Маховичный накопитель энергии своими руками


Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками



yurez писал(а):

Мне не нравится электрическая передача из-за низкого КПД.
Это только вентильные двигатели способны работать с КПД порядка 90% на расчетном режиме. А от коллеторных вы в лучшем случае добьетесь 85%. В среднем же это будет порядка 80% максимум.


Вообще-то как раз на расчётном режиме КПД самый низкий (кроме вообще кратковременных режимов). То есть, при максимальном токе. На частичных режимах, которые составляют львиную долю времени работы привода, КПД выше, чем на собственно расчётном режиме. Речь идёт, конечно, о КПД чисто электрической части, с механической частью потерь ситуация противоположна, но механические потери они будут в любом случае, особенно при чисто механической передаче с плавно изменяемым отношением, или при механической передаче с просто большим отношением. Скажем, про вариатор то же самое можно сказать, что там процентов 80 будет, не больше. Вообще же, КПД электродвигателя будет тем ниже, чем легче мы хотим сделать двигатель. Так что, как всегда, нужно считать, когда будет оптимум по потерям за счёт КПД двигателя, плюс затратам на перевозку собственно массы двигателя и на разгоны его вращающихся масс. У меня стойкое ощущение, что таковой оптимум будет при массе тягового двигателя во всяком случае более 10 кг (а вот с маховичным двигателем как раз проще - там масса невелика, т.к. обороты заданы оборотами маховика, без редукторов, а на высокие обороты двигатели лёгкие, КПД действительно будет не лучший, но всё равно больше, чем у аккумулятора).
Так что КПД системы зависит в основном от того, насколько тяжёлой мы позволим себе её сделать. С аккумулятором, кстати, тоже...
На тепловозах, например, КПД тягового генератора около 95%, ТЭДов около 91%. Это на расчётном режиме. У ТЭД КПД оказался таким низким, поскольку они сильно стеснены по габаритам и в некоторой степени по массе, поскольку не полностью подрессорены, и поэтому там и высокие обороты, и большая токовая нагрузка на сечение проводников, что компенсируется более высокими температурами, выдерживаемыми изоляцией, и очень интенсивной вентиляцией. Обороты типичного тягового генератора тепловоза минимальные 300, максимальные 750-1100 об./мин, типичных тепловозных ТЭДов 1800-2300 об./мин. Что такое расчётный режим на тепловозах? Это минимальная скорость, на которой тепловоз может развивать максимальную мощность длительно без перегрева электрических машин. Т.е. для отечественных грузовых тепловозов это 20-25 км/ч при полной мощности, для пассажирских 45-50 км/ч при полной мощности. На равнинных ж.д. участках такие режимы в принципе очень редки - грузовые поезда ходят обычно на 60-90 км/ч, пассажирские на ... тоже 60-90... Правда, я несколько недоговариваю, на самом деле по мере разгона ток падает, напряжение растёт, и в какой-то момент генератор оказывается неспособен дальше повышать напряжение, тогда включаются ступени ослабления возбуждения, и передача по току и напряжение почти что возвращается к тому же расчётному режиму, с его высокими потерями. Но если бы число ступеней ослабления поля было больше, этого бы не было. Некоторые машинисты, кстати, специально для экономии топлива и уменьшения нагрева электрических машин вручную выключают переходы, если идут не на полной мощности, и переходы фактически не требуются.

Цитата:


Итого суммарный КПД вашей системы в одну сторону 64%. А в обе стороны примерно 41%, не учитывая потерь в маховике, проводниках и т. п. Кстати при перегрузе двигателей резко КПД резко упадет, что тоже необходимо учитывать.

А вот перегруза быть просто не должно. Вместо перегруза - как раз то, что называется расчётным режимом. На веломобиле машины маленькие, не то что на тепловозе. На тепловозе перегрузка по току допускается, если в полтора раза, то не более 6 секунд! Маленький двигатель, при меньшей тепловой инерции, при самом небольшом перегрузе, за секунды успеет сгореть.

Цитата:

Цитата:

Конечно КПД системы аккумулятор-двигатель/генератор, тоже не фонтан. КПД аккумулятора считаю целесообразным определить точно, т. к. мнения по этому поводу встречаю разные и пока не имею оснований принимать их на веру. Если вы можете дать точную ссылку на КПД аккумуляторов, буду благодарен. Мы в своих расчетах принимали КПД аккумулятора 80% (сюда входят заряд и разряд), поэтому КПД всей системы в обе стороны у нас получалось порядка 51%.

Автомобильный аккумулятор заряжается при примерно 14 В, при разряде малым током даёт 12В (как говорилось уже в другой теме об этом же,
у того же автомобильного аккумулятора на 60Ач, который уже весит, увы, до чёрта, малым током можно считать 3-4 А, не больше, т.е. 36-48 Вт выходной мощности, что несерьёзно). При пиковой нагрузке при пуске двигателя напряжение падает примерно в 2 раза, до 6В. Уже разрядка малой нагрузкой даёт т.о. КПД около 80%, при условии, что возврат тока 100%. Но ведь и возврат тока не 100%, а тоже 0,7-0,8. Опять же, при пиковой нагрузке не только напряжение будет меньше, чем 12В, а ещё и возврат тока будет меньше, чем те же 80%. А про то, что происходит с аккумуляторами на морозе, даже не большом, наверное, не стоит даже напоминать. Выходит, что зимой, во вполне ещё ездовую погоду для веломобиля, придётся тратить постоянно пару десятков ватт, как минимум, на поддержание температуры аккумулятора, чтобы его КПД оставался хотя бы те же 60% - не странно ли? А ещё перед стартом - полчаса крутить педали только на прогрев того аккумулятора.
Опять же, зарядка автомобильных аккумуляторов рассчитана на 10 часов, т.е. ток 6А, 84 Вт поглощаемой мощности при рекуперации, больше нельзя даже кратковременными наскоками, батарея просто испортится. По всему выходит, что на веломобиль придётся ставить не менее 10 таких легковых аккумуляторных батарей. Это страшный вес, в такой вес можно уложить довольно неплохой маховичный аккумулятор энергии, вместе с электроприводом его самого и колёс. Да, его общая энергетическая ёмкость будет намного меньше, наверное, чем у аккумуляторов, но у электрических аккумуляторов в реальной эксплуатации не будет использоваться и 1% их теоретической емкости, ведь торможение занимает единицы или десятки секунд, а не 36000 (т.е. 10 часов, при допустимом зарядном токе). Т.е. здесь нам нужен такой аппарат, который можно полностью зарядить/разрядить за десятки секунд, а не за часы - электрохимический аккумулятор в таких условиях оказывается, к сожалению, на 99,9% мёртвым весом, и притом очень большим...

Цитата:

Дело в том, что 50% КПД аккумулятора, что-то больно мало. Допустим в аккумулятре мы можем хранить 600 ВТ/ч (автомобильный аккумулятор), это значит, что при разряде/заряде мы должны потерять те же 600 Вт/ч. Куда они деваются? Очевидно только в тепло. А теперь представьте себе, что вы заряжаете/разряжаете аккумулятор на токе равном 10% от его емкости. Это значит, что каждый час вам нужно будет рассеивать энергию 30Вт/ч или 108 кДж. Много это или мало? Нам кажется много, но эксперементальных данных у нас пока нет.

А что же, по-Вашему, греет эту многокилограммовую бандуру при зарядке? Мне кажется, 30 Вт на такую здоровенную хреновину - не так много. При помощи 30 Вт и чайник не вскипятить по-нормальному, а аккумулятор - предмет сильно больше, да и греется достаточно. Потом, есть такой аспект, что аккумулятор этот продолжает потреблять ток зарядки и после того, как полностью заряжен. И при разрядке он потом греется тоже, на самом деле, если включены сильные потребители... Вроде пресловутых автомобильных фар, для разогрева батареи в холодную погоду.

Цитата:

Далее, рекуперация при служебном торможении проблема для аккумуляторов, КПД по всей видимости резко падает. от части её возможно будет решить через продвинутые конденсаторы. Однако это проблема и для двигателей. Например, двигателей суммарной мощностью 1 кВт будет с головой достаточно на велоэлектромобиль. Это значит, что при торможении щетки двигателя испытают прегруз более чем в 5 раз, не много ли? А вот более мощные двигатели будут тяжелее - это проблема.


Имхо, скажем, поставить 4 двигателя по 1200 Вт - не проблема. У меня вот на даче электропила цепная, 1100 Вт коллекторный двигатель однофазный. Вполне подъёмного веса ручной инструмент. А двигатели постоянного тока, если их делали именно специально под постоянный ток, даже заметно легче, чем однофазные коллекторные. 8 таких двигателей на веломобиле, конечно, будут ощутимы по весу, да, но не фатально, это вполне подъёмный вес даже руками. Другое дело, что такие лёгкие двигатели могут иметь слишком низкий КПД.

Цитата:

Мне кажется реальным выходом из данной ситуации может быть только вентильный двигатель, а это совсем не просто.


Не просто - только если пытаться самому делать для него систему управления. В принципе, такие системы же есть. Только на самом деле, как показывает опыт ж.д., это мало чего даст, кроме облегчения с частотой смены щёток :)Довольно малозаметное облегчение самого мотора компенсируется, на самом деле даже с лихвой, весом силовой электроники его системы управления. Так что просто мало смысла. А чем он вообще лучше коллекторного-то? У него лучше способность к перегрузке в смысле отсуствия коммутации? Так что толку, за секунды он успеет перегреться и сгореть чисто от перегрева. Всё равно с перегрузками не надо связываться...

Цитата:

На более щадящих режимах - например умеренное притормаживание при спуске с горы преимуществ у маховика не вижу, т. к. ток зарядки не будет большим.


Будет, будет. Уж не 84 ватта, как то, на что способна легковая автомобильная АБ. У меня лично и на велосипеде-то умеренных притормаживаний на спуске с горы просто не бывает. Если там разгоняешься умеренно, так я и не торможу. Торможу - это когда скорость на спуске за 50 зашкаливает, или если в группе - на кого-то накатываться начинаю, там в этих случаях торможение тоже достаточно мощное. Или спуск 10%, скорость 25 км/ч - это тоже уже почти 700 Вт на торможении. Совершенно типичная ситуация. А торможения мощностью 84 Вт - это если и актуально, то требует предвидения дорожной обстановки на несколько минут, и знания препятствий на несколько километров вперёд, чтобы знать, когда и для чего начинать тормозить. Как на железной дороге. То есть, и на ж.д. на самом деле удельные мощности торможения гораздо больше даже в обычной жизни. Или только для каких-то очень специфических ситуаций, типа движения по затяжному, но не крутому спуску, когда надо не то чтобы тормозить, но остаются какие лишние силы. В общем, для чего-то такого очень медленного, на десятки минут и часы времени. Я же имею в виду в первую очередь такие задачи, как накопление энергии от педалей за время ожидания на светофоре для быстрого старта, потом сохранение энергии при торможении к очередному светофору. Или там, когда на велосипеде через толпу едешь по тротуару - в разрывах толпы скорость до 30, потом полное служебное торможение, и протискиваешься на 4 км/ч, снова разрыв, и снова спурт... Вот чтобы при этом поменьше энергии терялось, да и среднюю скорость можно повысить за счёт более интенсивного разгона.

Цитата:

Кроме низкого КПД электрической передачи добавьте более высокую массу простого маховичного накопителя, т. к. еще раз повторюсь удельная масса маховика приближается к массе аккумуляторов только у супермаховиков, большим плюсом которых кстати является отсутствие необходимости в массивном защитном кожухе.
На 10 кг кислотный аккумулятор приходится 1,12 МДж энергии. Что означает добавку мощности в 31 Вт в течение 10 часов, или 62 Вт в течение 4 часов, или 124 Вт в течение часа, примерно так. Это не учитывая зарядку в дороге.


Вот-вот. Я же уже приводил цифру, что для единичного разгона-торможения с разумной скорости вполне хватает простого маховика массой 10 кг. Можно хоть мотоциклетное колесо в вакуумированной камере подвесить. Если бы не вакуум, так массивный кожух тоже был бы не обязателен - случаи разрыва автомобильных или мотоциклетных шин просто от оборотов колеса - большая редкость, если не сказать больше. Удобнее и намного дешевле, конечно, специально сделанный маховик массой 10 кг. Да, там только 30 кДж, зато их можно использовать в реальном движении при любом разгоне-торможении, а не только для частичной помощи в преодолении некого тягуна. То есть, для серьёзного тягуна даже вовсе нельзя использовать, т.к. 30 кДж обеспечат 150-килограммовому экипажу подъём только на 20 м, это такой средненький подъёмчик равнинной местности, но основную массу спусков-подъёмов как раз покрывает, тем более, что на спуске едва ли 30% энергии может быть запасено в принципе, остальное всё равно улетит в воздушное сопротивление...
Источник: http://velomobile.org/forum/viewtopic.php?f=50&t=514


Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Маховичный накопитель энергии своими руками

Новое на сайте:







X