Zelf een generator maken van een Brushless DC motor

[harm1985]

Hoi allemaal, naar aanleiding van dit topic heb ik me aangemeld.

Ik ben voor een project bezig met het ontwerpen van een kleinschalige windturbine die energie moet opwekken voor het opladen van de batterijen (NiMH) van de autoplioot van een UAV-achtig vliegtuig.

Op zich moet dat niet zo moeilijk zijn lijkt me... nu heeft mijn begeleider uit een modelvliegtuig een brushless DC motor gahaald om deze te gebruiken in een testopstelling. Het probleem is dat deze drie fases heeft. Na wat overleg met mijn begeleider hebben we het volgende schema opgesteld en aangesloten (waar 1, 2 en 3 de polen van de motor zijn):


De diodes hebben dus nu een gemeenschappelijk aarde, en door de richting kan er geen stroom terugvloeien als er dus batterijen op worden aangesloten; deze zouden de motor anders kunnen gaan aandrijven. De opstelling is al getest, door een voltmeter aan de kathode en anode van ieder diode te hangen en het voltage te meter als de motor draait. Met een simpele accu-boormachine (om de propeller te draaien) kwamen we al tot zo'n 3.3 volt per diode bij een relatief laag toerental.

Het probleem is nu, dat er maar 3 draden uit de motor komen (er zat voorheen een motorcontroller tussen de (DC) batterij en de motor die een drie-fase signaal aan de motor leverde) en ik geen idee heb hoe dit ding (de motor dus) geaard moet worden en hoe de output van de diodes te combineren om er een generator van te maken... iemand ideeën? En... zit ik op de goede weg? Of moet ik meer denken in de richting van een drie fase gelijkrichter (waar ik nog steeds mijn moet aarden...)

 

[brutus]

Hoi Harm,

Je zit nu verkeerd, omdat je de dioden in de fasedraden hebt zitten, en ook al gebruik je de aarde, je laat dan van drie sinusen elk de helft ongebruikt liggen.

je kunt een nulleider gebruiken (voor het landelijk net gebruikelijk) maar het hoeft niet, want bijvoorbeeld scheepsinstallaties gebruiken geen nulleider.

Als je de bedoeling hebt om een kleine set te bouwen waar direkt gelijkstroom uit komt, zou ik de nulleider gewoon achterwege laten, want met een dergelijke set-up trek je het kleine 3-fasen net wat je hebt, niet scheef door ongelijke fasebelasting, en je hebt dan sowieso een "zwevend net". Als je zoals bijvoorbeeld in je huis-installatie, de aparte fasen ook apart en variabel gaat belasten, is een nuleider wel beter, maar echt veel verschil maakt het niet volgens mij.

Gewoon de drie fasen aansluiten op een 3-fase gelijkrichter en je hebt al een (onafgevlakte) gelijkstroom, die sowieso al beter is als wanneer je een een-fase generator zou gebruiken.

Driefasengelijkrichters kun je kopen, maar ook gewoon zelf maken met 6 diodes van de juiste afmetingen (welke, dat moet je mij niet vragen), want de schakeling is niet veel ingewikkelder dan een gewone gelijkrichter. Heb niet op Wiki gekeken, maar ik denk dat je daar binnen 5 seconden een schemaatje vind.

Groet, Bert

 

[harm1985]

OK, dat helpt me in ieder geval al een eind op weg. Maakt het nog uit of het het een delta of een wye (ster) winding is? (Hoe kun je dat eigenlijk zien?) Lastige is dat de fabrikant/type van de motor onbekend is...

 

[brutus]

OK, dat helpt me in ieder geval al een eind op weg. Maakt het nog uit of het het een delta of een wye (ster) winding is? (Hoe kun je dat eigenlijk zien?) Lastige is dat de fabrikant/type van de motor onbekend is...

Nee, het maakt wel uit als je een nulleider wilt gebruiken. Dat kan in ster, maar niet in driehoek. Ga er maar vanuit dat je brushless motor in driehoek staat, want een sterwikkeling is alleen zinvol als je een ster-driehoek schakeling wilt gebruiken. Dat kost alleen maar ruimte, dus ik vermoed dat onze brushless motortjes eigenlijk zonder uitzondering in driehoek gewikkeld zijn. (beter woord is "aangesloten", want de wikkelingen zijn het zelfde). Normaal zijn land-generatoren in ster aangesloten i.v.m. de nulleider (sterpunt ligt aan aarde), scheepsgeneratoren gewoon in driehoek. Maar voor de generator zelf maakt dat niet uit, het word bepaald op het "klemmenbord". Verschil zit hem in de te bereiken fasespanning en lijnspanning.
Met een generator in driehoek en geen nuleider is de fasespanning gelijk aan de lijnspanning. Bij een generator in ster en met nulleider is de lijjnspanning gelijk aan fasespanning maal de wortel uit 3. De fasespanning meet je van een fase of lijn naar aarde, de lijnspanning meet je tussen twee lijnen. Maar dat is voor jou van minder belang, denk ik, jij hebt alleen met lijnspanning te maken, en normaal gesproken is de spanning die uit je gelijkrichter komt in jouw geval gelijk aan de lijnspanning, min het verlies in je diodes.

Groet, Bert

 

[harm1985]

Dank je, hier heb ik zeker wat aan! I'll keep you posted!

 

[hobbyist]

je kunt een nulleider gebruiken (voor het landelijk net gebruikelijk) maar het hoeft niet, want bijvoorbeeld scheepsinstallaties gebruiken geen nulleider.

Nou nou geen nul?
Aarde dat hebben ze niet.

Als je zoals bijvoorbeeld in je huis-installatie, de aparte fasen ook apart en variabel gaat belasten, is een nuleider wel beter, maar echt veel verschil maakt het niet volgens mij.

Ooit gezien wat het effect is, een huis installatie met een zwevende nul?
Daar gaat heel erg veel kapot.

De voedingsspanning gaat in een dergelijke situatie schommelen tussen 0 en 400 Volt.
Er is maar weinig huishoudelijk apparatuur die daar tegen kan.

 

[ron van sommeren]

Je kunt er niet van uit gaan dat alle motoren in driehoek staan. Hier staat een goed introductie artikel over motoren/generatoren (buitenlopers weliswaar, binnenste buiten gekeerde motoren), maar het verhaal is identiek.
GB | Home
-> knowledge base
-> overview (1-5)

Je moet een driefasen gelijkrichter brug gebruiken, een H-diode brug, met zes diodes
Diode bridge - Wikipedia, the free encyclopedia

Je meeste vragen zijn al beantwoord in het draadje dat je gaf.

 

[hobbyist]

oops foutje

 

[brutus]

Nou nou geen nul?
Aarde dat hebben ze niet.

Nou, nu vaar ik nog maar 17 jaar, en heb verschillende keren met grote electrische problemen meegelopen met storingszoeken, en later ook wel zelfstandig gedaan. Een nulleider ben ik nooit tegengekomen. Wel een aarde...... (en nee, ik vergis me echt niet....)

Ooit gezien wat het effect is, een huis installatie met een zwevende nul?
Daar gaat heel erg veel kapot.

De voedingsspanning gaat in een dergelijke situatie schommelen tussen 0 en 400 Volt.
Er is maar weinig huishoudelijk apparatuur die daar tegen kan.

Als het sterpunt van de generator niet aan aarde ligt, gaat er inderdaad heel veel kapot, omdat de nuldraad in je huis wél aan aarde ligt (als de nuldraad in huis onderbroken is, werkt er gewoon niks). De spanning kan dan nog wel meer kanten uit gaan dan alleen maar die 400 volt.

die 400 volt, dat zal in werkelijkheid meer in de buurt van de 380 liggen denk ik. Meet maar de spanning tussen de fasedraden van twee verschillende groepen in je huis....

Groet, Bert

 

[brutus]

Je kunt er niet van uit gaan dat alle motoren in driehoek staan. Hier staat een goed introductie artikel over motoren/generatoren (buitenlopers weliswaar, binnenste buiten gekeerde motoren), maar het verhaal is identiek.
GB | Home
-> knowledge base
-> overview (1-5)

Je moet een driefasen gelijkrichter brug gebruiken, een H-diode brug, met zes diodes
Diode bridge - Wikipedia, the free encyclopedia

Je meeste vragen zijn al beantwoord in het draadje dat je gaf.

Nu weet ik dat ik een eigenwijs mannetje ben, maar als je een brushless motor hebt die je als generator gaat gebruiken, en waar maar drie draden uitkomen, ten eerste maakt het dan voor de verbruikers erachter electrisch geen verschil of de generator wel of niet in driehoek staat, maar als je maar drie draden hebt, en je kunt niet bij het eventuele sterpunt komen, waar heb je het dan nog over???? Als je lijnspanning danniet klopt, zul je een andere generator moeten kiezen, tenzij je wel bij je wikkelingne kunt komen. Bij de meeste motoren zou ik daar gewoon van af blijven.

Ster/driehoek gaat bij een motor pas uitmaken als je bij alle zes de aansluitingen kan komen om een ster/driehoekschakeling te kunnen bouwen, en als je fasen niet met je lijnspanning overweg kunnen, zul je dat bij de installatie moeten meenemen. Heb je in verband met de te verwachten aanloopstromen geen ster/driehoekschakeling nodig, dan doet het verder niet ter zake.

Bij een generator zul je nooit, maar dan ook nooit tijdens bedrijf omschakelen van ster naar driehoek. Dus het is verder een onzinnige discussie hoe hij inwendig geschakeld is.

Groet, Bert

 

[ron van sommeren]

Bert, ik had het over de aanname ster/driehoek bij motoren die in modelbouw gebruikt worden. Voor de rest weet ik (behalve zwaar theoretisch) niets over huis-installaties.

 

[brutus]

Bert, ik had het over de aanname ster/driehoek bij motoren die in modelbouw gebruikt worden. Voor de rest weet ik (behalve zwaar theoretisch) niets over huis-installaties.

Hoi Ron, dat snap ik wel, en als ik wat lomp over kom, dan sorry, zo is en was het niet bedoeld (moet dat toch eens wat in de gaten gaan houden, word wel vaker anders opgevat als ik zelf bedoel....). Wat ik bedoelde is dat het aangezien er maar drie draden uit je motor/generator komen, het geen hout uitmaakt hoe hij inwendig geschakeld is. Voor de belasting die er achter hangt is het gewoon een "black box" waar driefasenwisselstroom vanaf komt, zonder nulleider.

Maar ook wanneer het ding gebruikt word als motor, maakt het nog niks uit. Een motor in driehoek gedraagt zich precies hetzelfde als een motor in ster, er gelden zelfs geen aparte formules voor. Het enige verschil komt pas als je de motor gaat beschouwen op het niveau van de wikkelingen zelf.

Wat wel verschil uitmaakt: dezelfde motor kan in ster een hogere lijnspanning verdragen als in driehoek, en dezelfde motor (mits de wikkelingen opgewassen zijn tegen de lijnspanning) kan bij dezelfde netspanning (lijnspanning) in driehoek een 3 keer zo hoog vermogen leveren bij noodgedwongen het zelfde toerental => het maximale koppel is drie keer zo hoog (Fasespanning neemt met wortel drie toe, maximale fasestroom dus ook, en wortel 3 in het kwdraat is weer 3).
Maar zolang je niet in het inwendige van de motor kan komen, maakt dat dus niks uit, en kun je de motor weer gewoon beschouwen als een motor in driehoek.
Let wel, dit gaat over gewone draaistroom. Voor de gestuurde brushless motoren in de modelbouw durf ik hier weinig over te zeggen, omdat ik niet kan beredeneren wat er gebeurt met blindstroom en arbeidsfactor

Groet, Bert

 

[ron van sommeren]

Kwam niet lomp over, no worries. Wat jij zegt, heb ik ook vele malen gezegd in het 'electric motor design and construction' subforum op RCGroups.
'Onze' brushless motoren worden niet gestuurd, de motor vertelt de regelaar (d.m.v. BEMF signaal gegeneerd in de op dat moment niet-bekrachtigde fase) wanneer deze moet schakelen. Het zijn in feite gewone borstelmotoren met elektronische commutatie i.p.v. mechanische commutatie.Kijk ook even naar de foto van de macho hunk op deze site, dan weet je wat meer van mijn hobby-achtergrond:
lrk-torquemax : building high-torque brushless e-motors

@topicstarter
Wat voor vermogen/spanning/stroom/toerentallen willen we?

 

[ron van sommeren]

Aangezien onze modelbouwmotoen Permanent Magnet Brushless DC motoren zijn, neemt de spanning lineair toe met het toerental volgens
toerental = spanning x Kv

Net als bij een borstelmotor dus. Kv is de generatorconstante, wordt in modelbouw reciprook gebruikt t.o.v. de generatorconstante in de grote mensen wereld.

 

[harm1985]

Kwam niet lomp over, no worries. Wat jij zegt, heb ik ook vele malen gezegd in het 'electric motor design and construction' subforum op RCGroups.
'Onze' brushless motoren worden niet gestuurd, de motor vertelt de regelaar (d.m.v. BEMF signaal uit niet-bekrachtigde fase) wanneer deze moet schakelen. Het zijn in feite gewone borstelmotoren met elektronische commutatie i.p.v. mechanische commutatie.Kijk ook even naar de foto van de macho hunk op deze site, dan weet je wat meer van mijn hobby-achtergrond:
lrk-torquemax : building high-torque brushless e-motors

@topicstarter
Wat voor vermogen/spanning/stroom/toerentallen willen we?

Uiteindelijk zo'n 100 Watt. Deze motor hadden we echter nog liggen en voordat we er eentje aanschaffen die we gaan inbouwen in het prototype vliegtuig willen we eerst wat low budget tests doen, m.a.w. wat voor prop en bij hoeveel vermogen bij welke snelheid, etc.

Edit: heb het nu aangesloten volgens onderstaand schema:

De output is echter -0.3 volt, waar we eerst per pool zo'n 3 volt hadden (zie schema eerste post)... iemand enig idee hoe dit komt? Ontbreken van een transformator misschien?

 

[Ernst Grundmann]

Harm het gaat te ver om het helemaal theoretisch uit te leggen hoe dat allemaal zit. Simpel gezegd komt het hier op neer.
In de eerste situatie heb je de spanning gemeten van een half gelijkgerichte spanning. Daarbij wordt de helft van de opgewekte spanning niet gebruikt! Dat merk je niet omdat je multimeter maar heel vreselijk weinig stroom trekt. De belasting is dus zo goed als 0.

In de tweede situatie wordt de wisselspanning geheel gelijkgericht en gebruik je dus alle opgewekte energie! Er is één maar en dat is dat je nu twee diodes in serie met elke wikkeling hebt. Er gaat dus niet één maar twee keer de diode spanning vanaf. Daarom meet je dus een iets lagere spanning. Dat geeft niets want als je de zaak gaat belasten zal je zien dat je in de tweede situatie veel meer spanning overhoudt dan in de eerste situatie bij dezelfde belasting!

De schakeling met de zes diodes is de meest bruikbare dat je ietsje meer spanning kwijt raakt door die twee diodes is jammer maar daar moeten we mee leven. In de "buitenwereld" is dat ook zo dus houdt men daar bij het ontwerp rekening mee.

Een transformator heb je niet nodig en zou zelfs nadeling zijn omdat daardoor de verliezen alleen maar groter worden.

 

[ron van sommeren]

Harm, meet eerst eens de spanning tussen 2 van de 3 motordraden, meter op AC stand (wisselspanning). Sluit dan de diodebrug aan en meet de spanning achter de diodes, DC meting (gelijkspanning).
Wat is de generatorconstante Kv van deze motor?
Met hoeveel toeren drijf je de motor aan?
Met bovenstaande twee getallen moet je uitgangspanning kunnen bereken volgens
spanning=toeren/Kv

 

[harm1985]

Hmm... naar nu blijkt is de motor niet geschikt als generator, de windingen zijn niet op de juiste manier verbonden om er een efficiënte generator van te maken.

Ik gooi het nu over een andere boeg: een stepper motor die een condensator oplaadt via een diodebrug. Morgen waarschijnlijk even wat tests doen...

 

[remie]

scorpion komt binnenkort ook uit met een aantal generators!
zie site:
Scorpion Power System

groeten remie

 

[ron van sommeren]

Hmm... naar nu blijkt is de motor niet geschikt als generator, de windingen zijn niet op de juiste manier verbonden om er een efficiënte generator van te maken....

Hoe is het niet goed, of wat is er niet goed dan?