika robust och inte heller här är det optimerat för speciellt höga varvtal. Permanentmagnetrotorn i en sådan fläkt brukar också vara relativt lätt.

Eftersom svänghjulets lagrade energi ska omsättas till rörelse omedelbart då det nått maximalt varvtal och den tillgängliga elen kommer från relativt små batterier gäller det att spinna upp svänghjulet hela vägen från stillastående till full fart med totalt sett högsta möjliga verkningsgrad. Jag gissar detta bäst uppnås genom att smyga igång svänghjulet mycket försiktigt via strömbegränsning (PWM-styrning) och sedan fläska på allt mer ju fortare svänghjulet spinner.

Både den borstlösa DC-motorn och asynkronmotorn har lamellerade järnkärnor för att minska virvelströmsförlusterna, och dessa ökar rimligen med frekvensen på drivspänningen. I asynkronmaskinen antar jag denna förlust måste räknas dubbelt eftersom även dess rotor består av lamellerad järnplåt (plus lindningar). Vilken motortyp har egentligen bäst förutsättning att effektivt spinna upp ett svänghjul till ganska hög hastighet, t.ex. 5000 rpm? Hur mycket brukar man kunna "stressa upp" eller "överklocka" en asynkronmotor industriellt med en vanlig frekvensstyrning?
Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847

torbjorn

  • Inlägg: 11145
    • Medelpad
SV: "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #1 skrivet: 15 feb-17 kl 20:57 »
Vanliga industri-frekvensomriktare brukar medge upp till 100-120 Hz. Virvelströmsförlusterna i statorn lär ju öka vid det högre varvtalet, men å andra sidan kommer man längre från järnmättning vid ökad frekvens om man inte följer med och ökar spänningen lika mycket. Så jag skulle inte tro att järnförlusterna är något allvarligt problem.
Jämför med en växelströmsgenerator för bil, den är ju som regel 12-polig och går dessutom med varvtal upp till 10000 r/min, så frekvensen kan vara upp mot 1 kHz. Och den har som regel en ganska grovt tillyxad plåtkärna i statorn och tycks fungera tillfredställande på det sättet.

Rotorns järnförluster är inget bekymmer alls, de växelfält som rotorjärnet utsätts för har ju mycket lägre frekvens, som är proportionell mot motorns eftersläpning. Så om man mjukstartar motorn med en frekvensomriktare som accelererar upp den långsamt, blir nog rotorförlusterna till och med mindre än om man direktstartar den från ett elnät med fast frekvens.

JohnA

  • Inlägg: 1055
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
SV: "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #2 skrivet: 16 feb-17 kl 21:03 »
Intressant som vanligt Torbjörn! Det var dig jag räknade med som saklig trådsvarare! :)

Det känns som att en liten asynkron radialfläktmotor mycket väl kan vara en bra maskin att utgå ifrån till mitt knasiga (eventuella) projekt. Eftersom prylen ska drivas effektivt med lågspänning från ganska små batterier gäller det inte bara att välja den motorprincip som passar bäst och ger hög verkningsgrad, den ska också ha rätt drivspänning. Jag gissar det innebär ett stort arbete att linda om en liten asynkronmotor för hand till lågspänning. Alternativet är någon form av inverter, vilken i sig kommer ha en viss verkningsgrad. Fast även en borstlös DC-motor för lågspänning behöver PWM-styras för att mjukstarta och då är kanske skillnaderna inte så stora?

Sedan är det ju inget som hindrar användandet av en billig DC-motor med kommutator, eftersom drifttiden blir förhållandevis kort. Med en sådan motor får jag svarva ett separat svänghjul som då kan göras precis så tungt som behövs. 

Så, vilket slags elmotor borde vara det bästa valet? Energieffektiv mjukstart och högt slutvarv är klart viktigaste egenskaperna.
Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847

olof

  • Inlägg: 2716
    • Skåne
    • Min blogg med sökord biodling
SV: "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #3 skrivet: 16 feb-17 kl 23:12 »
Så, vilket slags elmotor borde vara det bästa valet? Energieffektiv mjukstart och högt slutvarv är klart viktigaste egenskaperna.
Frekvensstyrda trefas synkronmotorer med högeffektiva permanentmagneter har åtminstone bäst vikt-effekt-verkningsgrads-förhållande i mindre storlekar.

Inom modellflyg hittar du många varianter i alla möjliga storleksklasser och spänningsklasser. Frekvensriktarna är dessutom väldigt lättstyrda, många styrs av en vanlig servo-signal (pulslängden på styrsignalen anger varvtalet).

Alexn72

  • Moderator
  • Inlägg: 1408
    • Skåne
SV: "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #4 skrivet: 27 feb-17 kl 12:58 »
jag försöker se vad man vinner på detta?
hur tänkte du driva fordonet i övrigt

simon.arvestrand

  • Inlägg: 742
    • Östergötland
Låter som en vettig borstlös motor med en vettig esc  (frekvensomriktare i modellvärlden) där du kan ställa startramp är vad du behöver.
Kv är något man skriver på motorerna vilket är varv/volt så välj först spänningsmatning sedan leta motor med Kv som bestämmer vilket varvtal du vill ha

Skickat från min SM-G935F via Tapatalk


JohnA

  • Inlägg: 1055
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
SV: "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #6 skrivet: 24 mar-17 kl 01:31 »
Känns som att DC-motor med permanentmagnet och separat svänghjul är det rätta valet för detta eventuella idiotprojekt! Om det sedan är med kommutator eller bortslöst spelar troligen mindre roll för funktionen och eftersom drifttiden troligen blir ganska kort gissar jag man kan spara en hel del pengar på en mekaniskt kommuterad motor. En effektiv PWM-styrning på denna och mjukstarten är ordnad.

Eftersom det frågats hur "fordonet drivs i övrigt" släpper jag nu på mystiken: Det handlar om en relativt liten robot vars enda egentliga syfte är "bara för att man kan". :) Jag älskar minimalism och har en tid lekt med tanken på hur man får något att röra sig utan vare sig hjul eller ben. Tanken är att mojängen dessutom ska vara robust och löpa minimal risk att köra fast oavsett underlag. Rörliga delar som sticker ut är lätta att fastna med. Mitt tänkta "fordon" är en liten cylinder med några gummiribbor längs sidorna för att ge bättre grepp. Rörelse fås genom att ett svänghjul mjukt accelereras och sedan plötsligt låses mot cylindern. Det blir en explosiv och svårkontrollerad färd så klart! Det finns inget styrdon så kursen blir relativt slumpmässig. För att "styra" kollar man kompassriktningen innan "avfyrning" och om denna är rätt laddas svänghjulet fullt. Är kursen fel laddas svänghjulet betydligt mindre och med lite tur kan sedan "avfyrningen" leda till att farkosten hamnar i en bättre riktning nästa gång, utan att behöva rulla onödigt långt eller slösa för mycket energi.

Tanken är sedan att resan ska kunna få ta lång tid med brutala framryckningar följda av långa vilotider då batteriet kan laddas upp med solceller. Att ligga stilla några dygn i väntan på soligt väder är helt enligt lekens regler.

Som sagt, inget egentligt syfte med prylen, bara en nyfikenhet på om det över huvud taget kan fungera och hur pass effektivt jämfört med att t.ex. ta sig fram sakta med band eller ben genom skogen.
Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847

Rubbe

  • Inlägg: 69
    • Värmland
SV: "Överklockning" av synkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #7 skrivet: 24 mar-17 kl 08:47 »
Har ingen kunskap i ämnet men låter helt klart som ett projekt min still "bara för att man kan"

JohnA

  • Inlägg: 1055
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
SV: "Överklockning" av asynkronmotorer med frekvensstyrning?
« Svar #8 skrivet: 24 mar-17 kl 12:56 »
OM det över huvud taget blir något av denna idé är projektet fullt jämförbart med många andra hobbyprojekt. Spela biljard, bygga modelljärnväg, odla vackra blommor, skjuta luftgevär och fylla trädgården av konstiga betongskulpturer. -Den enda nyttan är att utövaren har roligt och kanske lär sig något denna är intresserad av. Livskvalitet tror jag det kallas.  ;D

Jag har i säkert 30 år varit sugen på att experimentera med robotar och andra mer eller mindre autonoma farkoster. "Mycke snack å lite verkstad" har det blivit och idéerna har varit många. Minimalism är coolt, annorlunda lösningar likaså. Ett mer minimalistiskt sätt än detta att ta sig fram på är nog svårt att uppfinna. I princip är det till det yttre bara ett hjul vars bredd är 2-4 gånger större än diametern.

Det finns naturligtvis en massa tekniska utmaningar, inte bara kring svänghjulet, dess koppling och motorn, utan också hur både höljet och innehållet klarar de brutala smällar som uppstår, hur batteriet kan laddas med solceller utan att dessa krossas eller täcks av smuts, hur man navigerar, hur man kommunicerar med roboten m.m.

Idéns mål är att sätta ut roboten i skogen bakom huset och låta den sköta sig själv ganska mycket. Lite som att utforska en främmande planet snarare än att köra omkring med ett radiostyrt fordon i realtid. Någon gång per dygn laddar man ner stillbilder, kompasskurser, solriktning, temperatur, batteristatus m.m. Av detta försöker man gissa var prylen befinner sig och lägger så upp en plan för den fortsatta färden och hoppas på det bästa till nästa gång man får kontakt. Är vädret dåligt får man kanske vänta några dagar på att batteriet ska återhämta sig för några nya skutt.

Detta skulle kunna vara ett kul forskningsprojekt!
Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847


 


Dela detta:

* Inloggade just nu

206 gäster, 5 användare (1 dolda)
alruna, Landet, Kronhjorten, Klasb

* Forum

* Om tidningen Åter



- Genuin och läsvärd! Bra tips och idéer för att stå på egna ben.
/Camilla W

* Nya inlägg

* Nytt i ditt landskap

För inloggade medlemmar visas här nya lokala annonser, aktiviteter och presentationer.
Logga in eller
registrera dig.
 :)

* Nya annonser