Použití brushless motoru jako alternátoru

[VTjr]

Myslím, že solár je u coptery úplně nereálný. Ostatně i u toho spalováku jsem velmi skeptický. Už jenom z toho důvodu, že to ještě nikdo neudělal. ...

S tím souhlasím. Nereálné to opravdu je, protože jak parametr účinnosti tak měrného výkonu takové jednotky bude horší a prakticky žádné benefity to nepřinese.

Zkusme se vrátit cca o 25 let zpět, kdy začínaly elektrolety.
A byly opravdu jen pro zanícené nadšence - nesrovnatelně horší poměr výkonu k hmotnosti pohonné jednotky jednak nutil šetřit každým gramem, aby to vůbec letělo a dovedlo aspoň trochu stoupat. Šetřilo se často i na úkor pevnosti draku. A za vše mohl ten parametr měrného výkonu, tedy kW/kg. Elektrolety se rozšířily jakmile se, zlepšováním jak akumulátorů tak i motorů a jejich regulace, začal tenhle parametr zlepšovat a dotahovat se na spalováky. Brushless motory a LiPol články v tomhle znamenaly zásadní zlom, kdy se elektropohonu podařilo konečně dostat na úroveň spalovacího i a dokonce ho i překonat. A zatím co rezervy v zdokonalování spalováků jsou dnes takřka vyčerpány (i když kdo ví - keramické motory bez chlazení s mnohem vyšší účinností), tak v elektoropohonu stále je pro další zdokonalování značný prostor, co znamená, že ho asi jednou nahradí opravdu všude. A to i s ohledem na další výhody spočívající v jejich mnohem větší jednoduchosti, spolehlivosti a hlavně regulovatelnosti.

A teď si uvědomme, že Sofin vymýšlí prakticky jen to, jak zatížit elektrickou kvadrokoptéru spalovákovým motogenerátorem, a to je prakticky jen váhový balast. Když by dal tu samou hmotnost na zvětšeni kapacity baterek, tak to podle mne bude mít mnohem větší efekt.

[igorb]

Hybridní vozidla tak nemají lepší ekonomiku kvůli vyšší účinnosti pohonné jednotky (ta je paradoxně naopak nižší kvůli tomu, že dochází k dvojnásobné proměně energie, kde jak generátor, tak i akumulátor mají účinnost <1), ale jen kvůli tomu že dovedou efektivně minimalizovat ztráty z brzdění

no to by som tak rezolutne netvrdil, samozrejme je rekuperacia velky prinos ucinnosti, ale hybridny pohon moze usetrit vela tym, ze necha motor bezat v rezime kde ma maximalnu ucinnost.

Priklad: spalovaci motor normalnej konstrukcie (bez roznych elektronickych trikov, variabilneho casovania atd) ma maximalnu ucinnost v rezime na plny plyn v otackach maximalneho tociveho momentu. Ten da povedzme v tom rezime 60koni ... ale na pohyb auta ustalenou rychlostou staci 30 koni, to znamena motor dodava len polovicny tocivy moment. mechanicke straty su ale priblizne rovnke (no malinko mensie, ale pre jednoduchost zoberme ze rovnake) ako pri tom plnom plyne, takze tym ze mas rovnake straty v motore a prevodovke, ale dodavas polovicny vykon, tak ti straty na jednotku vyrobeneho vykonu vylezu na dvojnasobok, cim ucinnost drasticky klesne. Ak by sa podarilo nejakym cinom aby ten motor mohol dodavat plny vykon, alebo sa vypol, tak ucinnost zvysis. Je to presne ten rezim co sa pouziva na zavodoch minimalnej spotreby, az na to ze ta energia sa uklada do kinetickej energie auta, a rozdiel je vidiet ako vieme.

[jaroslav.falcon]

no a co postavit kopteru např 5 vrtulí, z toho středová hlavní poháněná spalovákem a 4 elektrické by dělali pouze korekci směru a balancování .

[VTjr]

... napriklad pri malej zatazi bude motor valit na otackach kde je schopny podavat maximalny vykon, ale ziadny vykon sa z neho tahat nebude, takze bude len jalovo jacat, uplne mimo svojej ucinnosti, zatial co "normalny" generator otacky znizi, vybudi sa aby dodaval vecsie napetie, tym zatazi motor vecsim momentom a motor napriek tomu ze toci pomaly, podava maly vykon pri malych stratach

s týmto celkom nesúhlasím. Ak pri znížení prúdového odberu s generátora poklesne jeho brzdiaci moment, spaľovací motor sa odľahčí a samozrejme by sa chcel roztočiť rýchlejšie. Lenže ak bude otáčky toho spaľováka stabilizovať napr. governoor, tak ten zasiahne tak, že vyšlé signál servu, ktoré mu na RC-karburátore privrie klapku a motor sa neroztočí (resp len minimálne o nejakú nutnú regulačnú odchylku). Naopak pri zvýšení odberu prúdu, kedy porastie moment a motoru by otáčky začali mierne padať, governoor dá povel servu aby klapku plynu viac otvoril.
Faktom ale je, že toto bude fungovať len v určitom rozsahu odoberaných výkonov a aj to, že hlavne pri malej záťaži bude ten spaľovák veľmi neúčinný.
Nakoniec presne takto predsa fungujú vrtulníky s governoorom stabilizovanými otáčkami. Podmienkou je dostatočný prebytok výkonu spaľovacieho motora, aby mohol byť ten regulačný rozsah čo najväčší.

napriek tomu sa take motory v generatoroch pouzivaju, spravne sa to ale robi tak, ze generovane napetie a prud sa elektronicky konvertuju tak aby vystupne napetie vyzeralo tak ako vyzerat ma, takze pri odlahceni otacky klesnu, aj napetie, ale konvertor to vyzenie na vyssie napetie, co cerpa pri malom napeti a otackach vecsi prud, co zatazi motor a sme tam kde sme chceli byt ... a pokial nechces stravit rok alebo dva vyvojom prislusnej elektroniky, odporucam kupit ju ako hotove riesenie :- ))))

S tým súhlasím, ale bez hore opísanej regulácie plynu RC-karburátorom len pomocou elektrickej regulácie nič nedosiahneš. Ta môže slúžiť len ako nejaká jemnejšia nadstavba, ale nič viac. Lebo v okamihu keď sa spaľovák prílišným momentom udusí a nebude už schopný pridať, tak žiadna elektronika z ničoho tu energiu nevyrobí. Lebo mechanický výkon a účinnosť jeho premeny na elektrický nepustí. V podstate by asi bolo dobré, keby bol governoor korigovaný aj signálom spätnej väzby odvodenom od zmeny výstupného napätia.
Inak takáto regulácia je veľmi podobná tej, čo bola v kedysi dosť používaných stabilizovaných zdrojoch s tyristorovou predreguláciou. Riadený tyristorový usmerňovač nahrubo reguloval napätie po usmernení, ktoré potom jemne stabilizoval tranzistorový obvod. Dosahovalo sa tým to, aby tranzistorový stabilizátor nepracoval na príliš veľkom regulačnom úbytku napätia a aby sa pri veľkých prúdoch neuvaril. Problémom takého zdroja bol však impiulznýodber, kedy sa nedokázal vyrovnat s náhlym zvýšením odberu v stave, keď tyristory v usmerňovači už vypli a energia mohla byť dodaná až najbližšou polvlnou. Vtedy robil výpadky, lebo nemal ten odber z čoho pokryť. Pomáhali jedine veľké kondenzátory.
Rovnako aj motogenerátor by bol na také stavy citlivý, lebo rýchlosť reakcie serva RC karbecu je konečná a aj motoru chvíľu trvá kým dokáže zvýšiť výkon.

[VTjr]

no to by som tak rezolutne netvrdil, samozrejme je rekuperacia velky prinos ucinnosti, ale hybridny pohon moze usetrit vela tym, ze necha motor bezat v rezime kde ma maximalnu ucinnost.
...

Igor, v tomto máš síce pravdu, ale to už sú také detaily, sú to isté medzné stavy, ktoré samozrejme hybridný pohon dodatočne zvýhodňujú. Ale ak by sme hodnotili jeho účinnosť v normálnom pracovnom režime, tak bude určite vždy menšia ako u čistého pohonu.

A ešte poznámka k "rekuperácia=prínos účinnosti" - to vo vzťahu k pohonnej jednotke samotnej vlastne nie je celkom pravda.
Správne platí "rekuperácia=uspora energie". Aj keď z pohľadu systému hybridného auta, ako celku, to ovplyvní celkovú účinnosť. Ale podstata jej zlepšenia je iná. Je to to isté ako keď vozidlo postavené na koľajniciach s rovnakým pohonom má omnoho menši valivý odpor a niekto by povedal, že jeho pohonná jednotka má vyššiu účinnosť ako taká istá pohonná jednotka auta na gumových kolesách. To by asi tiež nebola celkom pravda.

[VTjr]

no a co postavit kopteru např 5 vrtulí, z toho středová hlavní poháněná spalovákem a 4 elektrické by dělali pouze korekci směru a balancování .

Vždyť o tom jsem už tady mluvil, "Mlho!".
Já jsem už ve svém dlouhém příspěvku výše přece navrhl létající 2+4-koptéru, kde by byly 2 hlavní protiběžné nosné rotory poháněné výkonným spalovákem a 4 stabilizační a manévrovací poháněné elektrikou (nemuselo by se pak tolik vyvažovat reakční moment hlavního rotoru).
Ale ať už v tom Tvém 1+4 nebo mém 2+4 případě by se nejednalo o pohon hybridní ale kombinovaný. A to jsme pak někde úplně jinde.

[jaroslav.falcon]

jj.
máš pravdu. sorry.

aspoň se liším počtem

[igorb]

Igor, v tomto máš síce pravdu, ale to už sú také detaily, sú to isté medzné stavy, ktoré samozrejme hybridný pohon dodatočne zvýhodňujú. Ale ak by sme hodnotili jeho účinnosť v normálnom pracovnom režime, tak bude určite vždy menšia ako u čistého pohonu.

takze jazda ustalenou rychlostou na zlomok vykonu (to je o com som hovoril a kde som ukazal moznost zlepsenia ucinnosti) nie je normalny pracovny rezim??? :- ))))))))))))))))

[Sofin]

Takže já vidím jako rozhodující parametr využitelnosti dané pohonné jednotky parametr měrného výkonu vztaženého na hmotnost, čili v kW/kG. Jen tohle, nic jiného.
A pokud se tenhle parametr u takového hybridního pohonu nedostane na srovnatelnou úroveň s pohonem buď čistě elektrickým, nebo čistě spalovacím, tak bude nepoužitelný ať je regulace a režim provozu jakýkoli.

A to je přesně to, co mě od začátku zajímá a zmínil jsem to někde v polovině první strany příspěvků. Zatím bych vůbec neřešil technické detaily typu odstranění vibrací, nebo regulace, konverze vyrobeného proudu a podobně. Zásadní otázka je:
dokáže motor-generátor o hmotnosti 1,5kg + 1,5kg paliva + 800g pomocná baterie vyrobit a dodat víc energie než lipolky o hmotnosti 3,8kg? pokud ano, můžeme to řešit dál, pokud ne, nemá smysl nad tím uvažovat

[VTjr]

...Zásadní otázka je:
dokáže motor-generátor o hmotnosti 1,5kg + 1,5kg paliva + 800g pomocná baterie vyrobit a dodat víc energie než lipolky o hmotnosti 3,8kg? pokud ano, můžeme to řešit dál, pokud ne, nemá smysl nad tím uvažovat

To je rozumný přístup
I když odpověď asi nebude jednoduchá
Vše co jsem napsal vycházelo jen z mých logických úvah, nic jsem nepočítal. Ale pokud bys chtěl znát odpověď na tuhle zásadní otázku a hnout se dál, tak se bez výpočtů a nejspíš i experimentů neobejdeš. Nevím jestli Ti v tom dovedu poradit. A vůbec jestli se tady najde někdo kdo to spočítá tak, že by za to dal i ruku do ohně a neposlal Tě do předem prohrané bitvy.

Já bych ale předtím položil i druhou zásadní otázku:
"Jaké benefity přinese hybridní pohon proti čistým pohonům a zda to tedy stojí za to?"

[Sofin]

Já bych ale předtím položil i druhou zásadní otázku:
"Jaké benefity přinese hybridní pohon proti čistým pohonům a zda to tedy stojí za to?"

Pokud by ten poměr dodané energie byl srovnatelný, tak asi žádné a nemá cenu se tím zabývat. Pokud by se zjistilo, že se díky tomu prodlouží letový čas o 50% tak už by to bylo docela zajímavé jako hlavní výhodu tekutého paliva vidím v tom, že se dá ždímat nadoraz, není potřeba řešit nějaké minimální napětí na baterii pod které se nesmí jít, ale prostě se spálí až na nulu. Taky se spotřebovaným palivem klesá hmotnost pohonné jednotky a tím se zlepšují parametry celého pohonu, lipolky váží pořád stejně a s klesajícím napětím na bateriích je to ještě horší. Tekuté palivo by bylo po celou dobu schopné dodávat plný výkon.

[Sofin]

Trocha inspirace k tématu:
http://www.sullivanuav.com/products/al_pancake.html
Tady je ten alternátor jen jako pomocný zdroj energie, nespotřebovává celý výkon motoru.

[VTjr]

takze jazda ustalenou rychlostou na zlomok vykonu (to je o com som hovoril a kde som ukazal moznost zlepsenia ucinnosti) nie je normalny pracovny rezim??? :- ))))))))))))))))

Myslím si, že v takom prípade ani čisto spaľovací pohon na tom nebude až tak zle.

[igorb]

Myslím si, že v takom prípade ani čisto spaľovací pohon na tom nebude až tak zle.

ako som pisal, porovnaj vysledky zavodov "na spotrebu" a pozri kolko ti to zere za rovankych podmienok ustalenou rychlostou, zistis kolko to urobi :- ))

a okrem toho, pokial by si pouzil bezny motor bez roznych udelatok ktore u modelarskeho motora nemas (variabilne casovanie vsetkeho, presvihnuty kompresny pomer atd) tak zistis ze to je SIALENE neucinne, ved ak na konverziach stracas 20% (bezna ucinnost menica) a porovnas to ze ti straty pri polovicnom vykone (a na jazdu po rovine potrebujes daleko menej ako polovicu bezneho vykonu motora - napriklad ak ma auto maximalku 180 a ty ides 90 tak treba len 1/4 vykonu) tak mas dvojnasobne straty tak ta ucinnost 80% menica je vyvazena hned a rolu bude hrat len pri maximalnom vykone a to nie je vlastne nikdy

[VTjr]

ako som pisal, porovnaj vysledky zavodov "na spotrebu" a pozri kolko ti to zere za rovankych podmienok ustalenou rychlostou, zistis kolko to urobi :- ))

To naozaj neviem, nikdy som to až tak pozorne nesledoval Vieš, ja jazdím tak ako si to momentálne okolnosti a nálada vyžadujú a spotrebu neriešim. Lebo keď som sa to aj pokúšal riešiť, tak úspora aj tak nestála za tú námahu a trápny pocit z "dôchodcovského" šoférovania Možno keby som mal prepravnú spoločnosť, tak sa tým zaoberám.

a okrem toho, pokial by si pouzil bezny motor bez roznych udelatok ktore u modelarskeho motora nemas (variabilne casovanie vsetkeho, presvihnuty kompresny pomer atd) tak zistis ze to je SIALENE neucinne,

Nuž neviem, keď potrebuješ ísť plynule ale pomalšie, tak máš predsa možnosť preradiť na nižší prevodový stupeň a zase dostaneš ten motor do optimálnych otáčok. Pravdou je, že ak za aj pri tých vyšších otáčkach bude z neho odoberať menší výkon (omnoho menší moment), tak sa zhorší účinnosť kvôli tomu, že pomer užitočného odoberaného výkonu a výkonu na réžiu chodu motora (čiže prekonanie odporu, strát pre stláčanie zmesi, príp. vstrekovacie čerpadlá a pohon jeho všetkých možných agregátov), s tým súhlasím. Na druhej strane modelárske motory sice nemajú ani udelátka, ale ani tie agregáty. Takže režijný výkon sa spotrebováva naozaj len na to nasávanie/stláčanie/preplachovanie (prípadne pohon rozvodov ventilov u FS) a na kadejaké valivé a šmykové odpory v nich. Tie odpory sa však takisto výrazne menia s otáčkami.
Ale skutočne neviem posúdiť koľko je to %.

... ak ma auto maximalku 180 a ty ides 90 tak treba len 1/4 vykonu) tak mas dvojnasobne straty tak ta ucinnost 80% menica je vyvazena hned a rolu bude hrat len pri maximalnom vykone a to nie je vlastne nikdy

Neviem ako si k tomu dvojnásobku dospel?
A takisto si treba uvedomiť, že ani hybrid nebude pri režime jazdy konštantnou rýchlosťou vtedy poháňaný len elektromotorom, ale naopak, práve vtedy sa asi skôr zapojí spaľovák. Ak však bude odoberaný malý výkon, tak aj v takom prípade pobeží ten spaľovák v podobnom rezime ako u nehybridného auta.
A tiež netreba zabúdať, že dosť veľký podiel na úspore pohonných hmôt má aj vypínanie spaľovacieho motora hocikedy, keď nie je jeho výkon potrebný, lebo práve chod na voľnobeh je ten najmenej ekonomický.

Lenže, a to sa vrátim k téme vlákna , rovnako ako si pri kvadokoptére neviem predstaviť účinnú rekuperáciu, tak si neviem predstaviť ani dostatočne spoľahlivé a ekonomické štartovanie spaľovacieho motora v tom motogenerátore.
Čiže, takýto režim by sa realizoval asi dosť ťažko.
Samozrejme by to teoreticky mohol robiť rovno ten motor, čo slúži ako alternátor (nevedno však či by mal na to dostatočný moment, ak nie, musel by mať buď prídavné vinutia alebo by musel byť ršte aj prídavný štartér a nejaká vypínacia spojka + jej ovládanie = ďalšia hmotnosť navyše). A to nehovorím o tom, že je otázkou, či by sa na štartovanie (+ nevyhnutné žhavenie) nespotrebovalo tak veľa energie, že by to vypínanie celkom stratilo zmysel.

Naozaj by ma zaujímalo nejaké objektívne zhodnotenie aká časť zlepšenia ekonomiky hybridného auta ide na vrub rekuperácie energie pri brzdení a aká na optimalizáciu pracovných režimov pri využití spaľováka.

Vieš, ale aj tak je celá táto náša debata o hybridných pohonoch založená na, podľa mňa, od samého začiatku celkom chybnej analógie hybridnej kvadrokoptéry s hybridným autom či dokonca s dieselelektrickou lokomotívou.
Ja si myslím, že analógia by bola možná len v prípade lietadla-vzducholode a aj tak by krívala na obe nohy.