Hallo Joshi,
es gibt DC/DC-Wandler von 48V DC auf 300V DC mit 400W Leistung. Damit hättest du die Zwischenkreisspannung. Alternativ einen Sinus-Konverter 48V DC auf 230V AC, der dann den FU speist. Allerdings ist da der Wirkungsgrad schlechter.
Den von dir genannten Brand eines Akkus war bestimmt kein LiFePo4 sondern wahrscheinlich ein Li-Ion-Akku, diese sind in Handys verbaut. S...ung hatte diesbezüglich bei einer Handyserie extreme Probleme.
Volker
Der Unterschied des Bleiakkus zu den Lithium Zellen liegt in der Entladecharakteristik. Ich Übertreibe jetzt etwas, der Bleiakku hat bei der Entladung eine stark geneigte Entladekennlinie je größer die Last umso größer die Neigung. Hinzu kommt das die Batteriekennzeichnung zusätzlich etwas irreführend ist. Als Beispiel eine 44 Ah Autobatterie, die hat ihre Kapazität bei einem Entladestrom nach Definition von 2,2 A. Entnehme ich 10 A und mehr fällt die entnehmbare Kapazität stark ab. Es sind dann zum Teil weniger als die Hälfte noch zur Verfügung. Mit Alterung der Batterie vergrössert sich der Innenwiderstand der Batterie und der beschriebene Effekt wird dann noch deutlicher. Jetzt kommt noch hinzu das die Bleibatterie bei gleichem Bauraum schwerer ist und eine geringere Kapazität hat. In Beispiel von Thomas 100 Ah Blei und 280 Ah Lithium. Bei Lithium Batterien ist die Entladekennlinie viel flacher und der Innenwiderstand ist sehr niedrig. Positiv ist das im gleichen Bauraum die 2,8 fache Kapazität untergebracht werden kann. Und damit schon statt 90 Minuten schon 250 Minuten + x durch die flachere Entladekennlinie erreicht werden kann. Somit kann mann die Angaben von Thomas nachvollziehen. Lithium Batterien in dieser Größe haben intern in der Regel Schutzschaltungen ein Batterie Managment damit werden die Zellen beim Laden gebalanzt und überwachen somit das gleiche Aufladen aller Zellen, die in Reihe geschaltet sind. Bleibatterien haben in der regel diese Möglichkeit nicht. Somit kann es passieren bei Ladung in Reihen Schaltung und leicht unterschiedlicher Kapazität der Einzel Akkus, das die Batterien über längere Zeit immer ungleicher in der Ladung werden. Das reduziert dann deutlich das Entladeverhalten.
Für den Anwendungsfall wird man um Messungen der Anlaufströme nicht umhin kommen. Wichtig wäre auch der Spannungsverlauf des Zwischenkreis im Frequenzumrichter. Im Prinzip muss ja in erster Linie das Anfahren abgepuffert werden, bis der Generator mit seiner Lastregelung diese Anfahrstromspitze wieder abpuffern kann. Deshalb bräuchte man da nur die Kapazität um das Anfahren abdecken zu können. Funktioniert denn das Anfahren mit Netzstrom überhaupt?
Gruß
Werner
Wir haben mit einem Frequenzumrichter und sechs parallel geschalteten 250W-Motoren Anfahren getestet - das ging problemlos mit entsprechender Last und bergauf.
Hallo,
das größte Problem bei FU gesteuerten Motoren ist die Kühlung. Ist das Lüfterrad auf der Motorwelle angeordnet ist bei Drehzahlen unter ca. 30% keinerlei Kühlwirkung gegeben was zwangsläufig zu Überhitzung und einhergehend zu Zerstörung der Motorwicklung führt. Aus diesem Grund gibt es spezielle Motoren die über innenliegende Kühlkanäle und einen elektrisch unabhängigen, Lüfter verfügen. Nur diese Motoren sind termisch über den gesamten Drehzahlbereich stabil. Alternativ gibt es Fremdlüfter für Drehstrommotoren zum Nachrüsten.
Volker
Hallo
Wie der Werner oben schon angedeutet hat ist der hohe Spitzenstrom beim Anfahren das Gift für die Bleiakkus.
Je mehr Fahrgäste auf dem Zug sitzen, desto größer wird der Spitzenstrom beim Anfahren. Die Kapazität des Bleiakkus hängt aber von der Höhe des entnommenen Stromes ab.
Das ist ein Effekt, der bei Lifepo4 Batterien fast gar nicht auftritt und bei Batterien mit größerer Kapazität zusätzlich noch geringer wird.
Zusätzlich erhöht sich der Innenwiderstand des Bleiakkus mit der Entladung, Ein halb leerer Bleiakku liefert nicht mehr den gleichen Strom, wie ein voller. Das beschleunigt die Entladung zusätzlich.
Dieser Eigenschaft entgeht man mit einer Ladung im Betrieb, damit der Bleiakku immer voll bleibt. z.B. mittels Stromerzeuger.
Mit freundlichen Grüßen
Thomas
Es ist schon richtig, dass man fremdbelüftete Motoren im Fall von Start-Stop-Betrieb mit Hochfahren von Drehzahl 0 benutzen soll. Nur ist in diesem Einsatzfall ein länger dauernder Betrieb mit < 30% Nenndrehzahl nicht gegeben. Betrieb mit fast Nenndrehzahl überwiegt bei weitem den Anfahrbetrieb und damit werden die Motoren wohl ausreichend gekühlt.
Hallo,
was herauskommt, wenn der Motor nicht richtig gekühlt wird sieht man ja auf Bild 3 in #46. Motoren sind heute üblicherweise in Isolierstoffklasse H ausgeführt, also für Temperaturen bis 180°C. Da die Kühlung bei eigenbelüfteten Motoren optimal nur bei Nenndrehzahl ist ist es ein Glücksspiel wie lang die Motoren dies durchhalten. Anfahren auf Nenndrehzahl dann in ca. 2 sec (die armen Fahrgäste) und was passiert bei Anfahrt am Berg? Möglicherweise haben aber auch die elektrisch nicht angeschlossenen Bremsen euch einen Strich durch die Versuchsfahrt gemacht. Der auch in #46 sichtbare Hebel auf der Bremsdeckelrückseite ist typisch für Federspeicherbremsen. ALso Bremsen die durch Bestromen lösen.
Ich kenne Lokomotiven in 7,25-Zoll die mit Bremsgetriebemotoren, FU und Stromerzeuger täglich in harten Personenbeförderungseinsatz funktionieren.
Volker
Moin Volker,
betreffs der Bremsen haben wir derzeit folgenden Stand: Wir bauen gerade die neu beschafften 4-Strang-Motoren so um, dass die Feststellbremsen der 2-Strang-Motoren verwendet werden können. Diese Bremsen lösen, wenn der Motor bestromt wird. Und dass klappt auch bei der kleinsten Fahrstufe. Hinzu kommt, dass wir den Lösepunkt recht feinfühlig mechanisch einstellen können.
Der Nachteil dieser Bremsen, oder der Vorteil, je nach Betrachtungsweise ist, dass die Bremsen quasi digital arbeiten. Entweder sie sind angelegt oder sie sind gelöst. Im Störungsfall kann man die Bremsen notlösen, aber der Effekt ist nicht wirklich groß, einfach weil durch das Getriebe, welches ja nun rückwärts betrieben wird, eine starke Hemmung entsteht. Das war im übrigen auch der Grund dafür, dass V75christian's Jenbach Pony bei einer Probefahrt so stark überlastet wurde, dass der Antriebsmotor durchgebrannt ist.
Für die normalen Betriebsbremsungen haben wir den FU vorgesehen. Ob das so klappt, wie wir das wollen, wissen wir noch nicht so recht. Bislang konnten wir noch keine Probefahrten mit der neuen Kombination aus FU und Motoren machen. Mal sehen, was wird.
Wir weden natürlich in diesem Zusammenhang auch ein Auge auf die Erwärmung der Fahrmotoren haben. Es sind ja eigenbelüftete Motoren. Für den Fall, dass sie eine Fremdbelüftung brauchen, sehe ich schwarz, da fehlt einfach der Platz in dem Gefährt. Als Lösung sehe ich da im Moment lediglich Kühlpausen und eine Überwachung mittels Temperatursensoren. Aber wie gesagt, erst mal überhaupt mit einem vollbesetzten Gliederzug eine Runde fahren, das wäre schon ein großer Erfolg.
Gruß
Joschi
Hallo
Bei meinen Loks, die im Publikumsbetrieb bis zu 30 Personen Züge ziehen, sind bei den nicht fremdgekühlten Motoren die Kupferdrähte der Wicklung geschmolzen.
Beim Treffen in Schackendorf in der letzten Woche hatten wir ebenfalls so einen Fall. Eine Lok, die zwei Jahre lang brav ihren Erbauer viel Runden um die Strecke kutschiert hatte, ist nach dem befahren der Tunnelstrecke mit der Anhängelast von 5 leeren Wagen mit defektem Motor liegen geblieben.
Noch einige Minuten nach dem Defekt waren die Motore so heiss, das sich der erstaunte Eigentümer daran die Finger verbrannt hat.
mfg
Thomas
Hi Thomas,
ja, das haben wir auch mit dem Jenbach Pony und auch mit der Ns2f von V75christian durch. Allerdings haben wir festgestellt, dass die in diesen Loks gesttorbenen Motoren viel zu kleiche Lüftungsöffnungen hatten.
Für unsere Versuchsfahrten mit dem Gliederzug werde ich wohl die Motoren mit entsprechenden Messfühlern ausrüsten. Es ist halt ein Experiment.
Gruß
Joschi
Hallo Joschi,
was meinst du mit 2-Strang oder 4-Strang Motoren? jeder Drehstrommotor hat 3 Stränge die entweder im Dreieck oder Stern verschaltet werden. Die üblichen 230/400V Motoren werden im Stern direkt an 400V Drehstrom betrieben. mit einem FU der aus Wechselspannung versorgt wird muss der Motor im Dreieck geschaltet werden. Wie willst die Temperaturfühler einbauen? Richtig ist ein Nutenthermometer in 3 Nuten mittig angeordnet. So etwas kann aber nur beim Wickeln und Keilen der Statorspulen eingebaut werden. Möglich wären Wickelkopffühler die auf dem Kupferlackdraht direkt montiert werden. Eine temperaturüberwachung an den Kühlrippen ist Unfug. (Mein Arbeitgeber baut Nutenwiderstandsthermometer bis 8m länge, ich kenne also die Problematik, auch bei Windkraftgeneratoren).
Was meinst du mit Getriebe rückwärts betrieben? Drehrichtung oder Ein-und Ausgang getauschtß. Bei ersterem gibt es bei kegelradgetrieben keinen Unterschied, Bei Schneckengetrieben ja, hier müssen ggfs. die Kugellager gedreht werden bzw. die Schneckenwellenabstützung getauscht werden. Nicht ohne Grund gibt es bei Schneckengetrieben links- und rechtslaufende Getriebe für die Vorzugsdrehrichtung.
Volker
Hallo Volker,
die ursprnglichen Motoren hatten in der Tat drei Spulen. Diese werden in Analogie zu den Glerichstrommotoren auch als 2-Strang-Motoren bezteichnet. Üblicherweise arbeiten sie bei 50 Hz mit ca. 300 u/min. Um die Feldsprünge zu verkleinern werden auch Motoren mit 6 Feldern gebaut (vielleicht auch mit 9 und 12 Feldern, das weiß ich nicht). Diese Motoren werden ebenfalls in Analogie zu den Gleichstrommotoren als 4-Strang -Motoren bezeichnet. Durch die Verdopplung der Feldspulen halbiert sich dabei natürlich die Drehzahl.
Für uns war bei der Wahl dieser Motoren vor allem die Verringerung der Feldsprungweiten ausschlöaggebend. Die Halbierung der Drehzahl kam uns insofern ebenfalls entgegen, als die Höchstgeschwindigkeit, für die der Gliederzug ursprünglich ausgelegt war, für unsere Zwecke viel zu hoch war. Jetzt landen wir entsprechend unseren Überschlagsrechnungen bei maximal 10 km/h.
An den Motoren sind Schneckengetriebe angeflanscht, die nicht selbsthemmend sind. Nicht selbsthemmend heißt in diesem Fall, dass die Räder nicht blockieren, wenn der Motor nicht bestromt wird. Allerdings haben die Getriebe eine Übersetzung von 7:1, und wenn man dann ohne Motorleistung fahren will, braucht man schon einiges an Kraft.
Die genaue Ausführung der Überwachung der Motortemperatur steht noch in den Sternen. Für die ersten Versuchsfahrten werde ich wohl ein simples Backröhrentermometer machanisch an das Motorgehäuse befestigen. Mir ist schon klar, dass das alles sehr, sehr träge reagiert. Dennoch denke ich, dass sich damit erste Anhaltspunkte für die thermische Belastng der Motore ablesen lassen.
Ich denke, dass Dir jetzt die Haare hoch gehen, weil das sicherlich für Dich alles wie Spielerei klingen muss. Und um ehrlich zu sein, das ist es in diesem Fall auch. Aber ich finde es gut, dass Du uns verraten hast, was Du zu dem Thema weißt. Wir werden uns sicherlich, wenn es so weit ist, wieder mit Fragen an Dich wenden, denn ich bin überzeugt, dass Du uns noch bei vielen Fragen weiterhelfen kannst. Dafür an dieser Stelle schon mal herzlichen Dank.
Gruß
Joschi
Sorry, wenn ich jetzt einmal eine (wahrscheinlich) dumme Frage einwerfe....
Warum baut Ihr so kompliziert? Warum nutzt Ihr nicht die allseits bekannten und beliebten 12-48 Volt Gleichstrommotoren?
Ihr kennt ja vielleicht die Akkulok MARY POPPINS meiner Parkbahn Schmiden. 4 Stück 1000 Watt Motoren mit 48 Volt. Steuerung von 4QD. Gespeist von 4 in Reihe geschalteten 12 Volt 110 AH Autobatterien.
Die 4QD Steuerung kann man nach seinen Wünschen und Parametern programmieren und sogar mit einer Motor-Temperatur Überwachung ausrüsten. Wenn man das Reglerpoti auf 0 stellt, bremsen die Motoren bis zum Stillstand ab und blockieren dann als sog. Festellbremse. Stromrückspeisung obligatorisch.
Zugleistung ohne Ende (40 Erwachsene+) auch in engen Kurven den Berg hoch. Eine Ladung reicht locker für 8-10 Stunden Dauerbetrieb....
Ich habe mit dieser (billigen) Lösung nur beste Erfahrungen gemacht und werde auch die nächste Lok für die Parkbahn so bauen....
Nichts für ungut...
Beste Grüße
Alex
Hallo Joschi,
Drehstrommotoren werden üblicherweise mit 2-pol (3000U/min), 4-pol (1500U/min), 6-pol (1000U/min), 8-pol (750U/min) und 12-pol (500U/min) gekennzeichnet.
Die Nenndrehzahl (pro min) rechnet sich nach 50Hz x 60 : 1/2 x Polzahl. Die tatsächliche Drehzahl liegt meist 3% darunter (Schlupf), nur so funktionieren Asyncrondrehstrommotoren. Je dichter die tatsächliche Drehzahl an der Nenndrehzahl liegt desto verlustärmer ist der Motor.
Allen gleich ist dass es 3 Wicklungen (Strang) gibt, entscheidend ist wie die Wicklungen ausgebildet sind und wieviel magnetische Pole sich dadurch ausbilden. Strangangaben findet man eher bei Schrittmotoren, 2-Strang = 2 Wicklungen; 4-Strang = 2 Wicklungen mit Mittelabgriff.
Nicht hemmende Schneckengetriebe sind durchaus üblich, am bekanntesten im Modellbahnbereich bei LGB, kommerziell z.B. bei Mädler.
Meist sind eingängige Schnecken selbsthemmend, 2-gängige nicht selbsthemmend (es gibt aber auch durch die Kombination mit dem Schneckenzahnrad Ausnahmen).
Da du ja sowieso die Motoren zerlegt hast würde ich eher auf den offenen Wicklungsköpfen Temperatursensoren platzieren. Entweder in Schrumpfschlauch isolierte PT100, KTY oder(meist bei Digitalmessgeräten im Beipack befindliche) Thermoelemente. Diese sind die am schnellsten ansprechenden Sensoren. Die thermische Latenz des Motorengehäuse ist so groß dass, bis dein Backofenanlegethermometer überhaupt reagiert, der Luftstrom des Lüfterrades verfälscht zusätzlich, die Wicklungstemperatur bereits kritische Werte (Zerstörung der Wicklungsisolation) erreicht haben kann.
Volker
Die Motoren sind 4polig 230/400 0,25 kW.Die berechneten Hochlaufzeiten für eine Endgeschwindigkeit von 10km/h bei einer Beschleunigung von 0,5m/sec² liegt bei 5,6 sec, danach laufen die Motoren überwiegend mit Nenndrehzahl und -belastung, da es auf einer Strecke von 500m nur einen Zwischenhalt gibt.
Hallo Helmut,
wenn ich mir das Drehgestell im Beitrag 46 ansehe, vermute ich einen Raddurchmesser von ca.140mm. Lt. Joschi haben eure Schneckengetriebe eine Untersetzung von 7:1. Dann erreicht ihr aber mit einem 4-poligen Motor (1500U/min) niemals 10km/h. Oder gibt es irgend wo im Antriebsstrang noch eine Übersetzung von etwa 1:2?
Für 10km/h bei 1500U/min am Motor und Untersetzung 7:1 wären 240mm Raddurchmesser nötig.
Mit den oben genannten Beschleunigungswerten seit ihr nach 7,7m auf Endgeschwindigkeit, sportlich
Volker
Edit: Eben mal gerechnet, für die in verschiedenen Beiträgen genannten Werte (10km/h, 6% Steigung, Zuladung 150kg/Wagen) habe ich mal für einen Wagen 100kg Eigengewicht angesetzt. Dann benötige ich für so einen Wagen mit 250kg Gesamtgewicht 500W Antriebsleistung ohne Reserve. Dabei von einem idealen Schneckengetriebe ohne Verlustleistung ausgegangen. Für Schneckengetriebe mit 7:1 findet man Wirkungsgrade von 50%. Dies würde bedeuten dass ihr 1kW Antriebsleistung pro Gondel benötigt.
Hallo
Dann lässt man den Motor eben mit 100 Hz laufen. Das funktioniert doch klaglos.
Mit freundlichen Grüßen
Thomas
Hallo Thomas,
aber bitte dann vorher die Kugellager gegen solche mit erhöhter Lagerluft (C3) austauschen.
Volker
Hallo Thomas,
aber bitte dann vorher die Kugellager gegen solche mit erhöhter Lagerluft (C3) austauschen.
Volker
Hallo
Warum?
Die Drehzahl von 3000/min ist doch die Alltagsdrehzahl eine Asynchronmotors.
Mit freundlichen Grüßen
Thomas
Hallo Thomas,
aber bitte dann vorher die Kugellager gegen solche mit erhöhter Lagerluft (C3) austauschen.
Volker
Grüß dich Volker
Die Motoren haben von vornherein schon C3 Lager verbaut bekommen inklusive Wellscheiben im Gehäuse. Auch die Option eines Zusatzlüfters ist möglich und wurde auch schon angedacht.
Gruß Michael
