Yazan: Charles Blouin
Dinamometreler, motorların performansını ölçmek için mükemmel araçlardır. Motora kontrollü bir yük uygulayarak, dinolar motorun torkunu, devrini ve gücünü karakterize edebilir.
Peki, motor performansını kapsamlı bir şekilde anlamanın tek yolu bu mudur?
Geleneksel bir fren dinamometresi yerine bir motor-pervane itki test standı kullanarak motor performansını haritalandırmanın mümkün olup olmadığını öğrenmek istedik.
(Spoiler uyarısı: evet, bu gerçekten mümkün.)
İçindekiler:
-
Deneysel düzenek
-
Motor güç tüketim haritası
-
Motor verimlilik haritası
1. Deneysel düzenek
Motor performansını tork, devir, güç ve daha fazlası açısından ölçmek için Flight Stand 15 itki test standımızı kullandık.
Testimizde yük olarak kullanmak üzere motora çeşitli markalardan 6 farklı pervane taktık. Boyutları şu şekildeydi:
-
11”
-
16”
-
18”
-
22”
-
26”
-
30”
Şekil 1: Test motoru ve pervaneleriyle Flight Stand itki test standı
1150'den 2000 µs'ye kadar 10 gaz kolu artışından oluşan otomatik bir basamaklı test tasarladık ve testi her pervane ile gerçekleştirdik.
Veriler Flight Stand yazılımı kullanılarak kaydedildi, ardından .CSV olarak dışa aktarıldı.
Motor haritaları Python çalıştıran bir Google Colab defteri kullanılarak oluşturuldu. Kod görüntülenebilir ve kendi motor performans verisi dosyalarınızı kullanarak yeniden amaçlandırılabilir. Kendi verilerinizi kullanmak için dışa aktarılan dosyada kullanılan aynı birimleri ve sütun başlıklarını kullanmanız veya tercih ettiğiniz birime uyum sağlamak için kodu değiştirmeniz gerekecektir.
Şekil 2: Flight Stand yazılımında otomatikleştirilmiş basamaklı test
2. Motor güç tüketim haritası
Aşağıdaki grafikte dört değişken sunulmaktadır. X ekseni devir hızını RPM olarak sunarken, Y ekseni torku Nm olarak sunar. Kontur grafiği modellenmiş gücü temsil eder. Noktalar ölçülen gerçek veri noktalarını temsil eder ve renkleri ölçüm ile model arasındaki farkı temsil eder.
Elektriksel güç tüketimini modellemek için verilere üçüncü dereceden bir polinom uygulandı. Tahminler grafikteki renkli bölümlerle temsil edilir ve her biri 25 W'lık bir aralığı temsil eder.
Veri noktalarının rengi, modelin tahmin ettiği değer ile elektriksel gücün Watt cinsinden ölçülen değeri arasındaki hatayı temsil eder. Modelin maksimum hatası, ölçülen 150 Watt üzerinde 0,8 Watt, yani %0,5'ti.
Şekil 3: Motor güç tüketim haritası
Sizin için önerilen: BLDC Motor Güç ve Verimlilik Analizi
3. Motor verimlilik haritası
Aşağıdaki motor verimlilik haritası, önceki bölümdeki güç haritasından türetilmiştir.
Bu haritada, her renkli bölüm % cinsinden tahmin edilen motor verimini temsil eder ve her bölüm %2'lik bir aralığı kaplar.
Çok düşük verimliliklerde, <%50, ölçümdeki hata 3 yüzde noktasına kadar çıkmaktadır; bu, ölçülen gücün ve torkun bu aralıklarda oldukça düşük olması nedeniyle beklenen bir durumdur. Motorun uçuş sırasında normalde çalıştığı daha yüksek verimliliklerde hata çok daha ihmal edilebilir düzeydeydi; %74-86 aralığındaki verimlilikler için hata <1 yüzde noktasıydı.
Şekil 4: Motor verimlilik haritası
4. Model Doğrulaması
Performans modelleri oluşturulurken, modelin doğruluğunu bağımsız test verileri kullanarak doğrulamak amacıyla 18" pervane kasıtlı olarak veri setinden çıkarıldı.
Model, diğer beş pervaneden elde edilen ölçümler kullanılarak geliştirildi, ardından 18" pervane ile ölçülen çalışma noktalarındaki motor performansını tahmin etmek için kullanıldı. Tahmin edilen değerler, modelin motorun fiziksel davranışını ne kadar doğru temsil ettiğini belirlemek için gerçek ölçümlerle karşılaştırıldı; yani modelin sadece onu geliştirmek için kullanılan verilere uydurulup uydurulmadığı kontrol edildi.
Bu yaklaşım ayrıca, bir modelin orijinal veri setine iyi uymasına rağmen yeni ölçümleri doğru tahmin edemediği potansiyel aşırı öğrenmeyi (overfitting) belirlemeye de yardımcı olur.
18" pervane, modelin geliştirilmesinde kullanılan pervane boyutları aralığında yer aldığı için bu test, bilinen çalışma koşulları arasında motor performansını tahmin etme yeteneğini değerlendirir. Sonuçlar, tahmin edilen motor veriminin test edilen aralığın çoğunda ölçülen değerlerden 1 yüzde noktasından daha az farklılık gösterdiğini ortaya koydu.
Aşağıdaki şekil, karşılaştırma için 18" pervaneden elde edilen ölçülen veri noktaları eklenmiş motor güç tüketim haritasını göstermektedir.
Şekil 5: Altıncı pervaneden (18") elde edilen veri noktaları eklenmiş motor güç tüketim haritası.
Sonuç
Özetle, geleneksel bir fren dinamometresi olmadan motor gücünü ve verimliliğini haritalandırmak gerçekten mümkündür. Flight Stand itki test standımızdan elde edilen verileri ve üçüncü dereceden bir polinomu kullanarak motor güç tüketimini ve verimliliğini modelleyebildik; henüz test edilmemiş konfigürasyonlarda performansı tahmin etmek için haritalar oluşturduk.
Motor karakterizasyonu hakkında daha fazla bilgi edinmek için Motor Torku Nasıl ve Neden Ölçülür makalemize göz atın.