usb-hub-over-network.ru

usb-hub-over-network.ru
www.usb-hub-over-network.ru

Силовая установка для гибридного RC автомобиля

Силовая установка для гибридного RC автомобиля
20.11.2013 Первый запуск

Гибридная силовая установка состоит из топливного мотора работающего в паре с мотор-генератором, аккумуляторов и силовых моторов бортовой трансмиссии.
В качестве топливного мотора используется оппозитный двухцилиндровый четырехтактный двигатель ASP FT 160 AR объемом 25 куб.см. и мощностью около 2 л.с.
http://www.parkflyer.ru/84533/product/100751/


В качестве мотор-генератора используется трехфазный синхронный двигатель Turnigy AquaStar T20 3T 730KV/1280KV Water Cooled Brushless Motor.
Этот мотор имеет коммутационную колодку обмоток, которая позволяет переключать соединение обмоток "звезда"/"треугольник" для подбора оптимальной электрической характеристики. Так же на нем установлен радиатор жидкостного охлаждения. Пиковая мощность 5 кВт.
В режиме мотора он будет заводить топливный мотор. В режиме генератора он будет за счет топливного мотора подзаряжать аккумуляторы и питать силовые моторы трансмиссии.


Для запуска топливного мотора двигатель Turnigy AquaStar подключен к контроллеру Castle Creations Mamba Monster. Так же для запуска топливного мотора используется контроллер свечей Hobbyking Two Cylinder Engine R/C Glow Plug Driver.
http://www.parkflyer.ru/84533/product/795766/


В режиме генератора 3-х фазный ток выпрямляется через обычный 3-х фазный диодный мост на 50 ампер.
После первого запуска разрушился эластичный соединитель из-за больших крутильных колебаний


22.11.2013 Добавил маховик из стали

22.12.2013 Получил датчик оборотов (Hobbywing Brushless RPM Sensor), который подключается к одной из обмоток электромотора.


23.02.2014 В установку добавил контроллер управления на базе платы Crius Multiwii, датчик тока, сервопривод управления заслонкой, вентилятор охлаждения.
Я использовал MultiWii SE V2.0 - http://www.parkflyer.ru/84533/product/512203/
но можно и упрощенную версию MultiWii Lite V1.0 - http://www.parkflyer.ru/84533/product/512204/
Добавил на контроллер управления OLED дисплей для отображения телеметрии.
Например http://www.parkflyer.ru/84533/product/1134151/
или http://www.parkflyer.ru/84533/product/1126585/



Снял видео первого нагрузочного тестирования
Для нагрузки использовал нихромовую проволоку.
Напряжение под нагрузкой до 12 вольт.
Максимальный ток был 40 ампер. При нагреве проволока увеличивает сопротивление и ток падает до 20 ампер.
Другой подходящей нагрузки не было, а еще выпрямитель пока на 50А стоит.
Но судя по оборотам мотора запас мощности еще большой.

25.02.2014 Новые соединительные муфты


07.03.2014 Предостережение!
Я использую генератор в качестве стартера с помощью ESC контроллера.
В этих контроллерах используются MOSFET транзисторы с защитными диодами.

Когда генератор начинает вырабатывать ток, то он выпрямляется через защитные диоды и идет на аккумулятор.
Lipo аккумулятор во время неконтролируемого заряда может выйти из строя или привести к пожару.
Необходимо поставить диод между аккумулятором и  ESC контроллером стартера для защиты аккумулятора от обратного тока.
Для подзарядки аккумулятора необходимо ставить контроллер заряда и балансир.
У меня в качестве защиты используется диод Шоттки IR 100BGQ015 (If=100A, Vr=15V, Vf=0,38V).


11.03.2014 Искровая система зажигания CDI Rcexl A-02.
Топливо останется спиртовое. Должны стать более стабильные холостые обороты и упростится запуск. Датчик RPM теперь буду использовать от этой системы зажигания.



 Свеча накаливания и искровая свеча.


 Нагрузка из нихромовой проволоки и датчик тока (датчик Холла на ток до 150А).

27.03.2014 Сделал крепление датчика системы зажигания
 Получил карбюратор Walbro WT-499 - это спиртовая версия, в него встроен регулятор давления, так же не должно быть перелива топлива при неработающем моторе. Но для него еще необходимо сделать переходник на впускной тракт.
http://www.davesmotors.com/s.nl/it.A/id.4131/.f
 Эластичный подвес моторной установки
http://www.parkflyer.ru/84533/product/191224
 Еще более крупная соединительная муфта

 Для мотора ASP FT160AR нет штатных глушителей, но подходят от ASP FS91AR
http://www.parkflyer.ru/84533/product/103319


29.03.2014 Установил искровую систему зажигания и глушители

08.04.2014 Комплект датчиков телеметрии Traxxas

Датчики температуры будут использоваться для измерения температуры цилиндров ДВС.
Датчики оборотов будут использоваться в трансмиссии для контроля скорости левого и правого борта, для них уже есть посадочные места на коробках передач от Traxxas Summit.

Traxxas Telemetry Sensor RPM длинный - http://www.parkflyer.ru/84533/product/513620/
Traxxas Telemetry Sensor RPM короткий - http://www.parkflyer.ru/84533/product/513747/
Traxxas Telemetry Sensor Temperature & Voltage длинный - http://www.parkflyer.ru/84533/product/513621/
Traxxas Telemetry Sensor Temperature & Voltage короткий - http://www.parkflyer.ru/84533/product/514012/

Мне было необходимо подключить эти датчики к контроллеру Multiwii на базе Arduino, для этого пришлось их немного доработать.
У датчика температуры на красных проводах припаян резистор, необходимо отрезать красный разъем и припаять этот провод к сигнальному проводу датчика (черный скрая).
У датчика оборотов (цифровой датчик Холла) припаиваем резистор (9-10 кОм) между красным и белым проводом.

17.04.2014 Заготовки переходников для установки карбюратора Walbro WT-499 на мотор ASP FT160AR

Сделал печатную плату выпрямителей

Получилось не очень красиво, т.к. дорожки вырезал маленьким отрезным кругом с помощью ручного фрезера Dremel. Резцом сделал бы красивей, но не смог его найти.
На этой плате будет три выпрямителя: два мощных - раздельно на правый и левый борт и маломощный для зарядного устройства.
Так же на плате будут установлены датчики тока и диоды для защиты аккумуляторов от обратного тока.
Плата будет смонтирована на радиатор.

07.05.2014 Провел испытания силовой установки с искровой системой зажигания и с новым выпрямительным модулем.

В качестве нагрузки использую спирали из нихромовой проволоки.
Единственный нюанс, что при нагреве спиралей у них увеличивается сопротивление и ток падает более чем в два раза.

Плата выпрямителей пока не доделана из-за нехватки некоторых деталей, но для тестов подходит. В выпрямителе применил диоды Шоттки DSS60-0045B (If=60A, Vr=45V, Vf=0,57V).

Диоды крепятся к радиатору через изолирующие термопрокладки.


На силовые дорожки печатной платы припаяны медные проводники для уменьшения сопротивления. Токи могут превышать 100А.
Помимо диодов поставил датчики тока ACS758KCB-150B (измерение тока в двух направлениях до 150А) на аккумулятор и ACS755LCB-130 (измерение тока в одном направлении до 130А) на выход к силовым моторам трансмиссии.

С одной стороны провода для левого и правого аккумулятора и левого и правого силового мотора трансмиссии.
Аккумуляторы соединены с выпрямителем генератора через защитные диоды от обратного тока (диоды Шоттки IR 100BGQ015 If=100A, Vr=15V, Vf=0,38V).
С другой стороны выход на контроллер стартера и трехфазный вход для генератора.
Выход на стартер запитан через защитные диоды от обратного тока (диоды Шоттки DSS60-0045B).

У меня стартер и генератор реализованы в одном приводе Turnigy Aquastar.



Термодатчики Traxxas установлены рядом со свечами.

Контроллер с OLED экранчиком

Фото работающего мотора на тепловизор

Видео нагрузочного тестирования
Система искрового зажигания порадовала, пуск двигателя мгновенный при открытии заслонки карбюратора.
Датчики температуры работали, но возможно есть погрешность измерений, я не калибровал на температурах выше 100 градусов.
А вот датчики тока некорректно отображались на экран, буду искать ошибки в программе контроллера.
Хорошо, что в этот раз не забыл взять вольтметр и амперметр.
Сделал нагрузочный тест с отключенным аккумулятором, напряжение падает до 5,5 вольт при 40 амперах, мотор работает неустойчиво.
Есть подозрения на плохо отрегулированное зажигание и качество смеси.
Новый карбюратор ставить не стал одновременно с новой системой зажигания.
Еще у меня слабый вентилятор охлаждения, которого хватает только на холостые обороты, поэтому тесты были короткими.
Радиатор выпрямителя и генератор особо не нагревались на коротких тестах.

17.05.2014 Сделал крепление для карбюратора Walbro WT-499.

Малая трубка соединяет картер мотора с вакуумной помпой карбюратора.

03.07.2014 Итак, проблемы с посылками решены, все недостающие детали на месте


Решил использовать для управления гибридной установкой и машиной контроллер постарше Crius Multiwii AIO Pro v2, из-за большего количества портов.
Помимо различных портов, гироскопов, акселерометров на этой плате распаяна flash-память, возможно ее получиться использовать в дальнейшем для сохранения телеметрии.
микроконтроллер - http://www.ebay.com/itm/281316963752

Корпус для силового модуля сделал из алюминиевого радиатора и алюминиевого профиля, он герметичный.
Изначально я снимал информацию с датчиков тока и напряжения с помощью АЦП микроконтроллера, но у него мало портов (8 для датчиков и 8 для приемника радиоуправления), к тому же пришлось использовать для передачи аналоговых сигналов длинный многопроводной шлейф.
Поэтому поставил внешний АЦП (12 бит, 8 каналов) прямо в силовой модуль.
Этот модуль АЦП подключается к микроконтроллеру по шине I2C используя всего 3 провода.
Для питания АЦП (Vref) и датчиков тока установил отдельный стабилизатор на 5В, так как от него сильно зависит точность измерения.
Измеряемые напряжения подаются на АЦП через делитель из резисторов (резисторы 150к и 51к), т.е измеряемое напряжение с диапазоном 0-20В преобразуется в диапазон 0-5В.

конвертер питания - http://www.ebay.com/itm/131162659147

Поставил более крупный цветной RGB OLED дисплей с разрешением 160x128 точек.
Дисплей подключается к шине I2C так же как и внешний АЦП.
Дисплей поддерживает аппаратные шрифты различных размеров и аппаратную графику (линии, квадраты, круги и тп), что позже понадобится.
 дисплей - http://www.digole.com/index.php?productID=883

Телеметрия отправляется с помощью трансивера NRF24L01+ на пульт управления машиной.
Трансивер подключается к микроконтроллеру по шине SPI. Частота передачи 2,4GHz.
У меня используется вариант трансивера NRF24L01+ с усилителем и внешней антенной, это обеспечивает дальность в прямой видимости до одного километра.
Маленькая плата под трансивером - конвертер питания на 3,3В.
трансивер - http://www.ebay.com/itm/131132832737
конвертер питания к нему - http://www.ebay.com/itm/161235913779

Приемник телеметрии сделал на освободившемся контроллере Multiwii SE, на приемном блоке будет такой же дисплей, как и на машине - RGB OLED 160x128.

Для охлаждения ДВС буду пробовать две маленькие турбины EDF 50мм.
Для их установки необходимо сделать воздуховоды.
 EDF 50мм - http://www.ebay.com/itm/301024579891

27.07.2014 Заменил мотор/генератор Turnigy AquaStar T20 3T 730KV на Turnigy Aerodrive SK3 - 6374-192kv это связано тем, что первый вариант выдавал необходимое напряжение для работы совместно с 3s LiPo аккумуляторами только на максимальных оборотах ДВС. Второй вариант должен обеспечить такой вариант уже с холостых оборотов ДВС (около 2000 об/мин), к тому же можно увеличить количество LiPo аккумуляторов в серии для увеличения бортового напряжения, что позволяет увеличить мощность и КПД.


Провел очередное испытание.
Вентилятор охлаждения остался компьютерного типа 120мм, пока не сделал крепеж для EDF.
Новый  мотор/генератор Turnigy Aerodrive SK3 - 6374-192kv оказался более тяговитым, но так же как прошлый мотор/генератор не всегда может стартануть ДВС. На мой взгляд это общая проблема безсенсорных систем при старте, возможно особенность прошивки моего контроллера ESC Mamba Monster.
Забегая вперед повторю заповедь радиста - не крути одновременно две ручки.
Итак, я заменил карбюратор и мотор/генератор.
ДВС завелся, я начал настраивать карбюратор, но происходили странности с настройкой минимального холостого хода и настройкой максимального газа.
Основная проблема в том что максимальные обороты не превышали 3500 об/мин и реакции на заслонку газа почти не было, качество смеси по большей части меняло дымность выхлопа.
Нагрузку не подключал.
Смотрю на телеметрию, а там нереальные значения токов в аккумуляторы, напряжения в норме.
Потрогал радиатор выпрямителя, а он горяченный.
При работающем ДВС отключаю аккумуляторы и тут мотор запел, как положено и на заслонку корректно реагирует.
Смотрю на напряжение с выпрямителя - около 40В!!!
Попробовал включить нагрузку, но нихромовые спирали были подобраны под 12В, при 40В получается такой большой ток, что ДВС сразу глохнет.
Далее происходят печальные вещи.
После нескольких запусков без аккумуляторов сгорают диоды защиты аккумуляторов от обратного тока ESC. Пробую подключить аккумулятор напрямую к ESC, при включении во время инициализации начал немного дергаться мотор, далее при попытке завести систему сгорает ESC с сильным дымом.
Пока точно сказать не могу - КЗ в моторе или пробило транзисторы в ESC.
Склоняюсь ко второму, т.к. при подключенных аккумуляторах было много включений и все работало нормально.
ESC Mamba Monster максимум расчитан на 6S LiPo, т.е. около 25В, при отключении аккумулятора на него подалось около 40В, что вызвало внутренние неполадки, подключение аккумулятора просто добило выходные транзисторы.

Почему так повлияло отключение аккумуляторов.
Аккумулятор снова сработал в качестве стабилизатора напряжения, как у меня уже было при самом первом запуске системы, но ведь у меня уже стоят диоды защищающие от обратного тока. Только вот диоды я подбирал исходя из большого прямого тока и малого падения напряжения, поэтому обратное напряжение невысокое - 15В. Я считал что этого будет достаточно, а тут с заменой генератора легко превысил его в два раза. Отсюда и возникла проблема, что ДВС упорно не набирал более 3500об/мин. Странно что еще выпрямители не погорели от перегрузки, ведь внутреннее сопротивление LiPo аккумуляторов очень маленькое, получается практически короткое замыкание после выпрямителя.
Аккумуляторы снова подпортил перезарядом - получилось около 4,35В на элементах после всех эксперементов.
Компьютерный вентилятор тоже сгорел после повышения напряжения до 40В.

Итого: необходимо вначале настроить карбюратор и начинать эксперементы с холостого хода ДВС, по мере увеличения оборотов контролировать все токи и напряжения.

Пока будет большая пауза - необходимо заменить часть элементов.

06.10.2014 Восстановил систему.
Очень хотел чтобы система работала на 3s-4s LiPo, для этого взял уже третий вариант мотор/генератора - NTM Prop Drive 50-60 Series 380KV / 2665W
Место покупки - http://www.parkflyer.ru/4533/product/445363/


Вместо сгоревшего контроллера Mamba Monster испробовал два варианта:
1. Самолетный HobbyKing 100A ESC 4A UBEC - http://www.parkflyer.ru/4533/product/448807/

2. Автомобильный Turnigy Trackstar 150A GenII 1/8th Scale Sensored Brushless Car ESC -
http://www.parkflyer.ru/84533/product/1117779/
Для любителей внутренностей - http://www.krohpit.ru/2013/01/turnigy-trackstar-150a-inside.html
и его программатор TrackStar Multi-Function Smart Program Box - http://www.krohpit.ru/2013/01/trackstar-multi-function-smart-program-box-inside.html

Первый вариант имеет очень плавную стартовую характеристику и практически не способен провернуть ДВС для старта, программирование различных настроек в ESC особого влияния не оказали.

Второй вариант с легкостью заводит ДВС.

Но проверить напряжения и токи не получилось - после десятка минут работы у мотор/генератора NTM Prop Drive 50-60 Series 380KV отвалился сепаратор магнитов и несколько магнитов.



Пока остановлюсь на самом первом мотор/генераторе Turnigy AquaStar T20 3T 730KV с использованием бортовой сети 2S LiPo.

EDF турбинки охлаждения подключил к ESC TURNIGY Plush 10amp 9gram Speed Controller - http://www.parkflyer.ru/84533/product/4204/

PS продолжение будет не скоро - делаю машину (Тополь-М) на которой будет стоять эта система и монтирую видеоклип (БТР играет на барабанной установке),а также занимаюсь отладкой программы системы управления гибридом
Post a Comment