ЭлектроФАК (сага про электромото)

[Howk]

"Тесла технология" ("усики")




Медные «усики» выполняют роль плавкого предохранителя. На 1 элемент одного усика достаточно. Ток плавления перемычки это двойной максимальный снимаемый ток, снимаем 7 ампер, берём провод на 15 ампер - а это 0.35мм диаметр. Для 18650 длина перемычки 20мм и сопротивление 3.6мОм. Падение напряжения 25мВ. Для 10S общая просадка 0.22В на сборку.




Такую перемычку гарантированно сожжёт высокотоковый элемент (30Q или 25R). Для слаботочных банок и 2-3 ампер перемычка 0.2мм, на 3х амперах падение 33мВ. Смысл перемычки - спасти батарею в случае, когда в одном из элементов происходит КЗ. Из-за механического повреждения, роста дендритов, замыкания между батареями.




В случае КЗ одного из элементов перемычку будут сжигать остальные элементы, включенные в параллель. Толщина перемычки это компромисс. Сделаешь тонкой, будет греться и жрать энергию. Толстая не сработает предохранителем. У жилы витой пары 0,5мм диаметр, сечение 0,2мм2. Для сечения 0,5мм2 диаметр жилы 0,8мм. Точка плавления такого сечения 12А.




Одиночный провод витой пары (диаметр 0.45мм, сечение 0.16кв.мм.) держит 13А, даже 15А держит но греется, изоляция горит при 20А, сгорает при 24-26А. При 15А падает 0.7В. Сопротивление 45мОм. А при разогреве провода (когда становится красным) сопротивление прыгает вверх, раза в 3-4. Немного математики:

Площадь проводника S=Pi*(R^2)=(Pi/4)*(D^2)=0.785*(D^2).
Сопротивление проводника R=(p*L)/S=0.18*(L/S)
L - длина в метрах
S - сечение в мм.кв.
I=U/R - закон ома для участка цепи.
U=I*R - падения напряжения на линии при известном значении тока.
Uнагр=Uпит-U - падение напряжения на проводнике.

[Howk]

Силовые разьемы.




Максимальный ток, который разъём "держит", зависит от двух факторов: от сопротивления (чем больше сопротивление, тем сильнее греется) и от массы (чем больше масса, тем больше тепла разъём может рассеять до того как начнёт плавиться припой). За эталон возьмём XT-60, он держит долговременный ток до 40А, кратковременный до 60А, сопротивление разъёма 0.35мОм, масса в районе 2 граммов. При 40А разъём рассеивает 0.56Вт. При 60А 1.26Вт.




1. Разъём XT-60
Вес 2г
Сопротивление разъёма 0.35мОм
Долговременный ток 40А
Пиковый ток 60А

2. Разъём EC5 ("банан", 5мм)
Вес 4.2г
Сопротивление 0.3мОм
Долговременный ток 65А
Пиковый ток 92А

3. Разъём "банан", 4мм
Вес 2.7г
Сопротивление 0.45мОм
Долговременный ток 42А
Пиковый ток 60А

4. Разъём PolyMax 6мм
Вес 2.5г
Сопротивление 0.15мОм
Долговременный ток 71А
Пиковый ток 100А

5. Разъём PolyMax 4мм
Вес 2.1 г
Сопротивление 0.15ом
Долговременный ток 65А
Пиковый ток 92А

6. Ножевой разъём "свинцовый аккумулятор"
Вес 1.1 г
Сопротивление 2.4мОм
Долговременный ток 12А
Пиковый ток 17А

7. Игловой разъём 0.8мм
Вес 0.05г
Сопротивление 1.125мОм
Долговременный ток 3.5А
Пиковый ток 5А

Разъёмы "банан" (с выпирающими пружинящими полосками) имеют сопротивление выше, чем "PolyMax". PolyMax диаметром 6мм имеет такое же сопротивление, как 4мм PolyMax, выигрывает за счёт массы. Разъём напаивают на толстый провод, это облегчает работу разъёма, медный провод работает как теплоотвод, рассеиваемая мощность увеличивается.

[Howk]

Электродигатели.





Коллекторные электродвигатели имеют два провода (положительный и отрицательный), которыми двигатель подключается источнику питания или к регулятору скорости ("контроллеру"), если он есть. Коллекторные ("brushed") двигатели просты и дешевы.



Регуляторы в общем-то тоже просты, используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Недорогие двигатели не имеют подшипников качения, вместо них бронзовые втулки или подшипники скольжения. Если важен КПД или долговечность, то ищите двигатель с шарикоподшипниками BB (Ball Bearing).

Внутри корпуса двигателя, для простоты, два постоянных магнита, вал с якорем, обмотки из медной проволоки. Коллектор с помощью угольных щеток подает ток к обмоткам, возникает магнитное поле, оно взаимодействует с магнитами статора и заставляет якорь вращаться.

Магниты статора изготавливаются на основе редкоземельных металлов (самарий-кобальтовые, неодимовые), поэтому двигатель получается дорогой. Качественный коллектор мощного мотора не может быть маленьким и лёгким, на больших токах (20-40А).

Якорь имеет три обмотки, это не позволяет двигателю застревать в одном положении. Недостатки выявляются на больших оборотах или при значительной силе тока, в месте соприкосновения щеток и коллектора возникает электрическая дуга.

А это приводит к износу сильному износу щеток, лепестков коллектора, к образованию нагара и пыли, нарушению контакта, что снижает эффективность мотора. Именно поэтому периодически протачивают и полируют коллектор, меняют щетки.

Провода. Двигатель соединяется проводами с аккумулятором и с регулятором. В качестве соединительных проводов используется толстый медный многожильный провод. Следует осторожно отнестись к прозрачным "акустическим" проводам на рынках, они алюминиевые, но крашеные под медь (гальванически).

Провода сечением 1кв.мм. для токов до 20 ампер, 1,5кв.мм. для токов до 30 ампер, 2,5кв.мм. до 50 ампер и 4 кв.мм. до 80 ампер. Использование меньшего сечения чревато снижением КПД или пожаром, можно использовать отечественный - медь честная. Длина проводов от регулятора до двигателя должна быть как можно меньше, по проводам коммутируются большие токи высокой частоты, а это помехи.

Усиление фазных проводов.




Физика проста: пока противоэдс мотора не достигло максимума (уровнявшись с напряжением) при открытии ключей возникает короткий импульс (по сути КЗ) с низким напряжением и огромным током, сила которого зависит от времени, в течение которого ключи открыты.

Чем чаще прерывание насыщения обмотки, тем меньше ток. Благодаря импульсности (ШИМ), провода не вытекают из мотора сразу после пуска. В процессе наращивания мускулов (увеличения тока), приходится задумываться о пропускной способности фазных проводов, о температурных условиях работы обмоток.

Сечение фазных проводов 1.2мм достаточно для 30А батарейных и 90А фазного тока (60в, 1.5квт) но и мало для 70А батарейных и 200А фазного в пике (60в, 4Квт), можно пробовать провод 12awg (3.3мм). Все провода (и фазные, и холлы) во фторопластовой оболочке, для холлов подойдет МГТФ, любые подходящие по сечению не подойдут, пвх изоляция проплавляется на раз два, вспышка, КЗ.

Пайка обмоток с проводами. Надеваем по два слоя термоусадки на концы обмоток, чтобы не продавило и не коротнуло на изгибе. Облуживаем провода, концы обмоток. Прислоняем концы обмотки и провода друг к другу, накладываем медную шину (из витой пары). Сопротивление олова в 8 раз больше меди, есть риск повышенного нагрева места пайки с последствиями.

Обильно облуживаем, заворачиваем в три слоя термоусадки. Чтоб не развернулась, стягиваем проводами витой пары или стяжками. Пытаться оставить термоусадку на проводе перед пайкой занятие бесполезное - пока облуживаешь соединение, провод успевает накалиться, термоусадка сжимается.

Остается найти место для термодатчика под обмоткой двигателя, припаять мгтф. Заливаем автомобильным герметиком ради фиксации проводов и защиты от влаги, надеваем крышку, все гайки в обратном порядке, на выходящие провода натягиваем термоусадку. Остается запаять разъемы, вставить мотор на место.

Медный провод. (где взять если не купить)

Эмалированный провод катушек кинескопов и мониторов с электронно-лучевой трубкой (0,55-0,65мм), из автомобильных генераторов: статор 1-2мм, обмотка возбуждения 0,6-0,8мм. Очень неплохая медь в двигателях пылесосов. Там она уложена в небольшие катушки, изолированные ХБ изоляцией. Медь должна быть эластичной (не хрупкой), без нарушений изоляции, не перегретой (тёмная эмаль). Предельно допустимые токи медных проводников, при достижении которых мотор сгорит. Обычно делают двойной запас, можно заложить в обмотки и тройной:

1А -0.05мм
3А -0.11мм
10А-0.25мм
15А-0.33мм
20А-0.4мм
30А-0.52мм
40А-0.63мм
50А-0.73мм
60А-0.89мм
70А-0.92мм
80А-1.00мм
90А-1.08мм
100А-1.16мм

[Howk]

Температура плавления припоя.



Температура плавления свинцового припоя 185-190С, бессвинцового 210-250С. При превышении этой температуры отпаяются провода в двигателе или потечет припой в контролере, в итоге КЗ и воспламенение. Впрочем, замкнет и воспламенится раньше.

Разъемы. Между регулятором и двигателем провода припаиваются, между регулятором и аккумулятором ставят разъем, потому что аккумулятор меняется, как топливо в баке мотоцикла. Между "заправками" проходит не менее нескольких часов, так что проще сделать батарею сьемной. И иметь запас, если не смущает стоимость порядка 500-1000 долларов. Но нужны специальные разьемы. Обычные разъемы не рассчитаны на огромные токи (порядка 40 ампер и до 100-150 ампер в пике).




Скрутка проводов (Wire Wrap). Соблазнительно взять да и скрутить медные жилы, замотать изолентой. Только вот провода под изолентой окислятся, контакт пропадет. Если изоляционная лента плохая, изоляция размотается и провода замкнет на массу. В итоге вылетит коммутатор или двигатель, либо вы останетесь без света и тяги в ночи и на скорости, что неприятно.

Для надежного соединения нужны клеммы, паяльник, припой, спиртоканифольный флюс или канифоль, термоусадочная трубка, изолента, кабельные стяжки. Все это можно купить в магазине "электрик". Наденьте на провод термоусадочную трубку длиной 2-3см, продвиньте ее по проводу. Дальше нужно соединить провод и клемму (провод и провод).

Вставьте оголенные жилы провода в клемму, нанесите флюс и спаяйте. Надвиньте термоусадочную трубку на место соединения и подогрейте зажигалкой, она «сядет» на провод. После разогрейте кончик термоусадки и сдавите его плоскогубцами, это защитит и от замыкания, и от влаги. После пайки можно нанести каплю термоклея, а после термоусадить.

Термоусадка после нагрева становится твердой, это помешает проводам гнуться, вибрировать и ломаться в месте контакта с клеммой или с проводом. Сразу после покупки стоит смазать разъемы влаговытесняющими жидкостями (смазкой), это в какой-то мере защитит их от коррозии и пропадания контакта, что касается WD-40, она гидрофильна.

Скрутка является вариантом "экспресс-ремонта" проводки, способом добраться до дома, где соединенные таким образом провода следует пропаять и надежно изолировать термоусадкой. Для пайки желательно использовать нейтральную по отношению к проводникам канифоль или ее спиртовой раствор (флюс "СКФ"), недопустимо пользоваться активными флюсами.

Хорошо выполненная скрутка может прослужить несколько лет без пропаивания, жилы проводников имеют относительно большую площадь соприкосновения. Технология соединения проводов скруткой проста, длина скрутки не менее 2см, провода нужно очистить от окислов ножом, необходимо, чтобы провода обвивали друг друга ровно и плотно.

Скручиваемый провод следует распушить "метелкой", скрутка получится тонкой, поверхность соприкосновения проводов увеличится, улучшится контакт и стойкость скрутки на разрыв. Под изоляцией останется меньше места, в котором будет скапливаться влага, меньше вероятность окисления проводников. Место скрутки изолируется термоусадкой или изолентой и фиксируется на раме.

Со временем из-за вибраций, смещения проводников в скрутке появляется зазор между скрученными жилами. Сквозь негерметичную изоляцию в скрутку проникает влага, а жилы проводников обладают капиллярным эффектом. Соответственно, растет переходное сопротивление точки контакта, он начинает греться, окисляться, контакт пропадает или "плавает".




Пайка. Если скрученные провода пропаять, получим соединение пайкой, что даст более надежный контакт, у которого низкое переходное сопротивление, высокая проводимость и прочность. Пайка тоже проста, делаем обычную скрутку, затем покрываем ее канифолью (канифольным флюсом), берем паяльником каплю припоя, касаемся места скрутки проводников.

Берем нить припоя, распределяем припой по всей длине скрутки, припой должен затекать внутрь скрутки, охватывая ее со всех сторон, после остывания припоя паяльником или бокорезами убрать "сосульки", острые края припоя могут проколоть изоляцию. После изолировать полученное соединение изолентой или термоусадкой, можно капнуть лаком.

Смысл пайки в том, чтобы не дать скрутке ослабнуть под воздействием вибрации или окислиться под влиянием влаги. Сделав качественную пайку, необходимо сделать изоляцию проводников более жесткой рядом с точкой пайки, иначе спаяные провода переломятся, как одножильные, от вибрации, особенно в районе силовой установки или панели приборов.

Для пайки нужен мощный паяльник (мощность 60-100Вт, отличные паяльники "Goot", чуть хуже отечественная "ЭПСН" керамика), нужен хороший припой (ПОС60/40 или ASAHI), хороший спиртоканифольный флюс или канифоль. Для пайки в полевых условиях нужен газовый паяльник либо микрогорелка. Термоусадка и/или изолента изолировать соединения.

Пайка клемм.

Зачистить силовой провод от изоляции на 3-5мм, смочить неактивным флюсом типа СКФ или ЛТИ, залудить кончик. Вставить разъём в плоскогубцы (на ручки резинку), в тиски, в прищепку, в брусок с просверленными отверстиями. Нагревем разьем паяльником или микро горелкой, капаем флюс, заполняем припоем. Вставляем провод. Надеваем термоусадку, греем зажигалкой.

Похожим образом делается пайка разьемов типа НШВИ (гильз), провод зажимается в тиски кончиком вверх, надевается гильза, внутрь капается флюс. Гильза греется паяльником или микрогорелкой, сверху до краев заполняется припоем. После на стык провода и гильзы наносится лак, сверху на гильзу и провод надевается термоусадка.

Если силовой разъем со стороны провода залить термоклеем или лаком, это будет препятствовать обламыванию провода. Аналогичным образом изолируются шлейфы, из подложки самоклеющейся пленки вырезается кусочек, сгибается в форме буквы "V", в сгиб вкладывается разъем, провода заливаются термоклеем и обжимаются пальцами, подложка снимается.

Основной враг электрических соединений вибрации. Если провода соединены скруткой, под действием вибрации они будут дрожать, тереться друг о друга, возникнут микроискры, которые будут "выгрызать" поверхность провода. Это приведет к ухудшению качества соединения.

Враг номер два - неправильная оконцовка (часто кольцо из провода или просто провод зажимают винтом). Часть жил перебивается, оставшаяся трясется, провод теряет жесткость, под действием вибрации начинает отрываться. Клеммы удобно применять там, где есть болт, наконечник-гильзу (НШВИ) там, где зажим.

Если массу лень тянуть, можно подключиться под любой винт в любом месте рамы. Наконечники запаивают (в том числе гильзы), заливают лаком и затягивают в термоусадку. Для пайки клемм удобнее микроргорелка (газовый паяльник). Для клемм необходима шайба-гровер, иначе рано или поздно начнет искрить.

Косички. Проводку собирают в жгуты, это и механическая прочность, и ничего не болтается, не отрывается, проще всего собрать провода в жгут и замотать изолентой. Изолента доступна, герметична, придает жесткость. Увы, это одноразовый и не ремонтопригодный вариант, удобно крепить провод вдоль тросов.

Не брать синий ужас, ни в коем случае не брать тканевую. Есть уйма производителей типа "REXANT", "3M", которые производят мягкую, тянущуюся, прочную, клейкую, изоленту. Биндер (пластиковый хомут) тоже неплох, легко крепится, сжимает жгут проводов, можно пересобрать жгут, сделать отводы в любом месте.

[Howk]

Тумблер.




В силовых проводах не делают выключателей. Все регуляторы рассчитаны на длительное подключение силовой части при обесточенной сигнальной. В выключенном режиме ключи регулятора не разряжают (почти) аккумулятор. Есть исключение - на батарею вешают обыкновенный автомат на тот ток, который кушает электродвигатель. Чтобы если и загорится, то горело недолго.



Регулятор. Коллекторные двигатели комплектуются регуляторами скорости ("ESC"). Регуляторы на базе "ШИМ" ("PWM") получили широкое распространение благодаря появлению недорогих силовых транзисторов. Размещение регулятора должно обеспечивать его обдув воздухом.

Силовые MOSFET транзисторы обладают низким сопротивлением открытого канала (несколько мОм), малой мощностью рассеяния (несколько мВт), напряжением в несколько вольт открытия затвора. После того как электромотор выключается, он продолжает вращаться, в этот момент он является генератором, а раз так, электроэнергия должна быть блокирована встроенным в MOSFET диодом. Если электромотор не вращается после отключения, то он будет индуктивной нагрузкой (катушкой), а с шунтирующими конденсаторами бросок напряжения может вызвать пробой транзистора.

Г - управляющий генератор
К - силовой ключ
D - диод
М - электродвигатель
А - аккумулятор

Генератор (Г) в регуляторах хода делается на программируемом микроконтроллере. В качестве коммутирующего силового ключа используются полевые транзисторы с изолированным затвором и каналом вертикальной структуры, MOSFET-транзисторы. Они характеризуются низким сопротивлением в открытом состоянии и быстродействием.

В маломощных регуляторах может стоять один транзистор, для снижения сопротивления в открытом состоянии и увеличения максимального тока в параллель ставится много транзисторов. Чаще используются n-канальные транзисторы, поскольку они при равной с p-канальными стоимости имеют меньшее сопротивление в открытом состоянии и больший допустимый ток. В обычных регуляторах используются транзисторы в корпусах ТО-220. В миниатюрных корпус SO-8.

[Howk]

Профилактика двигателя.



Проверить балансировку якоря (хотя бы на двух отвертках). Дисбаланс устранить, приклеив подобранный по массе и месту кусочек пластилина, после заменить на взвешенный кусочек эпоксидки или приклеить груз, надежнее сверлить якорные пластины, но слишком трудоемко. На задний подшипник нанести немного консистентной смазки (консистол, литол, циатим). Ось якоря промыть спиртом, нанести смазку, сбалансировать (по минимуму дрожания).

Очистка двигателя. Разборка, кисточка с жёстким ворсом (зубная щетка), мягкая палочка (зубочистка), сжатый воздух. Избегать попадания любых жидкостей в подшипники, не только воды или спирта, но и растворителей типа WD-40 или бензина, иначе подшипники выйдут из строя.

Смазка подшипников. Если подшипник разбирать, то внутрь зубочисткой "шрус 4" и пару капель синтетической трансмиссионки. Если подшипник не разбирать, то с помощью шприца. Внутрь шприца налить синтетику для трансмиссии. Или как на большинстве автобаз: маленькая ёмкость, смазка, подшипник, на огонь. Когда нагрелось, снимаем. Воздух при нагреве выходит, а при остывании засасывает смазку, пока смазка тёплая и не вязкая.

Очистка коллектора. Щетки нужно менять, двигатель очищать от графитовой и металлической пыли. После замены щеток двигатель желательно обкатать, чтобы щетки притерлись к коллектору. Одним из методов обкатки является работа двигателя в ёмкости с дистиллированной водой. Сначала чистят щетки и коллектор, при помощи зубной щетки, она удаляет грязь. После  промывают мотор, чтобы удалить пыль. На подшипники капают масло, щетки прикатывают в течение 30 секунд.

Замена щеток. При эксплуатации мотора щетки придется менять часто. Можно менять щетки раньше, чем они наполовину сточатся, это дело и убеждений. Провода щеток обычно припаивают, чтобы уменьшить потери энергии. После замены щеток их необходимо прикатать, капните масла на переднюю и заднюю втулку (подшипник). Запустите мотор на 5 минут через регулятор скорости, включив на 1/4 мощности, мотор нагружать не надо. Не забудьте очистить щетки и коллектор.

Проточка коллектора. Для того, чтобы протачивать коллектор, нужен станок, еще источник питания с регулировкой напряжения. Паяльник с расходниками, запасные (новые) щетки, промывка для моторов. Очищаем клеммы от грязи и припоя. Якорь лежит на призмах из закаленного метала. Подшипники дают вибрацию - чистой обработки не получится. Проточка начинается с плавного подвода резца к ротору, до едва заметного касания.

Установите ротор на станок, не забудьте выровнять основание: включите и убедитесь, что ротор не съезжает. Не забудьте капнуть масла в места, где ротор вращается на станке. Включите станок, закрасьте коллектор черным маркером. Это поможет определить непроточенные участки. Плавно подведите резец, снимите тонкий слой коллектора (не более 0.05мм). Капните на коллектор немного масла, чтобы повысить качество проточки. Чем меньше снимаете за проход, тем качественнее поверхность. Коллектор протачивают, пока не исчезнут следы маркера.

Проверка коллектора. Дешевые моторы имеют неровный коллектор, коллектор может быть неровным после неудачной проточки. Проверяется просто. Мотор включают, на щетки слегка надавливают. Если чувствуется вибрация, а мотор увеличивает обороты, коллектор неровный. Можно попробовать проточить заново, если кривизна вызвана не станком. Или исправить ситуацию жесткими пружинами.

Реконструкция двигателя. Якорь собирают из пластин на клею, пластины проклеены эпоксидкой, запечены в духовке, обмотка пролита эпоксидкой. Коллектор из текстолита и медной трубки, якорь насажен на дрель, отцентрован, отполирован коллектор, на движках из-за большого нагрева обмотки можно установить вентилятор. Зазор между якорем и магнитами 0,1-0,2мм.

Коллектор. В серийном двигателе на нем присутствует дуговой разряд в виде светящегося "кольца" (двигатель потребляет большой ток), коллектор быстро выходит из строя. Поэтому коллектор изготавливают самостоятельно. В медную трубку вклеивают на эпоксидной смоле текстолитовую трубку (втулку), распиливают заготовку лобзиком на три части, пропилы очищают от стружек и заполнняют эпоксидной смолой, по краям наматывают два колечка из стеклонити на клею, чтобы центробежные силы не оторвали пластины. Что есть без этого самого коллектора?

[Howk]

Бесколлектроные двигатели



Самый дешевый и брутальный бесщеточный электромотор - автомобильный генератор. Зачем ставить щеточный мотор? Шум, искры, нагрев - это потери энергии. Дуга на коллекторе это фу. Но генератор нужно перемотать, переточить якорь, установить хорошие магниты (от тойоты приус ага), на них дистанционные пластины. Не забываем про датчики холла, температуры...

Topless, тьфу, Brushless "вы меня совсем запутали" (с)



Бесколлекторные двигатели постоянного тока называют BLDCM (Brushless Direct Current Motor) или PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor). Для запуска двигателя применяется коммутатор ESC (Electronic Speed Controller), функции коллектора тут выполняет электроника.

Электроника, управляющая двигателем, в нужные моменты подключает постоянное напряжение батареи на нужные обмотки, подавать напряжение нужно в зависимости от положения ротора. Поэтому электроника должна уметь определять положение ротора. Для этого применяются датчики Холла (наример SS41), ротор-то магнитный.




В трехфазном бесколлекторном двигателе 3 датчика. Благодаря датчикам блок управления знает, на какие обмотки подавать напряжение. Если двигатель должен стартовать с нагрузкой на валу (электротранспорт) - то применяют двигатели с датчиками, двигатель без датчиков должен стартовать без нагрузки на валу.



Попадаются и бездатчиковые бесколлекторные моторы, движущийся магнит ротора наводит в обмотках статора ток, при отключении обмотки она используется как датчик, ее сигнал измеряется микроконтроллером. Информацию о таком питании бесколлекторного мотора можно найти на сайте Texas Instruments.

Чтобы понять: лучше/хуже, надо представить "идеальный" мотор, если коллекторный имеет условный КПД 100%, то обороты прямо пропорциональны напряжению, а ток нагрузке. Бесколлекторный с датчиками имеет такую же характеристику. Бесколлекторный без датчиков на низких оборотах имеет стартовые характеристики не очень: "разгон ногами, подхват мотором".

[Howk]

Три фазы.





Фактически фазы – это обмотки двигателя. Поэтому сказать "трехобмоточный" правильно. Три обмотки соединяются по схеме "звезда" или "треугольник". Трехфазный двигатель имеет три провода, выводы обмоток. Двигатели с датчиками имеют еще 5 проводов (2 питание датчиков, 3 сигналы от датчиков).

В трехфазной системе напряжение подается на две из трех обмоток, в результате есть 6 вариантов подачи постоянного напряжения на обмотки двигателя. Это позволяет создать вращающееся магнитное поле, которое проворачивается "шагами" на 60 градусов при каждом переключении. А рулит всем этим контроллер.

Контроллер коммутирует обмотки так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был сдвинут на угол, близкий к 90° или -90° относительно вектора магнитного поля ротора. Вращающееся при переключении магнитное поле заставляет перемещаться ротор с постоянными магнитами. При использовании трехфазного сигнала управления подключены только две пары обмоток.




Бесколлекторные двигатели - всегда поражают их характеристики и цена))) Ротор-магнит вращается внутри статора с обмотками (статор набран из пластин). Нам нужно питать двигатель постоянным током, его обороты должны меняться подобно тому, как у коллекторного мотора - в зависимости от нагрузки и напряжения.

Для этого надо переключать обмотки статора в зависимости от положения ротора. Датчиками положения ротора служат датчики Холла, сигнал усиливается и переключает обмотки. Для 3х полюсного статора и (2-х полюсного) магнита-ротора датчики расположены по дуге -120 и 240 градусов.

Получаем 3 состояния в течение оборота, соответствующие переключению 3х фаз. Крепление датчиков делается так, чтобы их можно было поворачивать вокруг оси двигателя, настраивая фазу переключения (как в коллекторных двигателях, поворотом щёточного узла). По сути коллектор все таки есть, просто он электронный.

Основа схемы переключения - мощные МОП ключи, которые включают и выключают обмотки, согласно положению ротора. В случае бесколлекторного двигателя мы имеем 3-х фазный двигатель и контроллер, создающий 3-х фазный сигнал для обмоток, в этом кроется высокая цена мотора. С другой стороны все моторы в вашем компьютере - бесколлекторные.

Звезда и Треугольник.





Обмотки бесколлекторного двигателя соединяют по схеме "звезда" или по схеме "треугольник" ("дельта"). При включении "звездой" ток протекает через две обмотки. Результирующее сопротивление равно сумме сопротивлений двух обмоток R=R1+R2.

Соответственно максимально возможный ток, протекаемый через обмотки I=U/(R1+R2). Потребляемая мощность P=U*I. Предположим, напряжение 10В, сопротивление обмотки 1 ОМ. Тогда ток I=10/(1+1)=5А. Потребляемая мощность P=10*5=50 Вт.

При включении "треугольником" ток протекает через все обмотки. Результирующее сопротивление обмоток R=(R1*(R2+R3))/(R1+R2+R3). Соответственно, ток через обмотки I=U/((R1*(R2+R3))/(R1+R2+R3). При таком же напряжении и сопротивлении обмоток получаем ток I=10/((1*(1+1))/(1+1+1))=15А. Потребляемая мощность P=10*15=150 Вт.

При включении "треугольником" вырастают обороты двигателя. Обмотки, соединенные "треугольником" греются больше, чем при включении звездой. Очевидно, переключением обмотки с звезды в треугольник можно получить двигатель с другими характеристиками. В моментных двигателях с длительной работой целесообразно применять "звезду". В двигателях, работающих кратковременно режиме, на высоких оборотах, применяют "треугольник".

Иногда в электротранспорте старт и разгон выполняется при включении обмоток звездой (это обеспечивает высокий момент, но меньшие обороты), после разгона выполняется переключение в треугольник (обороты выше, момент меньше). Это позволяет увеличить диапазон оборотов двигателя, сохранив стартовые характеристики.

Преимущества бесколлекторных двигателей
(никаких случайных контактов)))



Бесколлекторные двигатели способны набрать максимальные обороты за доли секунды (динамика). У бесколлекторного двигателя подвижной частью является ротор с мощными постоянными магнитами, а неподвижной частью статор с трехфазной обмоткой.

Бесколлекторный двигатель надежнее коллекторого в силу отсутствия щеток, коллектора, обладает большей скоростью вращения вала, имеет закрытый корпус (устойчив к влаге и пыли). Но обмотки двигателя и его контроллер, питающий обмотки, имеют более сложную конструкцию.

Отсутствие вращающихся и обгорающих контактов коллектора - а это главный источник потерь. Вообще-то насыщение магнитного поля тоже проблема, но в дорогих двигателях магниты на основе редкоземельных металлов, насыщением магнитного поля можно пренебречь.

Вместо вращающихся контактов переключение осуществляют полевые транзисторы. Они недороги (1-5$), их допустимый рабочий ток (при массивном радиаторе) достигает сотни ампер, внутреннее сопротивление несколько миллиОм. Очень маленькие потери и высокая коммутируемая мощность.

Если применять транзисторы без радиатора, ограничив мощность на них 3-5Вт, рабочий ток может быть в пределах 10-30А, что позволяет сделать коммутатор двигателя с чрезвычайно малыми потерями и размерами. Поэтому бесколлекторные двигатели обладают очень высоким КПД.

При одном и том же питании и времени работы двигателя можно получить вдвое большую мощность, либо увеличить вдвое время работы мотора при условии экономичного контроллера, использования обгонной муфты и передаточного числа.

Потрясающий ресурс механической части - ось крепится на шарикоподшипниках, ломаться практически нечему. Саморазмагничивание магнитов медленное, несколько процентов за несколько лет, если нет перегрева. Единственная возможность испортить - перегреть.

Стоимость бесколлекторных двигателей.




Механическая часть не сложнее коллекторного мотора, ротор-магнит изготавливается на основе редкоземельных металлов (самарий-кобальтовые, неодимовые), поэтому дорог. Контроллер обязателен, без него невозможно заставить мотор работать. Для торможения или реверса бесколлекторного двигателя достаточно сдвигать фазы в обратной последовательности, включая обмотки "на противоходе" - это экономия транзисторов.

Самой затратной частью электрического коня является батарея. Вообразить очень просто, нам нужны стабильные во времени и характеристиках ячейки, а это санио (панасоник), самсунг, панасоник, эл-джи. Стоимость ячейки - 10 долларов. Количество ячеек - 150-200. Плюс штук 10 - брак пайки. Плюс расходники 50 долларов. Плюс прокладки, скотч - 50 долларов. Плюс БМС - 200 долларов. Итого 2 000-2 500 долларов. Если будет собирать человек со стороны, оплатите еще и его работу.

Пара двигатель-контроллер занимает вторую строчку. На каких двигателях можно ездить? Всего 3 типа. Двигатель постоянного тока, коллекторник (это "стартер", стоит в китайских минимото и квадроциклах по умолчанию). Двигатель постоянного тока, бесколлекторник (BLDC, стоит в квадрокоптерах, в погрузчиках "линде"). Двигатель переменного тока асинхронный с медным или алюминиевым короткозамкнутым ротором (АС, это то что стоит в разных станках, ну и в машине тесла).

Самым дешевым является первый вариант, он состоит из б/у или нового тягового двигателя от погрузчика "Балканкар" болгарского производства, или двигателей вентилляторов радиаторов машин типа ауди 100. Многие идеи начинались с того, что человеку подворачивался такой двигатель, а вместе с ним возникало желание попробовать вставить в детское или взрослое минимото. Цена в среднем 400уе. Контрллер Kelly, Комета. Цена контроллеров 300-500уе.

Плюсы цена и перегрузочная способность, при мощности в 3кВт двигатель может выдать в 3 раза больше. Минус низкий КПД, 70% на номинальных оборотах. Второй вариант дороже, покупается парой двигатель+контроллер (1000-1500 долларов), обладает высоким КПД 90%. Третий вариант самый дорогой, асинхронным двигателем с медным ротором оборудован Tesla S. Обмотки статора нужно перемотать "Славянкой". Контроллер 2000 долларов, можно найти 1000уе б/у, это Сurtis.

Если хотите электрифицировать мотоцикл или карт, сначала ищите двигатель (например, от погрузчика). Двигатель должен обладать нужным крутящим моментом и не должен греться выше 110 градусов под максимальной нагрузкой. Дальше посчитайте передаточные числа и скорость на максимальных оборотах, хватит ли звездочек. Уже под найденный двигатель подбирайте контроллер. Если хотите получить компактный двигатель и недорого, возьмите комплект: бесколлекторный двигатель - контроллер.

Если вы решили зарядиться электричеством всерьез, хотите получить мото с отличными характеристиками, ваш выбор асинхронник со "Славянкой", тут лучше начать с поиска и покупки контроллера, под контроллер и его характеристики подбирать двигатель. Здесь же американские моторы и контролеры от гольф-каров, здесь же автомобильные генераторы с пиленым якорем и неодимами. В основном популярны внешние бесколлекторники от скутеров-погрузчиков и подобной техники.

[Howk]

Контроллер двигателя (Brushless ESC)



Задача контроллера передать энергию аккумулятора к трехфазному мотору. Типичный мотор имеет три обмотки (фазы) A, B, C. Фазы могут быть соединены "звездой" и "дельтой". Все, что мы делаем с фазами A и B, оказывает влияние на С, фазы это просто замкнутые куски провода, такими они являются для контроллера во время запуска мотора.

Работа контроллера в том, чтобы передать мотору энергию батареи. Для передачи энергии контроллер использует MOSFETы - транзисторы, которые могут открываться и закрываться за доли секунды. Ток, протекающий через фазы (обмотки), создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магниты ротора и вызывает вращение.



MOSFET (FET). Вызвать поворот мотора просто, подключить любые две фазы напрямую к аккумулятору. Но вы сожжете мотор, если оставите батарею подключенной более чем на тысячную долю секунды. Одна из основных задач контроллера - ограничить ток, протекающий через фазу при коммутации. Фокус в том, что бы открыть два ключа в нужный момент и тут же их закрыть.

Пока ток протекает по обмотке, магнит притягивается к обмотке (S к N или N к S), тянет ротор и поворачивает его. Как только магнит проходит обмотку, мы открываем другие ключи, чтобы теперь отталкивать магнит (N от N или S от S) и проталкивать магнит дальше от обмотки. Теперь повторите для всех трех обмоток и станет ясно, как заставить ротор вращаться.

Как только вращение началось, нам остается только переключать обмотки. Шесть полевых транзисторов MOSFET используются для включения и выключения фаз. Еще есть провода и большой конденсатор, который служит накопителем энергии для контроллера. Мощная пайка контактов обеспечивает протекание больших токов.

В контроллере четыре блока: силовые MOSFET, цепь управления ключами, микроконтроллер, цепь определения положения ротора. MOSFET работают как реле, открываясь и закрываясь, они вызывают протекание тока через обмотки мотора. Управление ими не простая задача, как может показаться на первый взгляд.

У них три контакта.



Контакт, по которому ток втекает в транзистор, называется "исток", контакт, по которому ток вытекает, называется "сток", контакт, который отходит в сторону и открывает  транзистор называется "затвор", это переключатель. Чтобы открыть ключ, необходимо на затвор подать напряжение на 5-10В выше, чем подведено к истоку транзистора.

Для нижней части мосфетов (которые подключены к минусу контакту батареи) это просто, надо подать всего 10 вольт. Для того, что бы открыть верхние ключи, которые подключены к плюсу батареи, нужно приложить напряжение на 10 вольт выше чем напряжение батареи, если LiPo 4S, к верхнему транзистору подведено 14.8В, что бы открыть ключ, к затвору нужно подвести 25В.

Микроконтроллер. Обработка сигнала с ручки газа - сигнал или серия импульсов, длина их определяет мощность. Ширина импульса 1мс означает убранный газ, 2мс - открытый. Величина открытия определяется шириной импульса между этими двумя значениями. Внешне просто, но важно успевать отслеживать положение якоря, не пропустить момент переключения ключей.

Работа мотора на среднем газу сложнее, чем на полном газу. Вместо того, что бы оставить два ключа открытыми на определенное время, микроконтроллер открывает один ключ и начинает открывать и закрывать второй. На малом газу второй ключ закрыт большую часть времени, на полному он почти все время открыт.

- работа на среднем газу не эффективна,
- работа на среднем газу нагружает контроллер.

Нужно рассмотреть явление обратной ЭДС (back EMF-electromotive force). Во время работы мотор не только потребляет энергию, но и работает как генератор, вырабатывая энергию - обратную ЭДС. Если предположить, что мотор не имеет внутреннего сопротивления, трения, вращается без нагрузки, то он будет набирать обороты, пока не сравняется напряжение батареи и величина обратной ЭДС. После потребление тока станет равно нулю, ротор продолжит вращаться с постоянной скоростью.

Если нагрузить мотор, то появится эффект "проскальзывания", ротор будет вращаться медленнее, чем мог бы при данном напряжении, а величина тока будет больше, чем ток обратной ЭДС. Эта разница токов совершает полезную работу. В результате мотор работает с проскальзыванием, часть энергии идет на совершение работы, часть на преодоление обратного тока, чем выше нагрузка, тем сильнее проскальзывание и тем больше тока потребляет мотор.

Работа на среднем газу нагружает контроллер, несмотря на то, что он дает более короткие импульсы питания, ведь под нагрузкой ток импульсов увеличивается. При снижении оборотов обратная ЭДС уменьшается, разница токов обратной ЭДС и мгновенных импульсов питания большая. Ватт-метры не могут показать броски тока, они отображают средние значения. Катайтесь на максимальной мощности, подобрав скорость нужным передаточным соотношением.

[Howk]

ВЕС: Battery eliminator circuit ("дисишка" или преобразователь на 5в) блок питания бортовой электроники, источник напряжения 5В. Проблема BEC типа LM317 в том, что он переводит излишек напряжения в тепло. Если у нас батарея 12В, от 6В надо избавиться. Если плата контроллера потребляет 1А тока, то 6Вт будет переведено в тепло. Если у нас батарея 25В, то 20В надо перевести в тепло и при токе в 1А, мы получим уже 20Вт тепла. Это слишком много для BEC, он перестанет работать при такой нагрузке.

Следующим шагом в развитии стало появление импульсных BEC. Импульсные BEC работают аналогично контроллерам, используют FET ключи для быстрого включения и выключения питания от батареи, далее импульсы сглаживаются конденсаторами для получения постоянного напряжения, излишек напряжения не переводится в тепло, КПД может достигать 90%.

Выбор контроллера. Предположим, мы выбрали мотор и батарею. Теперь нам надо прикинуть, какой ток будет потреблять силовая установка. Выбирайте контроллер, который имеет ток выше чем ток полного газа (если 67А, то контроллера на 75А достаточно). После сборки полезно проверить температуру контроллера. Температура контроллера должна оставаться ниже 80С.

Контроллер двигателя. Система управления бесколлекторным двигателем постоянного тока включает в себя микроконтроллер для обработки данных и блок управления питанием обмоток двигателя, называемый драйвером. В состав драйвера входит логика преобразования цифровых посылок в аналоговые сигналы, из которых формируются сигналы управления силовыми полевыми транзисторами (FET).

FETы могут входить в состав драйвера или размещаться в отдельном блоке. В состав драйвера входят схемы защиты силовых цепей и обратной связи для контроля работы двигателя. Напряжение, прикладываемое к обмоткам через транзисторы моста, может быть как постоянным, так модулированным с помощью ШИМ.

Важнейшей характеристикой силовых транзисторов является величина сопротивления открытого канала между истоком и стоком (RDSON). RDSON определяет тепловые характеристики блока и энергетические потери. С увеличением температуры RDSON растет, а ток и напряжение на обмотках уменьшаются.

Использование ШИМ позволяет уменьшить пульсации крутящего момента и обеспечить плавное вращение двигателя, частота ШИМ должна быть выше 20кГц, чтобы избежать акустического шума, но растут потери на транзисторах. Из-за индуктивных свойств нагрузки форма тока не соответствует форме напряжения ШИМ. После подачи импульса ток плавно нарастает, в паузах плавно затухает из-за противо ЭДС. Для ускорения затухания используют диоды в обратном включении.

Драйверы Texas Instruments. Для управления коллекторными электродвигателями постоянного тока – предназначено специальное семейство драйверов DRV8x. Они обеспечивает защиту от превышения напряжения и тока, короткого замыкания и перегрева. Спящий режим (Sleep) позволяет минимизировать потребление энергии в режиме простоя. Для управления скоростью вращения внешние сигналы ШИМ.

Драйверы TI для BLDC. Драйверы TI для бесколлекторных двигателей BLDC, могут включать интегрированный силовой мост или использовать внешние силовые транзисторы. Схема формирования 3-фазных сигналов управления также может быть внешней или встроенной. Для контроля положения ротора могут использоваться внешние датчики разных типов или схема управления с определением позиции ротора по противо-ЭДС (Back Electromotive Force, BEMF).

Выбор силовых транзисторов (FET). Транзисторы должны выдерживать ток с запасом, выбирают транзисторы с током в 2 раза больше максимального тока двигателя. В характеристиках полевых транзисторов может быть указано несколько значений тока для различных режимов. Иногда указывают ток, который может выдерживать кристалл Id (Silicon Limited), ток, ограниченный возможностями корпуса транзистора Id (Package Limited), ток импульсного режима (Pulsed Drain Current).

Надо выбирать транзисторы по постоянному току, не обращать внимание на параметры, указанные для импульсного режима. Если невозможно подобрать транзистор с нужным рабочим током, несколько транзисторов включают параллельно. При этом обязательно следует применять резисторы. Их номинал единицы Ом, но благодаря им транзисторы открываются одновременно. Если резисторы не ставить, то один транзистор открывается, а остальные нет.

За короткое время вся мощность сваливается на этот транзистор и выводит его из строя. Выбор транзисторов по напряжению также выполняется с запасом в 2 раза, чтобы избежать скачков напряжения во время коммутаций. Одна из важнейших характеристик, сопротивление открытого транзистора (несколько миллиом). На первый взгляд мало, но при больших токах будет выделяться много тепла, которое придется отводить.

Мощность, которая будет греть транзистор в открытом состоянии, рассчитывается по формуле: P=Rds*Id^2, Rds сопротивление открытого транзистора, Ids ток, который протекает через транзистор.

Транзистор irfp4468pbf имеет сопротивление 2.6мOм, при токе 195А на нем будет выделяться 98.865 Ватт тепла. В случае мостовой трехфазной схемы в каждый момент открыты только два ключа. То есть, на двух транзисторах будет выделяться по 98.865Вт, в общем 197.73Вт. Но они работают по очереди, парами, каждая пара ключей работает 1/3 времени.

Так что в целом на ключах будет выделяться 197.73Вт тепла, а на каждом из ключей (98.865/3 = 32.955Вт). Следует обеспечить соответствующее охлаждение. Но есть одно "но" не надо забывать про переходные процессы, когда сопротивление изменяется от нулевого до бесконечности и происходит наибольшее тепловыделение, что больше потерь при открытых ключах.

Представим, мы имеем нагрузку 0.55 Ом. Напряжение 100В. При полностью открытых ключах ток 100/0.55 = 181А. Транзистор закрывается, его сопротивление 1 Ом. В это время через него течет ток 100/(1+0,55) = 64.5А. Помните формулу? Получается, в короткий момент тепловые потери на транзисторе (1+0.55)*(64.5^2) = 6 448 Вт.

Что больше, чем при открытом ключе. Когда сопротивление транзистора возрастет до 100 Ом, потери будут 99.45Вт. Когда сопротивление транзистора возрастет до 1кОм потери будут 9.98Вт. Когда сопротивление транзистора возрастет до 10кОм потери будут 0.99Вт.

Люди считают, что можно увеличить мощность контроллера, просто заменив ключи на мощные. Это не так, мощные транзисторы имеют большую емкость затвора, а это увеличивает время открывания транзистора и влияет на температуру. Простая замена транзисторов на мощные увеличит температуру из-за того, что время их переключения больше - мощные транзисторы требуют мощных драйверов.

Драйверы MOSFET ключей. В качестве драйверов выступают биполярные транзисторы. Нас интересуют драйверы, которые имеют два входа для верхнего и нижнего ключей (драйверы верхнего и нижнего ключей). Например: IR2101, IR2010, IR2106, IR21064, IR2181, IR2110, IR2113.

Надо обратить внимание на параметр Vgs транзисторов. Большинство драйверов рассчитаны для Vgs=20В. Если Vgs полевых транзисторов меньше, чем выходное напряжение драйверов (Vgs транзистора FET 5В), то драйверы с выходным напряжением 20В выведут транзисторы из строя.

Большинство драйверов питаются напряжением 10-20В и поддерживают входные сигналы различных уровней -3.3В, 5В, 15В. Существуют драйверы для трехфазных схем, например: IR3230, IRS2334, IRS2334, IR21363, IR21364, IR21365, IR21368, IRS2336, IRS23364D, IRS2336D, IRS26310DJ, IR2130, IR2131, IR2132, IR2133, IR2135, IR2136, IRS2330, IRS2330D, IRS2332, IRS2332D, IR2233, IR2235, IR2238Q, IRS26302DJ.

Один из важнейших показателей драйверов - максимальный выходной ток. От 200мА до 4 000мА, 4 Ампера – это слишком. Но все решает калькулятор. Скорость переключения ключей - важная вещь. Чем мощнее драйвер, тем меньше времени на переключение ключей. Примерно рассчитать время переключения ключей можно по формуле: ton=Qg*(Rh+R+Rg)/U

Qg – полный заряд затвора полевого транзистора
Rh – внутреннее сопротивление драйвера

Рассчитывается как U/Imax, где U напряжение питания драйвера, Imax максимальной выходной ток, что максимальной выходной ток разный для верхнего и нижнего транзистора

R – сопротивление резистора в цепи затвора
Rg – внутреннее сопротивление затвора транзистор
U – напряжение питания драйвера

Например, если мы используем транзистор irfp 4468 pbf и драйвер IR2101 с максимальным током 200мА. А в цепи затвора резистор 20 Ом, то время переключения транзистора: 540*(12/0.2 + 20 + 0./12 = 3 636 нС. Заменив драйвер на IR2010, с максимальным током – 3А, и резистором в цепи затвора – 2ом, получим такое время переключения: 540*(12/3+2+0./12 = 306 нС. То есть, с новым драйвером время переключения сократился в 10 раз, тепловые потери на транзисторах уменьшатся.

Резисторы в цепи затвора. Резисторы в цепи затвора силовых транзисторов - их отсутствие или малый номинал может вызвать нежелательные эффекты для драйверов и неуправляемое открытие транзисторов. Сопротивление резистора в цепи затвора полевого транзистора должен быть не менее, чем внутреннее сопротивление драйвера, деленное на 3. Например, драйвер IR2101 питается напряжением 12В, максимальный ток – 0,25А. Его внутреннее сопротивление: 12В / 0,25 = 48Ом. В данном случае резистор в цепи затвора полевого транзистора должно быть больше, чем 48/3 = 16 Ом.

Это делается для того, чтобы увеличить скорость закрывания ключа. Для того чтобы защитить транзистор от чрезмерного напряжения Vgs используют стабилитроны присоединенные к затвору (Gate) и истоку (Sources) транзистора. Перед тем как использовать стабилитрон, выясните, какая у него емкость, стабилитроны могут иметь существенную емкость.

Защитные диоды. Поскольку силовые транзисторы работают с индуктивной нагрузкой, то должны использоваться защитные диоды. Если их не будет, то при выключении транзистора вследствие переходных процессов на индуктивностях (обмотках двигателя) возникнет перенапряжение, что пробивает транзистор и выводит его из строя. Во многих силовых транзисторах уже есть внутренние защитные диоды и нет необходимости использовать внешние. Но не забудьте это проверить в документации на транзистор.

Dead-Time. Изменение состояния силовых ключей в регуляторе трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется в следующей последовательности: выключаем ключ, который надо выключить, ждем некоторое время (Dead-Time), пока закроется транзистор (примерное время переключения транзистора мы рассчитывали ранее), и закончатся переходные процессы, связанные с коммутацией, включаем ключ, который надо включить.

Все драйверы верхнего и нижнего ключей имеют задержку между выходными сигналами чтобы не допустить одновременного открытия обоих транзисторов. Но эта задержка слишком мала. Некоторые драйверы верхнего и нижнего ключей имеют реальный Dead-Time. Но в нашем случае, это не поможет, потому что если вспомнить как переключаются ключи, то никогда не бывает такой ситуации, когда ключи одного плеча меняются состояниями.

Датчики тока. Традиционно в качестве датчика тока используют шунт. Зная его сопротивление, измеряют на нем напряжение и вычисляют ток. Но для мощных систем использование шунта не оправдано из-за больших тепловых потерь. Датчики тока на эффекте Холла имеют нулевое сопротивление, не греются, питание и уровень выходного сигнала таких датчиков в диапазоне 5В, удобно для реализации на микроконтроллерах. В настоящее время популярны датчики тока Allegro MicroSystems, например ACS71X, ACS75X.

Кроме измерения тока микроконтроллером, разумно создать схему защиты от превышения тока. Схема должна отключать силовые ключи когда ток превышает критическое значение. Для реализации обычно используют компаратор, на вход которого подают сигнал с датчика тока и опорный сигнал. При превышении допустимого тока компаратор срабатывает.

Выход компаратора используют как дискретный сигнал в логических схемах, аварийно отключают ключи. Такая реализация имеет наименьшую задержку. Некоторые драйверы имеют дополнительный вход для аварийного отключения ключей, что значительно упрощает создание безопасной схемы регулятора (ESC) безколекторного двигателя (BLDC).

[Howk]

Эта часть портянки не моя, да вобщем-то как и вся портянка - это все то что тут на форуме обсуждалось, в разных веточках. А что касается управления бесколлекторниками, то это перевод статьи иностранных авторов из лиги моделистов летунов) Так что на всякий случай "ку" то есть (С)

А вообще, контроллер БЛДЦ по числу элементов адская хрень)))
Ибо зеркнешь под спойлер и чур, чур его...

Спойлер

Спойлер

[Howk]

Контроллеры для электромото






Контроллеры Yuyang King
http://www.yuyangking.com/
mail@hzyy.cc - общий
sales5@hzyy.cc - Sabrina Chen

Yuyang YKF4860BI-B (48В, 60А, 2000W). Построен на 24 мосфетах irf1407. Контроллер программируемый через Bluetooth (Android или iOS), в приложении можно контролировать: токи, температуру, скорость. Код подключения по bluetooth - 1234. Контакт Power Shift (красный тонкий провод), предназначен для включения "зажигания", туда подается батарейное питание. Это питание управляющей части контроллера, на этот контакт подаем +48В

Контроллеры Infineon
LYEN@HOTMAIL.COM
http://lyen.com/
Цена с ручкой:
6-FET: 4700 Р
12-FET: 9300 Р
18-FET: 12700 Р

ТТХ:

- Форма волны - синус;
- Ручка газа управляет скоростью;
- Рабочий диапазон напряжения: 24-96В;
- Рабочий батарейный ток:   20/60/80А
- Рабочий фазный ток:      45/105/210А

- Круиз-контроль;
- Тразнисторы IRFB4110;
- Рекуперативное торможение;
- Возможность подключения переключателя мощности и скорости
- Возможность подключения бортового компьютера CycleAnalyst

- Возможность настройки параметров с ПК (Windows)
- Разъём подключения батареи: XT60 (XT90)
- Разъёмы двигателя: Anderson PP30-45 (6-FET) XT150 (12 и 18-FET)
- Силовые провода: медь 4мм2 (6-FET) 8мм2 (12 и 18-FET)

Почему Infineon? Контроллер по соотношению цена/качество оптимальный, программируемый. Можно изменять большое количество параметров в широком диапазоне. Компактный "6 FET 4110 Mini Monster Programmable Controller LYEN $79", 115x67x35mm. Максимальное напряжение 100В, максимальный ток 20А при 72В.

Как купить? У Льена из Сан-Франциско, потребуется аккаунт на paypal и электронная почта. Пишите на LYEN@HOTMAIL.COM, договаривайтесь (на английском), после он пришлет инвойс, оплачиваете и ждете, смело ждите дней 30-40. Настоятельно рекоммендую попросить Льена продать кабель для программирования. Подключение:

Подключите к рукоятке скорости: красный провод +5В, зеленый - сигнал, черный - земля. Подключите к фазам мотора и к датчикам холла, обычно на моторах провода того же цвета, что и на контроллере, при этом, если позже при включении мотора будет жужжать, имеет смысл поменять местами любые 2 фазных провода и 2 провода от датчиков холла.

Фазные провода: Желтый - фаза A, Зеленый - фаза B, Синий - фаза C. Подключение датчиков Холла: красный - +5В, черный - земля, желтый - датчик A, зеленый - датчик B, синий - датчик C. Подключение к аккумуляторной батарее. Красный толстый провод - это к плюсу батареи, черный толстый к минусу, красный тонкий к плюсу батареи для включения контроллера, через переключатель.
Внимание: при подключении к батарее будет небольшая искра, ничего в этом страшного нет.

Подключение рекуперативного тормоза: желтый - сигнал, черный - земля. Вы подключаете к рукоятке тормоза, но, чтобы тормоз работал, неободимо, чтобы в настройках при программирование была включена эта опция, а также замкнуты провода.

Настройка. Для подключения к компьютеру необходим такой кабель, драйвер (виндовс ХР / виндовс 7) и программа. После того, как скачаете программу, необходимо запустить файл install.bat для установки дополнительных компонентов. Есть более удобная и менее глючная программа от zap. Последовательность прошивки контроллера:

1) отключите контроллер от аккумулятора
2) подключите кабель для программирования к USB порту
3) подождите несколько секунд пока система не подключит устройство
4) теперь необходимо определить номер СОМ-порта, к которому подключен кабель
5) теперь подключите кабель другим концом к разъему программирования контроллера
6) откройте программу, загрузите имеющуюся конфигурацию или задайте параметры
7) выберите в программе СОМ-порт, к которому подключен кабель
нажмите "Start transmit"
9) нажать и удерживать кнопку на кабеле до тух пор пока в программе не появитс надпись Finished
10) нажмите "Stop transmit"
11) можете отключить кабель, подключить батарею

[Howk]

Board Type: Тип контроллера. От него зависят коэффициенты шунтов и резисторных делителей.
Тип Вашего контроллера можно определить по последней цифре, если у Вас 6 ФЕТовый котроллер, ЕВ306.

Sensor degree: Электрический угол между датчиками Холла в двигателе. В большинстве двигателей датчики установлены через 120 градусов, но иногда могут встретиться и другие. Выберите режим "Авто" для автоматического определения угла.

Battery Current: ограничение батарейного тока. Батарейный ток определяет мощность, которая будет подаваться на двигатель. Tсли у Вас батарея выдаёт 40в, а ограничение батарейного тока 25А, то на мотор-колесо будет подаваться не более 1 киловатта мощности.

PhaseCurrent: ограничение фазного тока, обычно вдвое больше ограничения батарейного тока. Максимально допустимый фазный ток ограничен контроллером (не более 50-60А для 6-ключевого контроллера, 75-85 для 9-ключевого, 100-120А для 12-ключевого).

С другой стороны, фазный ток ограничен сечением фазных проводов. Считайте по 30 ампер на квадратный миллиметр меди. Ну и, конечно, щупать.

Low Voltage Cutoff: напряжение, при котором контроллер отключает нагрузку. Удостоверьтесь, что данный параметр хотя бы равен минимальному напряжению ячейки (для используемого типа аккумуляторов) помноженному на количество ячеек

Например, для LiFePO4 батареи 12S это напряжение будет равно 2.6*12=31.2V. Этот параметр не так важен в случае использования BMS: последняя сама отключит нагрузку как только напряжение на любой из ячеек достигнет минимально допустимого.

VoltageTolerance: Изменение напряжения в сторону увеличения после отключения, параметр полезен при использовании батарей с большим внутренним сопротивлением и свинцовых аккумуляторов (свойство слегка восстанавливаться).

Highest Regen Limit (V) (EBSLimVoltage): В режиме рекуперации контроллер работает в режиме повышающего импульсного преобразователя напряжения. Данный параметр позволяет задать максимальное выходное напряжение.

BlockTime: Задержка, через которую срабатывает ограничение фазного тока. Увеличьте данный параметр для быстрого набора скорости, но не переусердствуйте, иначе рискуете спалить мотор.

AutoCruisingTime: Время, в течении которого необходимо удерживать ручку в одном положении, для включения режима круиза. Чтобы это работало Вам необходимо соединить контакт CR на плате с землёй.

Slip Charge Mode: При включении режима при отпускании ручки газа включается рекуперация, пока скорость выше затребованной (ниже 15% скорости регенерация неэффективна).

EBS Level: Мощность рекуперации (сила электронного торможения). Выберите Средний для колёс с малым диаметром и Высокий для колёс диаметром 26.

P3Mode: Дополнительная настройка точки P3 на плате. Вы можете выбрать между отображением режима 'Круиз', или вывести на светодиод диагностический код ошибки в случае сбоя контроллера.

Limit Speed (: Скорость при полном повороте ручки газа в режиме 'ограничения скорости' (соединении точки SL на плате к земле), в процентах от максимальной.

SpeedSwitchMode: Режим переключателя скоростей.

В режиме Селектор Вы можете подключить трёхпозиционный переключатель, который соединяет точки платы X1 (скорость 1) и X2 (скорость 3) к GND для выбора одной из трёх скоростей (в случае, если оба контакта не подключены, скорость 2).

В режиме Переключатель Вы можете переключаться кнопкой, замыкающей контакт X1 на землю, между скоростями 1 и 2 (скорость 2 по умолчанию).

SP IndicatorMode: Этот параметр меняет режим контактов P1, P2, P3 на плате контроллера. Подсоединённые светодиоды могут быть подключены к общей земле, либо к общему питанию.

ReverseSpeed: Максимальная скорость вращения в процентах от максимальной в режиме заднего хода (включаемого подключением точки DX3 на плате к земле).

GuardLevel: Для включении режима блокировки следует подключить точку TB на плате к земле или к питанию. В этом режиме контроллер активно тормозит.

Drive Saving(ThrottleProtect): Включите опцию, чтобы защититься от сгоревшего датчика Холла в ручке газа. В случае перегорания выходного транзистора датчика контроллер может вдруг дать полный газ, что неприятно.

Круиз контроль - для включения этой опции необходимо на плате контроллера замкнуть "CR" на землю. Затем в прошивке включить необходимые параметры.

Контроллер Kelly

http://kellycontroller.com
серия kbs наиболее миниатюрная
http://kellycontroller.com/mini-brushless-controller-kbs12v-72v-c-60.html

RS232 переходник должен иметь 12 вольтовые лог выходы. Шнурки от мобильных телефонов и большинство USB COM не подходят из-за наличия 5 вольт на сигнальных линиях. В обмене данными участвуют только Rx Tx и GND.

Вместе с циклоном идут KBS48101L-х контроллеры. Они маркируются иначе и коннекторы у них другие, контроллеры залиты компаундом и поменять феты нереально.

В контроллере есть линия AN_2 - если ее замкнуть на +5, получим буст 120%. Прошивать чужой прошивкой нельзя. Сбивается регулировка шунта и вы не дополучаете заявленных амперов.

В контроллере отдельно регулируются фазовые токи и батарейные. Отдельно выставляется режим газа torque или speed. Есть настройка границ холла с ручки газа. Кривых отклика ручки нет.

Можно настроить фильтр ручки газа на плавное увеличение мощности при резком повороте ручки. Есть переключение между 120 и 60 градусами холла. Настройки углов опережения нет. Подключение температурного датчика есть, но датчик по даташиту.

[Howk]

Как улучшить контроллер?






Во-первых, 95% контроллеров используют похожую схемотехнику, номиналы деталей, тип микроконтроллера, количество функций может различаться. Но, любой современный китайский контроллер выглядит как родной брат Yamasaki 350W. Основное:

Микроконтроллер (многоногий по центру), большой силовой конденсатор слева, синий резистор низковольтного стабилизатора, слева шунт (скобка из толстой проволоки), 6 ключей и 1 стабилизатор напряжения LM317 (прикручены к алюминевой планке).

В правом углу 14 ногий компаратор LM339, значит контроллер поддерживает безсенсорный режим. Провода питания (толстый красный и чёрные) и фазовые провода (толстые синий, жёлтый, зелёный) сечением 1.5мм2. Тип микроконтроллера SPMC65SF112. Это микроконтроллер китайской разработки. Также встречаются XC846 (так называемый "Инфинеон"), STM8.

BKH/BKL - название для контакта тормоза. BreaK High - тормоз при высоком уровне и BreaK Low - тормоз при низком уровне. BKL замыкают на землю. BKH обычно замыкают на плюс батареи, можно на +5В.

LMT - нераспаянный управляющий сигнал, сокращение от английского LiMiT (ограничение), включает ограничение скорости. Или тока.

SP- SPeed, скорость. Сюда подаётся выход с ручки газа.

HI/LOW - "высокая" и "низкая" скорость. Контакт "HI" запаян на розовый провод, у продавца на китайском сказано что это что-то типа повышенной скорости, что-то типа фичи "120%" на Инфинеон.

LOCK - контакт противоугонной системы. Замкнув на землю, колесо блокирует положение. Попытка прокрутить его в любую сторону будет встречать противодействие.

EBS - Electronic Breaking System, рекуперативное торможение. Видимо, если Вам не нужно рекуперативное торможение, Вы это кольцо разрежете.

A/B/C - сигналы от датчиков Холла двигателя.

REV - реверс.

CRU - круиз-контроль. Замкнут на землю через кольцо из провода.

XX - разъём автоматического определения двигателя - при замыкании разъёма автоопределения он "обнюхивает" двигатель и определяет порядок фазных проводов, датчиков Холла и угол между датчиками.

YY - непонятный контакт, выяснить можно экспериментально.

Можно переделать контроллер для работы на повышенных напряжениях. Изначально контроллер расчитан на напряжения 36/48В. Логично предположить, что он выдерживает 48В. Схема контроллера состоит из двух частей: силовой части и низковольтной (логической) части.

В силовой части напряжение батареи подаётся на силовые ключи, силовой конденсатор. На эту часть подаётся полное напряжение батареи. Если максимальное напряжение силовых деталей ниже необходимого напряжения, их необходимо заменить. Например, для работы от батареи 16S обычно требуется замена силовых конденсаторов, которые обычно 63-вольтовые.

Конденсаторы можно заменить на 80 вольтовые, либо на 100 вольтовые. Используйте по возможности конденсаторы с низким сопротивлением (ESR). Чем крупнее конденсатор, чем выше ёмкость, тем меньше внутреннее сопротивление. Силовые конденсаторы всегда одной ногой на плюсе батареи, другой на земле.

Низковольтная часть питается через понижающий стабилизатор напряжения, который преобразует напряжение батареи сначала в 12 вольт, а затем в 5 вольт. Поэтому наша забота чтобы не сгорела первая ступень стабилизатора, остальное заработает. В большинстве случаев в первой ступени используется LM317, которая преобразует напряжение батареи в 12В, ограничение - разница между напряжением на входе и выходе не может превышать 40В.

То есть, если использовать только её, напряжение на входе не может превышать 52В. В случае, если напряжение батареи превысит это значение, микросхема сгорит. Перед микросхемой стоит гасящий резистор, на котором "срезается" ещё 10 вольт. Потребление типового контроллера от 30мА (датчики не подключены) до 60мА (в режиме полного хода). Необходимо не допустить, чтобы напряжение после резистора было ниже 15 вольт

Иначе первая ступень стабилизатора не сможет удерживать на выходе 12В и могут сгореть ключи, но и не больше 52в. Зная эти цифры, легко подсчитать допустимый диапазон входных напряжений при заданном сопротивлении резистора.

Umin=15+R*0.060
Umax=52+R*0.030

Например, в контроллере стоит резистор на 220ом (синий рядом с силовым конденсатором). С таким резистором допустимый диапазон входных напряжений:

Umin=15+220*0.060=28.2В
Umax=52+220*0.030=58.6В

Таким образом, подставляя разные значения R мы можем подобрать замену резистору так, чтобы контроллер нормально работал во всём диапазоне входных напряжений. Кроме диапазона допустимых напряжений контроллер имеет напряжение отсечки. Когда напряжение падает до этой величины, контроллер отключается с целью защиты батареи от переразряда.

Иногда это может быть помехой. В этом случае можно корректировать цепь измерения напряжения батареи, чтобы "обмануть" микроконтроллер. Как правило, эта цепь состоит из резисторного делителя и конденсатора параллельно нижнему резистору.

Напряжение с делителя может поступать на ножку микроконтроллера, а может через защитный резистор. Найти делитель просто, это единственная цепь помимо низковольтного стабилизатора, которая следует из высоковольтной части напрямую в низковольтную.

Плюс батареи поступает через тонкий красный провод (через выключатель питания соединён с толстым красным проводом). Далее диод с маркировкой М7, для защиты от переполюсовки низковольтной части.

Однако цепь замера напряжения должна предшествовать диоду, иначе замер будет неточным. И мы видим отвод от плюса на резистор R82. Далее резистор R82 соединяется с резистором R77 и далее параллельно с конденсатором C5 соединяется на землю.

Похоже, мы нашли делитель. Обозначим резистор R82 как Rtop, а резистор R77 как Rbot. Тогда на выходе делителя мы будем иметь напряжение: V=Vin*Rbot/(Rtop+Rbot), где Vin напряжение на входе делителя. Для изменения порога отключения нам достаточно заменить один из резисторов, предположим Rtop, формула для вычисления нового значения Rtop: Rtop_new=(Vin_new*(Rtop+Rbot)/Vin)-Rbot.

Для нашего случая можно попробовать пересчитать параметры делителя для получения порога отключения 28В вместо 31В. В нашем случае Rtop= 33кОм, Rbot = 2.2кОм. Тогда: Rtop_new=28*(33000+2200)/31-2200=29600ом.

Существует возможность увеличить мощность контроллера. В китайских контроллерах из соображений стоимости устанавливаются дешёвые ключи. Например, ST75NF75 имеют сопротивление канала 7 миллиом и выдерживают напряжение 75 вольт.

В рассматриваемом контроллере установлены ключи RU6888R с сопротивлением канала 6 миллиом на 75 вольт. Однако, существуют ключи IRFB3077 сопротивление канала 2.8мОм при напряжении до 75В, IRFB4110 - 3.7 мОм до 100 вольт!

Таким образом, если заменить RU6888R на IRFB3077, получим контроллер на вдвое бОльшие токи, рассматриваемый контроллер заявлен как 17 амперный, после замены ключей мы вполне можем получить 30 амперный контроллер, причём 6-ключевой!

Если батарея умеет выдавать такие токи, апгрейд кстати. Выпаиваем старые ключи, микросхему (LM317) не трогаем, прочищаем посадочные отверстия, чтобы новые ключи можно было воткнуть все сразу. Прикручиваем все транзисторы к радиатору. После этого выравниваем по высоте и запаиваем, дорожки усиливать за счёт загнутых выводов элементов.

Ключи заменены, но микроконтроллер об этом не знает, самый простой вариант, залудить шунт. Шунт это кусок толстого провода из сплава - константана (не изменяет сопротивление при изменении температуры), обычно на краю платы.

Чтобы залудить шунт, достаточно нанести на него тонкий слой припоя на часть его длины. Не переусердствуйте, иначе контроллер будет допускать слишком высокие токи и ключи могут сгореть, можно залудить наполовину.

Если Вы хотите чуть улучшить динамику, а контроллер не работает на пределе своих возможностей (не нагревается выше 50С), Вы можете залудить шунт. Как только контроллер станет тёплым, дальнейшие улучшения только перепайка ключей.

[Howk]

Сечение проводов. Сечение проводов питания из расчёта 1 квадратный миллиметр на 10 ампер, если мы собираемся делать 35-амперный, понадобится провод сечением 3.5мм2.

Сечение фазных проводов не тоньше батарейных, но и не толще фазных проводов двигателя. В данном случае двигатель имеет провода 2.5мм2, поэтому для фазных проводов контроллера берем провода такого же сечения. Также усилить силовые дорожки однодильными медными проводами либо медной оплёткой и из контроллера на 350W мы сделали контроллер, способный справиться с киловаттной нагрузкой.

Делитель может быть вблизи ввода проводов питания или в центре платы. Методика поиска - ставим щуп мультиметра к плюсу  кабеля питания, вторым ищем по подозрительным резисторам, по всем подряд. Как только мультиметр покажет нулевое сопротивление (звуковой сигнал), этот резистор в списке кандидатов на верхний резистор делителя, если к нему идет второй резистор, который концом сидит на минусе, шунтирован керамическим конденсатором - оно.

Средняя точка их соединения используется как контроль напряжения отсечки. В данном контроллере вехний резистор "153" (15 кОм), нижний "122" (1,2кОм). Меняем нижний на 1,8ком. Можно поменять и верхний на меньший, вырастет ток через эту цепочку и нагрев резисторов. Все, контроллер не отсекает мощность при любых режимах.

Ключи AOT470, 10 миллиом сопротивление канала. При токе 15А тепловыделение каждого ключа 0.010*152=2.25Ватт. Учитывая, что на полном газу ключи работают треть времени, но ключей 6, получите 5Ватт тепловыделения на контроллере.

Многовато, хотя если обдувается набегающим потоком воздуха то ничего. Лучше перепаять на что-нибудь с мЕньшим сопротивлением. Помимо отсечки (нижний предел напряжения) есть ещё верхний предел, который зависит от:

Характеристик понижающего преобразователя для питания низковольтной части контроллера (LM317, перед ним ставят мощный резистор, на котором входное напряжение должно падать не более чем 50В при токе 50мА).

В новых контроллерах стоит импульсный преобразователь (его можно идентифицировать по трансформатору или катушке индуктивности), там смотреть рабочее напряжение ключевого транзистора (и брать с двухкратным запасом). Предельного напряжения сток-исток ключей (ключи на 75В), причём ключи должны быть по напряжению с 10%-запасом, иначе рискуете словить пробой ключей на дороге.

Максимального рабочего напряжения силовых конденсаторов, как правило, один крупный (470-1000мкф) на входе (рядом с местом, куда входят провода питания), несколько меньше (100-330мкф) в параллель с каждым из трёх полумостов (в районе ключей).

В контроллерах обычно конденсаторы на 63В. Что касается мощности, она ограничена током ключей, причём это не та цифра, которая мощность в даташите, а та цифра, которую не пишут. Ограничение тока по сечению ножек мосфета. Про IRFB3077 обычно пишут, что максимальный ток равен 210 ампер, на самом деле, по ножке корпуса TO-220 может протекать не более 75А.

[Howk]

Датчики холла.



SS41 Датчик Холла двухполярный, цифровой, 150G, корпус TO92.
SS49 Датчик Холла аналоговый, в ручке газа. В мотор не пойдет.

- униполярные (unipolar): низкое состояние выхода соответствует приложенному южному полюсу магнита, высокое - удалению магнита, на северный полюс датчики не реагируют.
- биполярные (bipolar): низкое состояние выхода соответствует приложенному южному полюсу магнита, высокое  северному полюсу, при удалении магнита состояние датчика не определено.
- омниполярные (latching): низкое состояние выхода соответствует приложенному южному полюсу магнита, высокое - северному полюсу; при удалении магнита состояние не меняется, срабатывание при смене полюсов.

Это лишь формы обработки выходных данных, датчик во всех случаях аналоговый, в трёхногом корпусе - не датчик Холла, а микросхема, состоящая из датчика, усилителя и компаратора. Униполярная обработка отличается от биполярной порогом переключения компаратора, омниполярная - это биполярная с гистерезисом. При контрастной смене магнитного поля с сильного северного на сильное южное все они будут работать одинаково, с небольшими различиями угла срабатывания/отпускания.

Спойлер

https://youtu.be/EmPrL4crRag

Тестер. Для проверки датчиков Холла удобно использовать "тестер" из трёх светодиодов с резисторами (0,5-1кОм) - плюсы светодиодов на питание датчиков (+5В), минусы через резисторы на выходы датчиков. С "тестером" сразу видно как они переключаются при вращении, видно моменты срабатывания/отпускания, можно увидеть отклонение углов от нормы. Если "тестер" ничего не показывает при вращении колеса, датчики дохлые, либо неправильное подключение.

Ориентация датчика в зазоре скошенными углами к магнитам, по глубине захода в паз максимально, по высоте вровень с железом в рабочем зазоре - соберите тестер из трёх светодиодов и трёх резисторов, подключите к датчикам, проворачивая двигатель, диоды должны загораться поочерёдно, то один, то два, огоньки должны бежать без перебоев, в другую сторону направление меняется.

Если углубиться в изучение углов срабатывания/отпускания датчиков, можно попробовать установить колесо в раму, с помощью закреплённой на раме линейки карандашом отметить на ободе углы срабатывания/отпускания каждого из датчиков на протяжении оборота, посмотреть, насколько равномерно расположатся штрихи. Если интервалы равны, датчики работают хорошо.

В зависимости от чувствительности, если она недостаточна, интервалы могут быть неравны. При правильной работе датчики переключаются в момент, когда над ними проходит граница двух магнитов. Если штрихи равны, то зоны срабатывания датчиков идут чётко по магнитам, а если что-то работает неправильно, это видно по штрихам.

Установка датчиков холла.





Если контроллер самообучаемый, то порядок датчиков он определяет сам. В этом случае возможны две причины неправильной работы: неправильный угол между датчиками и обмотками, неправильный взаимный угол между датчиками. Отрегулировать угол расположения датчиков (платы модулятора). Есть несложный способ проверки правильности расположения датчиков.

Тестер датчиков. Понадобится 9-вольтовая батарейка, три резистора, три светодиода. Из батарейки, светодиодов и резисторов делаем тестер датчиков. С батарейки берется питание датчиков, к их выходам через резисторы подключаются светодиоды. Тестер будет показывать состояние датчиков. Подключаем тестер к датчикам, вращаем ротор, убеждаемся, что датчики работают.

Теперь берём источник тока и подключаем к одной из обмоток. Ротор дёрнется и залипнет в одном положении. В этом положении один из датчиков должен иметь границу срабатывания, если слегка (чуть-чуть) подтолкнуть ротор вправо или влево, состояние одного из датчиков должно измениться.

Если состояние не меняется, настроить угол модулятора так, чтобы получить в этом положении ротора точку переключения одного из датчиков. Желательно проверить все три датчика относительно всех трёх фаз, вероятно какой-то из них установлен криво. Проверять, подключая источник тока к фазным проводам всегда в одном направлении: 1+2-, потом 2+3-, потом 3+1-

Цифры означают номера фаз, знаки подаваемую полярность. Датчики при этом должны срабатывать одинаково, если в первом случае при толчке ротора вправо светодиод загорается, а влево гаснет, то и во втором и третьем случаях другие два светодиода должны показывать тоже самое. Ппроверить точки срабатывания всех магнитов, вдруг они рассинхронизированы с обмотками.

Как переделать мотор на датчики хола?

Фальш ротор для платы модулятора сделать с таким же количеством полюсов, как и основной. Датчики холла разместить "под углом" 120 градусов по отшношению к "электрическому обороту". Если магнитов два, то через каждые 120 физических градусов, если магнитов 12, то через каждые 20 градусов.

Определить положение датчиков так: подать ток на два фазных провода, мотор должен фиксировать ротор в некотором положении. Ток должен быть достаточным для фиксации ротора - ампер 50. Но при низком напряжении, 1-2 вольта, так как сопротивление обмоток десяток миллиом или меньше. Тогда первый датчик должен быть ровно между двух магнитов.

При "покачивании" ротора этот датчик должен переключаться. Далее перескакиваем на две следующие фазы: минус где был плюс, а плюс к следующему проводу. В этом положении ротор должен "шагнуть" на 120 электрических градуса, второй датчик должен быть ровно между магнитов. Повторяем процедуру для третьего датчика.

Если грубо, берем четыре магнита и размещаем равномерно между ними 4 датчика. Четвертый - виртуальный, для представления о угловом шаге. Физический угол между датчиками 240/n, где n - число магнитов.

[Howk]

Глоссарий (аббрревиатурры)




ESC (Electronic Speed Controller) устройство для управления оборотами электродвигателя, применяемое с электрической силовой установкой. Электронный регулятор хода.

BEC (преобразователь напряжения), преобразующий напряжение аккумулятора в низкое. Силовые аккумуляторы имеют напряжение 30-100В, в то время как необходимо 5-6В

Режим старта (Start mode) - быстрый, жёсткий, плавный. Режим замедляющий набор оборотов при старте двигателя. Требуется для двигателей с редукторами.

Время ускорения или задержка ускорения (Acceleration time или Acceleration delay) - настройка времени набора оборотов от ноля до максимума, что и Режим старта.

Режим газа (Throttle type или Throttle mode) - настройка зависимости оборотов от положения ручки газа. Может иметь автокалибровку.

Тормоз (Brake) - включение/выключение режима торможения двигателем. В некоторых контроллерах есть функции регулировки усилия торможения от 0 до 100 %.

Реверс (Reverse) - включение или выключение режима реверса двигателя. Преимущественно реверс используется для авто- и судо-моделей.

Ограничение тока (Current limiting) - установка максимальной силы тока при превышении которой мощность будет ограничиваться или двигатель будет автоматически отключен.

Напряжение выключения мотора (Cut-off voltage) - установка минимального напряжения батареи при котором контроллер отключает двигатель для защиты от глубокого разряда.

Тип выключения мотора (Cut-off mode) - мягкое или жёсткое выключение мотора при срабатывании защиты. Мягкий режим означает снижение мощности а не выключение.

Частота импульсов контроллера (PWM Frequency) - настройка позволяющая улучшить линейность регулирования частоты вращения двигателя.

Опережение (Timing) - установка угла (0-30°) опережения коммутации обмоток. При регулировке изменяется мощность двигателя и КПД.

[Howk]

Электробезопасность. (батарея кусается)))



(!) Электрический ток более 50мА опасен для жизни.



Руки должны быть чистыми и сухими, так как величина тока зависит от состояния кожи, от площади соприкосновения с токоведущими частями. Лучше работать в тонких диэлектрических перчатках.
Нельзя касаться токонесущих частей сразу двумя руками или касаться их одной рукой, а другой в этот момент касаться токопроводящей поверхности (моторамы, корпуса или шины батареи).
Если необходимо работать при включеном питании, работайте одной рукой. Степень поражения током зависит от пути прохождения. Наиболее опасным является путь тока от руки к руке через сердце и лёгкие.
Ремонт необходимо выполнять при отключеном питании устройства, для этого должен быть физический разрыв цепи. Если отключили электричество автоматом или тумблером, проверьте отсутствие напряжения мультиметром.
После выключения питания конденсаторы некоторое время хранят заряд, который вы получите при касании. Выводы высоковольтных конденсаторов закорачиваются резистором 100 Ом (закорачивание перемычкой может их повредить).
При первом включении устройства следует соблюдать осторожность, диоды и электролитические конденсаторы при неправильнй полярности могут взорваться. Это же касается и светодиодов.
Не оставлять включенные и не настроенные (неисправные) устройства, это может вызвать пожар. При длительном отсутствии убедиться в том, что в розетках не осталось подключенных потребителей в дежурном режиме.
Безопасным является напряжение до 36В (при условии гальванической развязки от сети 220в), поэтому лучше использовать паяльник с напряжением, не превышающим это значение. Импульсные трансформаторы защиту не обеспечивают.
При работе с паяльником нельзя стряхивать с жала остатки припоя. Брызги могут попасть в глаза. Паяльник должен иметь подставку, которая исключает касание руками, скатывание со стола. Упавший на колени паяльник это ламбада.
Если падает включеный инструмент или прибор, не ловите его, можно схватиться за токоведущие, нагретые, вращающиеся части. Это же касается нагретых предметов. Исключите падение емкостей с химическими веществами (флюсами, кислотами).
При длительной работе с паяльником воздух в комнате насыщается вредными парами свинца. Большинство флюсов токсично. Поэтому помещение следует регулярно проветривать. Если нет вытяжки, поставьте на стол хотя бы компьютерный вентилятор.
Электроток силой 0,01А (10ма) вызывает легкое раздражение нервной системы (судороги). При увеличении тока до 0,03А (30ма) мышцы могут потерять способность сокращаться, при 0,06А (60ма) наступает паралич дыхательных органов.
Смертельным считается 0,1А (100ма). Известно, что ток через цепи с различными сопротивлениями неодинаков. Через проводник с меньшим сопротивлением течет больший ток. Сопротивление зависит от влажности кожи в данный момент, усталости.
Сопротивление тела может изменяться, колеблясь от 500 000 до 1.000 Ом. При попадании человека с минимальным сопротивлением под напряжение 220В, ток окажется равным 220В:1000 Ом=0,22А, то есть смертельным. Обесточьте устройство во время работы!
Перед включением устройства в сеть проверьте мультиметром состояние изоляции между штырьками вилки и корпусом конструкции. Если оно менее 10 МОм, отыщите неисправность и устраните ее, проверку делайте периодически.
Проверяя детали, подключайте щуп к общему проводу (массе) до включения в сеть. При необходимости заменить деталь или перепаять провода, обесточивайте конструкцию, вынимая вилку из розетки, обеспечивая видимый разрыв цепи.
Номиналы деталей нужно ставить с запасом на большее напряжение, особенно конденсаторы. Для сети 220в лучше на 400 вольт, а еще лучше на 600. В электросети бывают выбросы напряжения, превышающие номинал деталей. То же для мощности.
Схема должна быть изолирована от среды. Надежный диэлектрический корпус, чтобы ничего не торчало наружу. Если схема (батарея) монтируется в раму, она не должна касаться труб. Схему можно залить лаком или компаундом, термосоплями.
При настройке схемы ни в коем случае не лезть руками ни к одному из элементов цепи. Пусть вас не успокаивает, что на выходе 5 вольт. Пять вольт там относительно самой себя. А по отношению к среде там все 220 или сколько у вас на батарее.
После отключения разрядить гасящий конденсатор, остается заряд вольт 100-200, цапнет за палец. Вряд ли смертельно, но приятного мало. Параллельно поставить резистор на мегаом. Иначе вилка будет током драться.




Ангел-предохранитель.



Индикатор напряжения бесконтактный, определяет наличие переменного напряжения в проводнике на небольшом расстоянии. Пищит и моргает. Определяет поле, вызванное переменным напряжением, через изоляцию, без необходимости контакта с проводником.
Бывают случаи, когда зачистишь, подержишь в руках, а потом дойдёт, что под напряжением. Поэтому работают в перчатках, они хоть и не резиновые, но плотные (зазор не пробьёт). У любого электрика есть пробник.

- Fluke 1AC VoltAlert   (50уе)
- Fluke 2AC VoltAlert   (50уе)
- UNI-T UT12A      (20уе)
- Mastech MS8900   (10уе)

Спойлер

https://www.youtube.com/watch?v=L-OwU8JWCVo

Паять электронику можно, не задумываясь о мелочах вроде земли и статики, но бывают приборы с немалой ценой. И это повод задуматься об электростатике, исключить накопление статического электричества на инструментах и операторе.
Промышленные схемы предполагают наличие в защищенной от статического электричества зоне токопроводящего ковра для отвода через ноги, коврика на столе и браслетов для рук, всё это подключено к заземляющей шине, "сливая" заряд.



(!) через резистор в 1 МегаОм, чтобы оператора не закоротило от сети!



Электрооборудование разбить на две группы: силовое и слаботочное. К силовому относится весь инструмент, используемый в работе и мощные потребители (чайник, микроволновка, компрессор, паяльник, плитка).
К условно - слаботочному все потребители, обеспечивающие комфорт на рабочем месте (осветители, телефоны и их зарядные устройства, акустические системы, весы, портативные компьютеры, мониторы, роутеры).
Потребителей электроэнергии разумно подключать к фильтрам, т.е. "удлинителям с выключателем", а сами фильтры через автоматы и УЗО подключать к электросети, два эшелона защиты и возможность выключить одним щелчком.
Это касается прежде всего фильтров, вылетевшие "пробки" можно включить неспеша, после устранения проблем с причиной "вылета". Очень полезны индикаторные лампочки на фильтрах - можно понять, есть питание или нет.
В разных странах мира приняты различные стандарты сетевого напряжения. Можно встретить следующие стандарты (стандартным напряжением в России и странах балтии сегодня является напряжение 230В):

- 100В    в Японии,
- 110В    в Ямайке, Гаити, Гондурасе, Кубе,
- 115В    в Барбадосе, Сальвадоре,Тринидаде,
- 120В    в США, Канаде, Венесуэле, Эквадоре
- 127В    в Бонайре, Мексике,
- 220В    в странах Азии и Африки,
- 230В    в странах Европы и части стран Азии,
- 240В    в Афганистане, Гайане, Гибралтаре, Катаре, Кении, Кувейте, Ливане, Нигерии, Фиджи...







Униформа. Защищает от загрязнений, от повреждений кожу и повседневную одежду. Должна быть из плотной ткани, желательно из хб (никакой синтетики), потому как не должна гореть и накапливать статическое электричество.
Униформа должна легко сниматься и одеваться, так как носится поверх повседневной одежды, иногда ее нужно быстро сбросить (пролив агрессивную либо горючую жидкость), она должна быть свободной и не стеснять движений.
Халаты и комбинезоны неприхотливы в уходе, не стесняют движения благодаря свободному крою. Для некоторых профессий цвет регламентирован СНиПами, халат техника/оператора - серый/черный, грузчика/складского работника - синий.
Срок носки - год. Комбинезон или халат, если по росту, имеет тенденцию висеть на плечах, пояс надо фиксировать. Ремень решит проблему за одним минусом, при движениях или лежании на животе, в этом месте будет пряжка. Второй конец ремня крепится на стропе липучкой.
Ремень - стандартная "стропа". Стоит купить пластиковую пряжку под названием "фастекс" и пару колечек, подойдут даже резинки для волос в тон. Набрасываем спецодежду и прихватываем поясом, то и то сбрасывается на счет "раз".