Переделал я свой стандартный электромотор MotorGuide под электронное управление. Скажу сразу, идея эта не моя и далеко не новая. Еще лет пять-шесть назад слышал о подобных переделках.
В принципе, цель ставилась одна - уменьшить вес аккумулятора. По результатам рыбалок на Sportboat220 и Adventure T270 c загрузкой ~ 130-140 кг пришел к мнению, что
батареи емкостью в 45-55 А/ч для одной рыбалки хватит с головой. Это пожалуй главное.
Ниже, немного информации из двух частей – в первой общие сведения, вторая описывает конструктивные особенности мотора.
Часть 1 . Общие сведения
====================
Для лодочных электромоторов, щеточных, управляемых напряжением постоянного тока характерно следующее:
1. Частота вращения мотора линейно зависит от приложенного напряжения. Чем выше напряжение, тем выше частота вращения. (Все до разумного предела, понятно, для 12В моторов - это где-то 13 В)
2. Потребляемый мотором ток зависит от нагрузки и в момент заклинивания ротора (при номинальном напряжении) он будет максимальным. Если взять к примеру мотор с тягой в 30 фунтов, то при напряжении 12 В, без нагрузки (винт крутится в воздухе) он потребляет чуть болше 2 А, а установленный на загруженной лодке, при встречном ветре будет тянуть все 30 А.
3. Смена полярности изменяет направление вращения двигателем.
Это касалось самого мотора. Нам же нужно регулировать напряжения, чтобы изменять частоту вращения мотора и как следствие скорость движения лодки. Эту функцию выполняет регулятор напряжения. Они бывают двух типов:
1. Линейные.
2. Импульсные.
Линейные регуляторы напряжения
Вот здесь -
http://www.badger.ru/reviews/tests/27064.php есть интересная статья по испытаниям 30 lb стандартного электромотора. В том моторе установлен линейный регулятор напряжения, как и в любом другом с фиксированной ругулировкой скоростей. Eсли в спецификации на мотор указано количество скоростей, то в таком моторе установлен линейный регулятор напряжения. Схема линейного регулятора простая: последовательно с батареей В включаются резисторы. Переключателем S в зависимости от скорости 1-5 коммутируется нужный резистор. Чем больше номинал резистора, тем меньше скорость: первый самый большой, ну и далее по нисходящей. Пятая скорость коммутируется напрямую.
Что из себя представляют резисторы в современных лодочных электромоторах видно на фотках - несколько "бобинок" трансформаторного провода.
А теперь посчитайте, согласно вышеприведенной статьи какое напряжение падает на резисторах и сколько остается мотору. Ток для разных скоростей, автор привел в таблице (6А, 9А, 12А, 15А, 30А), а напряжение батареи можем принять 12 В, сопротивление обмоток двигателя определить по 5-й скорости. Далее считается мощность и КПД регулятора в целом. У меня получилось КПД регулятора:
1 ск. - 20%
2 ск. - 30,1%
3 ск. - 39,6%
4 ск. - 50 %
5 ск. - 100%
Если есть электромотор под рукой, то можна померять сопротивление в силовой цепи (на клемах подключения к аккумулятору) для различных скоростей. У меня было:
1 ск. - 1,4 Ом
2 ск. - 0,93 Ом
3 ск. - 0,7 Ом
4 ск. - 0,5 Ом
5 ск. - 0,22 Ом
-1 ск. - 0,7Ом
-2 ск. - 0,22 Ом
Здесь, 5ск - сопротивление обмотки мотора по постоянному току.
Резюме:
+ Просто и дешево.
- Моторы с линейными регуляторами имеют низкий КПД. Производители, кстати скромно молчат об этом, но в тоже время рекомендуют использовать для таких моторов аккумулятор емкостью как минимум 105 а/ч.
Импульсные регуляторы напряжения
Если взглянуть на сайты MinnKota, MotorGuide, то в линейке продуктов в основном преобладают моторы с плавной (непрерывной) регулировкой скорости, т.е здесь уже стоят импульсные регуляторы напряжения.
Главным отличием импульсного от линейного регулятора является отсутствие каких либо сопротивлений в силовой цепи протекания тока. Последовательно с батареей включен электронный ключ (это может быть чопер, полумост, мост со всем необходимым обвесом), который коммутирует напряжение на обмотки двигателя в соответствии с управляющим напряжением u(t). В идеале в закрытом состоянии ключ имеет бесконечное сопротивление (не пропускает ток), а в открытом нулевое: на практике это чуть меньше 1 мОм . Как правило управляющее напряжение подается с частотой F = 20...30 кГц. Среднее значение напряжения на обмотках двигателя определяется по формуле
Um = Ub*tp/T.
Um - напряжение на моторе
Ub - напряжение батареи
tp - длительность импульса (время открытого состояния ключа)
T = 1/F - период следования импульсов.
Отношение D = tp/T (duty cycle) принято выражать в процентах.
Итого получаем Um = D*Ub.
То есть все управление сводится к изменению длительности импульса на периоде Т. Отсюда и название PWM (pulse width modulation) или ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
Уменьшаем длительность импульса открытия ключа, уменьшается напряжение на обмотках коллектора мотора.
Резюме:
+ Высокий КПД, функциональное масштабирование.
- Стоимость регулятора значительно выше.