EPACSim - Diskussion

[Christian]

Da hier im Forum ja recht oft das Betriebsverhalten von DC- bzw. BLDC-Motoren diskutiert wird, habe ich am vergangenen Wochenende mal einen alten Beitrag von mir herausgekramt, die dort angegebenen Formeln erweitert und das ganze in ein Programm gegossen.

So sieht's momentan aus:

Das Programm befindet sich bestenfalls in einem Beta-Stadium. Wer Spaß daran hat, kann es ja mal ausprobieren und über Fehler und/oder Verbesserungsvorschläge berichten (wichtig: Das Programm wird von mir ohne jegliche Zusicherung auf Fehlerfreiheit oder die Eignung für einen bestimmten Zweck zur Verfügung gestellt).

Das Programm besteht aus einer einzigen Datei, die in ein beliebiges Verzeichnis kopiert werden kann. Es gibt keine Installationsroutine. Kopieren - Doppelklicken - Läuft (jedoch leider nur auf Windows-Rechnern).

Das Programm nimmt keine Veränderung an der Registry vor, spioniert nicht herum und telefoniert auch nicht nach Hause.

Kurz zu den Eingabewerten:

• R_Mot - gemessener Widerstand zwischen zwei Motorklemmen (dritte Klemme frei). In den seltensten Fällen wird dazu ein Ohmmeter ausreichen. Besser ist die Messung per Netzteil mit einstellbarer Stromregelung.

• I_Bat - gemessener batterieseitiger Strom bei "Vollgas" im Leerlauf.

• Drehzahl n - gemessene Drehzahl bei "Vollgas" im Leerlauf.

• In den beiden Eingabefeldern darunter werden die Leerlaufverluste aufgeteilt in einen linearen und einen quadratischen Term. Eine engagierte Schätzung reicht hier aus. Wer's genauer wissen will, muss die Leerlaufkennlinie bei verschiedenen Batteriespannungen ausmessen.

• U_Diode - Durchlassspannung der Body-Diode oder einer separaten Freilaufdiode. Wer den Reglereinfluss außen vor lassen will, trägt hier "0" ein.

• R_DSon - Kanalwiderstand des leitenden MOSFET. Wer den Reglereinfluss außen vor lassen will, trägt hier "0" ein.

• I_max - Strombegrenzung.

• Außerdem kann ein aktiver elektrischer Freilauf (nicht zu verwechseln mit dem mechanischen Freilauf eines Getriebemotors) aktiviert werden, bei dem der Strom über den MOSFET-Kanal statt über die Body-Diode fließt (keine echte Parallelschaltung!).

• Schaltverluste im Regler bleiben noch unberücksichtigt.

• Drehgriffstellung - Sollwertvorgabe für das Taktverhältnis des Reglers. Dieser Wert wird ggf. von einer aktivierten Strombegrenzung überschrieben.

• U_Bat - Leerlaufspannung der Fahrbatterie.

• R_Bat - Innenwiderstand der Fahrbatterie. Wer eine "steife" Spannungsquelle vorgeben will, trägt hier "0" ein.

• Reifendurchmesser - Laufdurchmesser des Reifens

Grafisch ausgegeben werden:

• Motoraufnahmeleistung (elektrisch)
• Motorabgabeleistung (mechanisch)
• Motorverluste (Wärme)
• Reglerverluste (Wärme)
• Motorwirkungsgrad
• Systemwirkungsgrad (Motor und Regler)

Ich hoffe, das reicht für die ersten Schritte.

Das Programm findet Ihr im Anhang (das Programm wurde als ZIP-Datei gepackt. Also runterladen, entpacken, EPACSim.exe starten).

Das Programm besitzt ein Verfallsdatum (Ende Mai 2009), damit nicht auf ewig fehlerbehaftete Programmversionen durch die Gegend geistern. Ich werde hier rechtzeitig eine aktualisierte und erweiterte Fassung zur Verfügung stellen.

Habt Spaß damit,

Christian

 

[Troubleshooter]

AW: EPACSim

Die Idee hört sich sehr gut an! Nur müsste jeder, der einen Motor besitzt zuhause mit seinen Messgeräten nachmessen. Das führt vermutlich zu erheblichen Messverfälschungen.

Ich werde es bei Gelegenheit ausprobieren.

 

[Christian]

AW: EPACSim

Nur müsste jeder, der einen Motor besitzt zuhause mit seinen Messgeräten nachmessen. Das führt vermutlich zu erheblichen Messverfälschungen.

Durchaus möglich. Vielleicht gelingt es aber auch, Parametersätze für Motoren und Regler zu finden, die von mehreren Benutzern bestätigt werden können.

Unabhängig davon: Das Programm eignet sich auch ganz gut zum "Spielen". Ich denke da z.B. an eine Diskussion, bei der es darum ging, dass Motoren nur bei einer bestimmten Drehzahl einen guten Wirkungsgrad aufweisen ...

Gruß,

Christian

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Durchaus möglich. Vielleicht gelingt es aber auch, Parametersätze für Motoren und Regler zu finden, die von mehreren Benutzern bestätigt werden können.

Unabhängig davon: Das Programm eignet sich auch ganz gut zum "Spielen". Ich denke da z.B. an eine Diskussion, bei der es darum ging, dass Motoren nur bei einer bestimmten Drehzahl einen guten Wirkungsgrad aufweisen ...

Ist ja absolut irre.
Vielen, vielen Dank, Christian.
Habe zwar auch schon etliche Diagramme in Excel gerechnet (nur den Motor), aber mich damit noch nicht an die Öffentlichkeit getraut.

 

[Christian]

AW: EPACSim

Habe zwar auch schon etliche Diagramme in Excel gerechnet (nur den Motor), aber mich damit noch nicht an die Öffentlichkeit getraut.

Mach ruhig, hier lernt jeder von jedem. Und berichte auch mal über Deine Erfahrungen mit EPACSim. Kannst Du Deinen Motor vernünftig nachbilden (auch ohne einen konstanten Term bei den drehzahlabhängigen Verlusten ...)?

Gruß,

Christian

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Und berichte auch mal über Deine Erfahrungen mit EPACSim.

Mir fällt auf, dass die Wirkungsgradkurven im Knickpunkt (durch Strombegrenzung) zu hoch sind. Im deinem Anfangsdiagramm lese ich dort ca. 360W Motorleistung. Das sind bei 38,6V*15A = 579W; 360/579 gleich 62,2%, während die graue Kurve dort ca. 68% zeigt.

Auch wenn ich mittels der Leerlaufverluste von 100% linear auf 100% quadratisch gehe und damit die Motorleistung an diesem Punkt größer wird, verändern sich die Wirkungsgradkurven dort nicht.

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Kannst Du Deinen Motor vernünftig nachbilden (auch ohne einen konstanten Term bei den drehzahlabhängigen Verlusten ...)?

Ich kann ihn ja noch nicht vernünftig messen und habe nur die Werte davon: https://www.pedelecforum.de/forum/showthread.php?t=929
Leider kann ich da die erste Zeile nicht so richtig interpretieren: Heißt das, dass sie bei 309U/min mit 0,61Nm antreiben mussten, um den Strom auf Null zu bekommen? Und was muss ich dann in dein Programm bei Leerlauf für eine Höchstdrehzahl bei welchem Strom eintragen? Beim Spielen mit diesen Werten fiel mir übrigens das mit den nicht plausiblen Wirkungsgraden auf.

Woher kommt denn die Abkürzung EPAC? Nur damit ich sie mir merken kann!

 

[Christian]

AW: EPACSim

Mir fällt auf, dass die Wirkungsgradkurven im Knickpunkt (durch Strombegrenzung) zu hoch sind.

Danke, prüfe ich heute abend.

Gruß,

Christian

 

[Christian]

AW: EPACSim

Heißt das, dass sie bei 309U/min mit 0,61Nm antreiben mussten, um den Strom auf Null zu bekommen?

Ja, so würde auch ich das interpretieren.

Und was muss ich dann in dein Programm bei Leerlauf für eine Höchstdrehzahl bei welchem Strom eintragen?

Rad anheben, Drehgriff voll aufdrehen, Batteriestrom und Raddrehzahl ablesen (sobald konstant).

Woher kommt denn die Abkürzung EPAC? Nur damit ich sie mir merken kann!

Electrically power assisted cycles, die EU-offizielle Bezeichnung für Pedelecs.

Gruß,

Christian

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Ja, so würde auch ich das interpretieren.
(...)
Rad anheben, Drehgriff voll aufdrehen, Batteriestrom und Raddrehzahl ablesen (sobald konstant).

Was ich meinte: Wie kann ich aus deren Angaben auf den Strom bei 24V und die Drehzahl ohne zusätzliche Last schließen.
Für eigene Messungen habe ich noch keine brauchbare Spannungsquelle.

 

[Christian]

AW: EPACSim

Was ich meinte: Wie kann ich aus deren Angaben auf den Strom bei 24V und die Drehzahl ohne zusätzliche Last schließen.
Für eigene Messungen habe ich noch keine brauchbare Spannungsquelle.

Sorry, missverstanden. Am besten interpolierst Du linear.

Gruß,

Christian

 

[Christian]

AW: EPACSim

Mir fällt auf, dass die Wirkungsgradkurven im Knickpunkt (durch Strombegrenzung) zu hoch sind. Im deinem Anfangsdiagramm lese ich dort ca. 360W Motorleistung. Das sind bei 38,6V*15A = 579W; 360/579 gleich 62,2%, während die graue Kurve dort ca. 68% zeigt.

Um auf den Systemwirkungsgrad (graue Kurve) zu kommen, musst Du die Motorausgangsleistung durch die Reglereingangsleistung teilen.

Motorausgangsleistung: Ich lese da im Diagramm eher 380 W statt 360 W ab

Reglereingangsleistung: 38,6 V x 15 A - R_Bat x (15 A)² = 557 W

Systemwirkungsgrad: 380 W / 557 W = 68,2 %

Das Programm sollte somit also richtig rechnen. Einverstanden?

Dabei fällt mir auf, dass man die Batterieverluste eigentlich beim Systemwirkungsgrad mit einbeziehen könnte. Hmm ... werde ich vermutlich in der nächsten Version ändern.

Gruß,

Christian

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Um auf den Systemwirkungsgrad (graue Kurve) zu kommen, musst Du die Motorausgangsleistung durch die Reglereingangsleistung teilen.
Motorausgangsleistung: Ich lese da im Diagramm eher 380 W statt 360 W ab

Richtig - war wohl schon etwas spät.

Reglereingangsleistung: 38,6 V x 15 A - R_Bat x (15 A)² = 557 W
Systemwirkungsgrad: 380 W / 557 W = 68,2 %
Das Programm sollte somit also richtig rechnen. Einverstanden?

Ja, mir war nicht klar, dass du das auf die Reglereingangsleistung beziehst.

Dabei fällt mir auf, dass man die Batterieverluste eigentlich beim Systemwirkungsgrad mit einbeziehen könnte. Hmm ... werde ich vermutlich in der nächsten Version ändern.

Halte ich auch für konsequenter.

Bei den Änderungen der linearen/quadratischen Verluste habe ich übersehen, dass sich zwar an den Grafen nichts verändert, dafür aber der Maßstab an der Ordinate.
Didaktisch geschickter und nicht so leicht zu übersehen wäre die Änderung der Wirkungsgradkurven. - Sehr aufwändig?

 

[Christian]

AW: EPACSim

Bei den Änderungen der linearen/quadratischen Verluste habe ich übersehen, dass sich zwar an den Grafen nichts verändert, dafür aber der Maßstab an der Ordinate.
Didaktisch geschickter und nicht so leicht zu übersehen wäre die Änderung der Wirkungsgradkurven. - Sehr aufwändig?

Da hast Du Recht, ich werde demnächst die automatische Achsenskalierung um eine manuelle ergänzen.

Gruß,

Christian

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Da hast Du Recht, ich werde demnächst die automatische Achsenskalierung um eine manuelle ergänzen.

Die automatische Achsenskalierung ist auch gut, jedoch machen einem die vier Unterteilstriche bei 25 bzw. 50 Einheiten pro Teilstrich auch das Leben schwer. Besser wären 5 Teilstriche.

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Hallo Christian, bin momentan etwas verwirrt:
Du hast ja in https://www.pedelecforum.de/forum/attachment.php?attachmentid=1096&d=1237225103 deinen Motor vermessen und gibst dort die Drehzahl-Spannungskonstante kv in U/(min*V) an.
In EPACSIM wird die Motorkonstante in Vs angegeben. Also müsste diese doch 60/(2*3,14) * kv sein.
Sind die vorbelegten Werte in EPACSIM von jenem Motor?
Ich nehme an, dass in EPACSIM der Effektivwert steckt; muss ich also noch durch 1,4142 dividieren?
Bzw. in meinem Fall (siehe https://www.pedelecforum.de/forum/showpost.php?p=23813&postcount=35) durch 1,66 dividieren?

Komme einfach nicht hin bzw. der Wert der herauskommt ist entweder zu schlecht und im anderen Fall zu gut.

 

[Christian]

AW: EPACSim

Du hast ja in https://www.pedelecforum.de/forum/attachment.php?attachmentid=1096&d=1237225103 deinen Motor vermessen

Da hast Du einen falschen Link angegeben. Das Bild ist von Dir ...

Also müsste diese doch 60/(2*3,14) * kv sein.

Nein, vermutlich eher 60 / (2 * pi * kv)

Sind die vorbelegten Werte in EPACSIM von jenem Motor?

Weiß ich leider nicht mehr so genau.

Ich nehme an, dass in EPACSIM der Effektivwert steckt; muss ich also noch durch 1,4142 dividieren?

EPACSIM rechnet ausschließlich auf der Gleichstromseite, da es den Motor auch wie einen Gleichstrommotor behandelt. Die Notwendigkeit der Umrechnung ergibt sich nur beim Messen der generatorischen Leerlaufspannung an den Motorklemmen. Da muss man in der Tat (beim NC) die Wurzel aus 2 berücksichtigen.

Gruß,

Christian

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Da hast Du einen falschen Link angegeben. Das Bild ist von Dir ...

Ja, meinte https://www.pedelecforum.de/forum/showthread.php?t=1047&highlight=Interessierte

Nein, vermutlich eher 60 / (2 * pi * kv)

Ja, natürlich.

EPACSIM rechnet ausschließlich auf der Gleichstromseite, da es den Motor auch wie einen Gleichstrommotor behandelt. Die Notwendigkeit der Umrechnung ergibt sich nur beim Messen der generatorischen Leerlaufspannung an den Motorklemmen. Da muss man in der Tat (beim NC) die Wurzel aus 2 berücksichtigen.

OK

 

[labella-baron]

AW: EPACSim

Das Programm besitzt ein Verfallsdatum (Ende Mai 2009), damit nicht auf ewig fehlerbehaftete Programmversionen durch die Gegend geistern. Ich werde hier rechtzeitig eine aktualisierte und erweiterte Fassung zur Verfügung stellen.

"Sorry, die Lebensdauer dieser Version ist abgelaufen.
Eine aktuelle Version ist verfügbar auf: _https://www.pedelecforum.de"

 

[Christian]

AW: EPACSim

"Sorry, die Lebensdauer dieser Version ist abgelaufen.
Eine aktuelle Version ist verfügbar auf: _https://www.pedelecforum.de"

Ja, sorry.

Ich werde an diesem Wochenende eine verlängerte Version einstellen. Erweiterungen sind vorerst nicht geplant, da der Nutzen des Programmes in dieser Form wohl doch eher begrenzt ist.

Gruß,

Christian