Motor überhitzt, wenn er zu kurz übersetzt ist?

0815nixelektrix · Kiesgruben-King Anmeldedatum: 19.01.2012 Beiträge: 58 Wohnort: Hamburg

Kann mir das jemand Physikalisch erklären, warum das so ist oder sein kann?

Man sollte doch meinen, wenn der Motor es leicht hat hoch zu drehen, sei alles palletti oder nicht?
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Erfahrung ist der Anfang aller Kunst und jedes Wissens.

Arakon · Offroad-Guru Anmeldedatum: 04.10.2009 Beiträge: 953

Der Motor erreicht bei kurzer Übersetzung früher seine Höchstdrehzahl und läuft dann ständig auf Vollast.
BL Motoren haben einen "Wohlfühlbereich", bei dem sie das beste Verhältnis von Wärmeentwicklung zu Leistungsabgabe erreichen. Wenn du es schaffst, den so zu ritzeln dass er in dem Bereich läuft, wird der Motor nicht zu heiß, aber du bekommst die maximale Effizienz.

Men_TOS · CULT-Urgestein Anmeldedatum: 14.09.2008 Beiträge: 1185

Die Motoren sind thermisch auf einen "pulsierenden" Bertieb mit Pausen ausgelegt. Wenn der Motor von der Drehzahl jetzt nahezu druchgängig am maximum gefahren wird kommt es zur thermischen Überlast.
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Prokktor · Verfasst am: 24.05.2012, 13:36 • Titel:

Ich bin weder Physiker noch Elektrotechniker, erkläre es mir als Laie aber so:

1. Jeder Motor verursacht Verluste die linear zu seiner Drehzahl sind (Eisenverluste), wenn man also wenig oder keine Arbeit verrichtet (z.B. Motor frei drehen lässt) wird 100% des Stroms in diese Verluste und somit Wärme umgewandelt. Meist geben die Hersteller den Leerlaufstrom zu den Motoren an, dieser steigt mit sinkender Wicklungszahl, da man dann immer mehr Strom braucht um überhaupt ein ausreichendes Magnetfeld zu erzeugen.

Auf der anderen Seite stehen die Verluste die durch hohe Ströme auftreten (Kupferverluste) diese steigen quadratisch mit der Stromstärke und sind für die erhitzung bei zu langen Übersetzungen verantwortlich.

Ich stelle mir mal nen imaginären Motor an 6S vor:

Ich will lächerliche 20km/h fahren, hab aber ganz viele kv.

Wenn ich ihn nun saukurz übersetze braucht der Motor vielleicht 12A bei 22,2V und maximaler Drehzahl. Die 12A bestehen aber zu Hälfte aus dem Leerlaufstrom und mit sonstigen Verlusten nutze ich davon
nur 4A zum fahren, habe also 8A*22.2V Verluste, was fast 200W sind.

Nun übersetze ich statt 20 auf 60kmh, und fahre nur 1/3 Gasweg, dh. 1/3 von 22,2v also 7,4V, nun sagen wir mal der Motor braucht 22A dafür. Davon entfallen wieder 6A auf den Leerlaufstrom und sagen wir nochmal 4A Kupferverluste. Bleiben 12 A für den Antrieb 12A*7,4V ist ja das gleiche wie 4A*22,2V , nur diesmal sind meine Verluste nur 7,4V * 10A also weniger als die Hälfte des ersten Beispiels.
Dazu kommen nun zwar Verluste aus dem Teillastbetrieb, aber in diesem extremen Beispiel ändern die nur wenig am Endergebnis.

Das Ganze liegt einfach daran, das mein High KV Motor sehr viel Leerlaufstrom benötigt, und somit sehr ineffizient bei niedriger Last Arbeitet.

2. Timing, normalerweise steht der Rotor unter Last, was dafür sorgt das das "antreibeibende Magnetfeld" (kenne den Fachbegriff nicht, das von der Spule erzeugte) und das Magnetfeld des Rotors ineinander gedrückt werden und somit Überlappen, das gleichen wir dann über das Timing wieder aus. Wenn natürlich der Motor frei dreht ist dieses Timing unnötig und könnte für Verluste sorgen. (Ist nur ne Theorie, bitte widersprechen wenns Unsinn ist^^)
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FlyingGekko · Verfasst am: 24.05.2012, 19:14 • Titel:

Das Problem liegt in der verwendeten Ansteuerung der Motoren im RC-Car Bereich.

Für eine (wirkungsgrad-)optimale Bildung des Moments muss zwischen den 3 Ankerströmen und dem Drehwinkel des Rotors (=Orientierung des Erregerfelds) eine spezielle Beziehung bestehen. Wer sich dafür näher interessiert sollte einfach mal nach dem Stichwort "Vektororientierte Regelung" googlen.

Kurz gefasst: Man kann sowohl der Grundharmonischen des Stroms als auch der des Erregerfelds einen Vektor zuordnen. Vernachlässigt man Reluktanzeffekte so müssen diese beiden Vektoren normal aufeinander stehen um eine wirkungsgradoptimale Momentenbildung zu erhalten. Man kann den Stromvektor also in zwei Vektoren aufteilen: Jener welcher normal auf den Erregerfeldvektor steht und jener welche in die gleiche Richtung zeigt. Nur ersterer bildet ein Moment (Für alle die Vektorrechnung in der Schule hatten: vergleicht das mal mit dem Kreuz- und Skalarprodukt zweier Vektoren). Der zweite Anteil führt nur zu Verlusten.

Bei einer Vektororientierten Regelung wird die Orientierung des Erregerfelds zb. mit einem Winkelsensor erfasst. Dieser muss natürlich fein genug auflösen. Der Strom wird nun so eingeprägt, dass die obige Bedingung erfüllt wird.

Im RC-Car werden zwar auch Motoren mit Sensoren eingesetzt. Diese liefern jedoch nur an wenigen Stellen Signale (da sie nur eine Änderung des rechteckigen Magnetfelds wahrnehmen können). Genau zu jenem "Zeitpunkt" wird nun auch einfach die Spannung an der jeweiligen Spule umgepolt. Es wird also einfach das Verhalten des Kommutators einer Gleichstrommaschine emuliert.

Eine Regelung der Stromorientierung findet nicht statt (es wird nur angenommen, dass Strom und Spannung näherungsweise gleich orientiert sind). Verantwortlich für eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ist die Induktivität der Spule. Diese wirkt sich mit steigender Drehzahl (und somit Frequenz) immer stärker aus. Die Orientierung zwischen Strom und Erregerfeld nach obiger Theorie stimmt also nicht mehr und es wird immer weniger Moment gebildet bwz. immer mehr Verlustleistung abgegeben.

Die ganze Thematik wurde jetzt sehr kurz beschrieben. Ich musste zahlreiche Vorlesungen besuchen und einige 100 Stunden Arbeit investieren um da ein wenig durchzublicken. Auch kann ich hier leider viele mathematischen und physikalische Grundlagen nicht so einfach voraussetzen. Ich hoffe trotzdem dass ich die Idee zu diesem Phänomen ein wenig rüberbringen konnte!

mfg Stephan

PS: Zum Thema Timing: Damit will man einerseits die typische Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom kompensieren. Andererseits kann bei Motoren mit Eisenkern und Nuten mit Hilfe von Reluktanzeffekten zusätzliches Moment gebildet werden. Hier liegt die optimale Orientierung zwischen Strom- und Erregerfeldvektor dann nicht genau bei 90° sondern etwas darüber. Interessanterweise ist der Begriff Timing wohl eine Erfindung der Modellbauindustrie. Weder an der Uni, noch in irgendwelchen Veröffentlichungen noch bei diversen Firmen habe ich diesen Begriff je gehört.

amigaman · Verfasst am: 24.05.2012, 20:03 • Titel:

Sehr geil erklärt, danke.
Wegen den Timing: das ist mir auch schon aufgefallen. Ich vermute das hat damit zu tun, das ja nicht nach Drehwinkel kommutiert wird, sondern nach Sensorzeiten.
Der Rechner ermittelt den Rotorwinkel aus den Signalen und nimmt an, wo in der Zukunft er kommutieren muss, eben auf Zeit.
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Gruß, Jens

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FlyingGekko · Verfasst am: 24.05.2012, 21:02 • Titel:

@amigaman: Das Problem ist, dass keine Regelung der Stromorientierung stattfindet. Es wird eben einfach nur die Spannung angelegt, aber nicht "überprüft" ob daraus wirklich der richtige Strom folgt.

Im Regler ist einfach eine Logiktabelle hinterlegt, welche aus den Sensorsignalen die Polarität der Spannung ermittelt. Da steckt also nicht viel "Intelligenz" dahinter.

amigaman · Verfasst am: 24.05.2012, 21:40 • Titel:

Yep, weiß ich.
Aber das war genau, was ich meinte: Der Prozessor berechnet vor, wann denn etwa der Schaltpunkt kommen müsste und addiert das "Timing", um mehr Zug zu generieren.

Hab auch schon mit sowas experimentiert, aber das war mir dann doch zuviel höhere Mathe.
Bin zwar auch Elektroniker, und 20 Jahre Berufserfahrung macht auch was aus, aber studiert bin ich leider nicht. Crying or Very sad

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FlyingGekko · Verfasst am: 24.05.2012, 21:42 • Titel:

0815nixelektrix · Verfasst am: 24.05.2012, 21:57 • Titel:

Da ich Elektriker bin und Phasenverschiebung sowie Schein-, Blind und Wirkleistung im Drehstromfeld mal Grafisch ( mit Pfeilen und Winkel ) und Rechnerisch gehabt habe, denke ich das zu mindestens dieser Hinweis von dir, mir am besten geholfen hat:

„Verantwortlich für eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ist die Induktivität der Spule. Diese wirkt sich mit steigender Drehzahl (und somit Frequenz) immer stärker aus. Die Orientierung zwischen Strom und Erregerfeld nach obiger Theorie stimmt also nicht mehr und es wird immer weniger Moment gebildet bwz. immer mehr Verlustleistung abgegeben.“

Auch der Hinweis auf :

BL Motoren haben einen "Wohlfühlbereich", bei dem sie das beste Verhältnis von Wärmeentwicklung zu Leistungsabgabe erreichen.

Ist dann logisch.

Der imaginären Motor an 6S, find ich auch gut, denn er beschreib letztendlich den gleichen Effekt.

Ich sag Danke für die sehr guten Beschreibungen.
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