Toerental regeling borstelmotor minimum en lineair?

LED-Maniak · 10 jul 2013

Vraagje voor de (ervarings)deskundige:

Voor een toepassing heb ik een variabel toerental nodig tussen de ~50rpm en ~5000rpm. Ik had al een borstelloze motor met aansturing gekocht maar het minimale toerental ligt behoorlijk hoog. Borstelloze motoren zijn dus waarschijnlijk niet geschikt tenzij ik een flinke gearbox er tussen kan zetten(als iemand weet waar je dat kan krijgen hoor ik het graag).

Nu vroeg ik mij af hoe goed het toerental van een borstelmotor te regelen is?

Stel ik koop dit setje aan:
Motraxx Elektromotor met 5-delig anker 12 V/DC stationair toerental 5700 omw/min in de Conrad online shop

Vliegregelaar MC-20A in de Conrad online shop

Deze twee sluit ik aan op een reeds aangekochte 11.1Volt lipo. Klopt het dan dat ik het toerental goed kan regelen tussen de 50 rpm en 5000 rpm? Zit er een bepaald minimum toerental vast aan dit soort motortjes?

Gewicht dat ik moet roteren is gelagerd en nog geen 100 gram.

Ad Bakker · 10 jul 2013

Wat ik er van begrijp is dit voornamelijk een kwestie van de regelaar. Je moet kennelijk een regelaar hebben die met name in het lage toeren bereik een hoge schakelfrequentie heeft.
Hele goede verhalen hoor je van de Volksregler, maar dat zijn zelfbouwpakketten voor vooruit/achteruit regelaars voor boten en auto's.

De gelinkte Conrad regelaar heeft een frequentie van 1kHz, en dat hebben de meeste. Ik vermoed dat die niet veel verbetering geeft. Ik heb zelf een kant-en-klare regelaar van de hierboven gelinkte leverancier aangeschaft, en die draait de motor inderdaad bij zeer lage toeren mooi rond. Maar dat zijn ook weer bootregelaars. De enige éénrichting regelaars die ik daar zie zijn voor speedboten (rennbootregler), en die hebben ook wel een wat hogere frequentie (3kHz), maar niet zo hoog als de vooruit/achteruit regelaars (18 kHz).

Maar er zullen nog wel leden met andere suggesties komen.

Groet,

Ad Bakker

Baggeraar · 10 jul 2013

en nog ééntje MET geluid
(het geruis komt van de naaldlagers in de schroefas.)
De regelaar is (in de motor) volkomen stil!

edit: dit is mijn type Bausatz "Volksregler" Typ 2 Mit 1 Amp BEC - HF Regler (18Khz) - Modellbau-Regler.de Shop

LED-Maniak · 10 jul 2013

Dat ziet er inderdaad traag uit! Is dat ongeveer 1 omwenteling per seconde? Hoogfrequent regelaars zijn volgens mij niet heel erg wijdverspreid. Kan niets vinden boven de 3.3kHz.

Ad Bakker · 10 jul 2013

LED-Maniak zei:
Hoogfrequent regelaars zijn volgens mij niet heel erg wijdverspreid. Kan niets vinden boven de 3.3kHz.

In vliegregelaars inderdaad niet, daarvoor zijn die lage toerentallen niet interessant. De bootregelaars die ze verkopen hebben ook die schakelfrequentie van 18 KHz bij lage toerentallen, bij hogere toerentallen wordt dan overgeschakeld naar een lagere frequentie.

Op zich zou dit met dat motortje moeten werken, als er weinig koppel wordt gevraagd. Dat zal met 13 W bij 12 V niet veel zijn. Dan is de vraag hoe snel je van omwentelingssnelheid wilt veranderen, want ook al mag de massa gering zijn, het versnellen ervan vraagt een zeker koppel.

Groet,

Ad Bakker

LED-Maniak · 10 jul 2013

Zijn deze regelaars ook ergens in Nederland te koop? Ik moet bestellingen(ivm. project budget) via een bedrijf plaatsen die niet in het buitenland wil bestellen.

Trouwens.. ik heb nu toch al een borstelloze motor liggen van 2500kv met regelaar en 11.1V lipo. Als ik daar een 10:1 of 5:1 gearbox op aansluit bereik ik hetzelfde effect. Voor de juiste verhouding is het alleen de vraag wat de minimale draai snelheid van deze motor is. Als dit op 0.5Volt ligt dan heb ik minimaal 125rpm en maximaal 2775rpm ter beschikking.

Roel van Essen · 10 jul 2013

Ik denk niet dat een brushless motor van 2500kv gaat draaien op 0,5V.
Juist bij brushlessmotoren zijn de "aanloopsnelheden" behoorlijk hoog:
op het ene moment staat het spul nog stil, een kwart seconde later draait het als een tierelier...

Ad Bakker · 10 jul 2013

LED-Maniak zei:
Ik moet bestellingen(ivm. project budget) via een bedrijf plaatsen die niet in het buitenland wil bestellen.

Weinig professioneel voor een bedrijf. Je betaalt gewoon per bankoverschrijving (dus geen credit card of PayPal).

Wat ik kon vinden is deze:

Het lukt me niet om een directe link naar dit product te plaatsen, het gaat om deze winkel, dan in de linker kolom naar motorregelaars -> Vliegregelaars -> Multiplex-Vliegregelaars en dan degene rechts bovenaan. Die heeft een schakelfrequentie van 6 kHz, wellicht voldoende?

Ik heb geen ervaring met borstelloze motoren, wel weet ik dat de regelaars daarvoor een hekel hebben aan langdurig in deellast (=lage toeren) draaien, waarbij ze dan te heet willen worden. Maar nogmaals, geen ervaring mee.

Groet,

Ad Bakker

EDIT
En je kan borstelloze motoren toch niet zomaar op een bepaalde spanning aansluiten!!! Dat moet altijd via een regelaar.

StefanF · 10 jul 2013

Een brushless motor gaat niet werken bij zulke lage toerentallen, of het moet een sensor motor zijn. Een brushless regelaar gebruikt n.l de tegen emk van de motor om het moment van schakelen te bepalen en hiervoor moet de motor een minimaal toerental hebben van ca. 10%. Een sensor brushlessmotor gebruikt sensoren om de positie te bepalen waardoor dit net als een borstelmotor puur op positie van de as de spoelen worden geschakeld. Maar dit zijn dure motoren. Een borstel motor is heel langzaam te regelen. Wel is het toerental bij lage toeren niet constant, omdat deze bij de geringste belasting wijziging (zelfs van de lagers) het toerental vrij veel veranderd. Als het toerental wel constant wil houden dan moet je een encoder op je motor zetten, maar dit is ook duur.

LED-Maniak · 10 jul 2013

Roel van Essen zei:
Ik denk niet dat een brushless motor van 2500kv gaat draaien op 0,5V.
Juist bij brushlessmotoren zijn de "aanloopsnelheden" behoorlijk hoog:
op het ene moment staat het spul nog stil, een kwart seconde later draait het als een tierelier...

Dat is inderdaad het probleem. Hij heeft een minimale snelheid nodig om te draaien.

Ad Bakker zei:
Weinig professioneel voor een bedrijf. Je betaalt gewoon per bankoverschrijving (dus geen credit card of PayPal).

Wat ik kon vinden is deze:

Het lukt me niet om een directe link naar dit product te plaatsen, het gaat om deze winkel, dan in de linker kolom naar motorregelaars -> Vliegregelaars -> Multiplex-Vliegregelaars en dan degene rechts bovenaan. Die heeft een schakelfrequentie van 6 kHz, wellicht voldoende?

6kHz is al een stuk beter dan 1.5kHz! Zal eens verder zoeken op die leverancier. Bedankt voor het vinden!

Ik heb geen ervaring met borstelloze motoren, wel weet ik dat de regelaars daarvoor een hekel hebben aan langdurig in deellast (=lage toeren) draaien, waarbij ze dan te heet willen worden. Maar nogmaals, geen ervaring mee.

Dat komt inderdaad omdat de schakeltijd van de FET zo kort wordt dat hij een relatief groot vermogen gaat dissiperen.

EDIT
En je kan borstelloze motoren toch niet zomaar op een bepaalde spanning aansluiten!!! Dat moet altijd via een regelaar.

Uiteraard. Dit was meer bedoelt om het toerental te berekenen

Laat ik het anders omschrijven: Dat de pulsduur van de regelaar zo kort is dat de gemiddelde spanning die de motor ziet 0.5Volt is. 0.5*2500kV = 1250rpm.

Ernst Grundmann · 11 jul 2013

Ad Bakker zei:
Ik heb geen ervaring met borstelloze motoren, wel weet ik dat de regelaars daarvoor een hekel hebben aan langdurig in deellast (=lage toeren) draaien, waarbij ze dan te heet willen worden. Maar nogmaals, geen ervaring mee.

Dat valt echt wel mee Ad. Als je regelaar echt warm wordt wanneer je lang deellast draait dan is er iets mis met die regelaar en/of motor. Het principe waarop een regelaar van een borstelloze motor werkt is exact hetzelfde als voor een borstelmotor.
In een regelaar voor een borstelmotor zit één set schakel Fet's die de pulsbreedte regeling van de spanning naar de motor verzorgen. Ze schakelen dus met een vrij hoge frequentie de spanning steeds aan en uit. De verhouding tussen aan en uit bepaald de gemiddelde spanning over de motor dus het toerental van die motor.
De koolborstels zorgen ervoor dat steeds de juiste wikkeling van de rotor stroom krijgt zodat de motor gaat draaien.

Bij een borstelloze motor zijn er geen koolborstels die zorgen dat elke wikkeling op het juiste moment spanning krijgt. Daarom zitten er in de regelaar drie sets schakel Fet's die elk op z'n tijd een wikkeling van spanning voorzien. Om het toerental te regelen wordt van precies hetzelfde pulsbreedte systeem gebruik gemaakt als bij een borstelmotor regelaar. Dus waarom zou bij een borstelmotor de regelaar door dat schakelen niet warm worden en bij een borstelloze motor wel? Dat geloof je toch zelf ook niet.

Ik heb een model van een Tiger Moth die eigenlijk overpowered is. Gedurende meer dan 80% van de tijd draait die motor op 50% vermogen en soms nog wel minder. Na een vlucht van zo'n 15 minuten is de accu ongeveer leeg en zijn de motor en de regelaar nog niet eens hand warm. Afgelopen zondag wat gestunt met dat model waarbij de motor vrij veel vermogen heeft moeten leveren. Na krap 11 minuten was de accu leeg en na de landing bleken de motor en regelaar duidelijk warmer te zijn geworden maar nog steeds totaal ongevaarlijk. Dus meer vermogen is meer warmte wat eigenlijk heel normaal is. 8O

LED-Maniak zei:
Dat komt inderdaad omdat de schakeltijd van de FET zo kort wordt dat hij een relatief groot vermogen gaat dissiperen.

Het is precies het omgekeerde, hoe korter de schakeltijd wordt des te MINDER vermogen de Fet gaat dissiperen. Het zijn juist de trage Fet's die langzaam schakelen welke (te) warm worden. In de regelaars wordt zonder uitzondering gebruik gemaakt van schakel Fet's. Deze zijn speciaal gemaakt om met een zo groot mogelijke snelheid zo effectief mogelijk te schakelen.

LED-Maniak · 11 jul 2013

Ernst Grundmann zei:
Het is precies het omgekeerde, hoe korter de schakeltijd wordt des te MINDER vermogen de Fet gaat dissiperen. Het zijn juist de trage Fet's die langzaam schakelen welke (te) warm worden. In de regelaars wordt zonder uitzondering gebruik gemaakt van schakel Fet's. Deze zijn speciaal gemaakt om met een zo groot mogelijke snelheid zo effectief mogelijk te schakelen.

Uhm.. je hebt gelijk, maar ik ook

Misschien wat onhandig uitgedrukt. Schakeltijd = frequentie in dit geval. Hoge frequentie = meer verliezen.

Een fet heeft lading nodig om te verzadigen waardoor het vermogen dat de FET zelf dissipeert het laagst is te weten de Rds(ON) waarde. Daar tussen zit een gebied dat hij open gaat en de waarde van Rds(ON) een stuk hoger is. Dat moment wil je zo kort mogelijk houden om zo min mogelijk verliezen te hebben. Echter, als je zeer veel korte pulsen(lees: hoge frequentie) stuurt, 'sweep' je vaker door dat gebied. Hierdoor zijn je verliezen groter dan wanneer je met een relatief lage frequentie schakelt gezien je minder vaak door dat gebied gaat. Uiteraard wil je de flanken in beide gevallen zo klein mogelijk.

In principe is elke FET gewoon een versterker zoals een transistor dat is. Alleen is het gebied waar hij versterkt afhankelijk van het type zeer klein en zou je kunnen spreken van een 'schakel fet'. Dit soort FET's bij deze vermogens worden geselecteerd op de Rds(ON) waarde en zijn vaak HEXFET's.

Ernst Grundmann · 11 jul 2013

Een Fet is een transistor maar een speciale. Een transistor wordt met stroom aangestuurd en een Fet met spanning. Dat is simpel gezegd het belangrijkste verschil.
Je hebt gelijk wat de frequentie aangaat maar dat heeft niets met de snelheid van de Fet te maken. Als jij een trage Fet gebruikt wordt die veel warmer door het schakelen dan een snelle Fet. Overigens zijn de schakelfrequenties meestal naar verhouding zo laag dat de invloed daarvan maar gering is.
Een goede schakel Fet kan een aanschakeltijd hebben van slechts 50ns (vijftig nanoseconden). Uitschakelen duurt meestal iets langer en zal dan rond de 70ns uit komen. Deze tijden zijn zo kort dat de relatief lage frequenties waarmee onze regelaars werken daar nauwelijks effect op hebben.

max z · 11 jul 2013

Naar aanleiding van dit draadje: ik heb me al vaker afgevraagd of een borstelloze motor voor lage toerentallen en lage belasting niet als een stappenmotor aangestuurd kan worden. Het lijkt mij relatief simpel om de tegenEMK triggering (in feite de koolborstel/commutator "imitatie") te vervangen door een frequentiegeregelde aansturing. Misschien werkt de door Ad en Baggeraar voorgestelde Volksregler wel zo om de lage toerentallen te realiseren? Op die manier zou de topic starter zijn 50 rpm kunnen regelen, 5000 rpm lijkt mij wat hoog voor een dergelijke regeling, zeker als er een hoge belasting aan hangt die de motor uit de pas zou kunnen dwingen.
Een dergelijke regeling zou bijvoorbeeld ook toe te passen zijn bij een intrekbare propelleraandrijving, om de prop in de goede stand te plaatsen voor het intrekken.

Ad Bakker · 11 jul 2013

max z zei:
Misschien werkt de door Ad en Baggeraar voorgestelde Volksregler wel zo om de lage toerentallen te realiseren?

Maar die zijn wel voor borstelmotoren.
Wel grappig in de context van wat je zegt over hogere toerentallen is de waarneming die ik een paar weken geleden rapporteerde. Bij een "normale" regelaar gaat de slechte regelbaarheid bij lage toeren gepaard met piepen van de motoren. Bij de hoogfrequent regelaars is dit ook verdwenen, maar ik merkte dat het even terugkwam in het middengebied, en dan weer verdween met hoge toeren. Ik kreeg daarop de volgende reactie:

pompebled zei:
Hallo Ad,

Voor het skûtsjeproject heb ik 15 van deze regelaars ingebouwd, samen met zo'n Bühler motor, het geheel op 12V en bij het proefdraaien viel mij hetzelfde op, dus er een mailtje tegenaangegooid.

Wat blijkt, de 12/15 regelaars zijn 'deel' HF (hoogfrequente) regelaars.
Dat betekent, dat alleen de onderste 2/3 van de regelweg met 18 KHz geschakeld wordt en dat, om de eindtrap te sparen, in het hoogste regelbereik omgeschakeld wordt naar 4,5Khz, dit omschakelen is wat je hoort als piepen.

Normaal gesproken heb je bij die toerentallen al meer omgevingslawaai, maar in een testopstelling valt het natuurlijk extra op.
Als de 14 skûtsjes op het water zijn, hoor je van dit schakelen inderdaad niks.

Groeten, Jan.

Het klopt dus precies, maar kennelijk vindt die overschakeling niet plaats in de zelfbouw Volgsregler, want Harm (baggeraar) heeft daar geen last van. Last is wat overdreven, want het is niets vergeleken met het piepen van de motoren met "gewone" regelaars.

Groet,

Ad Bakker

Ernst Grundmann · 11 jul 2013

max z zei:
Naar aanleiding van dit draadje: ik heb me al vaker afgevraagd of een borstelloze motor voor lage toerentallen en lage belasting niet als een stappenmotor aangestuurd kan worden. Het lijkt mij relatief simpel om de tegen EMK triggering (in feite de koolborstel/commutator "imitatie") te vervangen door een frequentiegeregelde aansturing.

Theoretisch kan dat ook en het lijkt best makkelijk maar helaas kleven daar nog een aantal problemen aan die het best ingewikkeld maken.
De wikkelingen van de motoren die wij gebruiken hebben meestal een heel lage weerstand. Dat moet ook om een zo gering mogelijk verlies te hebben. De weerstand van een stappenmotor wikkeling is meestal behoorlijk hoog omdat die een heleboel wikkelingen hebben. Waarom is dit belangrijk?
Bij lage toerentallen is de tegen EMK die in de wikkelingen wordt opgewekt heel erg laag. Hierdoor zal effectief bijna de hele voedingsspanning over een wikkeling komen te staan. Door de hele lage weerstand zou de stroom dan tot heel erg hoge waardes oplopen. Het resultaat zal ongetwijfeld doorgebrande Fets in de regelaar betekenen. Bij een stappen motor is die weerstand zo hoog dat de stroom binnen de perken blijft en is er niets aan de hand.
Als wij een borstelloze motor met een frequentie sturing willen aansturen dan zullen we er ook voor moeten zorgen dat de spanning lager is bij lage toerentallen om de stroom door de motor binnen de perken te houden. Toch moet er voldoende stroom blijven lopen om kracht te kunnen leveren. Het resultaat zal zijn dat zowel de motor als de regelaar behoorlijk warm gaan worden en dat daardoor veel energie verloren zal gaan.
Een ander probleem zal zijn dat de rotor synchroon met het veld moet mee draaien. De frequentie bepaalt dan het toerental. Helaas kan dat "overslaan" zodat de rotor bijvoorbeeld op het halve toerental gaat draaien. Dat zal kunnen gebeuren bij vrij grote belastingen. Dit geeft ook weer extra verliezen en dus warmte ontwikkeling.

De professionele motoren die met een dito frequentie regelaar worden aangestuurd zijn hiervoor speciaal gemaakt. Net als die frequentie regelaar natuurlijk. Behalve dat de frequentie wordt geregeld wordt ook de spanning die naar de motor gaat geregeld.
Vaak hebben die regelaars een aantal instellingen waarmee je het opstart gedrag van het geheel kan instellen. Zo kan de motor bij het opstarten even iets meer spanning krijgen waardoor de stroom hoger zal zijn en de motor meer kracht heeft om op te starten. Ook zal het geheel een minimum toerental hebben wat afhankelijk zal zijn van de regelaar, de motor en de belasting waarmee de motor moet draaien.
Zo heb ik onlangs een pomp systeem in een zwembad gezien waar een frequentie regelaar op zit die van 5Hz tot 75Hz kan regelen. De motor maakt dan minimaal 145 toeren bij 5Hz en maximaal 2240 toeren bij 75Hz. (Dit zijn de onbelaste toerentallen van de kortsluitanker motor!) Op vol vermogen jaagt die pomp 150m³ water per minuut door het filter! Normaal draait hij rond de 50m³ per minuut en als het druk is in het zwembad ongeveer 80m³ per minuut, dus lang niet op vol vermogen.

max z · 11 jul 2013

Dank je, Ernst. Ik realiseer me dat het een inefficiënte manier van regelen is, met de door jou genoemde nadelen. Daarom gaf ik ook een specifiek toepassingsvoorbeeld waar dat niet van belang is, mits er voor normaal bedrijf overgeschakeld wordt op de normale vermogensregeling. Ik weet natuurlijk niet wat LED-maniak (de topic starter) voor project in gedachten heeft.

ron van sommeren · 11 jul 2013

Gisteren in een andere discussie e.e.a. aan kennis m.b.t. tot timing en half-gas bij elkaar geraaptk, brushless uiteraard
Kontronik jazz 80-6-1, bericht 18 e.v.