Рекуперация в моноколесе: реальность

[MatumbAfin]

[user]D_Zakharov[/user], мотором. И что смущает?

[clawham]

Ой...капец...прочитал на одном дыхании и в шоке что так долго надо было расписывать инстину.

Для начала основные тезисы приведу которым подчиняется моноколесо:
1) Контроллер не оперирует ни скоростью ни чем другим. У него один входной параметр - Ускорение. и оно может быть отриуцательным - тормозим и положительным - даём газу.
2) Тормозить можно только одним методом - ШИМом замыкаются все три обмотки на землю. когда это произошло изза индуктивности отмоток на них повышается ток. Катушка накапливает энергию. при отпускании транзисторов - эта энергия с отрицательным знаком выстреливает в диоды транзисторов верхних. это подзхаряжает батарею. Чем свежее заряжена батарея тем меньше тормозного эффекту от этого. тогда контроллер вынужден повысить время замыкания на землю и уменьшить время в отпущенном состоянии - в результате после некоторого предела выстреливать нечем (перенасыщение железа) и теперь торможение просто греет обмотки и феты.
Если и этого усилия недостаточно и система продолжает опасно отклоняться от вертикали - контроллер вообще на постоянно замыкает фазные провода на землю. это максимальное тормозное ускорение без разряда батареи. но если стать на 30" горку и пытаться с неё съехать то тормозного усилия не хватит. - контроллер будет вынужден переключиться в реверс и подавать на обмотки противоположную полярность так как вроде он едет в обратную сторону. Тут да. рекуперации не будет но это околонулевые скорости.
3) При езде есть предел скорости. Задаётся он двумя величинами:
а) контроллер зная что сейчас 30 кмч а предел у мотора 40 - дает резкий рывок вперед и тормозит - вы не сможете наклонить его чтоб он пытался увеличить скорость поддерживая - он перекатит свою ось за центр тяжести и все. на этом разгон закончится. если нет то перекатит ещё дальше (резким ускорением) и начнет тормозить чтоб вы на спину не плюхнулись.
б) на скорости 60 кмч лобовое сопротивление человека превысит все мыслимые лимиты и чтоб ехать такую скорость надо будет наклониться под 45" чтоб вваливать в ноги киловатт. там уже сцепление с дорогой будет играть ведь чем ближе мы к паралели с дорогой тем слабее жмем шину к асфальту.
4) кратковременно(5-10-30 сек) литиевые батареи без вреда себе могут пережевать до 10С на заряд. любые. проблема будет только в нагреве. но так как батареи тяжелые и из металла - у них хорошая теплоёмкость и потому это допустимо и ничего не желается с ними.

Исходя из вышесказанного я лично не вижу проблемы для рекуперации. Она может быть слабая может быть сильная или может не быть вообще в некоторых промежутках времени но даже когда ускоряешся вперед - она тоже есть. просто потребление намного больше её и потому на батарею идёт ток с минусом а вот кондеры в контролере постоянно тто подзаряжаются то разряжаются.

В любом случае контроллер оперирует ускорением а не абсолютной скоростью. там не тупо табличк а- наклон 1 градус - скорость 20 кмч. нет. 1 градус в горку это вообще катиться назад. 1 градус с горки это бешеный разгон до предела и ограничение.

ускорение может быть с любым знаком и оно абсолютно не зависит от направления и скорости вращения колеса. ведь когда едеш с горки то колесо всегда впереди тебя по ощущениям. а когда пытаешся на горке разгоняься оно занимает положение ровно под твоим центром тяжести - на плоской поверхности так бы была стоянка на месте а с горки разгон - это ж логично.

Попробуйте поездить на велосипеде на заднем колесе - сразу станет понятно - сначала чтоб на него стать надо дать мощный рывок ускорения но как только оно окажется своей осью под центром массы - резко дать отрицательного момента. как на веле дать отрицательный момент? по тормозу бахнуть. вот . хочеш разогнаться - сначала притормози - начнеш носом падать а потом даёш газу чтоб компенсировать падение а когда разогнался надо сделать рывок вперед чтоб нос задрался и притормозить чтоб остановить ось над центром тяжести.

Я скажу чесно на 3 киловатном элевеле езда на заднем колесе - удовольствие - сначала дергаеш ручку газа и потом держиш её в 20-30% статично а равновесие тормозом.чувствуеш уехало колесо вперед - тормознул. ну и так далее. Только газа недостаточно.

[MatumbAfin]

[user]clawham[/user], https://electrotransport.ru/index.php?msg=598707

[D_Zakharov]

[user]MatumbAfin[/user], Попробую немного обобщить.
У нас есть некое тело, стоящее на горизонтальной поверхности таким образом, что проекция центра тяжести не совпадает с точкой опоры. На тело действуют две силы - сила тяжести P, приложенная к центру тяжести (в однородном поле центр тяжести совпадает с центром масс) и сила реакции опоры R, приложенная к точке опоры. Эти силы создадут опрокидывающий момент M1, стремящийся положить тело на поверхность. Чтобы тело оставалось в состоянии покоя (или равномерного прямолинейного движения) и не опрокидывалось, нужно, чтобы равнодействующие всех сил и всех моментов были равны нулю.
Попытаемся уравновесить момент M1 силой F, приложенной к точке опоры в горизонтальном направлении. Возможно ли это? Сила F создаст момент M2 (за счет инерции центра масс), зависящий от положения центра масс тела по вертикали. В принципе, можно этим моментом уравновесить опрокидывающий момент M1, но при этом сама сила F останется неуравновешенной и создаст горизонтальное ускорение. Если мы будем попеременно прикладывать силу F то в одном, то в другом направлении (к одной и той же точке!), то каков будет результат? Горизонтальное ускорение компенсируется, но точно так же компенсируется и момент M2.. И момент M1 останется неуравновешенным, так что тело опрокинется.
Единственным решением мне видится добавление силы сопротивления воздуха... Именно она может одновременно уравновесить силу F и создать вместе с ней момент M2, уравновешивающий момент M1, но только в некоем очень частном идеальном случае (надо учесть разную парусность разных частей тела, а также еще и порывы ветра!), и, понятно, что применять это дело на практике совершенно невозможно.

[TRO]

[user]clawham[/user], По второму пункту, так рекуперируют некоторые контроллеры МК для велосипедов, у которых при нормальной езде одна обмотка отключена, вторая прибита к земле, а натретью подается ШИМ, тут для рекуперации нужно менять режим. А в балансирующих моноколесах ШИМятся сразу три полумоста, или как минимум два, и рекуперация происходит с синхронным выпрямлением. При этом режимы при торможении-разгоне не меняются, просто меняется скважность ШИМ. Например: Если батарея допустим 100в(для наглядности), а между двумя фазами в конкретный момент времени противо ЭДС равна 10в, то при ШИМ одного полумоста в 55%, а второго 45% мы получим отсутствие тяги (поскольку разница ШИМов в процентах будет равна разнице напряжений батареии и противоЭДС). А вот если теперь разницу ШИМов слегка изменить, то появится момент, разгонный если отношения ШИМов увеличить (с затратой энергии из батареи) и отрицательный тормозящий если разницу ШИМов уменьшить (и энергия синхронно выпрямляясь потечет в батарею). Хотя если ток через обмотки будет такой, что на их активном внутреннем сопротивлении упадет напряжение равное или превышающее напряжение противоЭДС, то при торможении батарейка заряжатся не будет, а даже наоборот.

[MatumbAfin]

[user]D_Zakharov[/user],

Попытаемся уравновесить момент M1 силой F, приложенной к точке опоры в горизонтальном направлении. Возможно ли это? Сила F создаст момент M2 (за счет инерции центра масс), зависящий от положения центра масс тела по вертикали. В принципе, можно этим моментом уравновесить опрокидывающий момент M1, но при этом сама сила F останется неуравновешенной и создаст горизонтальное ускорение.

Не понял, почему сила F остается неуравновешенной, если создает уравновешиваюший момент? Можно поподробнее? Не улавливаю.

[D_Zakharov]

[user]MatumbAfin[/user], потому что никакая другая сила ей не противостоит. Момент создается только за счет инерции центра масс.

[MatumbAfin]

[user]D_Zakharov[/user], Но ведь Ц.Т при этом поднимается.

[D_Zakharov]

[user]MatumbAfin[/user], центр тяжести поднимается за счет вращательного движения тела. Я не совсем точно сказал, что сила F останется неуравновешенной. Я сейчас, конечно, не помню точные формулы, но силу, приложенную к телу не в центре масс, можно привести к паре сил (одинаковых по величине, но направленных в противоположные стороны), создающих вращательный момент, и результирующей силе, которая приложена к центру масс. И вот эта результирующая (она, конечно, будет меньше исходной F) останется неуравновешенной и придаст телу ускорение в горизонтальном направлении.

[MatumbAfin]

[user]MatumbAfin[/user], центр тяжести поднимается за счет вращательного движения тела. Я не совсем точно сказал, что сила F останется неуравновешенной. Я сейчас, конечно, не помню точные формулы, но силу, приложенную к телу не в центре масс, можно привести к паре сил (одинаковых по величине, но направленных в противоположные стороны), создающих вращательный момент, и результирующей силе, которая приложена к центру масс. И вот эта результирующая (она, конечно, будет меньше исходной F) останется неуравновешенной и придаст телу ускорение в горизонтальном направлении.

Две силы одинаковые по величине, но направленные в противоположные стороны? Тогда откуда взяться результирующей? Ведь они уравновешивают друг друга.

[D_Zakharov]

[user]MatumbAfin[/user], исходная-то сила одна. Просто ее можно привести к трем силам - паре, создающей момент (да, силы в этой паре уравновешивают друг друга, они создают только вращающий момент) и результирующей силе, которая создает ускорение. И вот эта результирующая - ничем не уравновешена. Ну, представьте, что вы бьете ногой по футбольному мячу не по центру. Он одновременно получит и вращающий момент, и линейное ускорение.

PS Предельно упрощая постановку задачи, можно поставить вопрос так: есть тело, на которое действует опрокидывающий момент. Можно ли уравновесить этот момент какой-либо силой, приложенной только к одной точке этого тела, не придав телу линейное ускорение? И тогда ответ очевиден: НЕТ! Момент можно уравновесить только моментом, а для создания момента нужна пара сил, приложенных к разным точкам тела. Следовательно, одним только мотором удержать падающую тележку без придания ей ускорения невозможно...

[MatumbAfin]

[user]D_Zakharov[/user], мы с вами лезем в словесные дебри.
У вас есть возможность нарисовать на бумаге схему разложения сил и скинуть снимок сюда? У меня включен режим повышенной дуракоустойчивости - хватит с меня и прошлого позора. Я осторожен как никогда)))

[clawham]

TRO. Не соглашусь с вами. видел дампы из управления соловилом. да шимятся все 3 - синус. но только когда вперед гасит с ускорением. тормозит шимя все 3 нижних на землю.примерно после 87% он срывается в 100% закорачивая надолго выводы. чтоб уметь и в синусном режиме работать вперед и назад - нужно иметь энкодер на кол-во шагов синуса.

датчики холла слишком дискретны. нет ну некое подобие этого есть. смещение на опережение или опаздывание но потом - просто шиминг по земле. к сожалению синус возможно генерить из обычных холлов только если скорость вращения существенная и стабильная. тогда и апроксимируется по предыдущему периоду холлов выдача синуса.

Не видел колес балансирующих на свойстве BLDC быть шаговиком и использующие для этого технологию микрошага. Хотя может какие продвинутые контроллеры и могут но...тогда холлы наверняка выдают больше импульсов на оборот чем надо для простой езды вперед.

Режим синхронной машины с микрошагом используют в системах стабилизации камер для квадров. там это даёт огромное кол-во шажков. но там эти моторы намотаны большим кол-вом витков и могут напрямую в 12 вольт включаться обмоткой без сгорания - ток ограничивается омическим сопротивлением. В соловиле точно такого нету. в нем и синуса-то нету. он потому и жужжит иногда в горизонтальном состоянии когда на нем стоиш ровно.

[Alexp74]

[user]clawham[/user], т.е. "электрический" шум в неподвижном колесе - это ШИМ?! А физически что шумит? Простите, что влез.

[D_Zakharov]

[user]MatumbAfin[/user], нет, сейчас такой возможности нет. Ладно, предлагаю забить на это. Все равно оно не в тему, да и на практике не нужно - чисто мозговая разминка...

[clawham]

[user]clawham[/user], т.е. "электрический" шум в неподвижном колесе - это ШИМ?! А физически что шумит? Простите, что влез.

нет шим это подвывания на некоторых оборотах под полной нагрузкой.
тролейбусный гул как раз и есть следствием малого кол-ва шагов мех обратной связи по датчикам. Как показывал чупа - есть положения ротора при котором в крошку вваливается 100 ампер а вал рукой удержать можно. колебания момента и вызывают гул. гул - это на некоторой скорости а в полном останове попробуйте покатить колесо против его воли - оно сопротивляется рывочками. если вылезти на эстакаду и попыаться стоять на месте - будете по ногам чувствовать эти рывочки . но некоторые колеса умеют на околонулевых режимах переходить в микрошаг - там датчики не нужны.

[VVK]

TRO. Не соглашусь с вами. видел дампы из управления соловилом. да шимятся все 3 - синус. но только когда вперед гасит с ускорением. тормозит шимя все 3 нижних на землю.примерно после 87% он срывается в 100% закорачивая надолго выводы. чтоб уметь и в синусном режиме работать вперед и назад - нужно иметь энкодер на кол-во шагов синуса.

Энкодер бы не помешал на нулевой скорости, но в движении он абсолютно не нужен. Мой контроллер вполне неплохо работает на синусе и без энкодера.

[Victorus]

Пардон, свои пять копеек. Ездил с ваттметром-логгером, подключенным между батареей и схемой колеса (Rockwheel 16), смотрел в режиме реального времени, какой ток потребляет колесо от батареи (https://electrotransport.ru/index.php?topic=26228.msg557936#msg557936). При торможении любой резкости потребление падает до нуля. Логично было бы предположить, что тормози колесо без рекуперации, потребление подскакивало так же, как оно подскакивает при ускорении (в пике до 30 А). Однако нет. Рекуперация?