Stromaufnahmeberechnungen für einen bürstenlosen Motor liegen weit daneben

Ich habe versucht zu berechnen, wie viel Strom ein BLDC bei bekannter Propellergröße, Schub, Innenwiderstand, Kv-Wert, Versorgungsspannung (Vin) und Leerlaufstrom ziehen wird. Meine Propellerparameter sind wie folgt;

Diameter=34;                               %Propeller diameter(In)
Pitch=11;                                  %Propeller pitch(In)
Pitch_m=Pitch*0.0254;                      %Propeller pitch(M)
Radius_m=0.0254*(Diameter/2);              %radius in meters
Area=pi*(Radius_m^2);                      %Disc Area

Die Informationen, die ich über die Motoren habe, sind der Leerlaufstrom, der innere Wicklungswiderstand und die Kv-Bewertung.

%Motor Characteristics (Defined)
Io=1.30;                                       %No load current(I)
Rm=0.21;                                      %Internal Resistance(R)
Kv=100;                                        %Revolutions per Volt

Ich berechne die Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit einigen grundlegenden Schubgleichungen, die ich aus einem Forum geholt habe.

%Thrust equations
rho=1.225;
Pconst=1.15;
Thrust=130.9;                           %Reference thrust from experimental results
V=sqrt(Thrust/0.5/rho/Area);            %speed of fluid moved by propeller
P_aero=Thrust*V;                        %aerodynamic power
Pmec=P_aero*Pconst;                     %mechanical power
RPM=V/(Pitch_m/60);                     %revolutions per second

Schließlich berechne ich den Motorstrom wie folgt (nicht alles unten wird verwendet)

%Motor Equations
Ke=1/Kv;
Kt=Ke;                                  %Torque constant equals back emf constant
Vin=40;                    %Input Voltage(V)
a=-Rm/Pmec
b=(Vin+(Rm*Io))/Pmec
c=-1*((Vin*Io)/Pmec)
p= [a b c];
Iin= roots(p);
Vloss=Iin*Rm;

Um a, b, c und p zu erklären, bin ich dazu gekommen, indem ich das Folgende erweitert und die Wurzeln gefunden habe.

Pmec = (Vin - Rm * Iin) * (Iin - Io)

Wenn ich dies in MATLAB ausführe, erhalte ich folgende Werte:

Mechanical power:     2874.5 Watts
Aeronautiical power:  25003 Watts
Vin:                  41V
Iin:                  174A

Ich bekomme 174A für Iin, was ein kolossaler Stromwert ist. Auf der Website des Herstellers beträgt die Stromaufnahme für diesen Motor, wenn er 13392 Gramm Schub erzeugt, 52 Ampere bei 2092 Watt Leistung bei einer 40-Volt-Versorgung.

Motor ist ein Tmotor U12KV100. Die Gleichungen sind aus dem unten verlinkten Forum

https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?587549-Motorformeln

Bearbeiten: Es gab einen Größenordnungsfehler im Skript. Ich habe den Fehler inzwischen behoben, aber der Stromverbrauch ist immer noch unrealistisch und weit von den experimentellen Daten des Herstellers entfernt.

edit2: einige Verwirrung bei Vin geklärt. Ich habe berechnet, wie viel Spannung erforderlich ist, obwohl ich die Versorgungsspannung 40 kannte.

Woher stammen Ihre Formel(n)?
Posten Sie diese Informationen in Ihrer Frage.
Hmm 41V/0,21 = 195 A Stillstands-/Startstrom nicht 1950 A
Ich habe die Korrektur vorgenommen. Ich habe versehentlich 0,021 verwendet.
Verwenden Sie besser OEM-Werte für Input Output im Vergleich zu Prop und Motor store-en.tmotor.com/goods.php?id=330
Das würde ich unter allen anderen Umständen tun, da experimentelle Ergebnisse unendlich wertvoller sind als die beste Simulation. Für dieses spezielle Szenario ist es jedoch meine Aufgabe, eine anständige Simulation zum Laufen zu bringen.

Antworten (1)

Ich denke, Sie müssen zur Physik zurückkehren, anstatt Matlab wie eine magische Blackbox zu behandeln, die die Antworten ausspuckt.

Für eine gegebene Versorgung (z. B. 40 V) können Sie ausrechnen, wie sich der Strom als Drehzahl ändert ((über die Geschwindigkeitskonstante, um die Gegen-EMK zu geben, und den Widerstand, um den Strom zu geben) und somit sowohl die elektrische Leistung als auch die mechanische Leistung (= elektrisch Leistung minus Verlust in diesem Widerstand).

Ihr spezifischer Fehler besteht darin, Iin als Vin / R zu berechnen. Dies ist der Strom bei Drehzahl = 0 oder der Stillstandsstrom. Der Motor nimmt dies sofort beim Starten an, wenn die volle Spannung angelegt wird. Wenn sich der Propeller jedoch dreht, erzeugt der Motor eine Gegen-EMK (1 V pro 100 U / min), wodurch die Spannung am Wicklungswiderstand und damit die Stromaufnahme verringert wird.

Ihre Aufgabe ist es, den Punkt zu finden, an dem die Drehzahl hoch genug ist, dass gerade genug Strom vorhanden ist, um genügend Leistung zu liefern, um die Luft zu drücken, mechanische Verluste (Propellereffizienz) zu überwinden und Abwärme im Wicklungswiderstand zu erzeugen.

Jetzt müssen Sie auch von der mechanischen Seite aus arbeiten, um herauszufinden, wie die erforderliche mechanische Leistung, der Schub und die Luftgeschwindigkeit mit der Propellerdrehzahl, dem gegebenen Durchmesser (daher überstrichene Fläche) und der Steigung (daher die Nennfluggeschwindigkeit bei einer bestimmten Drehzahl) variieren.

Das geht am einfachsten, wenn man alles in SI umrechnet, also RPM in Bogenmaß/Sekunde etc.

Fluggeschwindigkeit * Dichte * überstrichene Fläche gibt Ihnen die Massendurchflussrate (Masse / Sekunde),

0,5 * Massenstrom * Fluggeschwindigkeit ^ 2 gibt Ihnen Leistung (über die übliche Formel für kinetische Energie) - das ist Leistung (Pout), die der Luft verliehen wird.

Dann gibt es einen Fudge-Faktor für die Propellereffizienz (Pconst = 1,15) = Pmech ist Pconst * Pout)

Wenn Sie diese beiden Kurven zusammenfügen, sollten Sie eine Geschwindigkeit finden, bei der beide Ausdrücke die gleiche mechanische Leistung ergeben. Das ist die Arbeitsgeschwindigkeit des Motors.

Jetzt kennen Sie die Strömung bei dieser Geschwindigkeit aus der ersten Kurve.

Berechnen Sie auch den Schub bei dieser Geschwindigkeit aus Pout/Fluggeschwindigkeit. Hoffentlich stimmt es mit der Annahme überein, die Sie ursprünglich von 130 N gemacht haben.

Ich schreibe es nicht im Detail, weil ich denke, dass Sie besser lernen, wenn Sie über die beteiligte Physik nachdenken müssen.

Das mache ich im Moment. Pmec ist die mechanische Leistung, die bei 130 Newton Schub erzeugt wird. Ich verwende dann die mechanische Leistungsformel, um herauszufinden, wie viel Strom benötigt wird, um so viel mechanische Leistung zu erzeugen, und die einzige Möglichkeit, die mir im Moment einfällt, besteht darin, die Gleichung zu erweitern und ihre Wurzeln zu finden.
Also, bei welcher Geschwindigkeit bekommst du diesen Schub?
Wenn Sie RPM meinen, bekomme ich es bei 4109 RPM. Ich erhalte dies, indem ich die folgende Formel neu anordne: V = nx Teilung x (0,0254 / 60). Schlagen Sie in Bezug auf Ihren vorherigen Beitrag vor, dass ich Iin=(Vs-Ve)/Rm verwende. Denn das gibt mir die Antwort von 174, was eine der Lösungen für das Polynom ist, das ich oben löse. Zur Verdeutlichung versuche ich nur, die Strömung für diesen bestimmten Schub zu lösen.
Sie müssen das weiter erklären, oben steht kein Ve ... was ist das und wie haben Sie es berechnet? Vin = 40 V, 4109/Kv = 41,09 V, das scheint also eine Windmühle zu sein, die im Moment Strom erzeugt?
Nur zur Verdeutlichung, ich weiß, was Vin sein wird (40 V). Ich habe Ve vorher benutzt und ich bekam keine gute Nummer. Ich habe einige weitere Änderungen an der Frage vorgenommen, um Verwirrung zu beseitigen.
Ja, aber Sie können sofort sehen, dass 4109 U / min bei Vin = 40 V und Kv = 100 U / min / V unmöglich sind. Auch mit R (21mOhm) hattest du beim ersten Mal Recht, sonst sind die Verluste bei 50A lächerlich.
Fürs Protokoll, ich habe nach meiner Annäherung eine schnelle Tabelle erstellt und sehe, dass 40 V etwa 115 N Schub bei 3850 U / min und 63 A liefern, im Gegensatz zu den Herstellerzahlen. Wenn ich bei der Drehzahl des Herstellers (3689 U / min) für 40 V Pconst auf 1,05 drücke (eine sehr effiziente Stütze!), sehe ich 53 A bei 38 V, aber nur 105 N Schub. Aber wenn ich die Drehzahl auf 4109 erhöhe, sehe ich 131,5 N Schub OK, aber bei 42,6 V und 71 A. Ich denke immer noch, dass diese "Gleichung und ihre Wurzeln" Ihnen im Weg stehen, zu sehen, was schief läuft, aber 40 V und 174 A sind eindeutig von der Realität getrennt.