Характеристики лучшего мотора для H0

[Alex M2]

Насколько я понял, автор планирует питать 24 В двигатель номинальным напряжением 24 В и питание будет подаваться цифровым декодером, у которого главная проблема (насколько я понял из обсуждения на моделлдепо) ступенчатость изменения напряжения.

ГойкоМитич, Вы абсолютно верно поняли, так и есть, причем полагаю эти самые 24 вряд ли понадобятся в силу реальных 45 км/ч прототипа, а если я ошибаюсь пусть Ершов Эдуард меня поправит. На том форуме вроде прояснили, что можно задать кривую в 124 шага, что позволит нивелировать проблему ступенчатости. Правда мы сейчас, получается, обсуждаем актуальность использования 24В двигателей как таковых, а здесь соответственно тоже свои нюансы, так как я в первую очередь отталкивался от наглядных примеров использования 12 В и 24 В моторов, все что возможно было в зарубежном ютубе уже пересмотрел, идеальных примеров меньше, чем пальцев на одной руке и все они с цифрой 24. Так что я только за, если мы поймем, что к чему.

[Alex M2]

Переделал табличку, ради сравнения добавил характеристики старого 24 мотора, снятого с производства, который был в ролике с невероятной плавностью при старте. Убрал по совету Эдуарда меньшие по длине моторы, фактически осталось лишь 2 варианта из 24 В (отличаются только щетками) и добавил 12 вольтовые версии. Те щетки что из металла, как альтернатива графитовым, дословно из описания «работают с очень низким напряжением трогания».

[mitko08888]

Медленное движение также может быть достигнуто со стандартными моторами.
Это Роко: https://www.youtube.com/watch?v=HDP_5BoumZQ https://www.youtube.com/watch?v=z7K6GRcX4Mc
А это Пико хобби с декодером: https://www.youtube.com/watch?v=1w0VoEJ2hSM
Я не знаю, стоит ли вам думать о более плавном движении.

[Alex M2]

стоит ли вам думать о более плавном движении

Получается, что стоит. И видео это еще раз доказывает. Медленное движение действительно достигнуто. Но вот плавности при вращении нет, отсутствия ступеней при наборе скорости тоже. Хотелось бы, конечно, посмотреть на собранном локомотиве, получится ли добиться того же что у OBB с 24 в. Но и так хорошо видно то самое «залипание», из-за которого локомотив не может повторить результат. Не спасает даже хваленый маховик. Какая у него цель? Чтобы нивелировать эффект возможно стоит в несколько раз тяжелее вешать?

С декодером на 3 видео вроде получше, но залипания всё равно проскальзывают, особенно в обратную сторону.
https://www.youtube.com/watch?v=1w0VoEJ2hSM

Теперь смотрим на Roco OBB 1044 с 24 вольтовым (3 в таблице)
https://www.youtube.com/watch?v=keU1CZvNjkY

Ключ похоже в этом, взял из технического описания
"У двигателей без сердечника нет зубцов; нет магнитомягких зубов. Создаваемый крутящий момент является равномерным и обеспечивает плавную работу без рывков даже на низких скоростях."

Кроме того, почти не чувствуется рывков при увеличении скорости. Вот еще один со снятым корпусом для наглядности.
https://www.youtube.com/watch?v=fXPqB-JQpZ0

[И.К.С.]

Кроме того, почти не чувствуется рывков при увеличении скорости.

так это же плохо! тебе же нужно прототипное движение. на большинстве видео паровозы - у них в принципе не должно быть плавного движения!
так как у большинства в паровой машине два цилиндра со сдвигом фаз 90 градусов. кроме того должен быть не плавный старт а боксованием.
у паровоза BR80 уж точно.

[mitko08888]

Даже трехполюсный двигатель «прыгает» через 60 градусов. Значит ли это, что с передач 1:20 вы заметите 120 шагов за один оборот колеса паровоза? Гораздо заметнее проскакивание 20 зубьев в редукторе, а не вращение ротора.
Отсутствие степеней при наборе тут ни при чем. Декодеры ЕSU контролируют движение на 256 внутренних шагов, zimo - 256 или 1024 - в зависимости от модели. КС управляет на 126. Неважно сколько вольт двигатель.
Что касается маховика - его назначение при правильной установке I коэффициента декодера получить правильная коррекция изменения скорости - так называемое PID регулирование.
Желаю удачи на 24V.

[Ершов Эдуард]

Эдуард, хочу поблагодарить за развернутый ответ. К сожалению, с каждым десятилетием у нас все меньше людей которые могут дать развернутый профессиональный ответ с настолько полезной информацией без воды и посторонних тем

Тут на форумах много людей, действительно хорошо и практически разбирающихся в цифре. А мои объяснения черпаются из книг 1960-1980 г.г. по основам электромеханики, и из интуитивных представлений, - и вообще я гуманитарий)))), - поэтому на некоторые Ваши вопросы по цифре у меня нет ответов, а есть только общие теоретические представления.
*ИМХО вы рискуете постановкой непосильной задачи, ради которой нужно писать как минимум курсовую или дипломную работу, делать лабораторные работы, снимать семейства графиков на испытательных стендах, и выводить статистические результаты. На практике у Вас "простор для блужданий" ограничен простыми практическими факторами: а) бюджетом на новый двигатель, б) доступностью разных артикулов двигателей (новые максоны/фаульхаберы стоят иррациональных денег, а те, которые доступны по деньгам, не всегда попадают в желаемую размерность или параметры, в) свободным местом, имеющимся внутри модели для двигателя и маховика, г) уже существующим редуктором, д) существующей массой модели, которую не получится нарастить для увеличения инерции, тяги, и улучшения контакта с рельсами, е) временем, которые Вы (и окружающие) готовы потратить на исследование вопроса и воплощение проекта.

Ток мотора-«чемпиона» для декодера и остального оборудования не слишком большой?

Да, это фактор, требующий проверки. В Вашей таблице двигателей нужно смотреть на строку "номинальный (макс.длительный) ток". И сравнивать с предельными параметрами декодеров. Вроде бы даже скромные базовые декодеры должны (на бумаге) выдерживать токи до 1 А. В самой правой колонке двигатель-чемпион показывает 1,28 А. Ну, значит, нужно искать подходящий декодер.

В табличке двигатели с разницей в 2 раза, разве это не компенсирует провал по ним 24 вольтовых моторов как таковых?

Не очень понял этот вопрос.

Какое количество оборотов должно быть у стандартных модельных локомотивов, в частности данного, учитывая максимальную скорость прототипа в 45 км/ч?

Ну, батенька, на тонкий лед ступаете ))) До такой степень откатываться к ликбезу опасно, ибо многабукаф... Вот тут была тема: viewtopic.php?f=11&t=472

Почему слабая тяга на всех режимах, у нас же вилка до 22 вольт, разве нет?

Не путайте: мое объяснение касалось 12-вольтового стенда постоянного тока. Естественно, что 24-вольтовый двигатель при 12-вольтовом питании работает вполсилы, поэтому я и написал, что у такого двигателя на стенде будет тяга слабая (в диапазоне от 0 до 12 В).

А какое напряжение должно быть? Разве режимы на двигателях из таблички не отличаются друг от друга? В чем будет проблема, даже если будет большее напряжение для старта чем у 12 вольтового?

На такие вопросы мне отвечать затруднительно, ибо они непонятно сформулированы. Постараюсь догадаться. Удостоверьтесь, что Вы понимаете, что такое ШИМ (широтно-импульсная модуляция) управления двигателем, и что такое ее амплитуда, скважность импульсов, и что такое среднее эффективное значение выходного напряжения при ШИМ. А также - что такое магнитный поток в катушке индуктивности (в роторе двигателя), и как он связан с величиной тока, протекающего по катушке. И как величина тока через катушку связана с напряжением на ее выводах - в неподвижной катушке и в катушке, движущейся в магнитном поле.

Вам нужен ползучий режим малого хода. Значит, ваш декодер в таком режиме будет выдавать не "напряжение", а импульсы ШИМ с очень малой скважностью. На осциллограмме это выглядит как один узкий столбик импульса (амплитудой 22 В), а потом длинная пауза (нулевое напряжение). Допустим, 10 миллисекунд импульс, и потом 90 миллисекунд пауза. Потом снова импульс - пауза - импульс - пауза... Это называется "скважность импульса 0,1" (или удобнее пользоваться выражением "коэффициент заполнения импульса 10%"). Можно ли сказать, что на клеммах двигателя будет 22 вольта ? Ответ "да, именно таково будет мгновенное значение напряжения на клеммах, но только в течение 10% времени". Остальные 90% времени питание на двигатель НЕ подается, и он в эти моменты либо стоит, либо крутится по инерции. Электродвигатель (особенно с маховиком), как инерционная система, будет "усреднять" такое питание, и будет вращаться со скоростью 10% (пишу так для простоты, на самом деле на это влияют много факторов) от той скорости, с которой он бы вращался при с скважности ШИМ = 1. Иными словами, наш двигатель вращается так, как если бы его питали постоянным напряжением 10% от 22 вольт, то есть 2,2 В. То есть будет вращаться медленно. Если декодер еще снизит скважность (допустим 5% вместо 10%), то можно считать, что двигатель работает на 22 х 5% = 1,1-вольтовом питании. На постоянном токе «хороший» двигатель (5-полюсный, 7-полюсный, фаульхабер) на таком напряжении уже будет вращаться при таком напряжении на клеммах. А «плохой» (например, дешевый трехполюсный двигатель) либо еще не начнет вращаться (потому что сила электромагнитной индукции еще не превысит в нем силу постоянных магнитов, удерживающих полюса ротора вдоль своих силовых линий, а также под действием сил сопротивления/трения), либо будет вращаться неуверенно, и останавливаясь про малейшем подтормаживании внешними силами.
По сравнению с постоянным током, на цифровом управлении и ШИМ происходят более сложные процессы, учитывающие противо-ЭДС, и поэтому можно заставить тронуться и медленно крутиться даже плохой двигатель, чего невозможно достичь на постоянке.
В общем, все эти объяснения нужны для того, чтобы показать, что при малой скважности питающих импульсов можно говорить только об «усредненном» напряжении на клеммах двигателя, и чем на меньшем напряжении Ваш двигатель способен тронуться с места на постоянном токе, тем увереннее он будет трогать поезд на маневровом режиме (как на DC, так и на DCC). Соответственно, 12-вольтовый двигатель будет трогаться увереннее, чем 24-вольтовый.

Не очень прояснил для себя эту тему, тем более что редуктор менять не хотелось бы, а Вы сами написали, что на клеммах двигателя выдается порядка 22 вольт. Он же не должен разгоняться до скорого поезда.

Редуктор мы договорились не менять. 22 вольта - это амплитуда цифрового сигнала на рельсах. Если такой сигнал выпрямить мостовым выпрямителем или мостовой транзисторной схемой, то да - на клеммах двигателя будет примерно 20-22 В. Но эта ситуация будет иметь место только если скважность импульсов ШИМ будет около 1 (коэфф.заполнения 100%) - что соответствует полному ходу на пульте цифрового управления). Как раз «скорый поезд»… Но в Вашем проекте этот режим не сильно интересует, т.к. мы на перегон не выезжаем, и Ваш локомотив просто должен уметь выдержать аварийную (ошибочную) кратковременную подачу полного напряжения на 10-20 секунд и не задымиться.

Меня, по сути, 24 вольтовые двигатели интересуют как раз с точки зрения запаса мощности и соответственно плавности-выносливости на старте, чтобы они скользили, а не катились крошечными шажками. Разве это не дает рычаг запаса плавности на малых скоростях? Просто хочу увидеть идеал 12 в своими глазами, но пока не видел.

Все это понятно, комментировать не будем. Я тоже живу такой мечтой ))))

под действием центробежной силы витки обмотки стремятся сползти с ротора. Это то, что указывается в таблице как максимальные обороты? То есть предел после которого мотор разрушается?

В общем случае — это обороты, при которых разработчик гарантирует безотказную работу в течение некого назначенного им срока. Это еще не «разрушение». На практике есть много дополнительных факторов: если двигатель создавался для авиации/космоса/военки, то он обычно способен выдерживать чуть ли не 3-кратную кратковременную перегрузку и не разрушиться. Если таких запасов прочности разработчик не закладывал в конструкцию (например, двигатель для зубной щетки или кассетного плеера, то двигатель может выйти из строя уже и при 20-30% превышении режима, - тупо из-за перегрева и сползания размякшей обмотки. Я слышал, что бывают двигатели, которые запрещено включать на номинал без механической нагрузки, потому что они на холостом ходу раскручиваются до опасных величин. Но видимо это касается каких-то крупных двигателей, где центробежные силы действительно могут стать чрезмерными для данного типа ротора и обмотки.

Задача создать локомотив максимально приближенный по динамике к прототипу с идеально плавным стартом от 0 км/ч, образец плавности и бесшумности тот, что на видео с 24в максоном. Пока что альтернативы игрушечные. А для меня поезд это прежде всего его ощущение в жизни, когда движение еще не чувствуется, но уже есть.

Ответил выше в первом параграфе со звездочкой )))). Но если вместо сердца – пламенный мотор, - то надо стремиться к цели)))

[gidra]

Ну вы, гуманитарии, жжжжоте

[Alex M2]

Эдуард, еще порция ценной информации, чудесно. С удовольствием прочитал и Вашу ветку. Нужно многое хорошо обдумать… Да, у меня про ШИМ из головы выпало, совсем забыл про то, как изучал вопрос, когда искал и ставил вертушки в комп, что там иной принцип работы.

Не очень понял этот вопрос.

Имелось в виду то, что разница в оборотах огромная, условно 6500 против 13000. Если брать 24 вольтовый, зачем его гонять на 13 тыс? Даже 6500 возможно будет многовато. И тут как раз Ваша удочка помогла. Посчитал дельту оборотов родного мотора и колесной пары. 1 к 21. Если небольшой разницей в диаметрах колесных пар модели и прототипа пренебречь (ради сохранения реалистичности работы механики и звукового сопровождения), то выходит, что требуется не более 4558 оборотов двигателя в минуту для достижения максимальных для данного локомотива 45 км/ч.

Другой вопрос, что Вы писали о том, что нужно «оценить будущие обороты двигателя под нагрузкой», однако я не уловил как это сделать, расчеты были по оборотам и редуктору, поправьте меня если пропустил. То есть теперь остается понять, как оценить обороты двигателя на рельсах до того, как он окажется в руках. То есть реальные обороты в локомотиве, дабы не просели, а совпали с 45 км\ч.

В самой правой колонке двигатель-чемпион показывает 1,28 А. Ну, значит, нужно искать подходящий декодер.

Да, 12 в версии, а 24 в два раза меньше при этом пусковой и номинальный момент даже повыше… Но в любом случае оборотов много, получается те, что в районе 6500 подойдут больше? Или все равно в декодере отрегулируется за счет скважности? Правда потом жутко каверзный вопрос по ним будет...

Ваш локомотив просто должен уметь выдержать аварийную (ошибочную) кратковременную подачу полного напряжения на 10-20 секунд и не задымиться.

Все понятно до этого момента. Вопрос чайника, то есть в цифре будет в любом случае подаваться 22 вольта на 12 вольтовый мотор?... И как им такое? Рассказ про скважность меня увлек, только разве плавность не будет выше если коэффициент заполнения импульса будет выше? Другими словами, 12 вольтовый трогается при меньшей цифре с большими промежутками простоя, а 24 вольтовый наоборот. Разве не так?

[gidra]

Ну, дак не сто'ит применять движок с номинальным напряжением меньшим, чем напряжение, которое присутствует на рельсах в Вашей системе..
А насчёт "простоя" во время паузы в ШИМ Эдуард заблуждается..
Период ШИМ выбирается таким, чтобы обеспечить относительно небольшие пульсации тока якоря вокруг номинального значения; соответственно, во время паузы ток якоря уменьшается, но далеко не до нуля, поэтому двигатель продолжает развивать момент, а совсем не двигаться по инерции.
И с цыфирьками 100 мс - это слишком огромный период, современные дпт в ж/д моделях питаются ШИМ с частотой 20 или 40 кГц, а это периоды в 50 и 25 микросекунд, соответственно.
Ещё одно заблуждение, что медленная скорость обеспечивается за счёт ШИМ.. ШИМ- всего лишь простой, дешёвый и при этом достаточно эффективный способ задавать регулирующее воздействие на дпт.
Возможность же достигать предельно низких скоростей движения, и при этом двигаться плавно (а не шагами) обеспечивается контуром регулирования с обязательной обратной связью по скорости вращения или по эквивалентной ей величине (в частности, измеряя противо-ЭДС, генерируемую двигателем).
Иначе, работая на характеристике вблизи нулевой скорости, из-за неизбежных колебаний нагрузки лок либо будет всё время останавливаться, либо двигаться на недостаточно маленькой скорости (в зависимости от установленного напряжения).