Höhere Spannung = Höhere Reichweite?

Startbeitrag von inoculator am 28.05.2013 13:03

Moin,

ich packe das mal hierrein, und gebe zu, daß ich mir nicht 100% sicher bin, ob ich jetzt klar ausgedrückt bekommen, was in meinem Kopf schwirrt.

Ausgangs meiner Frage ist eine wiederkehrende Aussage zum Thema höhere Spannung bei gleicher Energie = gleiche Reichweite.

Anders geschrieben:

36V x 180Ah = 6480Wh = 150km
48V x 135Ah = 6480Wh = 150km

Wenn wir festlegen, daß alle Komponenten sonst gleich bleiben, könnte man meinen, daß die o.g. Rechnung stimmen müsste.

Was ich aber auch gelernt habe, ist, daß man einen Motor bei höherer Spannung nicht zwangsläufig auch den gleichen Wirklungsgrad hat.

Ein Beispiel aus dem Modellbau -habe ich selber so erlebt:
Ein Motor hat eine Nennleistung von 90W.
Laut Tabelle darf er bei 2 Zellen (LI 3,8V) mit einer Luftschraube 9,6 x 9 Zoll betrieben werden.
Bei 3 Zellen aber nur mit 6 x 7 Zoll.
Für alle Nichtflieger:
Die erste Zahl ist die Steigung. Sie drückt aus, Wieviel Zoll sich die Luftschrauber theoretisch in fester Materie pro Umdrehung vorwärst bewegen würde.
Die zweite Zahl gibt den Durchmesser der Drehkreises an -also 2 x Blattlänge.

Betreibe ich nun o.g. Motor mit 3 Zellen aber der Luftschraube aus der Zeile mit 2 Zellen, so brennt mir der Motor nach kurzer Zeit durch.

Ich nehme an, daß dem Leser klar ist, warum das so ist....!?!

Nun zurück zum EL.
Speziell der Thrige -welcher laut Typenschild nur für 36V und 80A ausgelegt ist; wird gerne auch mit 48V betrieben. Solange nun der Strom am Begrenzer auf 80A eingestellt bleibt, kann dem Motor technische eigendlich kein Schaden zugefügt werden -zumal der Thrige ein wenig robuster ist, als ein kleiner Modelbaumotor.
Was passiert aber mit der Effizienz?
Da der Motor in o.g. Konfiguration nun wesentlich höher drehen kann, steigen die mechanischen Verluste überproportional mit -das zeigen auch diverse Reichweitentests hier im Forum, welche die höchste Effizienz tatsächlich bei etwa 38-40km/h ergeben haben.

Fahre ich den Motor nun aber nicht aus -also drossel ich bei o.g. Geschwindigkeit ab, so bleibt der Steller am Takten und die Verluste auf den Induktivitäten und FETs tragen mit.

Nach meinem Verständnis würde das nun heißen, daß die Effizienz durch die Erhöhung der Fahrspannung OHNE Anpassung der Untersetzung keine 1:1 Erhöhung der Reichweite ergeben kann.

Ich stelle die These auf, daß mit der Erhöhung der Fahrspannung auch das Untersetzungsverhältnis des Antriebs erhöht werden muss, damit sich die Verluste nicht in erhöhtem mechnischen oder elektrischen Abfall auswirken.

Im Umkehrschluss heißt das, daß die einleitende Aussage in Bezug auf die Akkuspannung (Höhere Spannung = höhere Reichweite, wenn Energie gleich bleibt), falsch ist.

Würdet Ihr dem so zustimmen -machen wir eine Umfrage ;-)

Gruss

Carsten

Antworten:

Wenn Du gleich fährst, kommst Du mit höherer Spannung weiter. Aber Du hast ein geringeres Taktverhältnis. Damit steigen die ohmschen Verluste überproportional und ebenso die Wirbelströme, wegen der höheren Spannung. Optimal ist, genau mit der Spannung zu fahren, mit der man die gewünschte Geschwindigkeit erreicht.
Beim optimalen Feldstrom.
Wenn mir die 36 Volt ohne Feldschwächung reichen würden, würde ich damit fahren und eher schauen, dass das Feld symmetrisch wird. Nur gelegentlich dann Feldschwächung für mehr Leistung.
Bergauf: optimal ist hohe Spannung und hohe Geschwindigkeit bei vollem Feld, allerdings nicht für die Batterie.
Also deshalb auch besser die niedrigere Spannung, dafür volles Feld und langsam. Die Batterie ist der empfindliche Teil beim Thrige. Perm mag hingegen das ungekühlte Heraufquälen nicht.

von Bernd Schlueter - am 28.05.2013 14:18
Ähm 90 Watt Flugmodell - ach ja da gibt es sowas das nennt sich Indoor oder Parkflyer richtig.

Nicht das ich dir Widerspreche möchte.

Zitat
Spannung nicht zwangsläufig auch den gleichen Wirklungsgrad hat.


Mag sein. Sicher macht da auch die Blechung eines Industriemotors was aus. Der Kohlenlauf auf dem Kollektor; dann die weil es ein billiger Motor ist, nicht vorhandenen Feldverdrängungskompensation - was dann sich mit der Blechung potenzieren dürfte.

Aber:
Deine Ausführung impliziert -
Das bei 40KM/h der Steller voll durch schaltet - Tut er das wirklich?
Zitat
Fahre ich den Motor nun aber nicht aus -also drossel ich bei o.g. Geschwindigkeit ab, so bleibt der Steller am Takten und die Verluste auf den Induktivitäten und FETs tragen mit.


Bezieht sich auf einen recht alten Curtis der im Original ohne hin aus heutiger Sicht überholt ist.
Wenn er aber bei 40Km/h auch taktet ist er bei einer höheren Ue ja entweder am Runtertakten (gut der Curtis nicht - oder doch neee ne nur beim überhitzen) oder bei fester PWM-F mit anderem Verhältnis. Also im ersten sollten dem nach die Verluste in einigen Bereichen sinken im zweiten Fall ändert sich zumindest da erstmal nichts beim Controller -> Abfallwärme.

Zitat
Da der Motor in o.g. Konfiguration nun wesentlich höher drehen kann, steigen die mechanischen Verluste überproportional mit


Nun als Luftgekühlter mit einem Strömungstechnisch unter aller Sau liegenden Lüfterrad, Die Luftführung durch den Motor ist auch nicht Optimiert.

Zitat
-das zeigen auch diverse Reichweitentests hier im Forum, welche die höchste Effizienz tatsächlich bei etwa 38-40km/h ergeben haben.


Zitat
daß mit der Erhöhung der Fahrspannung auch das Untersetzungsverhältnis des Antriebs erhöht werden muss, damit sich die Verluste nicht in erhöhtem mechnischen oder elektrischen Abfall auswirken.


Sorry habe ich was verpasst - dem komme ich nicht nach zu zustimmen. Weil wenn du bei der selben Geschwindigkeit bleibst ohne einen Kürzere Untersetzung kann es keine größeren mechanischen Verluste am Motor oder Kraftübertragung geben. Umkehrung wenn du höher untersetzt dann hast du höhere mech. Verluste! Das somit deiner These entgegensteht (wenn Veto dann bitte genau erklärt wieso ich den Wald nicht sehe)

Und beim elektrischen hm - also ich tendiere da auch zum Nö?
Aber da bin ich jetzt nicht genug bei ....


Modellbau:

Zitat
so brennt mir der Motor nach kurzer Zeit durch. Ich nehme an, daß dem Leser klar ist, warum das so ist....!?!


Der Vollständigkeit halber...
Bei der Modell-Modellgeschichte ist der Sachverhalt doch - hm Physik lange her
Das du mit einer Zweiblattschraube "Rechnest". Sofern nicht alles in der Sättigung verschwindet erhältst du mehr Drehmoment das du aber mit der Blattgeometrie + Länge + Breite nicht umsetzten kannst somit die Drehzahl steigt das ist aber die Crux . Desweiteren bleibt bei deiner Betrachtung soweit ich das aus meiner Warte Betracht die Umfangsgeschwindigkeit außen vor.

Ja Ja - da werden wieder ein paar ... was schreib der einen Unfug...

Also ganz zu Anfang - Wie so wurde sowas wie die Me262 entwickelt - richtig weil sie keine Propeller hat. Weil ein Flugzeug wenn es Statisch in der Lage wäre schneller als 800Km/h zu fliegen es nicht schaft weil die Notwendige Antriebsleistung (war nun nicht das Problem) die Propeller in der "Umfangsgeschwindigkeit" nahe oder über die berühmt berüchtigte Schallgeschwindigkeit bringt, wobei diese Bereiche keinen Vortrieb mehr erzeugen. (Auf den Sachverhalt einzugehen würde hier zu weit führen) - ist einfach so.

also 9*3,14 = 14,13 * 2,54= 0,718m bei unter 30000min-1 bist du dann schon im Überschallbreich und vorher bekommste schon andere Probleme.

Soweit ich mich entsinne gehen solch kleinen Motörchen locker im Leerlauf auf über 40000min-1

Nur soviel zum anpassen von Luftschrauben.....

zitat repariert; weiss

von thegray - am 28.05.2013 22:20
Hallo

Solange sich die Drehzahl nicht ändert wird sich bei höherer Spannung nur der Strom verringern und die Kennlinie etwas verschieben. großen Einfluss hat das nicht, auser vielleicht geringere ohmsche Verluste

Wird die Drehzahl höher dann wirds interessant, selbst wenn der Wirkungsgrad steigt dann macht der Lüfter das wieder kaputt


Bei Permanentmagnetmotoren dagegen kommt man ums anpassen nicht herum da ein direkter Zusammenhang zwischen Spannung und Drehzahl besteht.


Gruß

Roman

von R.M - am 28.05.2013 22:34
Im Solarmobil der Uni Bochum hat man fette eisenlose Drosseln vor die Gleichstrommotoren gesetzt. Dadurch entfielen sämtliche Umwandlungsverluste im Motor und es ist völlig gleichgültig,. mit welcher Spannung der controller betrieben wird. Ein geblechter Motor ist keine ideale Wandlerdrossel.
Normalerweise verzichtet man aber auf solche Feinheiten wie Luftdrosseln.
Beim Solarmobil ist es besonders wichtig, dass es sich auch noch mit sehr langsamer Geschwindigkeit bewegen kann, um auch bei geringster Beleuchtung den rettenden Hafen erreichen zu können. Die Spannung der Solarzellen muss dabei weiterhin dem optimalen Wert (MPP-Tracker) entsprechen, während die Motorspannung auf ein Zwanzigstel reduziert sein kann. Das Cityel läuft bei 12 Volt kaum an. Für die Demonstrationen im Fußgängertempo von Hamburg nach Gorleben im Wendland reichte es allerdings.
Das ist das, von dem ich sprach.
Roman, meinst Du, der Lüfter erzeugt einen erheblichen Leistungsverlust?
Angenommen, 20cm Lüfterdurchmesser und 6000/min, das wären weniger als 20 m/s Luftaustrittsgeschwindigkeit, also ca 250 Pa. Bei 200l/s Luftdurchsatz wären das 50 Watt.
Tatsächlich sehr, sehr viel weniger.
Bei großen Motoren ist das anders, und das meiste entfällt auf den Luftspalt, der nicht Teil des Gebläses ist.

von Bernd Schlueter - am 29.05.2013 10:13
Hallo

Der Leistungsbedarf eines Lüfters ändert sich mit der 3ten Potenz der Drehzahl, und da der Lüfter für eine Kühlung bei minimaler Drehzahl und höchste Umgebungstemperatur ausgelegt ist bringt eine 25% höhere Drehzahl schon fast eine doppelte Lüfterleistung.

Für solche Sachen sollte man den Lüfter durch ein separat geregeltes Gebläse ersetzen.


Gruß

Roman

von R.M - am 29.05.2013 16:26
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