Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Эта таинственная рекуперация
lozga
01.jpg

Двигатель постоянного тока, стоящий в моноколесе, может работать как генератор, заряжая батареи на торможении. Однако возможность еще не означает, что рекуперация непременно есть. Из того, что у людей заряжались колеса при, например, спуске с горы, можно сделать вывод, что рекуперация в моноколесах все-таки используется, но ее точный вклад в торможение оставался неизвестным. Но недавно пользователи форума Электротранспорт.ру сделали полноценный ваттметр с логгером и посмотрели, что происходит с током и напряжением при езде. По результатам измерений рекуперация есть точно, но куда-то пропал еще один тип торможения.

Немного физики


Электродвигатели постоянного тока, которые стоят на моноколесах, имеют три варианта торможения.

Рекуперативное торможение. В этом случае двигатель превращается в генератор и переводит кинетическую энергию в электрический ток, который уходит в сеть (электровозы и метро) или в аккумуляторы (электрокары). Рекуперативное торможение возможно, когда скорость вращения превышает скорость идеального холостого хода.

Реостатное торможение. Здесь двигатель также работает, как генератор, но получаемая энергия уходит в нагрев тормозных резисторов. Довольно распространено на железной дороге.

02.jpg
Тормозные резисторы

Реверсивное торможение, оно же торможение противотоком или противовключением. В этом случае двигатель не превращается в генератор, но начинает тянуть в противоположную движению сторону. Например, если электромотор тянет вверх груз, и на этот груз запрыгивает хулиган, перевешивая возможности мотора, то груз начнет опускаться, а двигатель окажется в режиме реверсивного торможения. В таком режиме протекающий через обмотки ток гораздо выше, чем при нормальной работе, и это может создать определенные проблемы.

Специфика моноколеса


У многих моноколес нет передней и задней части, и контроллер не разгоняется и не тормозит, а все время решает задачу обратного маятника, пытаясь подъехать под ездока, который может пользоваться этим для эффектных трюков.

03.jpg
Например, здесь райдер очень резко тормозит и начинает разгоняться вправо.

Также, известно, что в конструкции моноколеса нет тормозных резисторов, и реостатное торможение в принципе невозможно. Теоретически, логично предположить, что в процессе торможения сначала на высокой скорости будет задействоваться рекуперативное торможение, которое на каком-то этапе перейдет в торможение противовключением, которое, если мы не прекратим давить на педаль в ту же сторону, перейдет уже в двигательный режим, и мы поедем в противоположную сторону. Но реальные измерения оказались очень любопытными.

Исследования на железе


Пользователь форума Drift3r собрал из Raspberry Pi и "nRF24L01+" ваттметр с логгером, который устанавливался в разрыв кабеля от аккумуляторных батарей.

04.jpg

В собранном виде на колесе другого пользователя Ripido

05.jpg

Ваттметр учитывал направление тока, там, где батареи заряжались, ток и мощность уходили в минус.

06.jpg
График в полном размере

Если посмотреть на красные линии, то получается, что в глубоком устоявшемся торможении не видны следы торможения противотоком - пока скорость падает, ток идет в батареи.

Интересно, что показатели встроенного логгера, если не учитывать ток по модулю, отличаются от данных ваттметра только на участках довольно резких маневров.

07.jpg
График в полном размере, Awhe, Vwhe - встроенный логгер колеса, Alog, Vlog - логи ваттметра

Гипотезы и возможные эксперименты


Как можно объяснить такие графики?

  1. Торможение противотоком пропало из-за усреднения или рассинхронизации данных, графики не отражают реального положения вещей.

  2. Очень низкое значение скорости идеального холостого хода позволяет тормозить почти до нуля, и переход на торможение противотоком мы не замечаем



Также, попробуем провести следующий мысленный эксперимент. Ситуация первая - мы катимся с горки со скоростью 20 км/ч. В этом случае, очевидно, работает рекуперация. Ситуация вторая - мы стоим на горке (моноколесо стоять не может, так что мы легко касаемся пальцами столба и за счет этого не заваливаемся набок). В этом случае мы, очевидно, работаем в тяговом режиме, потому что надо прикладывать усилие, чтобы не покатиться вниз. Ситуация третья - мы спускаемся со скоростью 1 миллиметр в секунду с крутой горки, придерживаясь за столб. В этом случае колесо, очевидно, работает в режиме противовключения, потому что итоговый баланс энергии отрицательный - она расходуется на то, чтобы не скатиться под горку быстрее, чем мы движемся. И где-то между ситуациями 1 и 3 у нас будет переходный момент, когда итоговый энергетический баланс будет околонулевым - скатываться быстрее будет выгодно энергетически, а движение медленнее будет требовать энергетических затрат.

Практическое применение


У всех этих рассуждений есть очень простые следствия:

Есть забавная история о том, как на трассе заряжали электромобиль Tesla - его взяли на буксир, и водитель Tesla давил на педаль тормоза, чтобы рекуперация заряжала батареи. С моноколесами то же самое - если у вас почти сел аккумулятор, пусть вас возьмет на буксир соратник на велосипеде, самокате, роликах или моноколесе (пожалуйста, берегите себя и не пробуйте цепляться за машины или общественный транспорт!).

У моноколес есть защита от перезаряда батарей. То есть, если вы оказались на вершине горы с полной батареей, попытка спуститься будет сопряжена с тревожными сигналами моноколеса о перезаряде аккумуляторов - обычно они начинают пищать и задирать педали (вместо горизонтального положения их передняя часть будет выше задней). Но это легко исправить - проехав метров сто вверх, желательно побыстрее, вы сможете спуститься на километр-два. Лайфхак повторять до окончания спуска.

Заключение


В публикации использованы фотографии пользователей Ripido и Drift3r, темы, где обсуждалась рекуперация тут и тут. Также использованы стоп-кадры из рекламного ролика с участием недавнего победителя конкурса моноколесных талантов Дамьена Гоме. Дамьен - профессиональный акробат, поэтому ролик, на мой взгляд, красив сам по себе и наглядно показывает возможности любого хорошего моноколеса.



attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «моноколеса»

  • Красивый электрический минискутер с сомнительной полезностью

    Житель Китая Чен Фэнь (Chen Fang) решил скрестить моноколесо и дертсерф, получив новый тип транспортного средства. Изобретатель назвал его…

  • Кто быстрее?

    Любопытный эксперимент поставили южнокорейские энтузиасты, устроив соревнование обычного велосипеда, электровелосипеда, электросамоката, сегвея и…

  • Колобок от Чена, который не сдается

    Шейн Чен, изобретатель моноколеса и гироскутера, на днях начал сбор денег на Kickstarter на новое устройство. Миниатюрное восьмидюймовое…

  • Моноколесо, зима, парк

    На новогодних каникулах несколько раз выходил в парк покататься на моноколесе. Погода была разной, похоже, что самый неприятный вариант - около нуля,…

  • Моноколесо зимой

    На территорию России пришла зима. Многие летние гаджеты уже лежат на полках, ожидая весны следующего года. Но иногда на улицах городов можно…

  • Шарокат с двусмысленным названием

    Как известно, моноколеса балансируют только по одной оси. Это не является серьезным недостатком, обучение не сложнее, чем на велосипеде, и…


промо analitic 18:21, yesterday 2
Разместить за 30 жетонов
Новый выпуск авторской программы Никиты Михалкова «Бесогон ТВ» был посвящен теме видеоблогеров и их влиянию на многомиллионную армию подписчиков. Известный режиссер на протяжении 40 минут передачи размышляет об опасности влияния блогеров на подписчиков. По его мнению, нынешнее молодое…

  • 1
Рекуперативное торможение возможно, когда скорость вращения превышает скорость идеального холостого хода.
вообще-то, не обязательно. Контроллер двигателя работает как понижающий преобразователь, когда мы разгоняемся.. и запросто может работать в качестве повышающего, когда тормозим - т.е. поток энергии будет идти ОТ мотора К батарее.

Я глянул учебники, когда писал. Скорость идеального холостого хода можно понижать, понижая напряжение на роторе.

ну, в общем, это одно и то же, да.

>Как можно объяснить такие графики?

нарушена теорема Котельника (по ихнему Найквиста) при сборе данных

Котельникова естественно - извиняюсь

Это первая версия в посте

Edited at 2016-11-02 06:32 (UTC)

>Как можно объяснить такие графики?

Иншалла!

Edited at 2016-11-02 08:34 (UTC)

Так можно объяснить любые графики :)

У меня родственник преподавал физику в военном училище где как раз сирийцы тогда обучались. Так 50% материала он именно через эту формулировку и отгружал им - иначе никак! И не сказать, что люди глупые или ещё что, но вот нюансы. Зададут ему вопрос: "А почему на схемах и во всех теориях всё обсчитывают так как будто ток течёт от плюса к минусу, а на самом деле электроны то движутся от минуса к плюсу!?". Что тут им ответить? "Так распорядился Аллах!". Те покивают, поцокаю, запишут в конспекты и запомнят. И больше к этому вопросу возвращаться не нужно.


> Реостатное торможение. Здесь двигатель также работает, как генератор, но получаемая энергия уходит в нагрев тормозных резисторов. Довольно распространено на железной дороге.
...и на кранах. В цехах часто бабы на кран-балках сидят, им вверх-вниз лазить лень, так обед греют на балластных резюках. Кран несколько раз разгонят-затормозят, и готово :)

  • 1
?

Log in