Управление BLDC двигателем охлаждения BMW X5

alexpv · 17 Нояб. 2016 в 07:49

Толщина кольца 3 мм , много читал форум на эту тему, масса мнений и никакой ясности. Поэтому взял первую попавшуюся полосу из СТ3, сварил кольцо и проточил. В конце концов у модельных движков толщина еще меньше, да и понравившаяся мне статья https://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?t=475977 основанная правда только на данных симуляции утверждает об оптимальной толщине в районе 2-3мм.

Gostya · 17 Нояб. 2016 в 13:46

Чисто логически. Имеем, ну или хотим индукцию в зазоре например 1тл. Ширина полюса например 4 см. Кольцо разводит магнитный поток в обе стороны, значит при толщине кольца 2 см, индукция в нем будет 1 тл. А дальше смотрим при скольки теслах насыщение...при двух, значит можно сделать 1 см, при 4-х, значит 0.5 см))) а так для железки думаю в пределах 1.4-1.8...,вот и считаем....

alexpv · 17 Нояб. 2016 в 19:03

Цитата: Gostya от 17 Нояб. 2016 в 13:46
Чисто логически. Имеем, ну или хотим индукцию в зазоре например 1тл. Ширина полюса например 4 см. Кольцо разводит магнитный поток в обе стороны, значит при толщине кольца 2 см, индукция в нем будет 1 тл. А дальше смотрим при скольки теслах насыщение...при двух, значит можно сделать 1 см, при 4-х, значит 0.5 см))) а так для железки думаю в пределах 1.4-1.8...,вот и считаем....

В теории я пока не силен, и оспорить необходимость кольца толщиной более 10мм могу только примерами реальных двигателей. Вот модельный с толщиной стенки ротора около 1 мм, при этом магнитный поток снаружи кольца весьма слаб, значит большая его часть как я понимаю сосредоточена внутри кольца.

Вот реально работающий и продающийся за немалые деньги двигатель, с выдающимися характеристиками. Магниты 30х12х4 , кольцо толщиной 3мм

Gostya · 18 Нояб. 2016 в 07:05

Ширина магнита 12, делим на два это 6 и еще на два получаем 3. Значит в кольце магнитная индукция в два раза больше чем в магнитах, ну и часть линий вылезает...надо смотреть из чего это кольцо...возможно оно не из первой попавшейся,под руку полосы. А так лучше запас сделать, если не в авиацию планируете))

alexpv · 18 Нояб. 2016 в 11:37

Для тестов сделал временный корпус из бука, планирую его подвесить на подшипниковых опорах для измерения момента.

чувства верующих задеть и не думал )

зазор примерно 2х1мм, залипание незначительное (вал страгивается пальцами со средним усилием )

Gostya · 18 Нояб. 2016 в 15:30

Круто))) можно так и оставлять))))

alexpv · 18 Нояб. 2016 в 18:19

Намотал пробную обмотку по 10 витков на каждый из 5 зубов фаз последовательно, провод 0,65мм. Подключил через модельный контроллер к 8s батарее (~30в) замечательно работает, ток хх ~ 1,4а. Обороты пока не мерял, но по ощущениям 1000-2000.

P.M. · 19 Нояб. 2016 в 01:04

Цитата: alexpv от 17 Нояб. 2016 в 07:49
Толщина кольца 3 мм , много читал форум на эту тему, масса мнений и никакой ясности. Поэтому взял первую попавшуюся полосу из СТ3, сварил кольцо и проточил. В конце концов у модельных движков толщина еще меньше, да и понравившаяся мне статья https://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?t=475977 основанная правда только на данных симуляции утверждает об оптимальной толщине в районе 2-3мм.

[user]alexpv[/user] у Вас неодимовые магниты
а не ферритовые
толщиной по 10 мм каждый.
Полюс состоит из 2х спаренных магнитов.
Как ни крути минимальная толщина
кольца из ст3 должна быть
минимум 5 мм.
Поднасытите колечко таки.

alexpv · 19 Нояб. 2016 в 06:32

Переделать ротор под кольцо 5 мм можно, только нужно ли, если выигрыш будет минимальный. Я так понимаю при насыщении кольца часть магнитного потока пойдет вне его и только.

Gostya · 19 Нояб. 2016 в 15:59

Упадет индукция в зазоре> уменьшится крутящий момент м возрастут обороты.

alexpv · 21 Нояб. 2016 в 20:28

Измерил обороты, они равны 2700, получается kv=90. Для моего применения нужны обороты 1400-1550, Получается нужно либо делать больше витков (примерно в 1,8 раза), либо переделывать ротор. Не уверен что переделка ротора даст нужный эффект, где то проскальзывала информация что замена ферритовых магнитов редкоземельными дает снижение оборотов в два раза, у меня получилось снижение где то в 2,5-3 раза. Может это предел?

Верны ли мои рассуждения о плотности тока в обмотках исходного двигателя. Имеем: электрическая мощность 600W, номинальное напряжение 12в, схема соединения обмоток - дельта, провод сечением 0,5мм2, каждая фаза состоит их 5 катушек в параллель. Получается: фазный ток 50/1,73=29А, плотность тока = 29А/5катушек в параллель/0,5мм2= 11,6А/мм2. Это не многовато?

Abos · 22 Нояб. 2016 в 18:38

Цитата: alexpv от 21 Нояб. 2016 в 20:28
Измерил обороты, они равны 2700, получается kv=90. Для моего применения нужны обороты 1400-1550, Получается нужно либо делать больше витков (примерно в 1,8 раза), либо переделывать ротор. Не уверен что переделка ротора даст нужный эффект, где то проскальзывала информация что замена ферритовых магнитов редкоземельными дает снижение оборотов в два раза, у меня получилось снижение где то в 2,5-3 раза. Может это предел?

Верны ли мои рассуждения о плотности тока в обмотках исходного двигателя. Имеем: электрическая мощность 600W, номинальное напряжение 12в, схема соединения обмоток - дельта, провод сечением 0,5мм2, каждая фаза состоит их 5 катушек в параллель. Получается: фазный ток 50/1,73=29А, плотность тока = 29А/5катушек в параллель/0,5мм2= 11,6А/мм2. Это не многовато?

Чтобы ответить на Ваш вопрос, нужно уточнение. 600Вт - что это за электрическая мощность? Она может быть потребляемой электрическим двигателем полной, активной или реактивной, а также отдаваемой электрической мощностью аккумуляторных батарей. Для расчета плотности тока в обмотке необходимо знать потребляемую электродвигателем (активную) электрическую мощность, линейное (фазное) напряжение на обмотках эл. двигателя, линейный (фазный) ток (под нагрузкой, лучше номинальной, а не на холостом ходу), косинус фи, число витков катушки фазы (есть), число катушек в фазе и схему их коммутации (есть), и схему соединения фаз обмоток двигателя (есть - треугольник). Только после этого можно рассчитать плотность тока в катушках обмотки. Так как Вы перенасытили кольцо с постоянными магнитами, то косинус фи у Вас будет где-то около 0,85 при номинальной нагрузке. А остальные параметры нужно уточнить.

alexpv · 22 Нояб. 2016 в 19:54

Цитата: Abos от 22 Нояб. 2016 в 18:38
Чтобы ответить на Ваш вопрос, нужно уточнение. 600Вт - что это за электрическая мощность? Она может быть потребляемой электрическим двигателем полной, активной или реактивной, а также отдаваемой электрической мощностью аккумуляторных батарей. Для расчета плотности тока в обмотке необходимо знать потребляемую электродвигателем (активную) электрическую мощность, линейное (фазное) напряжение на обмотках эл. двигателя, линейный (фазный) ток (под нагрузкой, лучше номинальной, а не на холостом ходу), косинус фи, число витков катушки фазы (есть), число катушек в фазе и схему их коммутации (есть), и схему соединения фаз обмоток двигателя (есть - треугольник). Только после этого можно рассчитать плотность тока в катушках обмотки. Так как Вы перенасытили кольцо с постоянными магнитами, то косинус фи у Вас будет где-то около 0,85 при номинальной нагрузке. А остальные параметры нужно уточнить.

Насыщение кольца к исходному двигателю не относится, ротор там другой. Мощность я указал ту что нанесена на его корпусе, а так как он питается постоянным током напряжением 12в, то речь идет о мощности потребляемой от батареи. Напряжение на обмотках при полной мощности и включении в треугольник равно как я понимаю 12в. Насчет косинуса фи, применительно к BLDC вообще ничего не понятно.

Abos · 22 Нояб. 2016 в 23:03

Цитата: alexpv от 22 Нояб. 2016 в 19:54
Насыщение кольца к исходному двигателю не относится, ротор там другой. Мощность я указал ту что нанесена на его корпусе, а так как он питается постоянным током напряжением 12в, то речь идет о мощности потребляемой от батареи. Напряжение на обмотках при полной мощности и включении в треугольник равно как я понимаю 12в. Насчет косинуса фи, применительно к BLDC вообще ничего не понятно.

BLDC по своей природе - это синхронная машина. Питание постоянным током от батареи происходит через контроллер, который инвертирует этот постоянный ток в переменный трехфазный, который подается на обмотки двигателя, отсюда и косинус фи. Инвертор может изменять напряжение и частоту. И не факт, что если на контроллер податется 12В, то с него на обмотку тоже подается 12В.
Если у Вас есть возможность измерить эл. ток линейного провода при номинальной (или любой) нагрузке, который соединяется с обмоткой эл. двигателя (провод, идущий от контроллера к обмотке двигателя), то легко определить плотность тока в катушке. При соединении в треугольник фазный ток будет в 1,73 раза меньше линейного (измеренного Вами). Так как катушки в фазе соединены параллельно, то этот фазный ток нужно разделить на число катушек в фазе (у Вас их 5). Полученный ток нужно разделить на сечение проводника (1 витка) катушки. Т.е., измеренный ток делим на 1,73, затем делим на 5 (число катушек в фазе, соединенных в параллель) и делим на сечение (но не на диаметр) проводника в витке катушки обмотки.
Как-то у Вас все запутано. Вначале Вы писали, что напряжение 30В, провод диаметром 0,65 мм, катушки в фазе соединены последовательно, а теперь все не так.

alexpv · 23 Нояб. 2016 в 04:13

Под исходным двигателем я подразумевал двигатель до переделки каким он был в самом начале темы. Я вспомнил о нем с целью выбрать параметры окончательной намотки для двигателя в актуальном состоянии, а конкретно меня интересует плотность тока, как я понял максимальную плотность я прикинул верно.

Abos · 23 Нояб. 2016 в 14:00

Цитата: alexpv от 23 Нояб. 2016 в 04:13
Под исходным двигателем я подразумевал двигатель до переделки каким он был в самом начале темы. Я вспомнил о нем с целью выбрать параметры окончательной намотки для двигателя в актуальном состоянии, а конкретно меня интересует плотность тока, как я понял максимальную плотность я прикинул верно.

Вы посчитали линейный ток как 600/12=50. А это не так. Там по-любому 3 фазы нужно рассматривать. Грубо, если напряжение линейное равно 12В, то ток линейный будет примерно 600/(12*1,73*0,9)=32А. И плотность тока в катушке при соединении обмоток в треугольник и при параллельном соединении катушек в фазе при номинальной нагрузке получается 32/(1,73*5*0,5)=7,4А. Это ближе к истине.

alexpv · 23 Нояб. 2016 в 17:40

Цитата: Abos от 23 Нояб. 2016 в 14:00
Вы посчитали линейный ток как 600/12=50. А это не так. Там по-любому 3 фазы нужно рассматривать. Грубо, если напряжение линейное равно 12В, то ток линейный будет примерно 600/(12*1,73*0,9)=32А. И плотность тока в катушке при соединении обмоток в треугольник и при параллельном соединении катушек в фазе при номинальной нагрузке получается 32/(1,73*5*0,5)=7,4А. Это ближе к истине.

С фазным током все ясно, а с линейным нет. Почему он не 50а, ведь если рассмотреть случай полной нагрузки когда верхний и нижний ключи отрыты 100% своего времени (шим 100% ) то ток на входе в контроллер равен току на линейных выводах двигателя (если не принимать в расчет время на перекоммутацию пар ключей), разве не так?

Abos · 24 Нояб. 2016 в 13:52

Цитата: alexpv от 23 Нояб. 2016 в 17:40
С фазным током все ясно, а с линейным нет. Почему он не 50а, ведь если рассмотреть случай полной нагрузки когда верхний и нижний ключи отрыты 100% своего времени (шим 100% ) то ток на входе в контроллер равен току на линейных выводах двигателя (если не принимать в расчет время на перекоммутацию пар ключей), разве не так?

Когда считают мощность оперируют действующими значениями напряжения и тока (не менее, чем за период), а не мгновенными (в данный конкретный момент времени). И посмотрите на свою схему. При соединении в треугольник при работе двигателя токи текут по всем 3-м фазам независимо от того, какой ключ в данный момент не замкнут.