Предварительное преобразование напряжения в контроллере BLDC

[mr.Dream]

Не я единственный, кто замечает падение КПД системы при работе ШИМ непосредственно на индуктивность двигетеля.  То есть, если ехать с одинаковой скоростью, скажем - 20км/ч, то от 80В батарейки мы получим немного больше, а иногда и значительно больший расход, чем скажем от батарейки 24В.
При переделке генератора в двигатель и перемотке я заметил, что если обмотку скоммутировать так, чтобы байк ехал от 60В 5км/ч, то чтобы ехать в горку с приличным уклоном, мне было достаточно что то в районе 600Вт, двигатель при этом был холодный. Но когда скоммутировал для "номинальных оборотов", то приходилось вливать больше 1,5кВт, чтобы ползти с той же скоростю, при этом двигатель заметно грелся. Это так же пометили и другие участники форуме, которые повышали напряжение. По этому предлагаю обсудить теоретическую возможность регулирования напряжения до контроллера.
Плюсы:
-большый КПД на низах в связке контроллер-двигатель
-меньше потерь на переключения ключей в контроллере, а сам преобразователь можно напихать ключами более "слабые" драйвера можно ставить.
-возможность так же повышать напряжение (вольтдобавка)
-одинаковая тепловая нагрузка на все ключи контроллера
-меньше помех на датчки холла внутри двигателя
Минусы
-преобразователь должен держать фазный ток двигателя
-дополнительный вес - большой накопительный дроссель
-коммутация только блочная
Никто же так не делает, ибо скложно и дорого. Но мне кажется, что это имеет место в качестве эксперимента
Вопрос в другом - сколько будет весить ферритовый дроссель с зазором, чтобы он мог работать с токами до 250А и напряжении до 100В?

[Gostya]

Считали другу дроссель на кольцах с распределенным зазором. 120 uH  120а  (если память не изменяет)))  получилось 3 кольца по 10+ см диаметром внешним.  Если тока в два раза больше  колец 10-12 наверно будет таких)))

[Babylon4]

Не я единственный, кто замечает падение КПД системы при работе ШИМ непосредственно на индуктивность двигетеля.......
Никто же так не делает, ибо скложно и дорого. Но мне кажется, что это имеет место в качестве эксперимента

    Понижать может и не делают, а вот с повышением примеров масса,*повышайка* например или  Тоёта Приус, там   с прим. 200 батарейных повышают до 600 вольт.
   Можно другими путями повысить КПД на низах например  переключатся со звезды на треугольник, правда с холлами могут быть вопросы но думаю это решаемо.

[Mavel]

По моему самый простой и эффективный способ по кпд, габариту и массе это переключать конфигурацию элементов батареи с последовательного соединения на параллельное.

[mr.Dream]

Можно другими путями повысить КПД на низах например  переключатся со звезды на треугольник, правда с холлами могут быть вопросы но думаю это решаемо.

Да ладно? Переключение в треугольник равноценно повышению напряжения в 3^-2 раза.  Индуктивность и сопротивление мотора уменьшается втрое. Потери на низах будут еще больше из за потерь на перемагничивания сердечника. А еще дополнительно потери в ключах контроллера и проводах их соединяющих в 3 раза и линейный ток в 1,73 раза больше при том же крутящем моменте.

[mr.Dream]

По моему самый простой и эффективный способ по кпд, габариту и массе это переключать конфигурацию элементов батареи с последовательного соединения на параллельное.

Попробую реализовать 2-кратное переключение на полевиках. Хотя можно и пакетным выключателем, я так когда то коммутировал два коллекторника - две передачи
А еще хочу попробовать обмотки двигателя коммутировать. Благо, у меня провода не через ось выходят и будет куда их вывести Тоже огромным пакетником комутировать на 9 групп контактов (вроде) Тогда можно фазный ток контроллера урезать вдвое)

не. надо будет 10 проводов силовых тянуть. ну в баню такие расклады)

[i]

Сумлеваюсь я в идее предварительного понижения напряжения. В теории это вызовет только пропорциональное увеличение коэфф. заполнения ШИМа контроллера.
Для начала нужно разобраться в самом эффекте снижения КПД.  Ответить на следующие вопросы:
1. Действительно-ли он есть?
2. Что его вызывает?
3. Как с этим бороться?

Если начинать сразу с 3 вопроса, то можно потратить уйму времени  с нулевым результатом.

[mr.Dream]

[user]i[/user],
1. есть, на практике проявляется.
2. Наверное, вихревые токи в пластинах статора, которые "плохо работают" при высокой частоте. Да, при достаточно высокой частоте ток почти не меняется, пульсаций мало, но меняется напряжения с амплитудой напряжения батареи. Пластины на такой частоте работают, как вторичная обмотка частично замкнутая.

Возьмем для примера дроссель груповой стабилизации напряжения в компьютерном блоке питания. Хоть и пульсации тока там тоже не большие на высокой частоте, но дроссель работает, как трансформатор, синхронно "берет на себя" на всех обмотках напряжение. Иначе на ненагруженной обмотке была бы напруга, равная амплитудной. И если одну из этих обмоток закоротить, то он уже не будет работать, как дроссель, а как резистор, будет только работать индуктивность рассеяния.
ШИМ из контроллера идея убрать вообще, а все регулировки тока/оборотов делать через "понижайку", которая будет выдавать от 0 до макс. Потери в феррите будут значительно меньше, чем в листовом железе.

[mr.Dream]

Значит, упрощал я схему, далее некуда. Для переключения обмоток двигателя нужно вывести 9 силовых проводов, 3 группы контактов переключающихся, и две замыкающихся группы. или же пакетный выключатель 5-ярусный, 3 из них - переключатели, 2 выключтели.
Если коммутировать батарею - нужно всего две группы - одна переключающаяся, одна выключающаяся.
Ну или делать dc-dc автотрансформатор, это будет габаритами меньше, чем дроссель, но переключать выйдет только ступеньчасто. Плавное имзменение только на накопительном дросселе.
Еще один изврат = трансформатор с повышеной индукцией рассеяния (крутопадающей характеристикой, как сварочный транс), и питать меандром его

интересный факт

Если на сварочном трансформаторе закоротить вторичную обмотку, то он от сети будет потреблять чуть больше, чем без нагрузки зато ток во вторичной обмотке будет весьма большим.

[Steel RAT]

Лучше уж половинки батареи коммутировать, хотя это тоже грабли. 

[Babylon4]

Значит, упрощал я схему, далее некуда. Для переключения обмоток двигателя нужно вывести 9 силовых проводов,....

   Если переключать секции обмоток то может и 9 проводов потребуется,но эту тему уже винтилировали и как то она не прижилась, куда проще (с примерами) продвинулась тема с переключением(уточню) звезда на низких оборотах, с повышенным моментом и меньшим КВ и меньшим соотношением ток/момент и треугольник с более высоким КВ. и эта тема весьма перспективна.

     Кстати и Приусовский вариант тоже не плох, и судя по всему широко используется  и в других вариантах, неоднократно встечал модули на ток 75-150А имеющие по 7 ключей, могу дать ссылку на ключи.http://datasheet.octopart.com/7MBP150RA-060-Fuji-Semiconductor-datasheet-104632.pdf

[Mavel]

Для коммутирования половинок батареи нужно 3 ключа

Но надо все таки разобраться в причине потери КПД. Если проблема в токах фуко, то проще дроссели поставить в фазные провода которые будут брать на себя напряжение импульсов ШИМ.

[TRO]

....
-коммутация только блочная
....
Вопрос в другом - сколько будет весить ферритовый дроссель с зазором, чтобы он мог работать с токами до 250А и напряжении до 100В?

Коммутация то блочная, а вот верхушки синуса перед коммутатором можно вполне генерить первичным преобразователем. В итоге на моторе можем иметь плавность момента как и на синусе, правда кривые прийдется слегка модифицировать, с учетом того что одна обмотка таки сачкует.

Что касается дросселя, то большой проблемы нет, главное не думать о феррите (нужен распределенный зазор, не генератор помех делаем), продаются ведь кольца на нормальной распыленке, оносительно недорого. Например T300-52D (у производителя есть утилита чтобы прикинуть будет ли перегреватся дроссель). Ну и делать такой преобразователь лучше многофазным, так снижаются требования к фильтрующим элементам (меньше пульсации).

[aice84]

если я правильно понял


Добавлено 18 Нояб. 2016 в 20:34
Программа для расчёта дросселя с немагнитным зазором  - Drossel_7.1

[tmiaer]

[user]aice84[/user], температура не смущает?

[dimad63]

Да  тут гоняли на старинном стенде мотор где сигнал формируется  синхронным генератором который крутит коллекторный двигатель    а амплитуда меняется напряжением на обмотки возбуждения  так вот потом его подключили к кели   и на маленьких оборотах при большой загрузке  от келли приходилось раза в 3 больше давать и мотор грелся  а от генератора стенда не греля и не гудел .

[i]

Фуко может и виноват, но не факт, что он там главный пакостник.
Вполне возможно, что контроллер просто плохо отрабатывает малые duty, которые характерны для высокого напряжения и малых оборотов.
Поэтому важно выяснить причину падения КПД системы.
Например, когда я перешел с 36 на 60, этого падения не заметил, просто затяжную горку которую раньше переползал на 15-17км/ч, стал преодолевать со скоростью 22-25 км/ч.
[user]mr.Dream[/user],  Вы пока идете по пути "есть идея, сделаю, посмотрю что получится". Так конечно можно (а иногда и необходимо), но в данном случае, думаю правильнее сначала разобраться в проблеме, а потом думать как ее решать.
Если ферриты в фазных проводах не решат проблему - значит дело не в Фуко. Если решат - то зачем все остальное менять?

[TRO]

Если ферриты в фазных проводах не решат проблему - значит дело не в Фуко. Если решат - то зачем все остальное менять?

А ведь действительно, поставить дросселя в разрыв фазных, поднять частоту ШИМ (что бы снизить сопротивление и габариты дросселей), А на двигатель поставить конденсаторы. В принципе все тоже самое что и с первичным преобразователем (зато чистейший синус на обмотки).