Управление BLDC двигателем охлаждения BMW X5

kor · 09 Апр. 2018 в 18:36

Еще примерно можно оценить через удельную касательную силу, она примерно 1,5 н/см2 у моторов ваших габаритов. Скажите диаметр внутренний и толщину пакета вашего статора. Посчитаем примерный номинальный момент, и далее номинальный ток.

alexpv · 09 Апр. 2018 в 18:55

У этого ( другого) моего мотора при чуть большей плотности тока, время работы не ограничено. Но конечно с охлаждением там все в порядке.

https://www.youtube.com/watch?v=KkvXM_fDPyk

Сейчас же я сделал герметичный корпус, а там будет видно.

alexpv · 09 Апр. 2018 в 19:41

Цитата: kor от 09 Апр. 2018 в 18:28
Будет 1060 вт потерь в меди

А как на счет времени нахождения обмотки под током, при соединении звезда?

Цитата: kor от 12 Янв. 2017 в 21:15
пусть в номинале удельная касательная сила с поверхности ротора 1н/см2
считаем:
площадь ротора= 5,5*пи*7.5=129.5см2
сила =129.5см2 * 1н/см2 =129.5н
плечо= 5,5/2=2,75см=0,0275м
момент номинальный =129.5н * 0,0275м =3,563 н*м

Вот сам нашел ваш пост, судя по этой методике номинальный момент получается 3,8 н*м

kor · 09 Апр. 2018 в 21:04

Да , 3,8 нм это для закрытых неохлаждаемых моторов (типа моторколес) при условии хорошего кпд.
Я не знал что он у вас пропеллер крутить будет, пропеллер и киловат с обмотки сдуть сможет, поэтому обмотка выдерживает, может еще провод у вас с изоляцией F до 200 градусов. Но 1060 вт в меди выделится, еще 10в потеряется на обмотке, если у вас питание 50в то мотору достанется 40, тоесть на 20% обороты снизятся.

kor · 09 Апр. 2018 в 21:13

Если у вас холостые 1350 то при нагрузке потребующей 100а тока, обороты станут 1080, и мощность на валу получится 3166вт. В тепло 1060вт , кпд в районе 70-75% (все примерно). Тут получается что важнее требуется получить от мотора, хороший кпд или большую удельную мощномть (момент).

alexpv · 09 Апр. 2018 в 21:16

Пропеллер на другом моторе, тот проект копирования серийного мотора успешно закончен.
Странно, не пойму как соотносятся вычисленный номинальный момент и момент измеренный экспериментально. Получается номинальный момент будет достигнут при фазном токе 13,5 А (3,8н*м / 0,28н*м/А) и потери в обмотках при этом токе составят смешные 18 Вт.

alexpv · 09 Апр. 2018 в 21:27

Цитата: alexpv от 25 Окт. 2016 в 12:18
Конструкция планируется на замену этой:

С этим модельным мотором весом 300 гр и заявленной мощностью 1500 Вт я проездил 4 года. Фазный ток не ограничивался, батарейный ограничен 60А, напряжение 30В. Динамики хватало, максималка 50 км/ч. Шумноват правда из за редуктора.

kor · 10 Апр. 2018 в 10:19

Цитата: alexpv от 09 Апр. 2018 в 21:16Странно, не пойму как соотносятся вычисленный номинальный момент и момент измеренный экспериментально. Получается номинальный момент будет достигнут при фазном токе 13,5 А (3,8н*м / 0,28н*м/А) и потери в обмотках при этом токе составят смешные 18 Вт.

1.5 н/см2 это примерный коэффициент, и для хорошего кпд. Возможно вы по максимуму смогли заполнить пазы медью, и получили низкое сопротивление. Обычно коэфф заполнения у заводских моторов 0,6-0,7.
Вы измерили и знаете сопротивление обмоток своего мотора (обычно его никто не знает и не меряет к сожалению) , поэтому задайтесь мощностью, которую в долгую, способны рассеять обмотки, на ваш взгляд, и из нее посчитайте номинальный ток.
Еще можно номинальный ток посчитать из условия макс кпд на требуемых оборотах, если потери в стали 40вт, задаем потери в меди тоже 40вт, тогда номинальный ток 20А примерно. При это ваш мотор при 1350об выдаст номинальных 790вт-40 вт (в сталь)=750вт. Потреблять будет 790+40 (в медь)=830вт. кпд 750/830=0.9. Все примерно. Этого вполне должно хватить для переднего привода велосипеда.
Еще можно попробовать экспериментом, подать на любые 2 конца постоянный ток равный 2/3 от предполагаемого номинального, держать так включенным и периодически измерять температуру нагрева обмоток (что под током) пока она не перестанет расти (наверно не менее 0,5 час). Задавшись условием, например 80 град нагрев ( только магниты не перегреть, наверно ротор можно вынуть) , можно, меняя ток , подобрать искомый.
В-общем, смотря что вам надо, кпд или необходимый момент с ухудшением кпд. По любому, главным ограничителем момента в моторе с ниодим. магнитами является перегрев обмотки фазным током (с убиванием изоляции) и перегрев магнитов выше предельной температуры. Поставьте в мотор на обмотки терморезистор, как делают сейчас во многих моторах, будете всегда знать температуру обмоток.
Еще, у вас как я понял полюса из сдвоенных магнитов? Можете сказать их размеры, и воздушный зазор какой, и ширину зубца статора в тонком его месте, и толщину пластин стали статора. Хочу посчитать параметры вашего мотора по приближенным формулам, потом сравним с практически измеренными.

alexpv · 10 Апр. 2018 в 11:11

Магниты N48H 20x10x4 сдвоенные, пластины статора 0,5 мм, зазор примерно 2*0,5мм,

Цитата: alexpv от 25 Окт. 2016 в 12:18

Размеры зубца статора

Датчик температуры скорее всего поставлю, тем более контроллер вроде бы поддерживает снижение фазного тока по превышению температуры. Думаю охлаждение в случае чего можно легко улучшить, это же инраннер.

kor · 10 Апр. 2018 в 16:04

Цитата: alexpv от 10 Апр. 2018 в 11:11Магниты N48H 20x10x4 сдвоенные, пластины статора 0,5 мм, зазор примерно 2*0,5мм,

По расчету получается индукция в зазоре 1.3-1.2 Тл, и слишком большая максимальная индукция в зубьях (2.8-3 Тл-это уже сильное насыщение), из за этого вероятно реально 1.3 Тл в зазоре нет.
Возможно можно было сделать зазор побольше, 1-1,5мм может даже 2мм, чтобы понизить индукцию в зазоре до 1-0.8Тл. Уменьшение момента при этом на 20% можно скомпенсировать повышением оборотов на 20% + изменить коэфф передачи трансмисси, так как это не моторколесо, где размер и обороты заданы и неизменны. Это приблизительный расчет, реально надо в программе FEMM считать индукцию. Заполнение зубцами 0.448, примерно как у 3фазных асинхронников, у них индукция 0,75-0,95 в зазоре выбирается.
По расчету момента, тут примерно сходится с вашим замером, у вас 0,28 Н*м/А,
по расчету 0,298-0,275 в зависимости какую индукцию подставлять 1.3 или 1.2 Тл.
По расчету эдс непонятно, вы говорили что от 30 в получали 2280об при 10 витках на холостых,
расчет дает эдс 36-39в. Если бы мотор раскрутить от внешнего вала до известных оборотов и померять амплитудное значение напряжения вывод-вывод, (и вывод –средняя точка по возможности).
р

kor · 10 Апр. 2018 в 16:46

ексельфайл

alexpv · 10 Апр. 2018 в 17:25

Спасибо за расчеты, изучу для развития. Чем грозит насыщение железа в зубе, снижением эффективности или более серьезными неприятностями? У меня есть еще один ротор с тонким кольцом (я его делал первым) с ним обороты как раз выше на 20 %, двигатель я уже крутил дрелью, получились какие-то бредовые результаты (или я их не правильно интерпретировал) При оборотах ~1200 размах напряжения между двумя выводами (смотрел осциллографом) около 70 в, что как мне показалось очень много. Но при подключению к модельному контроллеру (работает неустойчиво, видимо слишком большой размах backemf) обороты соответствуют расчетным.

kor · 10 Апр. 2018 в 18:36

Цитата: alexpv от 10 Апр. 2018 в 17:25Чем грозит насыщение железа в зубе, снижением эффективности или более серьезными неприятностями?

Бесполезной тратой мощности в нагрев этих зубьев, магнитные линии пойдут частично не по зубу а по воздуху, соответственно не взаимодействуя с витками, кпд снижается.
"У меня есть еще один ротор с тонким кольцом (я его делал первым) с ним обороты как раз выше на 20 %, "
- а зазор воздушный тот-же был? С тонким кольцом 3мм часть магнитных линий вероятно замыкалась по воздуху а не по кольцу, поэтому индукция в зазоре меньше получалась.(меньше индукция выше обороты).
3мм кольцо мало будет, с кольцом 6.5мм при снижении индукци в зазоре до 1Тл там 1.53 Тл в екселе (столбец "под магн мм", забыл впереди дописать "кольцо") показывает, а это уже примерно предел для сплошной стали.

kor · 10 Апр. 2018 в 18:54

Цитата: alexpv от 10 Апр. 2018 в 17:25При оборотах ~1200 размах напряжения между двумя выводами (смотрел осциллографом) около 70 в, что как мне показалось очень много.

В екселе при 1.2Тл, 18 витках и 1200об насчитывает 34.5 в амплитудного, это как-раз 70в размах.

kor · 10 Апр. 2018 в 19:07

Кривые намагничивания для электротехнических сталей (для статора)

и просто сталей и чугунов(для кольца)

alexpv · 10 Апр. 2018 в 19:34

Цитата: kor от 10 Апр. 2018 в 18:36
Бесполезной тратой мощности в нагрев этих зубьев, магнитные линии пойдут частично не по зубу а по воздуху, соответственно не взаимодействуя с витками, кпд снижается.
"У меня есть еще один ротор с тонким кольцом (я его делал первым) с ним обороты как раз выше на 20 %, "
- а зазор воздушный тот-же был? С тонким кольцом 3мм часть магнитных линий вероятно замыкалась по воздуху а не по кольцу, поэтому индукция в зазоре меньше получалась.(меньше индукция выше обороты).
3мм кольцо мало будет, с кольцом 6.5мм при снижении индукци в зазоре до 1Тл там 1.53 Тл в екселе (столбец "под магн мм", забыл впереди дописать "кольцо") показывает, а это уже примерно предел для сплошной стали.

Зазор с тонким кольцом был тот же, на счет толщины кольца в курсе, поэтому и сделал новый ротор. По поводу насыщения железа, при каких условиях оно возникнет?, судя по тому что в расчетах учитывается только геометрия - всегда. Значит должен быть увеличенный ток ХХ обусловленный потерями в железе, а этого нет. Или я не прав?, на форуме по моему преобладают мысли что фазные токи наоборот снижают индукцию в зубе.
В принципе, моя ошибка мне ясна, слишком широкие магниты для этого зуба. В идеале как я понимаю они должны быть около 17 мм . Сделать новый ротор для меня не проблема, а даже развлечение, возможно позже этим займусь. Но мне очень не хотелось бы получить увеличение оборотов и снижение момента. Как я понимаю максимум индукции возникает когда магнит находится точно напротив зуба и не выполняет полезной работы, в остальных положениях индукция меньше и не достигает насыщения. Следовательно любое ее снижение гарантированно уменьшит момент.

kor · 11 Апр. 2018 в 08:18

Цитата: alexpv от 10 Апр. 2018 в 19:34В принципе, моя ошибка мне ясна, слишком широкие магниты для этого зуба.

Нет , совсем не широкие, 0.7 заполнение в проекции на периметр статора, (при минимуме 0.67), не надо их уменьшать, пульсацию момента этим увеличите.

kor · 11 Апр. 2018 в 10:05

Цитата: alexpv от 10 Апр. 2018 в 19:34По поводу насыщения железа, при каких условиях оно возникнет?, судя по тому что в расчетах учитывается только геометрия - всегда. Значит должен быть увеличенный ток ХХ обусловленный потерями в железе, а этого нет. Или я не прав?

У правильно спроектированных двигателей индукция в зубе никогда не должна превышать определенной величины , определяемой свойствами стали (кривой ее намагничивания). Вот например на картинках просчеты двух моторв заводских в ЕМетор (когда он ще работал), там видно , что индукция в зубе максимум 1.6Тл.
https://electrotransport.ru/index.php?topic=43808.0#topmsg
Иначе можно было-бы зуб делать тонким, паз широким и умещать большее сечение меди.
В екселе расчет примерный грубый, наверно не совсем точный, подразумевает что зазор равномерный. У вас магниты плоские, на шляпках зубьев небольшые скосы, тоесть зазор "результирующий" у вас возможно не 0,5 мм как вы говорите а побольше. Если будете экспериментировать, я бы предложил еще чуть увеличить воздушный зазор , например на 0,5мм (диаметр на 1мм уменьшить), (хотя ексель выдает что еще больше надо зазор увеличивать, но ручаться за это я не могу).