Rendement van een motor berekenen

Dat klinkt zo zonder verdere aankleding als een schoolopgave.

We werken aan een eindproject en willen uiteindelijk band- en naafdynamo's testen aan verschillende snelheden en hun rendementen daarbij, we zitten echter vast bij het rendement van de motor die de staaf zal aandrijven (die verbonden is aan het wiel). Het is dus zeker geen excuus om onder schoolwerk uit te komen.

Hint: zonder kennis van de aandrijfmotor kun je koppel en toerental meten.
Is dit genoeg als aanwijzing?

Ik heb koppel en toerental gemeten, het toerental d.m.v. een tachometer en het koppel door een krachtmeter te verbinden aan een draadje die aan de as van de motor bevestigd was. De kracht die gemeten werd is de kracht die nodig was om de as tot stilstand te brengen. Ik bereken nu het rendement door:

Koppel * hoeksnelheid / Spanning * stroom

Dan kom ik een rendement van 3400% uit wat onmogelijk is

Dan heb je misschien de verkeerde eenheden gebruikt.
Laat eens al je meetgegevens en de berekening zien. Dan kunnen we misschien aanwijzen waar de fout zit.

[Bericht gewijzigd door KlaasZ op maandag 29 april 2024 16:39:58 (50%)

Het zijn zeker wel de juiste eenheden, ik vraag me af of er misschien iets mis is met mijn methode?

Ik zal nu naar huis gaan ik zal daar even al mijn meetgegevens delen als dat ok is

Op maandag 29 april 2024 16:35:17 schreef Korneel321:
...... kracht die gemeten werd is de kracht die nodig was om de as tot stilstand te brengen....

Ik bereken nu het rendement door:

Koppel * hoeksnelheid / Spanning * stroom

Dan kom ik een rendement van 3400% uit wat onmogelijk is...... (

1. Koppel dynamisch meten; niet bij stilstand!
2. Haakjes op de juiste plaats in de formule (meneer van dale etc).

edit 16hr52:
rpm of Hertz of graden/sec of radialen/sec.
Newton*meter en geen kilogram*meter. Consequent gebruik van eenheden. En zo voorts.

[Bericht gewijzigd door Brightnoise op maandag 29 april 2024 16:54:15 (13%)

De kracht die gemeten werd is de kracht die nodig was om de as tot stilstand te brengen.

Zodra de motor stilstaat is het mechanisch vermogen nul.

En als de motor vrij draait is het vermogen ook nul.

Kortom: je meetmethode deugt niet.

Daar komt nog bij dat het rendement van zo'n motor geen vast getal is, maar afhankelijk van een aantal parameters, zoals het koppel en toerental. Ergens ligt een optimum.

Daarnaast kun je via een ander pad een redelijke schatting doen van de verliezen, dat kan handig zijn om je meetresultaten te valideren.

Denk ook eens goed na of je het rendement van die motor wel echt moet weten.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op maandag 29 april 2024 17:17:29 (36%)

Op maandag 29 april 2024 17:14:29 schreef SparkyGSX:
En als de motor vrij draait is het vermogen ook nul.

Kortom: je meetmethode deugt niet.

yep.

voor het meten van het mechanisch opgewekte vermogen van een motor werd vroeger de vang van Prony gebruikt. de Vang kan je vervangen door een alternator. Ik verwijs nog even naar de vang, om dat het principe ervan alles duidelijk maakt . (als je de vang van prony als zoekterm gebruikt op dit forum kom je meer te weten hoe dat ging.)

Ik zou een asynchrone motor met een DC stroom gebruiken. Door de stroom te variëren kun je het koppel bepalen, bij een gegeven toerental.

@ Korneel 321

De gebruikte formule is correct.
rendement = afgegeven mechanisch vermogen / opgenomen elektrisch vermogen
rendement = koppel * hoeksnelheid * spanning ^-1 * stroom ^-1
(aangepast na terechte opmerking van Brightnoise)
Zoals andere al vertelden, het rendement van een motor is geen vaste waarde, maar varieert met het afgegeven vermogen.

Dus je moet op zoek naar een dynamische belasting. Iets waarbij je het belastingskoppel kan instellen, onafhankelijk van het toerental.

Heb je geen tweede gelijkstroommotor ter beschikking? Deze zou je kunnen gebruiken als generator waarbij de "te testen motor" je generator aandrijft.
Om een generator te maken kan je het veld bekrachtigen en het anker kortsluiten over een instelbare belastingsweerstand.
aanvulling : als je de stroom door en de spanning over de belastingsweerstand meet, heb je een idee van het afgenomen vermogen. Het vermogen verlies in het anker meet je echter niet mee.

Tweede probleem is mechanisch koppel en toerental meten.
Ofwel een echte koppel meter kopen (= redelijk kostelijk)
Ofwel twee pulsgevers op een dunne as (= torsie staaf) monteren en de vertraging tussen beide pulsen meten.
Hoe hoger het koppel dat overgedragen wordt door de dunne as, hoe meer deze gaat torderen, hoe groter het tijdsverschil tussen beide pulsen.
De vraag is dan hoe lineair is dit verband en hoe kan je de meting ijken.

Of de motor of rem (in welke vorm dan ook) zodanig ophangen dat je het reactiekoppel kunt meten met een stang.

Wij hebben op school ooit het koppel van een wielnaafmotor gemeten door een leren riem over de velg te leggen, met aan één kant een zwaar gewicht op een weegschaal, en aan de andere kant een vrij hangende emmer, waarvan we het gewicht konden variëren.

Door het gewicht in de emmer te variëren, wordt de wrijving tussen de riem en de velg geregeld, op de weegschaal kun je vervolgens aflezen hoeveel het gewicht is afgenomen; met de radius van het wiel kun je dan het koppel bepalen.

Op maandag 29 april 2024 20:06:05 schreef SparkyGSX:
Of de motor of rem (in welke vorm dan ook) zodanig ophangen dat je het reactiekoppel kunt meten met een stang.

Wij hebben op school ooit het koppel van een wielnaafmotor gemeten door een leren riem over de velg te leggen, met aan één kant een zwaar gewicht op een weegschaal, en aan de andere kant een vrij hangende emmer, waarvan we het gewicht konden variëren.

Door het gewicht in de emmer te variëren, wordt de wrijving tussen de riem en de velg geregeld, op de weegschaal kun je vervolgens aflezen hoeveel het gewicht is afgenomen; met de radius van het wiel kun je dan het koppel bepalen.

tja, dat is nu net de vang van prony, hier toegepast op een velg..

https://www.circuitsonline.net/forum/view/154836/last#highlight=prony+…

Op maandag 29 april 2024 19:17:09 schreef pamwikkeling:
@ Korneel 321

De gebruikte formule is correct.
rendement = afgegeven mechanisch vermogen / opgenomen elektrisch vermogen
rendement = koppel * hoeksnelheid / spanning * stroom

....

Meneer van Dale wacht op antwoord...

Meneer van Dale ligt naast het kofschip op de bodem van de zee.

rendement = koppel * hoeksnelheid / (spanning * stroom)

https://educatie-en-school.infonu.nl/diversen/162940-de-volgorde-van-r…

Voorrang?
Wat onduidelijkheid kan geven is dat Meneer Van Dalen Wacht Op Antwoord doet vermoeden, dat vermenigvuldigen voorrang heeft op delen en dat optellen voorgaat op aftrekken. Dit is niet correct. Vermenigvuldigen en delen zijn gelijkwaardig aan elkaar en dienen in de volgorde van de opgave, dus van links naar rechts uitgevoerd te worden. Hetzelfde geldt voor optellen en aftrekken.

[Bericht gewijzigd door Brightnoise op maandag 29 april 2024 22:09:55 (35%)

Op maandag 29 april 2024 22:01:06 schreef Brightnoise:
[...]

rendement = koppel * hoeksnelheid / (spanning * stroom)

https://educatie-en-school.infonu.nl/diversen/162940-de-volgorde-van-r…

Voorrang?
Wat onduidelijkheid kan geven is dat Meneer Van Dalen Wacht Op Antwoord doet vermoeden, dat vermenigvuldigen voorrang heeft op delen en dat optellen voorgaat op aftrekken. Dit is niet correct. Vermenigvuldigen en delen zijn gelijkwaardig aan elkaar en dienen in de volgorde van de opgave, dus van links naar rechts uitgevoerd te worden.

Je hebt nu zelf een uitzondering ingevoegd op bovenstaande regel door het toepassen van haakjes, en die moet je eerst uitwerken (alhoewel ze hier nutteloos staan, het resultaat blijft gelijk) wat wil je eigenlijk aantonen?

Op maandag 29 april 2024 22:23:03 schreef kris van damme:
[...]
Je hebt nu zelf een uitzondering ingevoegd op bovenstaande regel door het toepassen van haakjes, en die moet je eerst uitwerken (alhoewel ze hier nutteloos staan, het resultaat blijft gelijk) wat wil je eigenlijk aantonen?

Nogal off-topic, maar zonder haakjes is het antwoord van de som niet consistent. Haakjes maken het correct.

Op maandag 29 april 2024 22:36:10 schreef Brightnoise:
[...]

Nogal off-topic, maar zonder haakjes is het antwoord van de som niet consistent. Haakjes maken het correct.

Zelfde bron, zie hierboven:

De afschaffing van Meneer Van Dalen
In de jaren zestig van de twintigste eeuw zijn er internationale afspraken gemaakt omtrent de volgorde van rekenkundige bewerkingen. Dit had vermoedelijk te maken met de programmeertaal die in ontwikkeling was voor latere computers. Pas in 1992 werd Meneer Van Dalen niet meer toegepast in het onderwijs. Ondanks deze afschaffing jaren geleden is er tot op heden nog steeds onduidelijkheid over het op correcte manier uitwerken van een opgave met verschillende bewerkingen.

De correcte manier om met bewerkingen om te gaan
Meneer Van Dalen is niet meer van toepassing, maar hoe zit het nu wel? De volgorde die internationaal bepaald is, zorgt dat er op elke opgave maar een antwoord mogelijk is. De correcte volgorde is:

Haakjes
Machtsverheffen/Worteltrekken
Tekenwisseling
Vermenigvuldigen/Delen
Optellen/Aftrekken

off-topic
Het klopte nooit in "Meneer Van Dale Wacht Op Antwoord" met het onderscheid tussen machtsverheffen en worteltrekken.
Worteltrekken is immers machtsverheffen tot de macht 1/n (met n=2 voor de standaard wortel) en dus gelijkwaardig in prioriteit van de machtsverheffen bewerking en niet pas na vermenigvuldigen of delen (tenzij er haakjes worden gebruikt).

Inderdaad klassiek schoolexperiment: met een katrol een gewichtje omhoog takelen dus omdat Fz lekker makkelijk werkt.
En dan U, I en t meten.
R=Fz*h/(U*I*t)*100%
of
R=m*g*h/(U*I*t)*100%
En dan lekker varieren met spanning, gewicht en diameter katrol. Zorg dat touwtje duidelijk minder weegt dan gewichtje (<1%)

Ook leuke materie in deze zijn de videos op Youtube waar verschillende LEGO motoren worden vergeleken.

Het rendement is uitgaande vermogen / ingaande vermogen .

Ingaande vermogen is spanning * stroom. Redelijk lastig om daar wat verkeerd mee te doen.

Uitgaande vermogen is koppel * toerental.

Daar kan eea verkeerd gaan. Koppel wordt regelmatig met kgcm of andere rare eenheden gegeven. De juiste eenheid is Nm.

Toerental wordt meestal in RPM gegeven, maar de juiste eenheid hier is rad/sec.

Daarnaast kan het misgaan bij de meting van deze grootheden.

Als jou RPM meter twee keer per omwenteling triggert, geeft ie een 2x hoger getal aan dan de werkelijkheid.

Ouderwetse DC motoren hebben een koppel-snelheid curve zoals
http://lancet.mit.edu/motors/motors3.html
hier op het tweede plaatje (veel blauw).

Er zijn hints dat jij het "stall koppel" hebt gemeten. Je moet het koppel meten terwijl ie vermogen levert. Dat kan bijvoorbeeld door de motor te monteren op een as die in lijn ligt met de uitgaande as van de motor. Door nu het koppel te meten op die as weet je het koppel van de motor.

Je moet ook niet vergeten het koppel op die snelhied te meten: dus in 1 test en niet in 2 testen.

als je het koppel meet door de motor met X stroom op een weegschaal te laten drukken is het toerental natuurlijk nul en als je toeren hebt is het lastig om koppel te meten.

Ik heb ondervonden dat ik inderdaad het 'stall koppel' gemeten heb. Ook heb ik al eens geprobeerd de twee motors op dezelfde as te zetten, één als alternator en één als motor en dan het rendement proberen door twee te delen. Het probleem was echter dat het rendement volledig afhing van de waarde van de regelbare weerstand die ik aan de dynamo gehangen had. Dat was dus niet echt een optie want onze of mijn kennis van de elektriciteit is niet voldoende. Over de Vang van Prony is er ook enorm weinig info beschikbaar online. Ik vraag me nu af hoe ik het koppel zelf kan meten van de motor aangezien hij zo afhankelijk is van de weerstand.

Ik leg jullie even het uiteindelijke doel uit van ons project in detail.

We proberen naaf- en banddynamo's hun rendement te bepalen. Dit willen we doen aan volgende snelheden van een wiel: 5km/h, 10, 15, 20, 25, 30.

Onze uiteindelijke opstelling is als volgend:

2 bronnen aangesloten aan één DC motor, flux op 240V, spanning op 0-240V afhankelijk van de snelheid. Op de motor is er een as, een aluminium staaf waar een wiel aan gelast is. Op dat wiel bevindt zich de banddynamo. Daarnaast is er nog een aparte opstelling die een naafdynamo zou aandrijven. Er staan nooit meer dan één dynamo op de opstelling. Dat is het zowat.