Вопросы по MotorSolve BLDC

[Engineer 2013]

Вот добрался я наконец, до MotorSolve BLDC, замоделировал свой двигатель
https://electrotransport.ru/index.php?topic=19879.msg360247#msg360247

Теперь бы оценить, что является критерием его успешной работы, как разобраться в результатах расчета и понять будет он работать или нет?
Вот получился вот такой график зависимости Момента от Скорости, здесь вроде бы ничего подозрительного, все логично:



Ток несколько странный получился:


Магнитное поле:


Все таки, какую(какие) из характеристик нужно в первую очередь смотреть, чтобы оценить работоспособность и стабильность работы?

[Engineer 2013]

Вот еще что интересно: нигде не нашел, где задается толщина и кол-во пластин сердечников статора/ротора.
Неужели действительно нигде это не учитывается?

[AntonSagdakov]

Если это 2D расчет по сечению, то индукция моделируется без привязки к толщине, а вот итоговый момент и константы электрической машины пересчитываются только с учетом толщины. Ищите, где-то должно быть обязательно.

Судя по графику момента от скорости и предполагаемого размера ЭМ, там что-то типа 1 мм толщина сейчас в расчет взята.

[Engineer 2013]

Если это 2D расчет по сечению, то индукция моделируется без привязки к толщине, а вот итоговый момент и константы электрической машины пересчитываются только с учетом толщины. Ищите, где-то должно быть обязательно.

Судя по графику момента от скорости и предполагаемого размера ЭМ, там что-то типа 1 мм толщина сейчас в расчет взята.

Как таковой толщины пластин не нашел. Есть только Stator/Rotor Stacking factor = t/(t+s), где t - толщина пластины, s - толщина изоляции. (коэффициент заполнения сердечника). Есть еще общая толщина статора и ротора, а вот сама t пластин, похоже никуда не вводится.

[AntonSagdakov]

Так крутящий момент как раз зависит от толщины статора/ротора и коэффициента заполнения, все верно. А от толщины пластин зависят только потери в металле. Но это потери, зависящие от скорости, которые не влияют на максимальный стартовый момент.

По картинке смотрю, индукция в теле максимум 0.7 Тл и то только по зубу, а на тыльной стороне вообще никого нет, такая же история и под магнитами..
У Вас металл в моторе только под обмоткой и все? Какой материал ротора? В смысле той части, на которую крепятся магниты.

[Engineer 2013]

Так крутящий момент как раз зависит от толщины статора/ротора и коэффициента заполнения, все верно. А от толщины пластин зависят только потери в металле. Но это потери, зависящие от скорости, которые не влияют на максимальный стартовый момент.

По картинке смотрю, индукция в теле максимум 0.7 Тл и то только по зубу, а на тыльной стороне вообще никого нет, такая же история и под магнитами..
У Вас металл в моторе только под обмоткой и все? Какой материал ротора? В смысле той части, на которую крепятся магниты.

Спасибо, по пластинам понятно, значит толщина не учитывается.

По материалам, см. картинку. Металл только под обмоткой, темно-синее. Ротор и статор, пластмассовые - светло голубое.

[AntonSagdakov]

Тогда понятно почему такой низкий момент расчетый и огромные обороты..
Как я понимаю, изначальное ТЗ на мотор было, если в двух словах, то "мотор-колесо"? т.е. досточно моментный мотор?

Вообще у Вас по сути нет магнитного контура в электрической машине, т.е. он как бы есть, но 80% его длины проходит по воздуху/пластику с магнитопроводностью почти на 3 порядка ниже, чем у стали, а то, что есть металл внутри обмотки не дает отсилы 10% от того, что требуется от металла в моторе - создания магнитного контура с минимальным магнитным сопротивлением. Существуют, конечно, и coreless моторы без стального статора, но их создают как правило для высокоскоростных применений, и расчет обмоток там совсем иной. Для достижения хорошей индукции в таких моторах нужно большое количество витков и при этом большие токи, а чтобы компенсировать большой нагрев (потери) - очень большое сечение обмоток. Но и в них замыкание магнитного контура обязательно, поэтому магниты стоят на магнитопроводном кольце, а для более эффективного замыкания с обеих сторон, обычно такие конструкции делают с аксиальным направлением поля, чтобы через магнитопроводные торцы мотора замкнуть поля, и без сердечника остается только центральная часть, но ее стараются делать наименьшей длины. Тогда у электрической машины без сердечников появляются хоть какие-то плюсы в сравнении с классическими машинами в виде меньшей массы.

В Вашем же случае мотор уже получил порцию массы, но при этом не получил должной эффективности. И что с ним делать дальше зависит от того, какие у Вас приоритеты относительно него. Если все-таки получить рекордно легкий привод и без стали или с минимумом стали, то переделывать конструкцию в аксиальную, если желательно оставить электромашину в таком же виде, то обязательно добавить замыкание контуров, т.е. стальное кольцо под магнитами (оно тоже насыщается, толщину надо подбирать исходя из общего к-та насыщения ЭМ) и так же в кольцо соединить все сердечники с наружной стороны сталью. Будет на много тяжелее, но в таком виде, как есть, машина едва сама-себя крутить будет..

[Engineer 2013]

Тогда понятно почему такой низкий момент расчетый и огромные обороты..
Как я понимаю, изначальное ТЗ на мотор было, если в двух словах, то "мотор-колесо"? т.е. досточно моментный мотор?

Вообще у Вас по сути нет магнитного контура в электрической машине, т.е. он как бы есть, но 80% его длины проходит по воздуху/пластику с магнитопроводностью почти на 3 порядка ниже, чем у стали, а то, что есть металл внутри обмотки не дает отсилы 10% от того, что требуется от металла в моторе - создания магнитного контура с минимальным магнитным сопротивлением. Существуют, конечно, и coreless моторы без стального статора, но их создают как правило для высокоскоростных применений, и расчет обмоток там совсем иной. Для достижения хорошей индукции в таких моторах нужно большое количество витков и при этом большие токи, а чтобы компенсировать большой нагрев (потери) - очень большое сечение обмоток. Но и в них замыкание магнитного контура обязательно, поэтому магниты стоят на магнитопроводном кольце, а для более эффективного замыкания с обеих сторон, обычно такие конструкции делают с аксиальным направлением поля, чтобы через магнитопроводные торцы мотора замкнуть поля, и без сердечника остается только центральная часть, но ее стараются делать наименьшей длины. Тогда у электрической машины без сердечников появляются хоть какие-то плюсы в сравнении с классическими машинами в виде меньшей массы.

В Вашем же случае мотор уже получил порцию массы, но при этом не получил должной эффективности. И что с ним делать дальше зависит от того, какие у Вас приоритеты относительно него. Если все-таки получить рекордно легкий привод и без стали или с минимумом стали, то переделывать конструкцию в аксиальную, если желательно оставить электромашину в таком же виде, то обязательно добавить замыкание контуров, т.е. стальное кольцо под магнитами (оно тоже насыщается, толщину надо подбирать исходя из общего к-та насыщения ЭМ) и так же в кольцо соединить все сердечники с наружной стороны сталью. Будет на много тяжелее, но в таком виде, как есть, машина едва сама-себя крутить будет..

Спасибо большое, за столь подробный ответ.

Нет, Мотор-Колесом это я его по незнанию назвал. Изначально целью было создать в первую очередь высокооборотистый двигатель, но по возможности с бОльшим моментом (для большей мощности) - поэтому и такая конструкция выбрана (большого диаметра). Также один из критериев - это снижение веса и габаритов мотора.

Аксиальная конструкция - это классический мотор?
Магнитное кольцо на роторе для моего применения не представляется сделать. Насчет диаметра провода я так и мыслил, что нужно большой диаметр (сейчас там 0,6 мм и почти не греется). А вот с числом витков - наоборот думал, что нужно поменьше, чтобы реактивное сопротивление обмоток было поменьше и токи побольше, ну теперь понятно.

Вот попробовал в модели изменить материал кольца ротора, действительно, момент сильно увеличился, но обороты значительно упали, а мне нужны обороты. Кстати что значит, когда на графике отрицательный момент возникает?

[Engineer 2013]

Еще есть вопрос: насколько я понимаю, для расчета дисковых моторов, MotorSolve - не годится, нужно что-то другое?
http://inventor-lvp.com.ua/diskov.htm
http://www.infolytica.com/en/applications/ex0072/

[AntonSagdakov]

Аксиальный - это направление поля по оси вращения, а не по радиусу, еще называют торцевыми или дисковыми машинами.
Ну вообще, утверждение, от которого не стоит отходить при проектировании любого мотора - магнитная цепь должна быть максимально эффективной в любом случае. Обороты легко корректируются количеством витков. Обороты обратно пропорциональны количеству витков, а момент прямо пропорционален. Так же точно момент пропорционален эффективности магнитного контура, повышая эффективность обороты падают, момент растет, теперь можно уменьшить количество витков, обороты и момент вернутся обратно, но активное сопротивление и потери на нагрев существенно снизятся и немного упадет реактивное сопротивление. Хотя оно отдельно несложно считается.

Что такое отрицательный момент в этом софте - не знаю, не пользовался. Обычно это зона где магнитная система по ЭДС еще способна создавать усилие, но потери его уже превышают.
Аксиальные моторы обычно моделят как линейный мотор или только 3d моделированием.

А вообще, озвучте необходимые параметры привода: обороты, Макс момент, номинальный момент, напряжение питания, а то не до конца понятно что обсуждаем.

[Engineer 2013]

А вообще, озвучте необходимые параметры привода: обороты, Макс момент, номинальный момент, напряжение питания, а то не до конца понятно что обсуждаем.

Ну если честно, то параметры еще не до конца понятны. Коротко, идея была в том, чтобы за счет большего диаметра двигателя сделать более моментный и оборотистый двигатель, чем классический, осевой (ну теперь понятно, что он наоборот будет менее оборотистый) и с меньшими габаритами обмоток и чтобы потреблял меньший ток, при той же мощности. Все это в контексте авиамодельного применения.

Ну в общем, напряжение питания 12 В, обороты 2000-30000 об/мин, М=???

[AntonSagdakov]

А почему на роторе нельзя магнитопровод стальной использовать?
Если непонятен требуемый момент, то должна быть понятна мощность, а отсюда уже посчитать момент. Просто подобная работа в любом случае должна строиться с конца, т.е. от итоговых характеристик плясать, а не "как получится"

[ZxV]

Ну если честно, то параметры еще не до конца понятны. Коротко, идея была в том, чтобы за счет большего диаметра двигателя сделать более моментный и оборотистый двигатель, чем классический, осевой (ну теперь понятно, что он наоборот будет менее оборотистый)

с точки зрения электромеханики оборотистости какбы нету
двигатель преобразует ток в силу-момент
а до скольки он двигатель раскрутится определяется
1 механикой
двигатель должен попросту не развалится от дисбаланса и его не должно разорвать центробежной силой
2 потерями которые растут с ростом оборотов
и тем самым задают предел выше которого данную конструкцию использовать не эффективно

и с меньшими габаритами обмоток

есть такой путь
размазывая туже массу электромагнитных материалов (железо обмотки магниты) по большему радиусу мы получаем больший момент двигателя при тойже его массе но
1 масса остается тойже только в первом приближении
в реальности с ростом диаметра растет масса пасивных конструктивных элементов
2 максимальные обороты двигателя определяют прочностью материалов ротора чтобы его не разорвало центробежной силой
если два двигателя с одинаковой массой и разным диаметром
раскрутить до максимальных оборотов исходя из прочности ротора
то отношение Вт/кг у них будет примерно одинаковое
только один будет выдавать больше момента меньше оборотов
другой наоборот
если например изза параметров используемого винта двигателя не доходят до оборотов соответствующих пределу прочности материалов ротора
вот тогда можно выйграть от двигателя большего диаметра

чтобы потреблял меньший ток, при той же мощности.

сам по себе потребляемый ток не важен
двигатель потребляет мощность а это ток умноженный на напряжение
в любом двигателе меняя диаметр проводников обмотки
можно получить разный рабочий ток
но с изменением тока изменится и напряжение
по сути за счет изменения рабочего тока происходит просто согласование между собой по электрическим параметрам
двигателя
силой электроники
и источника питания
на массу кпд и тп в первом приближении ток особо не влияет

если вы имели ввиду чтоб двигатель меньше жрал от батареи
то это значит надо повысить кпд двигателя а не уменьшить ток
но тут имейте ввиду за что бороться
если допустим кпд двигателя в данном режиме 80%
то уменьшив потери в два раза (что очень и очень непросто)
мы получим экономию потребляемой мощности 12.5%

[Engineer 2013]

А почему на роторе нельзя магнитопровод стальной использовать?
Если непонятен требуемый момент, то должна быть понятна мощность, а отсюда уже посчитать момент. Просто подобная работа в любом случае должна строиться с конца, т.е. от итоговых характеристик плясать, а не "как получится"

Стальной ни то, чтобы нельзя, вес просто хочется снизить.

Для того, чтобы от чего то плясать, замоделировал готовый авиамодельный двигатель (в соответствии с натуральными размерами, число витков, материалы, правда приблизительно взял).
Вообщем такие характеристики получились: график зависимости момента от угла опережения, для разных скоростей.

Кстати, от чего зависит это угол опережения, только лишь от приложенной на валу нагрузки или еще от параметров контроллера? Не совсем пойму эту характеристику:

[nikvic]

Что такое отрицательный момент в этом софте - не знаю, не пользовался.

В простой модели при фиксированном напряжении зависимость момента от оборотов линейна.
После скорости ХХ ток идёт "вспять", мотор "генерит" и отрицательный момент соответствует потоку механической мощности в мотор.

[Engineer 2013]

Что такое отрицательный момент в этом софте - не знаю, не пользовался.

В простой модели при фиксированном напряжении зависимость момента от оборотов линейна.
После скорости ХХ ток идёт "вспять", мотор "генерит" и отрицательный момент соответствует потоку механической мощности в мотор.

Т.е., если по-простому, то зона отрицательных моментов, означает, что мотор в этой зоне не крутится?

Все-таки, тогда, мне совсем непонятно, что такое "Advance angle"? Вот из вышеприведённого графика видно, что при нулевом угле, на больших оборотах момент уходит в минус, а на маленьких, наоборот при нулевом этом угле достигает максимума.
Можно в 2-х словах, что есть этот Advance angle?

[nikvic]

Кстати, от чего зависит это угол опережения, только лишь от приложенной на валу нагрузки или еще от параметров контроллера?

Через обмотку идёт переменный ток, и он запаздывает по сравнению с суммой фазного напряжения и противоЭДС из-за самоиндукции. А максимальная эффективность. при прочих равных, когда фазный ток синфазен противоЭДС - вот и "сдвигают" фазное напряжение.
В линейной модели этот оптимальный сдвиг по фазе тем больше, чем выше частота.

[Engineer 2013]

А как считаете, такая характеристика КПД двигателя похожа на правду (зависимость КПД от угла опережения для разных скоростей)?

Просто очень смущает наличие отрицательного КПД в зоне 0-60 градусов.