Limit napětí BLDC motoru

[YenyaKas]

Zdravím,

u některých motorů píšou něco ve smyslu "2S až 3S". Taky eCalc.ch u konkrétních motorů varuje ohledně překročení napětí. Zajímalo by mě, co je fyzikálně za tímto limitem, resp. jak moc takový limit může být striktní - jakože proč nemůžu u motoru "2S až 3S" použít třeba 4S nebo i 6S.

Jediné co mě napadá je, že výrobce počítá s tím, že nepozorný uživatel na vyšší napětí snadněji překročí maximální ztrátový výkon a motor se upeče.

Pak to ještě může být dielektrická pevnost izolace vodičů, ale to mi přijde nepravděpodobné - vzduch má 3 MV/m, čili pokud by mezi vodiči byl vzduch, dělalo by to 3 V na mikrometr mezery. Takže rozdíl 3S versus 6S dělá 12.6 V, což je plus 4.2 mikrometry. U různých těch laků co se tím izolují dráty je pevnost i desetinásobná, čili rozdíl tloušťky materiálu může být zlomek mikrometru. To pochybuji, že se ty dráty lakují s takovouto přesností.

Co jsem přehlédl?

[tomashr]

Jasně, v modelářském rozsahu je to fakticky jen o očekávaném proudu, naprázdno bez zátěže můžeš motor určený na 2s klidně připojit na 6s a zcela jistě neshoří (teoreticky by se mohl roztrhnout odstředivou silou pro moc velké otáčky).
Jenže když připojíš vrtuli, tak motor, kde se při 2s počítá s vrtulí třeba 10x6 by při 6s snesl z hlediska proudu třeba jen vrtulku 3x2 (která by zas měla problém s roztržením otáčkami a navíc by to celé bylo naprd). Je to prostě doporučený počet článků pro očekávané použití, nic více, ale taky nic méně.

Elektrickou odolnost vinutí motoru asi lze ignorovat, problém to jistě je, ale to bys musel jít třeba někam k 10ti článkům a více. Na okraj - naopak u regulátorů to ale problém je, tam skutečně mohou být součástky třeba do 16V a když tedy regl značený do 4s někdo použije s 6s, tak shoří celkem běžně i bez zátěže...

[JirkaA]

1) otáčky - i když se to nezdá, u oběžky odstředivá síla hraje velkou roli, navíc stačí minimální nevyvážení a vzhledem k tomu, jak je rotor uchycený na hřídeli, můžeš se dostat do mechanické rezonance, která ti to rozebere na kousky za chvilku.
2) ztráty v železe statoru - dvojnásobné otáčky = dvojnásobná frekvence, hysterezní ztráty rostou lineárně, ztráty vířivými proudy kvadraticky..

[mior]

Ako tu už bolo správne spomenuté, hlavným problémom sú otáčky.

Ako je to s Kv motora, jeho otáčkami, naindukovaným BEMF, odoberaným prúdom a pod. je bližšie popísané tu:
http://rcmodely.cevaro.sk/index.php?id= ... nym-prudom

[DAF]

Ještě si dovolím podotknout něco o Ohmově zákonu, R je stálé, takže pokud zvednu U, musí zákonitě vzrůst I. Tím pádem poroste příkon, porostou ztráty, atd. Ano, je to zjednodušené, ale ty nárůsty tam budou.

[YenyaKas]

Ještě si dovolím podotknout něco o Ohmově zákonu, R je stálé, takže pokud zvednu U, musí zákonitě vzrůst I. Tím pádem poroste příkon, porostou ztráty, atd. Ano, je to zjednodušené, ale ty nárůsty tam budou.

Je to zjednodušené až příliš, si myslím. Já jsem samozřejmě neuvažoval o tom, že bych na motor se stejnou vrtulí najednou připojil 2x větší napětí.

Když na motor dám dvakrát větší napětí ale vrtuli zmenším tak, aby sestava dávala furt stejný výkon, znamená to, že musím do motoru regulátorem pouštět 2x menší proud. No a ztráty stejnosměrným odporem jsou úměrné proudu, takže ztráty budou naopak menší. Vždycky je lepší tentýž výkon přenášet větším napětím a menším proudem, pokud nemám jiná omezení (ta dielektrická pevnost, například).

naopak u regulátorů to ale problém je, tam skutečně mohou být součástky třeba do 16V a když tedy regl značený do 4s někdo použije s 6s, tak shoří celkem běžně i bez zátěže...

Samozřejmě. O překročení napětí regulátoru vůbec neuvažuju, pořídil bych regulátor na 6S.

1) otáčky - i když se to nezdá, u oběžky odstředivá síla hraje velkou roli, navíc stačí minimální nevyvážení a vzhledem k tomu, jak je rotor uchycený na hřídeli, můžeš se dostat do mechanické rezonance, která ti to rozebere na kousky za chvilku.
2) ztráty v železe statoru - dvojnásobné otáčky = dvojnásobná frekvence, hysterezní ztráty rostou lineárně, ztráty vířivými proudy kvadraticky..

OK, tohle vypadá rozumně. Tak asi zkusím místo 6S použít 3S2P.

[tomashr]

Když na motor dám dvakrát větší napětí ale vrtuli zmenším tak, aby sestava dávala furt stejný výkon, znamená to, že musím do motoru regulátorem pouštět 2x menší proud.

Ještě poznámka - nesmíš také zapomenout na to, že můžeš mít zcela jistě stejný příkon, možná i stejný výkon ve smyslu procent účinnosti motoru, ale otázkou je účinnost pohonu za letu.
Pokud totiž model odladěný s vrtulí třeba 10 palců najednou osadíš vrtulí 5 palců s propastně vyššími otáčkami, tak bude výkon třeba stejný, ale letový projev bude úplně jiný - tak odhadem bych si vsadil na daleko horší chování při pomalém letu či při stoupání, naopak maximální rychlost v horizontu naroste a tak lze pokračovat...

[YenyaKas]

Ano, samozřejmě.

[tomashr]

Jinak jsem to spíš myslel ve smyslu, zda si uvědomuješ, jak velká změna to může být... Že si to obecně uvědomuješ bych očekával, stojí ale za zdůraznění, že tohle skutečně není "o trochu", při změně mezi 3s a 6s se dostáváš do roviny, kdy by se chování modelu na motor proměnilo vyloženě k nepoznání.

[guchar]

_ Pro Brushless DC Motor limit napětí není striktní (jak již zmíněno), ale výrazně větší napětí může vést k výrazně
vyšším otáčkám a jejich projevy mohou být zdrojem problémů vibrace, nároky na ložiska, ...

_ Nicméně i když vyšší než jmenovité hodnoty zkracují předpokládanou životnost motoru, jejich nárůst o 50
až 100% nemusí vést k dramatickému zkrácení životnosti (konzervativní návrh - rezervy konstrukce motoru).
(Každé bezpečnostní REZERVA v konstrukci, něco stojí. U spotřebních výrobků může být malá až žádná.)

Electric BLDC motor voltage and power limit factors
https://electronics.stackexchange.com/questions/348420/electric-bldc-motor-voltage-and-power-limit-factors

[Bandikut]

K mechanické pevnosti pláště motoru viz video z odkazu níže. Toto už je ale extrémní případ.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=1TiePd7qng8[/youtube]

[tomashr]

Zas tak extrémní to není - stačí, aby se uvolnil jediný magnet a nastane doslova řetězová reakce. Navíc jak už tu padlo - může začít blbnout ložisko, tím narostou vibrace a následně to doslova rozeberou. U inrunnerů se zase trhají rotory, Mega má (a je to nutné) kevlarovou bandáž, ale u levnějších bez ní se někdy děly věci.

Guchar tu píše o "rezervách konstrukce" - pominu-li, že u některých lowendů to je lehce optimistické, tak si je hlavně nutno uvědomit, že rezervy jsou nutné i k vykrytí provozních komplikací, třeba to nahlodané ložisko po tvrdém přistání atd. Pokud se "spotřebují" na nesmyslné otáčky, tak motor třeba i přežije, jenže pak stačí tvrdší přistání a při dalším letu nastane drastický průběh...

[dudaj]

V podstatě výše udávané důvody nejsou zásadní.

Problém je v KV a možnostech regulátoru. Běžně regulátor umí 210 000 otáček u dvoupólového motoru.

To znamená 105 000 otáček u 4 pólového a td.

Pokud vezmeš 10 pólovou oběžku , 2000 Kv a dáš ji na 6S , bude točit 45000 otáček , ale regl zvládne 42000. Takže se to při přetočení kousne.

A není jisté, že ten regl umí těch 210 000.

Takže odpověď je, že důležité je KV v kombinaci s počtem pólů.

Pochopitelně nekvalitní inrunnery snadno roztrhneš. Už se mi stalo.

[YenyaKas]

Můj záměr byl spíš vzít motor který se ve stejném rozměru vyrábí s ruznýma vinutíma a různýma KV (třeba 900, 1200 a 1600), vzít to nejmenší KV, ale místo 4S a vrtule třeba 12x5 ji provozovat na 6S a adekvátně menší vrtuli, možná 8x4 nebo tak něco. Jakože určitě ne vzít motor někde na horním konci možných otáček dané mechaniky a ten ohulit ještě víc.

[jyrry]

A co takhle (slušná) převodovka a (dobrý) motor? To eliminuje tu horší "účinnost" malé vrtule...
Obávám se že jakoby nižší ztráty díky vyššímu napětí a nižšímu proudu ta malá vrtule spolehlivě "vynahradí" a celkový výsledek by byl spíš horší, ne přínos ale ztráta.