Как работает синхронный бесщёточный двигатель

[zap]

Поможите неграмотному понять .

Вот картинки из интерактивной анимации BLDC двигателя. На левой картинке статор соединён звездой (меню BLDC motors -> Block Star), на правой - треугольником (Block Delta).



Сначала про левую картинку. Мне непонятно, почему два полюса имеют "северную" намагниченность, а два - "южную". Было бы эффективнее ведь, если бы один полюс притягивал (тот, который по направлению вращения) а один - отталкивал (тот, который против направления вращения).

В теме про SRM двигатель вроде говорили, что в SRM, в отличие от BLDC, используется только эффект притяжения, поэтому габаритная мощность BLDC всегда выше. Так вот, на картинках выше я в упор не вижу работы магнитов на отталкивание.

И более того, если исходить из того, что форма напряжения подаваемую на каждый электромагнит должна иметь форму противо-ЭДС, но со сдвигом на 120 градусов, то анимация правильная - если проследить за отдельным электромагнитом, он как раз и проходит через грубую синусодиу за один период вращения. Тогда о каком отталкивании можно говорить?

С другой стороны, если электромагнит резко сменит полярность после прохождения ротором его оси, это как раз даст эффект "толкания" ротора в правильном направлении (параллельно с "притягиванием" ротора к следующему полюсу). Но тогда форма напряжения на электромагните должна иметь резкий перепад с максимально положительного на максимально отрицательный, тогда о синусодиде и говорить смешно. Получается, максимально эффективное управляющее напряжение на фазных обмотках должно иметь вид некоей скруглённой "пилы" с плавными (повторяющими форму противо-ЭДС) взлётами и резким падением? Иначе ведь получается, что пол-такта электромагнит тянет ротор "вперёд", а пол-такта - "назад" (хоть и слабее электромагнитов "по курсу")?

Не понимаю.

[i]

Когда полюс далеко от магнита, нужно давать больше тока, когда он близко, та же сила достигается меньшим током, а когда они напротив друг друга, ток вообще не нужен, так как исчезает тангенциальная составляющая взаимодействия, остаётся только радиальная.
Таким образом когда ЭМ между двумя магнитами, ток должен достигать своего максимума и спадать по мере приближения к одному из них.
ИМХО

[zap]

То есть в анимации по ссылке ротор должен быть сдвинут на эээ... 120 градусов?
Потому что получается, что при подходе полюса ротора к оси катушки в катушке ток должен уже приближаться к нулю...

[i]

Не уверен.
Там нарисовано вращающееся магнитное поле и ротор позиционируется по его пучности. Всё логично.
У меня тоже всё логично (с моей точки зрения)... вот и надо выяснить "где собака порылась".

[nikvic]

Когда полюс далеко от магнита, нужно давать больше тока, когда он близко, та же сила достигается меньшим током,...

Эдак Вы КПД напрочь испортите
В идеале ток должен быть пропорционален противоЭДС (синусный контроллер со сдвигом "на самоиндукцию").
Правая, для звезды, нарисовано невнятно. Там задейстованы все 6 катушек, но одна обмотка "сильная", две другие  "слабые" - для каждого момента при китайском управлении.
====
Откуда взята анимация? Хрень какая-то...

Положение магнита на левом рисунке соответствует моменту отключения катушек на 12 и 6 часов и включению катушек на 10 и 4 часа. Катушка 2-8 часов - в середине своего рабочего "полуцикла".

[i]

Эдак Вы КПД напрочь испортите

Не уверен. Питать током бесполезную в данный момент катушку тоже "деньги на ветер".
И ещё мне не понятно в какой момент противоЭДС имеет максимум, когда катушка проходит между магнитами или когда магнит над ней?
Мне представляется, что когда катушка точно под магнитом, то её небольшой сдвиг не изменит магнитный поток, то есть dФ/dt=0. А когда она проходит между магнитами, т.е. она находится в магнитном поле обоих магнитов, то её малый сдвиг заметно изменит поток и dФ/dt будет максимальным....
Хотя тут у меня туман  .. где-то я чего-то недопонял.

[zap]

Ага, сороконожка тоже думала, что умеет ходить, пока не задумывалась как ей удаётся так синхронно двигать все 40 ног...

В идеале ток должен быть пропорционален противоЭДС (синусный контроллер со сдвигом "на самоиндукцию"). Положение на левой картинке соответствует именно такому моменту.

Но ведь на левой картинке момент, воздействующий на ротор практически уравнивается правым и левым магнитом. Ротору и без того хорошо, зачем ему вращаться? Вот если бы его тянули в однй сторону, а с другой стороны хворостинкой... было бы в самый раз.

Как я понимаю рисунок, там нарисована катушка в состоянии равновесия. После этого первая катушка отключается, а третья включается, в результате точка равновесия смещается на 60 градусов и цикл повторяется.

Но я в упор не вижу работы сил отталкивания, только работу сил притяжения. "Но Холмс, но как?".

[i]

  Именно так. А чё делать-то?

[zap]

Думать, пока не поймём

[Babylon4]

Думать, пока не поймём

  Если рассматривать не 6 (это больше напоминает шаговый двигатель, на что даны ссылки в начале топика) а 3 обмотки будет проще понять суть работы двигателя, ещё нужно учитывать то, что когда магнит находится под включенной катушкой , крутящий момент равен 0... 

[i]

А если вернуться к истокам, к токовой рамке в магнитном поле, то ещё проще разобраться.
На левом рисунке есть силы Ампера (направление определил по правилу левой руки) создающие крутящий момент, а так как движущийся проводник пересекает магнитные линии, то возникает противоЭДС.
На правом рисунке, силы Ампера те же, но крутящего момента нет. проводники скользят вдоль силовых линий и, следовательно, ЭДС в рамке не наводиться.

[zap]

Извиняюсь за небольшое отклонение от генеральной линии, но глядя на левый рисунок в первом посте внезапно вспомнили, как пару лет назад мы ломали копья по вопросу - смещены ли датчики относительно полюсов статора или нет. Так вот, ответ на лице - смещены, и именно на 30^o (обратите внимание на расположение датчика HA относительно фазы U - он на 30^o сдвинут относительно "южного" полюса фазы - потому что датчик Холла униполярный, а значит срабатывает по "южному" полюсу магнита).

А при подключении обмоток в треугольник датчики нарисованы со смещением в 60^o.

[nikvic]

Когда полюс далеко от магнита, нужно давать больше тока, когда он близко, та же сила достигается меньшим током,...

Эдак Вы КПД напрочь испортите
В идеале ток должен быть пропорционален противоЭДС (синусный контроллер со сдвигом "на самоиндукцию"). Положение на левой картинке соответствует именно такому моменту.

Правая, для звезды, нарисовано невнятно. Там задейстованы все 6 катушек, но одна обмотка "сильная", две другие  "слабые" - для каждого момента при китайском управлении.
====
Положение магнита на левом рисунке соответствует моменту отключения катушек на 12 и 6 часов и включению катушек на 10 и 4 часа.

[i]

А теперь в рамку вставим сердечник.
Магнитные линии искривлять не стал, так как смотрим на силу Ампера (влияние магнитного поля на проводник с током), а не на взаимодействие магнитных полей (там картинки страшненькие получаются, а результат то же).

[i]

И в завершение рассуждений вывернем полученный мотор, как это сделано в МК. Позиции проводников и сердечника относительно магнитов сохранены.

Можно добавить две и три обмотки, но это только усложнит понимание и даст возможность запутаться. Поэтому давайте для начала разберёмся с однофазным мотором.

[zap]

Нарисовал небольшую анимацию так, как я понимаю на текущий момент.
Датчики Холла таки получились по центру фазных электромагнитов.

http://youtu.be/zDkFnQSQuFQ

Но эта картинка полностью противоречит картинке в первом сообщении этой темы.
Тут работает и притягивание, и отталкивание, и датчики Холла находятся совсем в других местах, нежели там нарисовано.

И получается, что нерабочий сегмент траектории зубца располагается как раз на том участке, где он пролетает мимо одного из полюсов. Если в формуле ниже альфа это угол между (грубо говоря) зубцом и осью магнита, тогда всё понятно.

[VladimirA]

Нарисовал небольшую анимацию так, как я понимаю на текущий момент.
Датчики Холла таки получились по центру фазных электромагнитов.

Помоему именно так и надо рассматривать работу БЛДС, когда зазор между полюсами небольшой.
Например на первом рисунке, если взять ротор круглого сечения или с широкими полюсами (например на 2-2,5 катушки), тогда переключение катушек "звезды" даст и тягу и отталкивание.

[zap]

На первом верхнем рисунке даже если сделать магнит в виде круга (ориентированного ровно так, как там нарисован палкообразный магнит), всё равно никакого отталкивания не будет.