Rendement van een motor berekenen

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.

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

En dat is weer Joule, of in SI kg*m2/s2. En dus identiek aan ophijsen (Fz*h), wat veel makkelijker te meten is dan kracht en arm.

Is het niet eenvoudiger om een touwtje om de velg te wikkelen, met een bekend gewichtje eraan, en de stroom en spanning te loggen? Eventueel apart bepalen wanneer de meting start en wanneer het gewichtje de grond raakt, of zelfs een encoder op het wiel om de snelheid tegelijkertijd te meten.

Je lijkt nu een beetje vast te zitten op aandrijven met een motor, waarvan je niet weet wat het rendement is bij elke combinatie van toerental en belasting, en het niet eenvoudig is om het koppel te meten. Ik denk dat je sowieso op koppels uitkomt die zodanig klein zijn dat meten lastig is.

Dus u wil zeggen dat de motor eigenlijk niet nodig is en er geen opstelling nodig is?

Een koppelmeter kan je ook op volgende manier maken.

Je neemt een (asynchroon kooianker) motor waarbij je het huis van de motor roteerbaar opstelt.
Dit kan bij voorbeeld door de as van de motor aan beide zijde te verlengen en hierop zowel aan de kant van de koelventilator als aan de kant van de uitgaande as een extra kogellager te voorzien.
Beide kogellagers rusten met hun buitenring op een U vormige wig.
Het gevolg is dat het motorhuis vrij kan roteren in de wig, terwijl het anker ook nog vrij kan roteren binnen het motorhuis.

De originele uitgaande as van de motor wordt aangedreven door de wielnaaf waarvan je het koppel wil bepalen.
Door de wikkelingen van de motor te bekrachtigen met gelijkstroom, gaat de motor werken als wervelstroom rem en de wielnaaf belasten.
Het gevolg is dat het motorhuis, (dat roteerbaar is opgesteld in de wig) probeert mee te draaien.
Het magnetisch veld in de motor klampt zich als het ware vast op het anker met als gevolg dat het motorhuis mee wil draaien met het (door de wielnaaf aangedreven) anker.

Het is echter niet de bedoeling dat het motorhuis volledige omwentelingen gaat maken binnen de wig. Het motorhuis is links en rechts voorzien van een mechanische aanslag om de verdraaiingshoek te beperken. Een hoek van vb 15° is voldoende.
Vervolgens voorzie je een koppelarm aan het motorhuis en een krachtopnemer (= trekveer of staaf met rekstrookje of loadcell) naar een vast punt van je opstelling. Als koppelarm kan één van de bevestigings gaten in de motorvoeten dienen.
Hoe groter de verdraaiingshoek van het motorhuis, des te meer wordt de krachtopnemer uitgerokken. De gemeten kracht in de krachtopnemer en de lengte van de koppelarm bepalen je belastingskoppel.
(Met wat creativiteit zou je een weegschaal kunnen gebruiken als krachtopnemer)

Door de grootte van de DC bekrachtigingsstroom in de motorwikkeling te variëren kan je het belastingskoppel instelbaar maken.

Nog drie opmerkingen :

1) Een asynchroon motor als wervelstroomrem in plaats van een DC motor heeft wellicht als voordeel dat de druk van de koolborstels op het anker geen invloed heeft op het gemeten koppel.

2) Moet je ook geen rekening houden met de temperatuur van de wielnaafmotor ? Ik kan me voorstellen dat een koude motor een ander rendement heeft dan een motor die al tientallen kilometer afgefietst heeft.

3) Heb je geen servomotor die je als belasting kan gebruiken ?
Uit een ver verleden weet ik dat je op Yaskawa servo drives het belastingskoppel kon instellen dat een servo motor moest leveren/opnemen. Dus volledige 4 kwadranten werking (= versnellen/vertragen en links/rechts draaiend).
Sommige frequentie sturingen kunnen dat ook wel.

Op dinsdag 30 april 2024 10:47:32 schreef Korneel321:
We proberen naaf- en banddynamo's hun rendement te bepalen.

Waarom moet je dan het rendement van de motor weten? Je moet dan alleen toerental en koppel weten waarmee je het wiel aandrijft. En natuurlijk de elektrisch output van de dynamo.
Daarbij moet je bedenken dat een fietsdynamo altijd wisselspanning opwekt.

Kun je geen generator (dynamo) aan de motor-as koppelen waarmee het koppel, toerental en het rendement te berekenen zijn? Door de elektrische load aan de generator te varieren varieert men ook de mechanische load op de as van de motor en daarmee het opgenomen elektrische vermogen.

Op dinsdag 30 april 2024 12:39:06 schreef KlaasZ:
[...]Waarom moet je dan het rendement van de motor weten?

dat maakt het makkelijk voor het pratisch meten, later. eens je de rendementscurve van de motor hebt moet je enkel nog naar het vermogen kijken dat je in de motor stuurt en het vermogen dat uit de alternator komt om het rendement te berekenen. Uiteraard is zo een rendementscurve niet perfekt (vooral de temperatuur kan daar een rol in spelen), maar geeft al een goed idee.

@pamwikkeling: uiteindelijk willen ze het rendement van een dynamo bepalen, dus dan zou je de motor kunnen aansturen met een frequentieregelaar. Het probleem is echter dat het te meten koppel waarschijnlijk heel klein is, en dan is de verstoring van de motorkabel, die ook naar het draaiende deel gaat, al veel groter dan het effect dat je probeert te meten.

@TS: ik zeg niet dat je helemaal geen opstelling nodig hebt, maar wel dat die motor niet nodig is.

Je zou dus een stuk touw en een gewicht kunnen gebruiken, maar dat is weer lastig in combinatie met een dynamo die op een band moet lopen.

Wat je in plaats daarvan zou kunnen doen, is een pulsgever op een wiel zetten (met een sensor voor de spaken, of op elke spaak of elke tweede of zo een magneetje met een sensor, met een reflectiesensor en een schijf met witten en zwarte vlakjes, o.i.d.), en die met de hand of met een trommel op een boormachine tegen de band op gang brengen, en de snelheid van het wiel loggen, met de spanning van de dynamo, waarbij je steeds een andere weerstand aansluit. Uit dat snelheidssignaal kun je de vertraging berekenen, als je de massatraagheid weet kun je de energie uitrekenen, en als je de weerstand en spanning weet, het elektrische vermogen.

Je hebt dan weinig meer nodig dan een wiel, wat stukken lood of staal, veel tywraps, en een sensor met een systeem om die data te verzamelen zoals een Labjack o.i.d., maar het kan ook met een Arduino als het moet. Lambiek gebruikt ook vaak zoiets, waarvan ik de naam vergeten ben.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op dinsdag 30 april 2024 15:49:48 (54%)

Als je met 'vang van prony' niet genoeg info vindt, kan je het beter in het engels proberen: 'Prony brake' of 'Prony dynamometer'.