Sterowniki do silników BLDC dobiera się wg kilku parametrów:
1. mocy ciągłej silnika
2. mocy chwilowej silnika
3. terenu w jakim pojazd będzie eksploatowany
4. prędkości i momentu obrotowego jaki chcemy uzyskać
5. Obręczy (średnicy koła)
jak już znamy te parametry to powinniśmy wiedzieć też coś więcej o mocy jaką dysponują sterowniki, oraz co się dzieje, gdy silnik zasilimy wyższym napięciem; czy zwiększy tylko prędkość jazdy, czy wpłynie to także niekorzystnie na moc, sprawność i temperaturę?
weźmy do rozpatrzenia najpopularniejsze egzemplarze:
1. sterownik dual 36/48V 17A 250W.
Widząc takie oznaczenie wiemy, że nominalna moc przy prędkości 25km/h na płaskim terenie nie powinna przekroczyć 250W, w każdym razie z taką mocą sterownik może pracować przez cały czas. Do czego słuzy parametr określający w takim razie prąd? Z prawa Ohma 17A*36V = 612W. To jest maksymalna moc jaką sterownik pobierze z akumulatora. W związku z tym jadąc pod stroma górkę, gdzie rower ledwo ma siłę podjechać a prędkość spada np. do poziomu 12km/h popłynie pełna moc 17A czyli 600W. Jako wartość chwilowa na przyspieszenie standardowy sterownik daje 600W mocy i jest to normalne aby nabrać prędkość. Jak poruszamy się w terenie gdzie jest dużo wzniesień trzeba liczyć się z mocą ciągłą na poziomie 600W, więc aby nie uszkodzić przekładni zaleca się pedałować i odciążyć silnik, jeżeli rower ma opcję jazdy bez pedałowania.
2. sterownik 48V 30A zazwyczaj moc znamionowa dla tych parametrów wynosi 500-600W. Moc maksymalna którą da się uzyskać na tym sterowniku to 1500W (z rzekomych 500) tak, trzeba mieć na uwadze mozliwość szybkiego zagrzania się i spalenia silnika jadąc pod wzniesienie, lub np. w grząskim piachu, gdzie opory toczenia drastycznie wzrastają. Jeżeli chcemy mieć pewność, że nie uszkodzimy silnika i mamy ochotę jeździć w trudnych warunkach polecam zamontować zabezpieczenie termiczne do silnika i opcjonalnie sterownika.
A teraz najciekawsza sytuacja. Mamy silnik nominalnie na 24V. Żeby móc odpowiedzieć sobie na pytanie jak zmieni się jego pobór mocy zwiekszając napięcie musimy wspomóc się trochę pojęciami z elektrotechniki. Otóż musimy znać rezystancję. Jest to stosunek napięcia do natężenia prądu, czyli weźmiemy sobie silnik 36V o mocy 360W dla równego rachunku. Obliczając natężenie 360W/36V=10A.
Teraz potrzebna będzie rezystancja R=U/J czyli 36V / 10V=3,6Ohm. - taki jest opór wewnętrzny uzwojenia silnika. To bardzo ważne. Teraz weźmiemy napięcie wyższe zamiast 36V 48V i podłączając je do tego samego silnika: I=U/R = 48V/3,6 Ohm = 13,3A. 13,3A * 48V = 640W. Zmieniła na się sytuacja. Silnik Obraca się szybciej, a moc która do niego dotrze z tego samego sterownika będzie zamiast 10A 13A. Wraz z podniesieniem napięcia całkowita moc która idzie w silnik z tego sterownika podniosłą się z 360W do 640W a napięcie urosło tylko 1/4. Silnik zyskał 2x więcej mocy i o 1/4 wyższą prędkość. Znacząco lepiej przyspiesza i szybciej jedzie. Podniesie się także moment obrotowy. Sytuacja jest jednak mniej korzystna dla sterownika, gdyż jak na 36V pobierana była moc ciągła 360W, tak teraz prędkość się podniesie a na pokonanie oporów wiatru będzie szła z niego maksymalna moc ciągła 600W mimo, że jest przewidziany do 350W. Nie bardzo również możemy do tego silnika podłączyć mocniejszy sterownik, gdyż jeżeli moc chwilowa będzie większa uszkodzi na się przekładnia planetarna.
W sterownikach ciepło i moc jest zależna od ilości tranzystorów mocy. Mocą steruje bocznik odpowiedzialny za spadek napięcia. Nadlewając go cyną zwiększamy moc i amperaż sterownika, natomiast my chcemy dążyć do sytuacji odwrotnej. W przypadku przevoltowania silnika na wyższe napięcie powinniśmy kupić sterownik z większą iloscią tranzystorów mocy i lekko podszlifować bocznik. Po tym zabiegu odpowiednio dobrany będzie zapewniał moc stałą np. 17A któa będzie pobierana przez cały czas. a silnik cały czas będzie chciał rozwijać większą prędkość którą blokuje moc bocznika. Taka sytuacja jest bardzo optymalna. Jadąc z górki opory maleją i rower np. rozpędzi się do 60km/h wjeżdżając pod górkę sterownik cały czas będzie dawał moc 17A a prędkosć będzie spadać do pewnego poziomu, przy którym moc 17A będzie wystarczająca na pokonanie wzniesienia.
Z tej lekcji warto wynieść jedną rzecz: zwiększenie napięcia o 25-30% powoduje 2 krotny wzrost mocy układu, więc trzeba odpowiednio zabezpieczyć sterownik i silnik, a optymalne przevoltowanie każdego silnika z zachowaniem odpowiedniej wiedzy i rozsądku zaoszczędzi koszty i zwiększy czas przejazdu.
Ciekawym przykładem jest silnik 24V 250W. jeżeli zasilimy go napięciem 48V to uzyskamy moc aż 1000W.
Na analogicznym przykładzie jak powyżej P=U*I 250W = 10,4A * 24V I=10,4A. R=U/J = 24V/10,4=2,3 Ohm. teraz podłączamy 48V. I=U/R = 48V/2,3Ohm = ~ 21A. P= U*I = 48V *21A= 1008W!!! A najgorsze jest to, ze przepustowość sterownika jest na poziomie 17A. Sterownik 250W na nieodpowiednie napięcie do silnika przekładniowego da moc 17*48V = 816W i moc ta zacznie spadać po osiagnięciu prędkości 45km/h. Co z tego, że silnik bedzie bardzo szybki, będzie wspomagał do 60 - 65km/h ba mało tego zgadzają się napisy świadczące o mocy sterownika 250W i silnika 250W jak cały zestaw osiągnie moc 800W i silnik szybko się spali. Ale teraz jeżeli ktoś ma pojęcie, to podszlifuje bocznik do przepustowości 8A. 48V*8A da moc około 350W. I jesteśmy w domu! silnik wspomaga do 60km/h z górki a na prostej jeździ z prędkością, jaka zostaje uzyskana przy danych siłach tarcia. Co więcej nie przekraczając mocy 350W jeżeli kolarz zacznie pedałować prędkość wzrośnie o energię którą kolarz dostarczy w układ napędowy. Czyli silnik wspomaga np. 35km/h ale jeżeli kolarz zacznie pedałować prędkość wyniesie 45km/h.
Warto jest przevoltować silnik z 36V na 48V modyfikując odpowiednio bocznik. Zwiększy to żywotność przekładni, prędkość przejazdu i nie obciąża mocno silnika ani sterownika!
Silnik każdy ma pewną sprawność. Im niższa rezystancja uzwojeń, tym będą się mocniej grzały wraz ze zwiększeniem napięcia przevoltowania i znaczna część energii ucieknie w ciepło silnika, a nie w moc napędową, dlatego zaleca się przevoltowanie silnika maksymalnie do 30%. Przy dużym przevoltowaniu z 24V do 48V moc podnosi się 4 krotnie, około 1/4 mocy ucieka w ciepło obniżając tym samym sprawność silnika. Przy przevoltowaniu zawsze warto jest podczas pierwszej dłuższej jazdy zbadać temperatury podzespołów takich jak silnik i sterownik. Pomiar natężenia jakie pobiera sterownik można zbadać multimetrem z bardzo grubymi przewodami wpinając go szeregowo na jednym z biegunów pomiędzy akumulatorem, a sterownikiem.
Mam nadzieję, że ten artykuł jest ciekawy. Wiedza tutaj opisana wynika z mojego doświadczenia z silnikami poparta wiedzą teoretyczną odzwierciedloną w zastosowaniach praktycznych. Niedługo ukażę się trochę zdjęć na ten temat, gdy będę modyfikował napięcie dobierając sterownik do silnika.
