Как работает синхронный бесщёточный двигатель

[zap]

Блин, оказывается сумма вообще любых синусов с одинаковым периодом даёт в любом случае на выходе синус с этим же периодом.
Амплитуда складываемых синусов, их сдвиг по фазе абсолютно неважен для формы результата - всё равно на выходе получаем синус.
То есть, можно предположить, что при движении зубцов мимо магнитов возникают ещё какие-то гармоники, кроме основной частоты (вращения), иначе ЭДС любого двигателя всегда бы был синусоидальным. Каков их источник?

[nikvic]

Блин, оказывается сумма вообще любых синусов с одинаковым периодом даёт в любом случае на выходе синус с этим же периодом.

Неужели про ряд Фурье вспомнили? Или про то, что сумма комплексных чисел - комплексное число?

[VladimirA]

Я думаю, в Вашем случае дело было в чём-то другом, но не в синусности контроллера. Возможно, датчик положения был неправильно установлен (возможна ошибка на 30 градусов), или просто потери мощности на ключах были большие при рабочем токе итд. Хотя не исключено, что форма противо-ЭДС у того двигателя была уж слишком несинусоидальной. Но это не случай мотор-колеса, здесь мы видим практически классическую синусоиду.

Насколько я знаю, с максконтроллером нет особой разницы при синусном или трапецевидном управлении. Во всяком случае такую кардинальную разницу, как 20% по КПД уж точно бы заметили, насколько я знаю несколько контроллеров активно тестируются добровольцами.

Мы тоже так решили. Уж больно большие потери.
Это было года три назад. Контроллер на 10кВт поставлялся со своим датчиком положения (что-то типа сельсина, одеваемого на вал). Стоимость чуть более 4000 долларов.
При первом включении делал пол-оборота для определения положения вала.
А вот родной был классический трапицеидальный бездатчиковый. Роль датчика выполняла незапитанная в данный момент обмотка.

[VladimirA]

Тут еще раз пораскинул мозгами. В БЛДС, где количество магнитов ротора больше катушек статора, ротор вращается в ту же сторону, что и магнитное поле статора. Хоть и при синусном,
хоть и при "трапеции" (считай шаговом режиме, где шаг не доходит до конца).
А при меньшем количестве магнитов чем катушках статора - в обратную сторону!
Ну, при "шаговом" режиме все понятно - с шагами и треском переключения (шумом).
А при синусном? Как магниты ротора могут крутится против вращения магнитного поля статора?
(и откуда взялся этот 21% потерь при полной мощности?).

"Не так все просто в королевстве Датском..."

[nikvic]

Тут еще раз пораскинул мозгами. В БЛДС, где количество магнитов ротора больше катушек статора, ротор вращается в ту же сторону, что и магнитное поле статора. Хоть и при синусном,
хоть и при "трапеции" (считай шаговом режиме, где шаг не доходит до конца).
А при меньшем количестве магнитов чем катушках статора - в обратную сторону!

У Вас неправильное представление о вращении магнитного поля.

Выкиньте магниты из рассмотрения вообще - получите "бегущую волну" магнитного поля, шаг (длина волны) которой зависит от соединения обмоток в фазы. Это соединение (описывается как слово из букв ABCabc) подбирается так, чтобы шаг совпадал с шагом магнитов.

[av-master]

VladimirA
тут нарисованы оба варианта.
https://electrotransport.ru/index.php?msg=173864

[Abos]

VladimirA
тут нарисованы оба варианта.
https://electrotransport.ru/index.php?msg=173864

Ба! Так то ж - мои рисуночки! 

[VVK]

А меня вот какой вопрос мучает...
Тут на форуме неоднократно упоминается такое понятие, как фазный ток. И народ пишет, что вроде бы он должен многократно превышать батарейный. Даже вроде-бы контроллеры отдельно его ограничивают. Какие-то сомнения у меня по этому поводу, но я не спец по BLDC.
Вот как я рассуждаю. Для наглядности я взял такую картинку:

Допустим, в какой-то момент запитаны обмотки a и b (цикл 1, + батареи подключен к A, - к B). Для простоты будем считать заполнение ШИМ 100%. Через эти обмотки течет нарастающий ток, сила которого пусть будет I1. В следующем цикле (цикл 2) фаза A отключена и, уже спадающий ток I1  будет течь через обратный диод нижнего ключа фазы A. При этом фаза С подключена к + батареи. И к току I1 (который течет через катушки a и b) добавится нарастающий ток (назовем его I2) через катушки c и b.
Таким образом, через катушку b будет протекать одновременно ток I1 и I2. Т.е. через фазу B ток будет сильнее, чем через батарейный провод. Но насколько? Как я понимаю, в начале цикла 2 фазный ток будет почти равен батарейному току в конце этого цикла. Возможно где-то в середине цикла их сумма и превысит максимальный батарейный, но вряд-ли это превышение  будет сильным.
Что скажут спецы по движкам? Зачем делать отдельное ограничение фазного тока?

[nikvic]

Для простоты будем считать заполнение ШИМ 100%. ...
Что скажут спецы по движкам? Зачем делать отдельное ограничение фазного тока?

Спецы обратят внимание, что для ШИМ 100% фазный ток равен батарейному (оба считаются как средние токи).
Может быть, добавят, что для ШИМ 20% фазный в 5 раз больше батарейного.

[VVK]

Может быть, добавят, что для ШИМ 20% фазный в 5 раз больше батарейного.

Это очень интересный момент. Как я себе представляю, батарея в момент импульса ШИМ отдает энергию обмотке. Когда импульса нет, обмотка замкнута и через нее течет спадающий ток, т.к. она замкнута через обратный диод. Как ток может стать больше, чем он был в момент окончания импульса?

[mr.Dream]

Как ток может стать больше, чем он был в момент окончания импульса?

А он и не больше. По амплитуде. Он по периоду дольше. Когда батарея уже не питает обмотку, ток в обмотке статора еще продолжает течь в тому же направлении. И эсли продифференциировать....
Проще говоря, при заполнении ШИМ 20% батарейный ток греет провода питания 1/5 периода, а "фазный" почти весь период.

[nicolia]

Хотел бы внести немного теории:
1. BLDC - это синхронный двигатель с постоянными магнитами. Чаще всего неявнополюсный. (это когда зазор по магнитной оси ротора и перпендикулярно ей одинаковые). оборудован датчиками положения ротора.
    SLR - Это реактивный синхронный двигатель (без возбуждения). Он может быть только явнополюсным.

2. n-фазная обмотка статора при питании n-фазным током образует вращающееся магнитное поле. Чаще всего количество полюсов магнитного поля статора и магнитного поля ротора совпадают.

3. Момент создаваемый синхронным двигателем состоит из двух составляющих (формула многоэтажная по этому по памяти не помню). Первая составлающаяя образуется взаимодействием магнитного поля статора и магнитного поля ротора (т.е. чем больше напряжение мы подаём на обмотку и более "сильные"  магниты мы поставим тем выше эта составляющая), вторая составляющая образуется из-за несиметрии магнитных зазоров по продольной и поперечной магнитным осям ротора (т.е. чем явнополюсная машина тем эта составляющая выше) и эти две составляющие умножаются на синус угла между осью магнитного поля статора и магнитного поля ротора (по этом - да, если полюс ротора будет находится под обмоткой с  током, как на первом рис. момента такой двигатель создавать не будет).
Максимальный момент будет при угле в 90 гр. Но на практике расчётное значение порядка 30гр. чем собственно и обусловлено положение датчиков холла. так как при 90гр любой скачек нагрузки приведёт к срыву синхронизации и выпадению машины из синхронизма.

4. Трёхфазная обмотка.  Для обеспечения максимального момента обмотку нужно питать 3хфазным СИНУСОИДАЛЬНЫМ(!!!!!) напряжением.
Во первых любые не синусоидальности при разложении в ряд Фурье дают туеву хучу высших гармоник (которые греют, мешают крутится, вызывают вибрации ротора). Во вторых (и это во первых ))) при таком питании ток протекает во ВСЕХ обмотках и все обмотку участвуют в формировании кругового магнитного поля машины без провалов, скачков и мёртвых зон. К сожалению формирование трёхфазного напряжения технически более сложно, по этому в приводах малой мощности чаще всего ограничиваются прямоугольным ступенчатым напряжением.

5. Момент машины НЕ ЗАВИСИТ от схемы соединения обмотки двигателя (Y/D) При треугольнике у вас линейное напряжение в корень из трёх раз меньше, а линейный ток во столько же раз больше. те мощность  и момент не меняются.

6 При работе, от АКБ, течёт так сказать, только активная составляющая тока статора (нагрев всех и вся, звуки, вентиляция, полезная работа на колесе),
   В фазе статора протекает ещё и реактивная составляющая, которая замыкается через транзисторы и диоды инвертора (У меня был опыт когда на входе в преобразователь частоты было 50 А, а на выходе 200.)

(блин в одном посте надо было теории впихнуть, которой нас пол года в универе мучали))))

[nikvic]

Максимальный момент будет при угле в 90 гр. Но на практике расчётное значение порядка 30гр. чем собственно и обусловлено положение датчиков холла. так как при 90гр любой скачек нагрузки приведёт к срыву синхронизации и выпадению машины из синхронизма.

4. Трёхфазная обмотка.  Для обеспечения максимального момента обмотку нужно питать 3хфазным СИНУСОИДАЛЬНЫМ(!!!!!) напряжением.

Слишком  безапелляционно. "Срывы" происходят у асинхронников (зависимость момента от смещения), число фаз может быть любым. В идеале - своя у каждого зуба

[zap]

По-моему человек имеет в виду, что при трапецеидальном управлении ток в фазу надо подавать с небольшим запозданием относительно позиции зубца "ровно меж двух полюсов" (90^o) т.к. если зубец может захотеть "поехать назад" при малейшем отклонении от 90 градусов в неправильную сторону. В простейшем случае проще сделать задержку на 30 градусов, что обусловлено наличием трёх датчиков Холла можно сделать и меньше, тогда момент вырастет (но и биения момента тоже).

[nikvic]

По-моему человек имеет в виду, что при трапецеидальном управлении ток в фазу надо подавать с небольшим запозданием относительно позиции зубца "ровно меж двух полюсов" (90^o) т.к. если зубец может захотеть "поехать назад" при малейшем отклонении от 90 градусов в неправильную сторону. В простейшем случае проще сделать задержку на 30 градусов, что обусловлено наличием трёх датчиков Холла можно сделать и меньше, тогда момент вырастет (но и биения момента тоже).

Человек явно не в теме: он связывает сигналы Холла с необходимостью (которой нет) угла в пределах 30гр. между полем статора и ротора.

Как известно, желательно опережение (с ростом скорости), а не отставание.

Сигнал на переключение даётся в момент, когда на одной из 2-х подключённых катушек ЭДС максимальна,  а на второй, отключаемой, ЭДС упала до половины от макс.

Никаких "желаний" у зубцов ехать в этот момент назад нет.

[бурелом]

[/quote]Слишком  безапелляционно. "Срывы" происходят у асинхронников (зависимость момента от смещения), число фаз может быть любым. В идеале - своя у каждого зуба
[/quote]Ты все учишь других тому что сам не знаешь.

[killer258]

Раз уж такая тема интересная, (собираюсь написать самодельную прошивку, поскольку писать программы для микроконтроллеров умею), то хотелось бы , чтоб кто-нибудь  из знающих людей рассказал хотя бы в общих чертах, как работают  бездатчиковые контроллеры. Такие тоже есть. Я однажды разбирал винчестер, и обнаружил, что у привода жёсткого диска нет датчиков холла! И при всём при этом  всё-таки оно вертится. Да ещё как! И причём из неподвижного состояния всегда уверенно стартует в нужную сторону, а не в случайную.

[anatoli_nik]

Вот AVR444 все описано.