98 подписчиков

Фазный и батарейный ток для чайников. Тюниг электромопеда.

26 февраля 202126 фев 2021

1834

6 мин

Оглавление

Введение
Дисклеймер
Принцип работы электротранспорта

В этой статье я расскажу в чем смысл тюнинга электротранспорта на примере суррона, что дает повышение фазного и батарейного токов и чем они между собой отличаются.

Введение

Начинающие владельцы электротранспорта, которые хотят понимать чуть больше в том, как работает их техника или вообще заняться увеличением мощности и прочим тюнингом самостоятельно часто задаются вопросом, что такое батарейный и фазный ток, о котором так много пишут более продвинутые пользователи и в чем между ними разница. В то же время доступной информации «на пальцах», без сложных формул и сведенной в одну небольшую статью, особенно в русском интернете мне обнаружить не удалось. Я постараюсь исправить этот недочет.

Дисклеймер

Я не являюсь специалистом и данная статья плод моего самостоятельного изучения вопроса практически с нуля. Если я в чем-то ошибся прошу писать в комментариях буду вносить правки.

Так как я являюсь гордым владельцем электромопеда суррон статья будет написана на примере характеристик его двигателя, контроллера и батареи.

Статья носит научно-популярный характер, поэтому многие вещи сильно упрощены.

Принцип работы электротранспорта

В интересах этой статьи представим, что весь электротранспорт состоит, грубо говоря из трех элементов:

Батарея;
Контроллер;
Двигатель;

Запасенная в батарее энергия с помощью контроллера направляется в двигатель и таким образом мы едем.

Батарея представляет из себя источник постоянного тока с фиксированным напряжением, в случае со стоковым сурроном, напряжение на выходе составляет 60В. Другая важная характеристика батареи — это максимальный ток, который она может отдать (стоковая батарея суррона - 85А). Как напряжение, так и максимальный ток определяются конструктивными особенностями батареи и не могут быть изменены пользователем. Таким образом мы можем понять какую максимальную мощность может отдать батарея, для этого нужно ток умножить на напряжение или 60*85=5100Вт. Это и есть максимальная мощность, которую обычно указывают при продаже электротехники. Как не сложно догадаться ток, который отдает батарея и называется батарейным током.

Далее контроллер подает мощность, от батареи на двигатель, таким образом мощность, полученная с батареи – всегда полностью (потерями и КПД пренебрежем) передается на двигатель. Это основное что нужно понимать в дальнейшем.

Однако, дьявол как обычно кроется в деталях, и они тут есть. Для того чтобы обеспечить возможность управления скоростью и ускорением контроллер управляет напряжением, подаваемым на двигатель, и, кроме того, может ограничивать максимальный ток, идущий в двигатель (фазный ток), чтобы двигатель не сгорел. Фазным ток называется, потому что двигатели имеют обычно три фазы и ток подается попеременно на каждую из них.

Таким образом: батарейный ток — это ток от батареи до контроллера, фазный ток – ток от контроллера в двигатель. Эти два тока (и соответствующие им напряжения) разделены между собой контроллером и связаны только через равность мощностей (отдаваемой батареей и развиваемой на двигателе).

Особенности фазного тока

Если с батарейным током все понятно – напряжение постоянное, ток напрямую зависит от мощности, которую контроллер «забирает» с батареи, то с фазным все сложнее.

Для того чтобы иметь возможность управлять скоростью – контроллер изменяет напряжение на двигателе, чем выше напряжение, тем быстрее вращается двигатель, тем быстрее мы едем. При этом мощность на двигателе примерно равна мощности, которую отдает батарея. То есть мы можем определить ток, который течет в двигателе через равенство мощностей и зная напряжение на двигателе.

Кроме того, сила тока в двигателе определяет крутящий момент двигателя – то есть способность его к ускорению.

Таким образом: чем больше напряжение на двигателе – тем больше скорость, чем больше фазный ток, тем больше крутящий момент (ускорение).

Рассмотрим пример стокового контроллера и батареи суррона.

Допущения для расчетов:

Фазное напряжение линейно пропорционально скорости и изменяется от 0 до 60В;
Фазный ток определяется через равность мощностей отдаваемой батареей и развиваемой на моторе по формуле I =P /U (где I -фазный ток, P мощность, U -фазное напряжение);
Мощность рассчитывается по формуле P =UI (где Р – мощность, U – напряжение, I – ток);
Все расчеты приведены для режима «газ в пол», то есть максимально возможное ускорение до достижения предела.

В верхней таблице приведены исходные данные - характеристики батареи и контроллера, максимальная скорость (замерена опытным путем по GPS), а также максимальный фазный ток, который ограничивается контроллером (он не способен пропустить больше, заводские данные).

Во второй таблице показаны рассчитанные значения фазного напряжения, тока, батарейного тока и соответствующей им мощности. Из таблицы мы видим, что когда скорость мала мы имеем максимальный фазный ток – то есть максимальный момент (мопед хорошо ускоряется) и до скорость 25км/ч ускорение ограничено только пропускной способностью контроллера, после достижения скорости 25 км/ч мы выходим на максимальную мощность которую способна отдавать батарея и становимся ограничены уже этим параметром (батарейным током), чтобы ускоряться дальше и ехать быстрее мы продолжаем повышать напряжение однако (в силу того что мощность не растет) фазный ток начинает уменьшаться и крутящий момент падает что приводит к более вялом ускорению вплоть до достижения максимальной скорости на которой фазное напряжение сравнивается с батарейным и фазный ток с батарейным. Все, быстрее мотор крутиться не может.

для наглядности я построил график зависимости скорость-фазный ток.

Таким образом, для того, чтобы увеличить тягу (крутящий момент) нам необходимо увеличивать фазный ток, добиться этого можно сняв ограничение контроллера, в которое мы упирались до 25км/ч, и увеличив ток отдачи батареи, в который мы уперлись после 25км/ч.

Для того чтобы увеличить максимальную скорость необходимо повысить напряжение на батарее.

Тюнинг

Вооружившись этим знанием, можно сделать доработку мопеда кастомным контроллером и батареей. В моем случае я взял контроллер sintech и батарею emax. Подробнее о них напишу в другой статье.

Исходные данные тюнингованного контроллера и батареи приведены в таблице

Таким образом мы видим, что новая батарея способна отдавать 250А тока (вместо 85 стока), а максимальный фазный ток ограничен уже двигателем, больший ток может его просто спалить. В итоге мы получаем трехкратный прирост мощности.

Рассмотрим, что это нам дает в динамике.

До 40км/ч мы получаем максимальный крутящий момент ограниченный лишь двигателем, после 45км/ч мы упираемся в ограничение по мощности батареи и максимальный фазный ток начинает падать вплоть до максимальной для 60В батареи скорости в 70км/ч, однако и при этом максимальный крутящий момент всё равно больше максимального крутящего момента стокового контроллера и батарейки.

Для большей наглядности я построил графики, где привел сравнение стоковой конфигурации с тюнингом.

Далее может возникнуть вопрос, почему в таблице есть скорости, выделенные зеленым вплоть до 90км/ч? Это приведен особый режим работы контроллера (в стоковом такого нет), основанный на эффекте «ослабления поля». Подробнее его рассмотрю в другой статье, тут лишь отмечу, что в этом режиме крутящий момент продолжает падать и происходит дополнительный расход энергии, однако это позволяет увеличить обороты сверх «нормальных» для данного напряжения.

Заключение

Обращаю внимание, что в статье я сильно упростил многие вещи чтобы попытаться сконцентрироваться именно на сути процессов на понимании основных принципов (например, на самом деле ток на двигателе переменный, несмотря на то что он называется двигателем постоянного тока). Деталей очень много и расчеты у меня очень приблизительные, можно сказать на качественном уровне, так что использовать их для практических целей явно не следует, по крайней мере без экспериментальной проверки и подгонки.

Ставьте пальцы вверх, подписывайтесь, пишите комментарии, буду рад обратной связи.