Принцип работы контроллера BLDC с блочной коммутацией.

Автор T-Duke, 28 Март 2016 в 11:11

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

T-Duke

Цитата: clawham от 28 Март 2016 в 12:40
Да то что вы насимулировали и должно быть. но по факту неразрывный ток появляется с заполнения в 50-70% а значит бОльшую часть времени верхний полевик тоже участвует.
Неразрывный ток индуктивности - это когда он никогда не падает до нуля за период ШИМ. На графике это видно. Включение верхнего ключа, дает просто накачку индуктивности порцией энергии. Ничего там не разрывается. Даже если верхний ключ включается на 1мкс, а период ШИМ 100мкс, никаких разрывов нет.


Видино, что верхний ключ включается на очень короткое время и не успевает сильно накачать индуктивность. А в период когда ключ выключен, ток в цепи поддерживается только за счет индуктивности. И если величина индуктивности достаточна, ток не падает до нуля. Это и называется режимом неразрывных токов.

Разрывный режим токов, появляется только тогда, когда величина индуктивности ниже критической при заданной частоте ШИМ:


Видно, что индуктивность уменьшена в 10 раз и ток успевает упасть до нуля. Это режим разрывных токов. Все эти вещи описаны в любой хорошей книге по силовой электронике.

А на счет китайских контроллеров я в курсе как там все сделано. Там мертвое время реализовано тупо включением большой емкости к затвору нижнего ключа. Но это китайцев не беспокоит, итак все работает. И даже такое извращение не меняет принципов работы схемы, все обстоит именно так как показывает симулятор. В реальной схеме добавляются еще ВЧ-колебания от паразитных элементов.

Для тех, кто не понимает и путает 6 шаговый метод со синусоидальной модуляцией посредством изменения скважности ШИМ, напомню - в этой теме обсуждается блочный режим работы, который не может быть симметричным из-за разных по величине токов верхних и нижних ключей. Симуляции это доказывают. Кто не верит, пусть впаяет шунты в блочный контроллер и проверит. Переменный ток (вернее его грубое шестишаговое подобие) в блочном контроллере получается не изменением ШИМ на ключах, а переключением полумостов. Которые работают на разные обмотки и это и создает вращающееся поле в статоре с дискретностью 60градусов. Частота вращения поля в двигателе, соответствует частоте переключения полумостов. А заполнение ШИМ зависит только от ручки газа, а не от позиции ротора. Блочный режим это не синусоидальный. Тут все по другому. Основание моей правоты в том, что я на практике проверил то, о чем говорю. Кто-то пытается притянуть за уши векторную модуляцию к случаю блочной коммутации, совершенно не понимая что это разные оперы.

Короче, как хотите, разбирайтесь, набирайтесь опыта, когда-то поймете. Тут мне рот уже затыкают, мой тон не нравится. На сем считаю тему исчерпанной. Спасибо за внимание.

on4ip

Что то вы дуже нервный, проще надо быть.
Разговор то мы начали как раз в теме векторного контроллера с SVPWM.
Лучше расскажите про бездатчиковую серву, вот что самое то интересное.
В жизни все не так, как на самом деле.

clawham

в вашей симуляции нет движущегося магнита рядом с катушкой! он сам неплохо накачивает индуктивность энергией первую половину полуволны и потом отнимает энергию(а точнее магнитный поток) на обратной стороне полуволны. Ну и теория теорией а вот ну реально я ещё год назад проводил слепой по сути тест - два разных радиатора - на одном три верхних полевика а на втором - три нижних через прокладки. итог - они оба нагреты были одинаково.разницу в 20 и 30 ватт выделяемой мощности я бы очень быстро заметил. но этого не произошло. речь об обычном контроллере китайском без драйверов.
В любом случае я себе в силу заложил 4 нижних ключа то220 и 3 верхних то220. и нормальные драйвера.

а как вы калибровку холлов делаете если у вас нет начальной точки отсчета?
1)8FUN SWXK 250w24V@17A48V 13S4P LGD1, China kontr
3)MXUS 3000 @90A80V LiFePo 20Ah 25S, Nucular 12F
Telegram @clawham

VasiliSk

#21
Цитата: T-Duke от 28 Март 2016 в 13:18
Для тех, кто не понимает и путает 6 шаговый метод со синусоидальной модуляцией посредством изменения скважности ШИМ, напомню - в этой теме обсуждается блочный режим работы, который не может быть симметричным из-за разных по величине токов верхних и нижних ключей. Симуляции это доказывают. Кто не верит, пусть впаяет шунты в блочный контроллер и проверит.
У меня блочный контроллер уже с шунтом. с симметричным режимом. работает и в ус не дует. Вы уж поймите что управление никак не связано с самим режимом комутации. Скриншоты сделаю, покажу. Причина и следствие у вас перепутаны местами. Среднеквадратичные токи разные вследствие того что шимим верхним ключем, а нижний всегда на земле. Если симметричный шим делать то среднеквадратичные токи будут одинаковые. Хоть трапеция, хоть синус, хоть вообще пила. неважно.

T-Duke

Цитата: VasiliSk от 28 Март 2016 в 14:25
У меня блочный контроллер уже с шунтом. с симметричным режимом. работает и в ус не дует. Вы уж поймите что управление никак не связано с самим режимом комутации. Скриншоты сделаю, покажу. Причина и следствие у вас перепутаны местами. Среднеквадратичные токи разные вследствие того что шимим верхним ключем, а нижний всегда на земле. Если симметричный шим делать то среднеквадратичные токи будут одинаковые. Хоть трапеция, хоть синус, хоть вообще пила. неважно.
Ну ведь режим-то другой. Здесь речь идет о простом блочном режиме, когда нижние ключи сидят на земле на весь период между тиками холлов.

Несимметричный режим предусматривает более изощренную манипуляцию ключами, когда чоппинг производится как между землей, так и между шиной питания. Да, тогда будет все симметрично по тепловым нагрузкам. Но это только изощрение для выравнивания тепловой нагрузки. Факта принципа действия чоппера это не меняет. Фазный ток выше батарейного в N раз. Но фазный ток переключается то на на один из нижних ключей, то на один из верхних. Решение с бОльшим количеством ключей внизу лучше, потому, что большие фазные токи, всегда гарантированно проходят через толстые нижние ключи.

А в случае изощренной манипуляции ключами, потери в них  выше чем в несимметричном решении, когда в нижних плечах полумостов устанавливают больше ключей.

А про шунт я говорил в другом понимании, чтобы проверить разницу в токах - выпаять два ключа и включить их через шунты, затем подать сигналы с шунтов на два канала осцилла и сравнить. И все станет ясно.

Решение с нессиметричным числом ключей, применительно ко блочной коммутации лучше. Если непонятно почему, нарисую пути тока и опишу недостатки изощренной схемы манипуляции ключами. С равномерным распределением ключей по плечам.

clawham

Да лучше лучше. кто ж спорит. но с многими оговорками :)

А ещё есть прием шимить сразу обеими полевиками и нижним и верхним - тогда один-в-один нагрузка получается вообще. и потери и обратный ток индуктивности и динамика. я так тоже пробовал - особой разницы не заметил и выкинул эту идею оставив цепь выключения всех полевиков на откуп защите
1)8FUN SWXK 250w24V@17A48V 13S4P LGD1, China kontr
3)MXUS 3000 @90A80V LiFePo 20Ah 25S, Nucular 12F
Telegram @clawham

T-Duke

Не знаю какие здесь могут быть оговорки. Тепловая нагрузка будет одинаковая, а тепловые потери на ключах будут выше, чем у контроллера с несимметричным расположением числа ключей.

Под батарейным током я понимаю средний ток текущий через батарею. Под фазным током, я понимаю средний ток текущий через обмотки двигателя. Это для избежания путаницы.
Вот примерное объяснение режима выравнивания тепловой нагрузки:

Ключ Q5 включен на весь период ШИМ, или даже на несколько периодов. ШИМ подается на Q0, ток течет как показано на рисунке. При чем через Q0 течет только батарейный ток.


Когда Q0 выключился, ток начинает течь как на рисунке ниже:


Q0 теперь отдыхает, ток течет через другие ключи. Но среднее значение этого тока равно фазному и может быть во много раз выше батарейного. Основные потери проводимости будут на ключах Q1 и Q5 по причине высокого среднего тока.

Затем ситуация меняется на обратную. Теперь ключ Q0 включен постоянно на один или несколько периодов ШИМ, а ШИМ подается на ключ Q5. Батарейный ток снова протекает через Q0 и Q5:


Но когда Q5 выключится, ситуация резко поменяется:



На этот раз через Q0 протекает не только батарейный ток, но и фазный ток. Основные потери будут выделяться на ключах Q0 и Q4, по причине того, что через них проходит большой средний фазный ток.

Такой режим чередования, только лишь выравнивает тепловую нагрузку на ключи. Но по КПД он заведомо проигрывает несимметричному контроллеру у которого простая схема коммутации и в нижних плечах стоят толстые ключи, на которых потери от больших фазных токов меньше.

clawham

попробуйте во второй фазе вырубать вообще все полевики!

Демпфирование нижним полевиком дает сильный тормоз на низких скоростях - вот тут как-раз и можно проследить когда обратный ток фазы непрерывен! Я пробовал так и даже при малейшем шиме с горки чувствуется такой тычек тормозного усилия что ну его. Ведь если посмотреть на эту тактику переключений с другой стороны представив обмотку всетаки не просто катушкой а катушкой последовательно с источником ЭДС то вы тут же заметите что закорачивание фаз на общую шину земли или питания это не что иное как бустерный режим а когда вы разные полевики из разных полумостов включаете - вы эмулируете диод верхний - тоесть получается четкая зависимость скорости от положения ручки и если разогнаться до 50% максималки и сбросить газ до 5% то тут же получим рекуперацию :) это неудобно и так не делают :)

Но вот попробуйте прикинуть схему где отключаются все полевики на нижнем состоянии ШИМа - и нижний и верхний. Тут же прийдёт понимание что тогда даже в режименепрерывности фазного тока греться будут оба полевика одинаково.

Ваша схема удобна для сервоприводов ибо не нужно тратить ток на торможение - оно само собой получается ещё и часть энергии в батарею возвращается. Но это никак не для электротранспорта - пробовал и знаю что это такое :) даже на редукторнике с фривилом такой тип комутации жуть как перерасходует батарейку и греет мотор.
1)8FUN SWXK 250w24V@17A48V 13S4P LGD1, China kontr
3)MXUS 3000 @90A80V LiFePo 20Ah 25S, Nucular 12F
Telegram @clawham

T-Duke

Цитата: clawham от 29 Март 2016 в 08:26
попробуйте во второй фазе вырубать вообще все полевики!
Но вот попробуйте прикинуть схему где отключаются все полевики на нижнем состоянии ШИМа - и нижний и верхний. Тут же прийдёт понимание что тогда даже в режименепрерывности фазного тока греться будут оба полевика одинаково.
Как это отключать все полевики? Нарисуйте пути тока, не могу понять о чем вы.

Цитата: clawham от 29 Март 2016 в 08:26
Демпфирование нижним полевиком дает сильный тормоз на низких скоростях - вот тут как-раз и можно проследить когда обратный ток фазы непрерывен! Я пробовал так и даже при малейшем шиме с горки чувствуется такой тычек тормозного усилия что ну его. Ведь если посмотреть на эту тактику переключений с другой стороны представив обмотку всетаки не просто катушкой а катушкой последовательно с источником ЭДС то вы тут же заметите что закорачивание фаз на общую шину земли или питания это не что иное как бустерный режим а когда вы разные полевики из разных полумостов включаете - вы эмулируете диод верхний - тоесть получается четкая зависимость скорости от положения ручки и если разогнаться до 50% максималки и сбросить газ до 5% то тут же получим рекуперацию :) это неудобно и так не делают :)

Ваша схема удобна для сервоприводов ибо не нужно тратить ток на торможение - оно само собой получается ещё и часть энергии в батарею возвращается. Но это никак не для электротранспорта - пробовал и знаю что это такое :) даже на редукторнике с фривилом такой тип комутации жуть как перерасходует батарейку и греет мотор.
Демпфирование чего? Демпфируются гармонические процессы, путем диссипации энергии. Как это демпфирование? Отбор энергии бустерной схемой?

Дельше, ток фазы всегда непрерывен. Прерывать ток фазы это просто изобретать велосипед, не зная как это делается правильно. Зачем вообще что-то прерывать.

То что вы описали - это основной принцип работы бустерной схемы. Ибо как вы выразились "малейший ШИМ", это максимальный коэффициент бустинга. Это же очевидно. Вы снова и снова рассказываете принцип бустинга в своем понимании. Зачем? Это же очевидные вещи. Я о них раньше писал, вы снова повторяете на свой манер. При синхронной работе верхнего и нижнего ключа идет автоматический переход в рекуперацию, как только двигатель перейдет в генераторный режим. Для этого достаточно чтобы ротор начал вращаться чуть быстрее чем это задано ручкой газа.  Это же очевидно из принципов работы бустерной схемы. Вы рассказываете о бустерном режиме в стиле "две фазы коротятся вместе" Можно и так называть, сути это не меняет. Я уже это описывал раньше. Когда нижний ключ срабатывает, генераторная ЭДС вращающегося ротора накачивает индуктивность обмоток током, в ней запасается энергия. Когда нижний ключ закрывается, накопленная энергия через верхний ключ (или при неэффективной схеме через его диод) отстреливается в батарею. И чем больше открыт нижний ключ, тем сильнее этот процесс. Когда на верхнем ключе "малейший ШИМ" на нижнем ключе "мощнейший ШИМ" и сильное торможение.

Дальше, вы описали неуправляемый контроллером процесс, где на человека оставляется управление рекуперацией посредством манипуляций газом. Это не завершенный метод, человеку очень неудобно так тормозить ибо ручкой газа нужно ловить ток торможения и пытаться удерживать его на нужном уровне.  В таком тривиальном методе, человек должен эмулировать работу токового ПИ-регулятора. Поэтому и наблюдаем:
Цитата: clawham от 29 Март 2016 в 08:26
Я пробовал так и даже при малейшем шиме с горки чувствуется такой тычек тормозного усилия что ну его.
тоесть получается четкая зависимость скорости от положения ручки и если разогнаться до 50% максималки и сбросить газ до 5% то тут же получим рекуперацию :) это неудобно и так не делают :)
А кто сказал что так делают? Я это называю тривиальным режимом. Если бы вы внимательнее читали, то что я писал раньше, то увидели бы что я говорил о токовом управлении, которое априори реализовано во векторных контроллерах.  Для этих целей используется автоматическое токовое управление, где ПИ-регулятор (есть такая сущность в ТАУ) сам подстраивает все под нужный заданный ток на двигателе. Короче мы обсуждаем вещи разного уровня. То что вы пробовали - начальный уровень. Когда заинтересуетесь ТАУ и токовым управлением, поймете как тормозить с постоянным заданным моментом, и как регулировать этот момент, чтобы не перелететь через руль катясь с горки и пытаясь тормозить :-)

И это. Для сервосистем как вы предлагаете, этот тривиальный режим еще больше неприемлем. Как раз токовое управление двигателем, при чем высокой динамики там и используется.

VVK

Цитата: T-Duke от 29 Март 2016 в 13:05
Для этих целей используется автоматическое токовое управление, где ПИ-регулятор (есть такая сущность в ТАУ) сам подстраивает все под нужный заданный ток на двигателе.

[user]T-Duke[/user], а как вы думаете, каким током лучше управлять в этом режиме - батарейным или фазным? Я больше склоняюсь к фазному, но было бы интересно узнать ваше мнение.

И еще вопросик: может кто знает, какой алгоритм используется для старта в безсенсорном режиме (чтобы раскрутить двигатель, пока BEMF не появится.) ?  У китайских безсенсорных контроллеров старт вполне неплохо выполняется, мне кажется, что чего-то сильно сложного там быть не должно.


mail

Цитата: on4ip от 28 Март 2016 в 12:39
Советую поучительным тоном не пользоваться.
Цитата: on4ip от 28 Март 2016 в 13:33
Что то вы дуже нервный, проще надо быть.
может человек сам определится как ему себя тут вести, без вашей помощи?

Сразу видно, что человеку собственно заблуждаться. Для упрощения понимания рассмотрим только двигательный режим. Чтобы не писать много, предлагаю для начала ознакомиться с документом от Silicon Laboratories: https://www.dropbox.com/s/clukonargq2dlg3/AN794.pdf?dl=0

Основные варианты это рис. 3 (ШИМ с помощью верхних ключей) и рис. 8 (ШИМ с помощью нижних ключей). Рассмотрим High-Side PWM. Сразу видно, что через нижние ключи протекает больший ток, по сравнению с верхними и ещё накладываются потери на диодах нижних ключей. Без синхронного выпрямления для низких потерь не обойтись и это видно на рис. 9  и 10. Можно и равное количество ключей применить, но при этом нижние MOSFET должны иметь меньшее сопротивление канала. Страшилки про разные токи через внутренние диоды при параллельном соединение ключей не состоятельны, т. к. при правильном проектировании (расположение транзисторов и охлаждение) параллельно соединённые транзисторы имеют практически одинаковую температуру. Вдобавок посмотрите на общий допустимый ток через параллельно соединённые диоды по сравнению со средним током через них.

Есть ещё смешанный вариант, рис. 11, который обеспечивает равномерный нагрев транзисторов.

T-Duke, если некоторые не понимают, что такое трёхфазный понижающий преобразователь со сдвигом фаз, то проводить им лекции можно долго и безрезультатно.

Все возражения принимаются после указания на конкретный вариант работы преобразователя. Более сложные варианты пока не рассматриваем, с этими бы разобраться.

clawham

я и говорю что это ерунда :)

Но одинаковый нагрев диодов в полевиках можно сделать если на нулевом периоде шима отключать не только верхний полевик а и нижний тоже.тогда накачивать ток в обмотки будут 1 и 3 полевики а выдерживать обратный ток индуктивности - 2 и 4 диоды.

я пробовал по-нормальному - ограничивая ток контроллером но так ездить не удобно на директдрайве а на редукторнике с фривилом - бОльший расход получается. хотя да - контроллер греется меньше но больше греется обмотка а она итак на пределе у редукторников.
1)8FUN SWXK 250w24V@17A48V 13S4P LGD1, China kontr
3)MXUS 3000 @90A80V LiFePo 20Ah 25S, Nucular 12F
Telegram @clawham

TRO

Цитата: clawham от 29 Март 2016 в 16:12
я и говорю что это ерунда :)

Но одинаковый нагрев диодов в полевиках можно сделать если на нулевом периоде шима отключать не только верхний полевик а и нижний тоже.тогда накачивать ток в обмотки будут 1 и 3 полевики а выдерживать обратный ток индуктивности - 2 и 4 диоды.
...
Ага, И при этом бОльшая часть энергии накопленной в индуктивности обмотки будет возвращена назад в конденсаторы контроллера через упомянутые те самые два диода. Чето не вижу профита. Может все тки по старинке будем эту энергию только к ЭДС мотора прилагать для движения?

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

VasiliSk

[user]T-Duke[/user], делать усиленные нижние ключи не эффективно по причине цены на эти самые мосфеты и занимаемого места. Вот метод BLDC коммутации с уменьшенными потерями, использующий одинаково и верхние и нижние ключи. Причем кпд в таком режиме коммутации максимален. Как видно (fig. 8) используется схема меняющегося ШИМящего мосфета каждые 60 град(верх-низ). я к этому методу пришел сам, пока делал интегрирование ЭДС мотора, по другому его интегрировать то и не получается..

clawham

будет но так имеется ввиду нижние диоды под нагрузкой все время нулевого шима а если все отрубать транзюки то оба диода будут под нагрузкой, или если как василиск предложил - попеременно менять кого шимить - то тоже один диод но он меняется и потому тоже все равномерно прогреваются
1)8FUN SWXK 250w24V@17A48V 13S4P LGD1, China kontr
3)MXUS 3000 @90A80V LiFePo 20Ah 25S, Nucular 12F
Telegram @clawham

VasiliSk

[user]clawham[/user], см ссылку выше. диоды только в мёртвое время работают (доли мкс) в остальном всегда мосфеты

clawham

я уже писал и об том что только в мертвое время и об том что такой режим это полная лажа по расходу на редукторнике и по удобству пользования на директе, даже если сделать чтоб контроллер не  пытался давать отрицательный ток(рекуперацию исключить подстраивая шим под текущую скорость) всеравно расход БОЛЬШЕ! а накату МЕНЬШЕ! это ФАКТ. я так ездил и может на разгоне оно и эфективнее но по итогу заезда - хуже


Это все по факту демагогия!
Вопрос всетаки бы хотел бы задать и услышать ответ - как принципиально получилось сделать калибровку неравномерности тиков холлов если нет датчика исходной точки раз в физический оборот мотора?
1)8FUN SWXK 250w24V@17A48V 13S4P LGD1, China kontr
3)MXUS 3000 @90A80V LiFePo 20Ah 25S, Nucular 12F
Telegram @clawham

VasiliSk

[user]clawham[/user], а не думали что можно выключать шим когда он не нужен? =) Я у себя разницу в расходе ощущаю только положительную. да и контроллер холодненький всегда