avatar_SolarRay

Двойные однофазные бесколлекторные электрические машины

Автор SolarRay, 22 Фев. 2015 в 10:43

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

SolarRay

Тема для обсуждения достоинств и недостатков: однофазных бесколлекторных электрических машин. И сравнения их с многофазными.

+
одновременно работает вся обмотка, а не 2/3 как в трёхфазном
только два силовых провода
меньший вес для того же момента или мощности (?)
в некоторых конструкциях более эффективно используются магниты (меньшее общее сопротивление магнитной цепи) (?)

-
потребуется шим на большую частоту (?)
необходимо использовать качественный материал для магнитопровода (?)

Примеры:
https://electrotransport.ru/index.php?topic=25743.0
https://www.youtube.com/watch?v=huyY5-vEQ6w (ролик взят из этой темы: http://endless-sphere.com/forums/viewtopic.php?f=30&t=67008&start=50#p1009426)

Основной вопрос: почему двигатели такого типа мало распространены в электротранспорте?

Abos

Цитата: SolarRay от 22 Фев. 2015 в 10:43
Тема для обсуждения достоинств и недостатков: однофазных бесколлекторных электрических машин. И сравнения их с многофазными.

+
одновременно работает вся обмотка, а не 2/3 как в трёхфазном
только два силовых провода
меньший вес для того же момента или мощности (?)
в некоторых конструкциях более эффективно используются магниты (меньшее общее сопротивление магнитной цепи) (?)

-
потребуется шим на большую частоту (?)
необходимо использовать качественный материал для магнитопровода (?)

Основной вопрос: почему двигатели такого типа мало распространены в электротранспорте?
Судя по ролику, этот двигатель в неуправляемом режиме будет работать, если кольцеобразные катушки питать пульсирующим напряжением. Это легко осуществить при помощи обыкновенных диодов. На первую катушку подаете положительную полуволну, а на вторую катушку - отрицательную полуволну. А питание осуществляется от однофазной сети переменного тока промышленной частоты. Получается, что каждая катушка работает только половину периода, т.е. 1/2 катушек работает за период, а в трехфазных системах в машине работает 2/3 катушек, что естественно лучше. Да и огород городить из 2-х электродвигателей, у которых ротора, сидящие на одном валу, сдвинуты друг относительно друга на четверть зубцового деления, не очень - с технологической точки зрения. Да и круговое поле, создаваемое многофазной системой токов всегда лучше эллиптического и пульсирующего. Доказано Доливо-Добровольским.
ИМХО.

SolarRay

[user]Abos[/user], почему в неуправляемом то, что мешает поставить датчики и 4 ключа, и управлять ими как в обычном трёхфазном bldc? Тогда катушка всегда будет работать.

Abos

Цитата: SolarRay от 22 Фев. 2015 в 16:05
[user]Abos[/user], почему в неуправляемом то, что мешает поставить датчики и 4 ключа, и управлять ими как в обычном трёхфазном bldc? Тогда катушка всегда будет работать.
Посчитайте, сколько полюсов на статоре и сколько зубцов на каждом полукольце ротора, сдвинутых относительно друг друга на половину зубцового деления. Что там, что там - их 48.
Если Вы хотите получить двигатель, питающийся от однофазной сети (см. тему), то питать ее можно, как описал выше. Если Вы ставите датчики и 4 ключа и управляете катушками через 90 магнитных градусов, то это уже четырехфазный двигатель. Трехфазного из него не получить в силу соотношения полюсов статора и зубцов ротора.
Две катушки двигателя одновременно работать не могут, если Вы хотите получить с него приличные характеристики. ИМХО.

SolarRay

Согласен, получился четырёхфазник. (это про двигатель из видео, с тем что по первой ссылке ещё не разбирался)
Значит, нужно 8 ключей (по 4 ключа на катушку), и 4 силовых провода, хотя тут можно ещё подумать над вариантами.
То что катушки не работают значительную часть времени, не согласен. По моему, они не работают только в момент совмещения зубцов  статора и ротора, и этот момент не пропадает, а используется на перемагничивание.
Кстати, на видео ошибка, внешние зубцы и магнитопровод должны быть шире.

Abos

Цитата: SolarRay от 22 Фев. 2015 в 22:53
Согласен, получился четырёхфазник. (это про двигатель из видео, с тем что по первой ссылке ещё не разбирался)
Значит, нужно 8 ключей (по 4 ключа на катушку), и 4 силовых провода, хотя тут можно ещё подумать над вариантами.
То что катушки не работают значительную часть времени, не согласен. По моему, они не работают только в момент совмещения зубцов  статора и ротора, и этот момент не пропадает, а используется на перемагничивание.
Кстати, на видео ошибка, внешние зубцы и магнитопровод должны быть шире.
По поводу работы двух катушек одновременно - это я погорячился. Имеет место быть только при питании от однофазной сети.
Какие у меня еще замечания. В видео показаны полюса статора сплошными. На самом деле каждый из С-образных полюсов необходимо набирать из листов электротехнической стали или выполнять из ферритов и каким-то образом крепить к основе. Это очень не технологично и сложно. Видимо, это является одной из причин, что такие двигатели не находят широкого применения.
Кроме того, при питании кольцевых катушек возникают "подшипниковые токи", разрушающие подшипники и с ними тоже нужно бороться.

Abos

[user]SolarRay [/user]! Могу выложить чертежик самого простого в изготовлении однофазного синхронного генератора. Я такой делал с кольцеобразным постоянным магнитом от динамика, для забавы маленькому сыну.

SolarRay

[user]Abos[/user], дополнительные картинки в этой теме не помешают.

NUBITO

Что меня больше всего беспокоит, то что постоянный магнит работает на две половины ротора, т.е. поток разделится на два что, по идее, не даст выигрыша в моменте. Ко всему конструкция весьма непростая и такой двигатель будет весьма дорог в изготовлении./
Вообще сомневаюсь что этот двигатель даёт какие-то заметные преимущества. Ничего нового нет, лишь видоизменён.

SolarRay

Цитата: NUBITO от 26 Фев. 2015 в 17:51
Что меня больше всего беспокоит, то что постоянный магнит работает на две половины ротора, т.е. поток разделится на два что, по идее, не даст выигрыша в моменте.
В обычных bldc примерно так же, только путь магнитного потока короче, зато тут площадь больше.
Цитата: NUBITO от 26 Фев. 2015 в 17:51
Ко всему конструкция весьма непростая и такой двигатель будет весьма дорог в изготовлении./
Не обязательно делать так же как в видео, можно и парочку трёхфазных бесколлекторных моторов переделать. Важен сам принцип.
Цитата: NUBITO от 26 Фев. 2015 в 17:51
Вообще сомневаюсь что этот двигатель даёт какие-то заметные преимущества.
По сравнению с многофазными (десяток фаз и больше) моторами, в самом моторе действительно преимуществ почти нет, зато контроллер гораздо проще.
Цитата: NUBITO от 26 Фев. 2015 в 17:51Ничего нового нет, лишь видоизменён.
(1,9) Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем.
(1,10) Бывает нечто, о чем говорят: "смотри, вот это новое"; но это было уже в веках, бывших прежде нас.
(1,11) Нет памяти о прежнем; да и о том, что будет, не останется памяти у тех, которые будут после.

SolarRay

Так как двигатель в видео и мк по ссылке оказались не совсем соответствующие теме, и мне не удалось придумать или найти подходящий под неё (такой, который можно было бы применить в электротранспорте), то придётся изменить заголовок:
Однофазные бесколлекторные электрические машины >> Двойные однофазные бесколлекторные электрические машины

NUBITO

[user]SolarRay[/user], в BLDC один зуб - один магнит. Постоянный магнит напрямую взаимодействует с электромагнитом.
Поясните как трехфазник по этой технологии переделать?

DIVAS

Прошу прощения за тупой вопрос, но.... А в чём вообще прикол применения однофазных машин в электротранспорте?
Kugoo M4 Pro 18Ah (2020)

Abos

Цитата: NUBITO от 26 Фев. 2015 в 19:26
[user]SolarRay[/user], в BLDC один зуб - один магнит. Постоянный магнит напрямую взаимодействует с электромагнитом.
Поясните как трехфазник по этой технологии переделать?

Такие двигатели уже давно предлагались. Даже запатентованы (видел такие патенты). Но они очень сложны в изготовлении и никаких преимуществ по сравнению с обыкновенным БЛДЦ не дают.

SolarRay

Цитата: DIVAS от 26 Фев. 2015 в 19:53
А в чём вообще прикол применения однофазных машин в электротранспорте?
В трёхфазном bldc в любой момент времени не работает 1/3 катушек, в 4-х 1/4, в 5-и 1/5...
В этом, все катушки работают "всегда".
В некотором смысле это бесконечнофазный мотор.
При этом, он может управляться сравнительно простым контроллером.

DIVAS

[user]SolarRay[/user], Простите, но что-то это на чушь смахивает. Даже не верится, что это пишет человек, у которого в подписи ссылка на собственноручно собранный справочный листок по БДПТ.


В однофазной ЭМ работают конечно одновременно все катушки, но зато они работают только часть времени, т.к. при переходе мертвых зон работа катушек всё равно бесполезна. Ток-то в катушки можно подавать всегда, но толк от этого есть только в определённые моменты времени.

Это примерно как сравнивать обычные велосипедные педали с однофазными, где обе педали смотрят в одну сторону - их конечно можно жать обе вместе, но совершенно бесполезно, потому что потом будет мертвая зона, из которой эти педали вообще не вывести.

И если уж так неймётся подавать ток во все три фазы одновременно, то можно и трёхфазную машину соединить в треугольник - тогда ток будет одновременно во всех трёх фазах, но толку всё будет ровно столько же, как и с двух. В любой, сколькиугоднофазной ЭМ каждая фаза имеет свою мертвую зону, когда эта фаза абсолютно бесполезна и не способна создавать крутящий момент.

Вы, похоже, забыли основное: нам для транспорта нужен не какой-то абстрактный пиковый момент, которым можно цепь порвать, а нам нужен высокий средний момент, на котором можно ехать. У многофазных машин можно получить практически равномерный крутящий момент, а у однофазных он колеблется от нуля до максимума. Этот максимум, конечно, заметно больше, чем средний момент многофазной машины, но он импульсный - вот есть импульс момента, а в следующий момент - полный провал.

Kugoo M4 Pro 18Ah (2020)

SolarRay

Цитата: DIVAS от 26 Фев. 2015 в 21:40
Даже не верится,
Всё не так просто как кажется. Но возможно, я ошибаюсь. (:
Цитата: DIVAS от 26 Фев. 2015 в 21:40
они работают только часть времени, т.к. при переходе мертвых зон работа катушек всё равно бесполезна.
...
будет мертвая зона, из которой эти педали вообще не вывести.
Если количество пазов равно количеству магнитов, то мертвые зоны сужаются до минимума, практически превращаясь в мёртвые "точки". Для преодоления которых и служит второй однофазный двигатель. Кроме этого, он компенсирует неравномерность момента первого двигателя.
Цитата: DIVAS от 26 Фев. 2015 в 21:40
соединить в треугольник
Нет спасибо, я так и не смог придумать двигатель, в котором бы такое соединение не приводило к падению кпд.


Для лучшего взаимопонимания:
Этот двойной однофазник можно было бы считать четырёхфазником, но я так не считаю, так как обычно, у многофазника как минимум одна фаза нерабочая.
Локальные мертвые зоны для bldc обычной конструкции, возникают в момент когда рядом с катушкой (конкретно рядом с торцом выходящего из неё магнитопровода) нет ни одного перехода между магнитами (противопложной намагниченности), либо их сразу два (для тех двигателей у которых магнитов больше чем пазов).

Abos

[user]SolarRay[/user]! Для того, чтобы получить постоянный (или близко к нему) момент, нужно иметь не менее двух обмоток (катушек). Эти катушки должны быть сдвинуты В ПРОСТРАНСТВЕ на определенный угол. Токи, протекающие по этим катушкам, тоже должны быть сдвинуты ВО ВРЕМЕНИ на тот же самый угол, называемый фазой.
Если Вы используете 2 кольцеобразных катушки, или 2 однофазных двигателя, то сдвиг в пространстве можно осуществить при помощи 2-х роторов, как Вы предлагаете. Но, как Вы будете осуществлять сдвиг токов во времени при однофазном питании? Никак! Вот и весь вопрос.

DIVAS

#18
[user]SolarRay[/user],
Если взять два однофазных двигателя, жёстко закреплённых на одном валу со смещением фазы, то это будет уже двухфазный двигатель. А если три - то трёхфазный.
То есть, однофазный двигатель - это одна треть трёхфазного. Просто в трёхфазном двигателе конструкция продумана таким образом, что все три элементарных однофазных двигателя имеют общий ротор, статор и корпус.
Но суть при этом не меняется - каждый элементарный однофазный двигатель в идеальном случае питается непрерывной синусоидой и график крутящего момента этого однофазного элементарного двигателя также имеет форму синусоиды.

Продолжаем рассматривать один трёхфазный двигатель как объединённую систему из трёх элементарных однофазных.

Вы утверждаете, что у однофазного и двухфазного двигателя обмотки работают непрерывно, но если взять три таких двигателя, то почему-то вдруг одна обмотка из трёх обязательно начинает отдыхать два раза по 60 градусов за один магнитный оборот. Почему же, одна и две обмотки работают непрерывно, а при добавлении третьей всё меняется? Что-то тут нелогично.

Впрочем, я понимаю, что именно. Вы исходите из трапецеидального управления, при котором, действительно, в случае соединения звездой одна фаза всегда отключена.

Давайте теперь разберёмся, что можно выиграть, если подать на эту отдыхающую фазу ток и не давать ей отдыхать. Это не сложно, нужно только изменить алгоритм работы контроллера.
Как Вы сами уже заметили, мертвые зоны в любой однофазной магнитной системе есть - это зоны расположения полюсов ротора, когда рассматриваемая обмотка статора не способна создать в них крутящий момент.
Но так ли малы эти зоны, как Вы их представляете?
Допустим, мы подаём в обмотку ток и он создаёт магнитное поле некоторой силы, которое взаимодействует с ближайшими магнитами, стремясь к точке равновесия. Точка равновесия - это когда центр магнита находится строго над центром зуба. Между ними есть некоторое расстояние (магнитный зазор), поэтому мы можем соединить эти две точки отрезком. Это и будет вектор взаимодействия магнитных сил. В точке равновесия он совпадает с радиусом. Крутящий момент создают тангенциальные силы, которые в данный момент равны нулю.
Если слегка отклонить систему от равновесия, то эти линии (радиус, вектор сил магнитного взаимодействия и тангенциальная сила) образуют треугольник, и зависимость тангенциальной силы от угла можно посчитать. Тангенциальная составляющая вектора сил магнитного взаимодействия с увеличением угла увеличивается и при некотором значении угла начинает превышать радиальную составляющую. И вот именно тогда, когда тангенциальная составляющая сил магнитного взаимодействия превышает радиальную - вот именно тогда и нужно подавать в обмотки ток, чтобы получить хорошую эффективность двигателя.

А если подавать ток в обмотку в те моменты, когда тангенциальная составляющая сил близка к нулю, то это приводит лишь к тупому разогреву обмотки, но почти не даёт крутящего момента. Так что, несмотря на то что "мёртвые зоны" на самом деле настолько малы, что они на самом деле "мёртвые точки", но это не значит что рядом с ними из двигателя можно выжать что-то полезное. Соотношение ток/момент в этих мертвых зонах до ужаса неинтересное, поэтому проще в эти периоды одну обмотку тупо отключать, чем тратить ток на её бессмысленный разогрев.


Можно, впрочем, всё тоже самое объяснить через форму ЭДС - в этих мёртвых зонах ЭДС близка к нулю и соответственно в эти моменты обмотка не способна выдать заметную механическую мощность, т.к. мех. мощность равна (ток*ЭДС*КПД) - что ни умножай на ноль, оно нулём и останется. И нет смысла запихивать в обмотку ток - это не приведёт к получению заметной механической мощности, но зато приведёт к большим активным потерям. Именно поэтому трапецеидальные алгоритмы управления БДПТ позволяют одной из обмоток треть времени отдыхать - уж лучше отдыхать совсем, чем жрать энергию в тепло и ничего не делать.
Kugoo M4 Pro 18Ah (2020)

SolarRay

[user]Abos[/user], у каждой катушки свои силовые провода и ключи в контроллере.
Положение ротора определяется с помощью датчиков.
Да, 4 силовых провода, и 8 ключей.
Да, это похоже на четырёхфазник.

DIVAS

Цитата: SolarRay от 27 Фев. 2015 в 00:06
[user]Abos[/user], у каждой катушки свои силовые провода и ключи в контроллере.
Положение ротора определяется с помощью датчиков.
Да, 4 силовых провода, и 8 ключей.
Да, это похоже на четырёхфазник.
Но зачем...? Ведь уже есть трёхфазник, и он отлично работает.
Kugoo M4 Pro 18Ah (2020)

Abos

Цитата: DIVAS от 27 Фев. 2015 в 01:02

Но зачем...? Ведь уже есть трёхфазник, и он отлично работает.

Чтобы контроллер был посложнее.  :-D

SolarRay

[user]DIVAS[/user], у обычного трёхфазного бесколлекторника одна фаза висит в воздухе не из-за мертвых точек (или не только из-за них), а из-за того, что часть (или все) катушек этой фазы будут работать неправильно, например так же как показано вот тут: https://electrotransport.ru/index.php?topic=152.msg740#msg740
Это происходит потому, что количество магнитов и количество пазов, не совпадают, всегда останется кто-то лишний.

Добавлено 27 Фев. 2015 в 01:07

Цитата: DIVAS от 27 Фев. 2015 в 01:02
и он отлично работает.
Можно сделать лучше.

Abos

Цитата: SolarRay от 27 Фев. 2015 в 00:06
[user]Abos[/user], у каждой катушки свои силовые провода и ключи в контроллере.
Положение ротора определяется с помощью датчиков.
Да, 4 силовых провода, и 8 ключей.
Да, это похоже на четырёхфазник.

Трудно... Трудно ловить черную кошку в темной комнате, особенно, если ее там нет...
Конечно, четырехфазник или двухфазник (в зависимости от управления).

Abos

Кидаю чертежики однофазного генератора. Может быть они что-то прояснят?






10 - это кольцеобразные магниты (типа, как у динамика).

mr.Dream

Цитата: SolarRay от 26 Фев. 2015 в 22:29
Если количество пазов равно количеству магнитов, то мертвые зоны сужаются до минимума, практически превращаясь в мёртвые "точки".
В мертвой "точке" КПД будет равен нулю. А в некоторой мертвой зоне, которая будет наверное больше половины периода полуволны, КПД будет меньшим 50%. Общий КПД системы сильно снижается, да еще и движение "рывками".
Посчитайте сами. Если за 0 градусов электрического оборота мы возьмем пик ЭДС мотора, то при повороте на 45° ЭДС будет уже 0,707 от пика, а при 60° уже половина. В столько раз уменьшается тяга в том участке при одинаковом токе. Дальше использование участка этого уже не эффективно очень, можно считатьь метвой зоной. В трехфазном же бесщеточном двигателе за один оборот фазы коммутируются 6 раз. То есть, каждые 60 градусов, по 30 грудусов "вокруг" пика ЭДС, где ЭДС меняется от 1 до 0,866, как и коэфициент тяги в этой точке.
Вот если взять десять однофазных моторов, соединить на одном валу со сдвигом в 36 градусов каждый, то пульсации ЭДС будут всего то 0,987 от пика и КПД такой системы будет превыше всего! Как и вес с ценой  :-D
Кстати, вот по этому сильно многофазные промышленные двигатели со щетками имеют высокий КПД, хотя и не все обмотки используются.

DIVAS

#26
Цитата: SolarRay от 27 Фев. 2015 в 01:05
Это происходит потому, что количество магнитов и количество пазов, не совпадают, всегда останется кто-то лишний.
А если рассматривать два однофазника, то там не треть, а аж половина катушек будет отдыхать.

И я, и [user]mr.Dream[/user] уже пояснили, почему. Есть такие угловые интервалы положения ротора, когда запихивание тока в обмотки не приносит пользы. Хоть килоАмпер туда запихай, обмотка раскалится как утюг, а крутящего момента почти не выдаст. Эти интервалы есть у любого двигателя, и у любого двигателя функция момента, создаваемого одной магнитной фазой, имеет примерно синусоидальную зависимость от магнитного угла. Чтобы повысить КПД системы, приходится отключать обмотки, потому что работа обмоток в этих интервалах неэффективна.
И хоть сколько однофазных элементарных двигателей возьмите, всё равно каждый из них будет в течение какого-то времени отдыхать, и в сумме примерно одна треть..половина обмоткочасов будет незадействована.
То есть, задействовать-то их конечно можно, но Вы получите +30...+100% к нагреву и +1% крутящего момента, т.е. КПД системы от этого только сильно ухудшится. Зачем ухудшать КПД системы?

В трёхфазных БДПТ, кстати, магнитных фаз далеко не всегда три. Их может быть любое количество. Например, у меня есть двигатели с 9 магнитными фазами (56/63) и с 51 магнитной фазой (46/51). При таком соотношении магнитных/электрических фаз эти двигатели имеют трапецеидальную форму ЭДС и хорошо подходят для работы с обычными контроллерами, которые выдают трапецию.

В общем, [user]SolarRay[/user], Вы гонитесь за каким-то ненужным призраком - за полным использованием железа, но при этом хотите принести в жертву КПД. А зачем?
Kugoo M4 Pro 18Ah (2020)