Alle drei Motoren im Test

LRK350-20-15w, -13w,-11w

 

 

Viele Messungen an dem LRK350-20-15w befinden sich in LRK350-20 mit drehender Welle, Entwurf, Realisierung, Messungen

Nach der Erstellung der dort berechneten 13-Winder für Jochen (10 Zellen 300 W an 14x8) und 11-Winder für mich (8 Zellen 250 W an 14x8), habe ich noch aufwendigere Messungen durchgeführt, um die Theorien von Wie viele Windungen braucht mein Motor, Berechnungsschema zu bestätigen. Diesmal habe ich jedoch nicht jeden Meßpunkt durch Ablesen der einzelnen Meßgeräte registriert, sondern habe ich mich eines Data Logger bedient. Man kann sagen, der 15-Winder war die Übung und die zwei genannten 13 und 11-Winder sind die Krönung, sie sollen uns jahrelang dienen.

 

Data Logger

Es ist mein 5-ter Data Logger, den ich speziell für die Flüge mit den LRKs schnell zusammengelötet hatte. Das Programm habe ich natürlich nicht erst jetzt geschrieben, sondern paßte ich ein Programm, dass ich schon hatte, ein Bisschen an. Das schöne bei der Konstruktion ist, dass sie auch zu Hause ganz gut dienlich sein kann. Einfach an den PC anschließen und schon sind die Daten aus dem Speedy-BL Controller (Spannung, Motorstrom, Drehzahl) im Kasten. Wenn man im Garten die stärkere Motoren vermißt, dann landen die Daten in dem Flash-Speicher. Den Speed-Sensor und den Höhensensor werte ich einfach nicht aus.

   Das ist meine "High-Technology" von unten. Die Seite zeigt man normallerweise nicht! Aber... wer benutzt schon 2,5 mm Rasterplattinnen um einfach SMD Widerstände der Größe 0805 (2,0x1,25 mm) komfortable zu verlöten. Die Verbindungen werden mit einen dickeren Thermo-Draht gemacht. Die Seite wird mit einer 0,2 mm Gfk-Folie geschützt. Ein großer Vorteil diese Technik besteht darin, daß man innerhalb von Minuten Änderungen durchführen kann, wie z.B. den Controller Speedy-BL anzuschließen.

Die technischen Daten des Data Logger für die Motorenmessung:

  • Jeder Datenwert besteht aus dem Mittelwert von 16 Messungen
  • Die 16 Messungen können in Zeiten von 0,125s bis 64s gemacht werden
  • Spannungsauflösung 0,002 V direkt am Motor-Controller gemessen
  • Stromauflösung 0,01 A über ein 2 mOhm Shunt in dem Speedy-BL
  • Drehzahlauflösung 1/7 rpm, gemessen direkt an den MOSFET-Driver

    • Speziell die Drehzahlauflösung soll schon Einigermassen gut sein, da sie mit der 3-ten Potenz in die Rechnung eingeht. Die Daten werden "live" über die serielle Schnittstelle RS-232 zum Computer geschickt. Nach getane Motormessung werden sie dann im MATLAB bearbeitet.

    15-Winder Messungen

    Dieser Motor hat die niedrigste Drehzahl/Volt aber auch den größten Innenwiderstand von 36 mOhm. Die Daten hier wurden nicht mit dem Data Logger gesammelt, sondern stammen von den früheren Messungen mit klassischen Meßgeräten (Voltmeter, Ampermeter, Oszilograph). Leider stand mir für die Messungen nur ein 5-15 V, 30 A Netzteil zur Verfügung. Zwar habe ich auch 8, 10 und 12 Zellen Packs benutzt, aber die Messungen sind uninteressant, da nur eine Spannung repräsentiert wird.

    Diagramme oder Tabellen?

    Ich finde Diagramme wesentlich besser als Tabellen, da man sofort sehen kann, wie der Motor über einen Bereich der Spannung arbeitet. Man sieht sofort, ob die gedachte Zellenzahl ausreichend ist. Ob am Ende der Akkuentladung auch noch genügend Leistung vorhanden ist. Alle Messungen mit Aeronaut-LS.

    Der wichtigste Graph: wie viel Leistung nimmt man mein Motor? Welche LS?

    Jeder Kreis auf dem Graph ist eine vollständige, manuelle Messung.

     

    Auch interessant, wie groß ist der Strom bei 8 V und 18x11 Aeronaut LS.

     

    Viele Leute mögen Drehzahl-Angaben viel mehr als Leistung oder Strom. Wenn eine 14"x8"  5.500/min dreht, dann wissen sie sofort, das es gut zur Sache geht.

     

    Den letzten Graph benutze ich oft als kurze Überprüfung vor dem Flug. Man hat zu diesem Zeitpunkt keinen Zugang zum Strom und zur Spannung, um Leistung zu berechnen. Da ist eine einfache Drehzahlmessung mittels optischen Drehzahlmesser ganz hilfreich, um zu prüfen ob die Leistung in Ordnung ist.

     

    13-Winder Messungen

    Dieser LRK350-20-13w ist gedacht eine ASW27 (3.800g) mit einer 14"x8" ausgestattet souverän in die Lüfte zu bringen. Am Sonntag 2.9.2001 ging die ASW mit einem Telario-Talk Variometer am Board in den Steigflug. Bei gleicher Akkulaufzeit der 10 Zellen erreichte dieser Gespann ca 20% mehr Steigleistung als der vorherige Motor, der Ultra 1300-10.

    Dieser Motor wurde mit unterschiedlichen Aeronaut (a) und Graupner (g) LS mittels Data Logger vermessen. Die einzelnen Linie sind mit Zahlen, wie 14x08 versehen, um die Zuordnung zu erleichtern. Die Farben der Linien sind auf allen Graphs eines Motors gleich.

    Jeder Kreis auf dem Graph ist eine vollständige Messung.

    Der P(u) Graph ging verloren, wird nachgeliefert.

     

    Viele Leute mögen Drehzahl-Angaben viel mehr als Leistung oder Strom. Wenn eine 14"x8"  5.500/min dreht, dann wissen sie sofort, das es gut zur Sache geht!

     

    Den letzten Graph benutze ich oft als kurze Überprüfung vor dem Flug. Man hat zu diesem Zeitpunkt keinen Zugang zum Strom und zur Spannung, um Leistung zu berechnen. Da ist eine einfache Drehzahlmessung mittels optischen Drehzahlmesser ganz hilfreich, um zu prüfen ob die Leistung in Ordnung ist.

     

    11-Winder Messungen

    Dieser LRK350-20-11w ist schon ein scharfes Maschinchen. Bei nur 15 mOhm Wicklungswiderstand ist das Eta-Maximum sehr breit und hoch. Es soll ca 250 W bei 8 Zellen umsetzen können, ohne warm zu sein.

    Dieser Motor wurde mit unterschiedlichen Aeronaut (a) und Graupner (g) LS mittels Data Logger vermessen. Die einzelnen Linie sind mit Zahlen, wie 14x08 versehen, um die Zuordnung zu erleichtern. Die Farben der Linien sind auf allen Graphs eines Motors gleich.

    Jeder Kreis auf dem Graph ist eine vollständige Messung.

     

    und der Strom für jede LS:

     

    Viele Leute mögen Drehzahl-Angaben viel mehr als Leistung oder Strom. Wenn eine 14"x8"  5.500/min dreht, dann wissen sie sofort, das es gut zur Sache geht!

     

    Den letzten Graph benutze ich oft als kurze Überprüfung vor dem Flug. Man hat zu diesem Zeitpunkt keinen Zugang zum Strom und zur Spannung, um Leistung zu berechnen. Da ist eine einfache Drehzahlmessung mittels optischen Drehzahlmesser ganz hilfreich, um zu prüfen ob die Leistung in Ordnung ist.

     

    Einige Messungen tabellarisch

    Hier ein Wiederholung der bekannten Zusammenhänge:

    An den, durch eine LS, belasteten Motor legen wir eine Spannung Um. Durch ihm fliest ein Motorstrom Im. Die Luftschraube dreht mit n

    Um - Motorspannung
    Im - Motorstrom
    n - Drehung der LS, oder Welle, wenn kein Getriebe

    Jeden Elektromotor kann man bekannterweise mit einigen Zahlen die ihm spezifizieren, beschreiben. Dazu, unter anderen, gehören:

    Io - Leerlaufstrom (meistens Linear mit der Spannung steigend)

    Ri - Innere Resistenz, ziemlich konstant

     Motor  Ri in mOhm
     LRK350-20-15  36
     LRK350-20-13  24
     LRK350-20-11  15

    Einige Messungen, die oben als Kurven gezeigt wurden, finden sich in der Tabelle wieder. Die wichtigste Spalte ist die no-kns. Ziemlich konstant für jeden der drei Motoren.

    Um Im U I n ns no
    LRK 350-20-15 an 14x8 kns
    5.63 8.89 5.31 7.19 3154 594
    6.53 11.15 6.12 9.45 3566 582
    7.61 13.99 7.11 12.29 4054 571
    8.85 17.55 8.22 15.85 4560 555 627
    10.21 21.34 9.44 19.64 5083 538
    11.59 25.69 10.67 23.99 5563 522 -4.09
     LRK 350-20-15 an 14x9
    6.60 12.85 6.14 11.15 3540 577
    7.17 14.47 6.65 12.77 3780 569
    8.00 17.04 7.39 15.34 4123 558
    8.86 19.84 8.15 18.14 4440 545 629
    10.15 23.91 9.29 22.21 4903 528
    11.14 26.88 10.17 25.18 5237 515 -4.26
     LRK 350-20-15 an 18x11
    4.90 14.62 4.37 12.92 2503 572
    5.70 17.94 5.05 16.24 2786 551
    6.38 20.95 5.63 19.25 3026 538 635
    7.44 25.69 6.52 23.99 3351 514
    8.30 29.60 7.23 27.90 3600 498 -4.64
    LRK 350-20-11 an 14x7
    7.00 23.16 6.64 20.76 5043 759
    7.56 26.09 7.16 23.69 5359 749
    7.88 27.39 7.46 24.99 5530 742
    8.18 28.97 7.73 26.57 5678 734 852
    8.57 30.95 8.09 28.55 5870 726
    8.75 32.02 8.25 29.62 5973 724 -4.05
    8.84 32.53 8.34 30.13 5993 719
    LRK 350-20-11 an 14x8
    7.01 28.70 6.57 26.30 4855 739 852
    7.50 31.86 7.01 29.46 5102 728
    7.79 33.44 7.27 31.04 5242 721 -3.91
    LRK 350-20-13 an 14x8
    5.00 12.39 4.70 10.39 3396 722
    6.00 16.58 5.60 14.58 3899 696
    7.00 21.12 6.49 19.12 4378 674
    8.00 26.01 7.38 24.01 4833 655 761
    9.00 31.25 8.25 29.25 5266 638
    10.00 36.84 9.12 34.84 5674 622 -4.08
    LRK 350-20-13 an 14x7
    5.00 14.65 4.65 12.65 3301 710
    6.00 19.54 5.53 17.54 3786 684
    7.00 24.81 6.40 22.81 4243 662 764
    8.00 30.45 7.27 28.45 4673 643
    9.00 36.48 8.12 34.48 5074 625 -3.92

    ns als Funktion des Motorstromes

    ns(n,Im, ...) - Drehzahl pro Volt, abhängig von n selbst und Im etc

    die ns(Im) wird berechnet als die Drehzahl pro Volt nach dem Abzug des Spannungsabfalles über der Ri.

    U = Um - Im * Ri

    ns(Im) = n / (Um - Im * Ri) = n / U

    Auf dem Graph wurde jeweils eine Trendlinie durch die Meßdaten bis zum Im=0 durchgezogen. Diese Trendlinie ist unabhängig von der benutzen LS (ob groß oder klein) aber abhängig von der Windungszahl. Interessanteweise ist die Neigung diese Linie immer ca -4.

     

    W - eine Kennzahl des Motors unabhängig von der Windungszahl

    Ich möchte eine neue Kennzahl eines Motors einführen. Sie ist nur von der Bauart des Motors abhängig, von dem Rotordurchmesser, Statorlänge, Luftspalt etc, aber nicht von der Windungszahl.

    Das Produkt aus no=ns(0) und Windungszahl  N ist für ein Motor konstant, unabhängig von der Wicklung und vom Drahtdurchmessers.

     

     no * N = W = konstant

    Für die 3 Motoren mit unterschiedlichen Wicklungen, aber gleichen Rotor, Stator ist die W-Zahl:

     Motor

     Windungszahl

     no=ns(0)

     W
     LRK350-20-15

     15

     630

     9.450
     LRK350-20-13

     13

     760

     9.880
     LRK350-20-11

     11

    860

     9.460

    es scheint so, dass bei 12 mm Stator die Kennzahl auf ca 16.000 ansteigt und wieder bei einem 24 mm Stator auf ca 8.000 absinkt. Das werde ich untersuchen, sobald ich den 12 mm LRK untersucht habe. Alle Leser sind gebeten, mir Meßdaten zuzuschicken, damit wir ein erweitertes Modell bauen können. Vielleicht läßt sich auch der Durchmesser in die Gleichungen einbeziehen.

    Wie man aus der Kennzahl einen Motor für eine bestimmte Aufgabe bewickeln kann wird in  Wie viele Windungen braucht mein Motor? gezeigt.

     

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