Конструирование высокооборотного мотора аутраннера для скутера

[Combatos]

Появилась возможность съездить в Полтаву, а у меня там станочек ЧПУ фрезер самодельный, так что вырезал боковины из стеклотекстолита. Обмотаю все это дело малярным (бумажным) скотчем и буду мотать пробную обмотку.

[zap]

       Реальное распределение плотности тока в круглом медном проводе на частоте 20 кГц для проводов разного сечения. Пять линий на графике соответствуют «наиболее ходовым» сечениям провода. Как видно, у провода с сечением 0,75 мм2 поверхностный эффект практически отсутствует. Это как раз тот случай, когда радиус провода 0,49 мм совпадает с толщиной скин-эффекта (как раз выходит, что весь ток течет через этот слой – а других слоев-то и нет!). С ростом сечения, а значит и толщины провода, скин-эффект проявляется все ярче.

Скин-эффект не дискретный, нет какой-то конкретной глубины, при которой раз - и ток не течёт.
Плотность тока падает с глубиной по экспоненциальному закону.
То, что принято считать толщиной скин-слоя, это глубина, на которой плотность тока падает в e раз! То есть, аж почти в ТРИ раза!
Поэтому я бы не стал радоваться, что радиус провода совпадает с толщиной скин-слоя На практике это означает, что по центру провода тока течёт в три раза меньше. Учитывая, что потери нормально спроектированного мотора в номинальном режиме достаточно низки - 10-15% - я бы не стал тратить ещё несколько процентов только из-за выбора слишком толстого провода.
Китайцы тоже не дураки и не просто так большинство мотор-колёс мотают проводом ДИАМЕТРОМ - 0.51мм

[Alex75]

Китайцы не дураки. Тяжело мотать обмотку вручную одним толстым, трудно гнущимся проводом. А за смену надо намотать много, вот и мотают прядью тонких проводов. По вашему, немцы или японцы что-ли дураки? Карячатся мотают толстенными проводами (1,2мм например) обмотки. Мотают кому как удобней или как технология позволяет и материалы.

[horrorlv]

[user]Alex75[/user], Можно не мотать 

[zap]

[user]Alex75[/user], Можно не мотать 

Это на сколько герц? Скорее всего, на 50.
И лобовые доли обмотки огромные, тоже снижает эффективность.

[Gostya]

Разве нет разницы 20кГц переменного тока и то что в случае двигателя? В случае двигателя, реальная переменная частота <1 кГц в большинстве случаев...А то что шим, то ведь ток в одну сторону течет, хотя и пульсирует....Насколько корректно тут брать толщину скин слоя? У нас по сути дроссель... реально пробовал кто намотать например 2 мм диаметром и потом пучком с тем же сечением? или все голословно? картинка со статором выше, это от гибрида, вроде хонды....там всяко не 50 гц.

[Gostya]

[user]Alex75[/user], Можно не мотать 

Это на сколько герц? Скорее всего, на 50.
И лобовые доли обмотки огромные, тоже снижает эффективность.

И заполнение паза в 1.5-2 раза выше, повышает эффективность...и теплопроводность повыше...и тереться провод о провод не норовит)))

[zap]

Разве нет разницы 20кГц переменного тока и то что в случае двигателя? В случае двигателя, реальная переменная частота <1 кГц в большинстве случаев...А то что шим, то ведь ток в одну сторону течет, хотя и пульсирует....Насколько корректно тут брать толщину скин слоя?

Однонаправленность тока не играет значение, играет значение переменная составляющая тока. Амплитуда пульсаций на 16 кГц очень большая, я проверял. Где-то 2/3 от полной амплитуды тока. Слишком маленькая индуктивность у обмотки.

[on4ip]

А конкретнее можно, обычно частоту коммутации выбирают исходя из потерь инвертора напряжения и желаемой трубки тока. Если у вас там трубка 60 процентов то я хз реально что там за контроллер.в обычной жизни от 5 до 16 процентов.

[Gostya]

Однонаправленность тока не играет значение, играет значение переменная составляющая тока. Амплитуда пульсаций на 16 кГц очень большая, я проверял. Где-то 2/3 от полной амплитуды тока. Слишком маленькая индуктивность у обмотки.

Есть возможность привести осциллограммы тока?

[on4ip]

L=Ubat/dI*dT.
Предположим что питание у нас 50 вольт ток 100А, тогда колебания тока должны быть 50А тоесть знаем dI. и частота шим 16 кгц или T=62.5us
L=50/50 62.5us получим 62 микро генри и это при условии что вы просто щелкаете транзистором на весь период шим.
Или я не прав?

[Gostya]

Мне кажется-такие колебания тока от импульса до импульса шим - это "шляпа". В нормальном двигателе+контроллере не олжно быть так... Другу считали дроссель 220в вход, выход 100в 20кгц частота, 160 ампер ток. Получили 100мкГн надо, размаз пульсаций тока 27ампер. Диаметр провода программа расчитала 2.5 мм.... А какая индуктивность обмотки в двигателе? Там конечно еще магниты влияют...
Мы же должны стремиться синус тока получить, а типа получаем набор треугольников? Что-то не сходиться....

[zap]

Есть возможность привести осциллограммы тока?

Я уже приводил их тут.

[Combatos]

Как считаете, знатоки (практики), как соединять обмотки в конечном варианте мотора? Мне важно, чтобы нагрев был минимальным (магниты обычные, 80 градусов макс., N38) и хотелось бы 6-7 кВт при 8000 об/мин. Три варианта: звезда, треугольник, двойная звезда.

[Combatos]

Намотал на новом статоре тестовую обмотку 9 витков 1х0,9 мм.


Провел испытания в бездатчиковом режиме с модельным ESC и батареей 4S, с подключенной трансмиссией (передача зубчатым ремнем на редуктор).
Результаты:
1. Соединение Y: двигатель не набирает оборотов, даже с дополнительной помощью рукой. Видимо неудачный алгоритм запуска ESC.
2. Соединение D: двигатель запускается с доп. помощью рукой. При 15, 0 В ток 5,4 А и обороты 1600 RPM (106 kV). После 10 мин. работы ротор практически не нагрелся, статор нагрелся до 40 С (температура в помещении 29 С).
3. Соединение YY: двигатель запускается с доп. помощью рукой. При 14, 3 В ток 6,2 А и обороты 1735 RPM (122 kV). После 10 мин. работы ротор практически не нагрелся, статор нагрелся также до 40 С.


При испытании YY с отключенной трансмиссией (скинул ремень) 3,8 А при 14,7 В. Обороты к сожалению померять не удалось, села батарейка в тахометре.
kV низкий, похоже надо мотать 6 или 7 витков.
Ток ХХ однозначно стал меньше на новом статоре, но еще далеко не такой, как хотелось бы. Если при питании 15 В ток 5,4 А, то при 65 В будет ОГО-ГО (23,4 А). Где еще копать?
Может, следует шлифонуть статор, увеличить зазор магниты-статор (сейчас менее 0,5 мм). Или я неправильно мотаю, проверьте плииз:

[TOM]

[user]Combatos[/user], ток холостого хода нужно измерять при номинальном напряжении питания двигателя. Зависимость нелинейная и проверка при пониженном напряжении не даст правильных результатов. Правильным можно считать полученный kV.

[on4ip]

Ток холостого хода, это ток создаваемый потерями двигателя при фиксированных оборотах и отсутствии момента на валу.
Мощность потерь это Pмеханическа+Pомическая+Pпотери в стали + P добавочные.
Нужно выяснить деление потерь и понятно будет что не так.
Стандартная методика для двигателей.

[Combatos]

Пошлифовал боковую поверхность статора, и о ЧУДО! Ток ХХ упал в 1,5 раза. А снял-то всего максимум десяточку (0,1 мм). Это радует, шлифону еще чуток наверное. Запустил мотор с подключением Y, завелся с другим модельным ESC, от вертолета. При 16,0 В и 1066 RPM ток сейчас 1,43 А без нагрузки, правда со шкивом   kV при Y и 9 витках получается 1066/16=66, а мне нужно 133kV или около того. То есть мне нужно намотать 66*9/133=4,5=5 витков, верно? Что еще интересно: если взять к примеру два одинаковых мотора, но один намотан с большим кол-вом витков и соединен D, а второй намотан с меньшим кол-вом витков и соединен Y, причем  kV у них одинаковый. У какого мотора будет выше момент, мощность и потребляемый ток?