Электрические двигатели нового поколения

[nikvic]

Изначально хотел посчитать моторный коэффициент (M=K*I), вычисленный "тупо" делением момента на ток. Но уже понял, что так считать нельзя - ток-то нужен фазный, а не батарейный.

Постройте графики ток/момент. Для HS, HT они полнее, и отлично отделяется область малых скоростей в режиме ограничения батарейного тока. Для двух остальных этой области просто нет, так что смело считайте.

Но лучше - не как М=К*ток, а как М=К*ток - М0.
===========
Проделал для НТ35.М=-1.56 + 1.51*ток. Т.е. моторный коэффициент
К= 1.51, тормозной момент - М0= - 1.56Нм.
За один оборот гистерезис съест около 10Дж, на скорости 18 км/ч при чистом педалировании  нужна доп. мощность около 25ватт - мощность бабушки. 
======
   К=1.07 М0=-1.71 - для HS.

Разница тормозных моментов несущественна - железо то же...

[zap]

В своё время я выдирал параметры двигателей из куркулятора на ebike.ca (см. третью страницу, "Мотор-колёса"), там моторный коэффициент для HT35 принят 1.35, а для HS35 - 0.92.

Немного непонятно про область ограничения батарейного тока - там что, моторный коэффициент не действует, чтоли

Попробовал посчитать фазный ток как батарейный ток помноженный на соотношение напряжения батареи к противо-ЭДС (посчитав грубо kV для HS35 он примерно равен 10). Разброс вычисленного K стал меньше, но всё равно пляшет. Добавил в формулу ещё M0 (так и не понял, как Вы его посчитали, там одно уравнение с двумя неизвестными?) - всё равно не помогает.

Кстати, область с высокими фазными токами тоже непонятно, насколько отражаются формулой M=K*I+M0, при высоких токах может уже проявляться насыщение сердечника (было бы клёво его тоже посчитать по даташитам).

[nikvic]

Немного непонятно про область ограничения батарейного тока - там что, моторный коэффициент не действует, чтоли

Действует, но для фазного тока.
Постройте точечный график ток-момент. Визуально - растущая от отрицательного момента (при нулевом токе) прямая, затем - отрезок вверх. Типичная клюшка 

Для разных больших моментов - один и тот же ток  (и одна и та же входная мощность). Это и есть область, "обслуживаемая" шунтом контроллера.

[metelev_sv]

Получим ещё более тяговый, естественно. Не понимаю вопроса.

Значит так. Где-то в начале 20-го века магнетизм исследовал Пьер Вейс. Насколько я помню, именно он высказал идею, что магнитные вещества состоят из доменов. Когда мы помещаем кусок железа в магнитное поле, оно намагничивается само. Процесс намагничивания состоит в том, что домены поворачиваются так, чтобы увеличить магнитное поле внутри этого железа и уменьшить снаружи. Когда они поворачиваются все, дальнейшее намагничивание железа прекращается.

Теперь, дальше. Катушки сами по себе создают рассеянное магнитное поле. Без сердечника большая часть поля пропадает, взаимодействует не прицельно, с нужным магнитиком, а с несколькими сразу. Сердечник (он же магнитопровод) как бы "втягивает" поле в себя. Но не до бесконечности.

Так вот, когда сердечник приходит в насыщение, он теряет способность втягивать в себя магнитное поле. Поэтому дальнейшее увеличение тока не увеличивает (или очень мало увеличивает) силу взаимодействия сердечника с постоянным магнитом. А эта сила, в свою очередь, определяет максимальный момент, который способен создавать двигатель.

Таким образом в паре RPM-момент наложено ограничение на величину момента. Больше чем что-то-там, мы не можем сделать момент и таким образом очень-очень тяговый двигатель мы не можем сделать. Именно из-за ограничений накладываемых на сердечник двигатели должны быть большими, чтобы развивать большой момент.

Мы из любого мотора можем сделать любой, но есть области, которые нам недоступны в принципе и при подходе к краям мы уже теряем КПД.

Это уже не зависит от обмотки мотора, это зависит только от железа (тока насыщения, моторного коэффициента).

От обмотки зависит, насколько далеко или близко мы находимся к предельным параметрам.

Мы видим, что кроме тепловых потерь ещё есть потери, которые мешают двигать режим работы произвольным образом.

Нет таких потерь, в том-то и дело. Область максимального КПД можно задвинуть в район _любой_ частоты вращения, манипулируя напряжением питания и ограничением тока. И это максимальное КПД будет практически одинаковое для любой обмотки (разница будет только за счёт квадратичных потерь на ключах и на фазных проводах (но не на обмотке!)).

Есть такая партия! такие потери. То есть, конечно, все потери в конце концов сводятся к нагреву и вселенную нашу ожидает тепловая смерть. Но происходит нагрев вселенной несколькими разными путями. Как нагревом фазных проводов. Так и нагревом проводов в моторе, когда ток превышает возможности железа приходить в насыщение, то есть ток течёт а полезного магнитного поля нет. И кроме того, нагревом железа. Токи Фуко всякие, например.

Область максимального КПД в любое место можно загнать, это да. Но какое оно там будет, это уже другой вопрос.

Так или иначе, двигать максимум КПД в область больших РПМ и малого момента гораздо проще, чем в область малых РПМ и большого момента.

1/ Похоже, Ваша интуиция не принимает во внимание, что ни определённых оборотов, ни момента мы не увидим, если не поствим мотор в дополнительные условия. Само по себе напряжение лишь задаёт зависимость между парой других величин, например, РПМ и моментом.

Да, я неаккуратно написал. Я хотел сказать, что одного указания мощности, которую способен переварить мотор, маловато, чтобы его характеризовать. Ещё есть параметр близости к пределу "тяговитости" при заданном напряжении батарей.

2/ Ну а здесь - чистая дырка (следствие предыдущей?). Увеличивая витки, увеличиваем и сопротивление - и тепла станет больше при сохранении тока.

Да, Вы правы, я об этом не подумал. Я думал, что здесь как раз начинает насыщение проявляться.

С другой стороны непонятно, какой реальный ток течёт внутри катушки. Ведь есть ЭДС и противоЭДС, которые друг друга сильно компенсируют.

при высоких токах может уже проявляться насыщение сердечника (было бы клёво его тоже посчитать по даташитам).

При малых токах момент должен быть пропорционален току, отклонение от этого правила должно свидетельствовать о насыщении. В точке "максимальный момент" насыщение как раз и наступает.

[nikvic]

С другой стороны непонятно, какой реальный ток течёт внутри катушки. Ведь есть ЭДС и противоЭДС, которые друг друга сильно компенсируют.

Ну, кому как
Фазный ток можно и померять, и вывести на осциллограф, и сосчитать.

В идеале КПД равен отношению противоЭДС к фазному напряжению. Для оборотов более 50% от ХХ - просто к напряжению (ЭДС) батареи.

[metelev_sv]

Ну, кому как
Фазный ток можно и померять, и вывести на осциллограф, и сосчитать.

Внутрь катушки же Вы не можете с осциллографом залезть.

[av-master]

в целом из Вашего обсуждения ясно , что ограничивает мотор только железо и обмотка. что в свою очередь еще раз доказывает что магниты вообще не приделах. а только создают потери на гистерезис и ограничивают мотор по температуре )) новое поколение моторов. должно быть SRM )))

[nikvic]

Внутрь катушки же Вы не можете с осциллографом залезть.

1/Могу.
2/ В этом нет нужды: ток идёт по толстым проводам из контроллера в мотор.

[nikvic]

в целом из Вашего обсуждения ясно , что ограничивает мотор только железо и обмотка. что в свою очередь еще раз доказывает что магниты вообще не приделах.

Магниты ни у кого не размагнитились от нагрева.

Как только появились хорошие магниты, моторы резко похудели

Ваши SRM на те же обороты-моменты раза в два "весомее". И гистерезисом у них "заражены" и статор, и ротор.

[zap]

Постройте точечный график ток-момент. Визуально - растущая от отрицательного момента (при нулевом токе) прямая, затем - отрезок вверх. Типичная клюшка 

Вот такая клюшка?

Однако коэф. наклона данной прямой - это не коэффициент К, это же батарейный а не фазный ток.
Если же посчитать фазный ток как:
I_ph=I*U/E, где E=N/kV
и нарисовать график зависимости момента от фазного тока, то получаем вот такое чудо:

Линейным здесь является только мелкий начальный кусок графика, до фазного тока в районе 35А, а дальше всё равно начинается фигня (как только срабатывает ограничение батарейного тока). Вот коэф наклона этой прямой, видимо, похож на моторный коэффициент. Берём две точки на линии и делаем систему из двух уравнений вида M=K*I+M0, получаем M0 ~= -1.2 Н*м, а K=0.86.

[nikvic]

Постройте точечный график ток-момент. Визуально - растущая от отрицательного момента (при нулевом токе) прямая, затем - отрезок вверх. Типичная клюшка 

Вот такая клюшка?

Однако коэф. наклона данной прямой - это не коэффициент К, это же батарейный а не фазный ток.

Это именно фазный ток ток: зона, где нет ШИМа, и контроллер только переключает полярности пар обмоток.

Мне неясно, откуда у Вас взят фазный ток. 

[zap]

Мне неясно, откуда у Вас взят фазный ток.

Я же написал формулу, прямо перед графиком.
Исходя из того, что U_бат*I_бат = I_ф*(E + R*Iф), но R обмотки я принял за ноль, КПД преобразователя за 100%.

[nikvic]

Мне неясно, откуда у Вас взят фазный ток.

Я же написал формулу, прямо перед графиком.
Исходя из того, что U_бат*I_бат = I_ф*(E + R*Iф), но R обмотки я принял за ноль, КПД преобразователя за 100%.

С какой стати? Кому достаётся откат под 30%?
КПД и в идеале не выше РПМ/ХХ.
========== Вот моя клюшка -

[zap]

С какой стати? Кому достаётся откат под 30%?

С этим согласен. Пересчитал включая R (взял из параметров на ebike.ca). Результат ниже, но графики выше тоже автоматом обновились, к сожалению.


Это всё, напомню, для "скоростного" кристалайта (HS35).

Если считать по ним, то K примерно равен 0.96, а M0 примерно -1.32.  В калькуляторе ebike.ca K для HS35 положен 0.92, что, в общем-то, согласуется с полученными мной результатами.

Если сопоставить расчётный и реальный момент, получается вот так:

КПД и в идеале не выше РПМ/ХХ.

С этим не согласен, Вы имеете в виду КПД от батареи до дороги, я же имею в виду узкий КПД конкретно импульсного понижающего преобразователя.

[nikvic]

С какой стати? Кому достаётся откат под 30%?

С этим согласен. Пересчитал включая R (взял из параметров на ebike.ca).

Это всё, напомню, для "скоростного" кристалайта (HS35).

Если считать по ним, то K примерно равен 0.96, а M0 примерно -1.32.  В калькуляторе ebike.ca K для HS35 положен 0.92, что, в общем-то, согласуется с полученными мной результатами.

КПД и в идеале не выше РПМ/ХХ.

С этим не согласен, Вы имеете в виду КПД от батареи до дороги, я же имею в виду узкий КПД конкретно импульсного понижающего преобразователя.

А не нужно брать R из симулятора - можно сосчитать из  даташита.

Никакого импульсного понижающего преобразователя нет. Есть фазный  ток, умноженный на напряжение батареи, и есть противоЭДС. В механическую работу превращается в точности ток, помноженный на ЭДС, и бОльшая часть её (потери на трение, гистерезис и т.п.) доходит до колеса.

Моторный коэфф. имеет ровно 2 смысла - при умножении на ток получаем момент, при умножении на  омегу получаем ЭДС.

[zap]

А не нужно брать R из симулятора - можно сосчитать из  даташита.

Каким образом?

Никакого импульсного понижающего преобразователя нет. Есть фазный  ток, умноженный на напряжение батареи, и есть противоЭДС.

Ну что значит никакого преобразователя нет. На входе имеем U и I. На выходе имеем U_фазн=E+R*I_фазн, которое существенно меньше U, и I_фазн, которое существенно больше I (при этом U*I примерно равно U_ф*I_ф, за вычетом КПД преобразователя). Значит таки имеем тот самый преобразователь. И умножать фазный ток на напряжение батареи вообще глупо, это несоразмерные данные. Можно получить КПД больше 100%, и как после этого жить?

В механическую работу превращается в точности ток, помноженный на ЭДС, и бОльшая часть её (потери на трение, гистерезис и т.п.) доходит до колеса.

Если посчитать моторный коэффициент для HT35 по моей логике, исходя из фазного тока и табличного значения сопротивления обмотки. Получаем K=1.37, а M0=-0.91. В калькуляторе ebike.ca для этого двигателя моторный коэффициент K=1.35. Совпадение практически полное, причём для HS35 и для HT35, при этом K ребята с ebike.ca, как они пишут, измеряют на стенде.

И заметьте, по моему методу вообще пофигу, ограничивается ток контроллером, или не ограничивается. Ибо формула работает независимо от того, ограничен батарейный ток или нет.

[nikvic]

А не нужно брать R из симулятора - можно сосчитать из  даташита.

Каким образом?

Никакого импульсного понижающего преобразователя нет. Есть фазный  ток, умноженный на напряжение батареи, и есть противоЭДС.

Ну что значит никакого преобразователя нет. На входе имеем U и I. На выходе имеем U_фазн=E+R*I_фазн, которое существенно меньше U, и I_фазн, которое существенно больше I (при этом U*I примерно равно U_ф*I_ф, за вычетом КПД преобразователя). Значит таки имеем тот самый преобразователь. И умножать фазный ток на напряжение батареи вообще глупо, это несоразмерные данные. Можно получить КПД больше 100%, и как после этого жить?

В механическую работу превращается в точности ток, помноженный на ЭДС, и бОльшая часть её (потери на трение, гистерезис и т.п.) доходит до колеса.

Если посчитать моторный коэффициент для HT35 по моей логике, исходя из фазного тока и табличного значения сопротивления обмотки. Получаем K=1.37, а M0=-0.91. В калькуляторе ebike.ca для этого двигателя моторный коэффициент K=1.35. Совпадение практически полное, причём для HS35 и для HT35, при этом K ребята с ebike.ca, как они пишут, измеряют на стенде.

И заметьте, по моему методу вообще пофигу, ограничивается ток контроллером, или не ограничивается. Ибо формула работает независимо от того, ограничен батарейный ток или нет.

Кстати, данные L, М0, R и К были в старом калькуляторе - и нет в новом. Вы сохранили? Всосать бы...

Посмотрим момент, когда Холл даёт сигнал отсоединить С от плюса и подсоединить к плюсу А (на минусе сидит В).Между командами для С и А предусмотрен промежуток, и ток СВ идёт, падая до нуля, "по инерции". Это и есть причина превышения фазного тока над батарейным даже в режиме 100% ШИМа. Однако она невелика там, где ШИМ уже не у дел. Результат - некая ошибка...
Нужно подумать, как лучше. И мне не нравится Ваше утверждение, что """U_фазн=E+R*I_фазн, которое существенно меньше U.

Вы же даёте оценку К - вот и умножьте её на РПМ/30*ПИ - чтобы получить Е и удивиться.
Для первых 25 отсчётов НТ35 (и Вашего К=1.37 - и тем более моего ) Е БОЛЬШЕ батарейного напряжения!

В записях даташит  только 4 измеряемые величины -  ток, напряжение, РПМ и момент, остальное считается. Нужно подумать, какая модель лучше - и найти её параметры, получше передразнивающие даташиты. Найти фазный ток, зная R - раз плюнуть: разность мощностей UI - M*omega даёт I_фазн^2*R. Получим, правда, средний квадрат, а форма тока тоже существенна.

Канадские мальчики деталей своего алгоритма не сообщают, но намекают, в частности, что  R нельзя считать константой. Что касается К, то прямыми опытами  найти его гораздо легче, чем обработкой даташитов. Достаточно уметь вертеть и мерять Е обесточенного мотора.

[zap]

Кстати, данные L, М0, R и К были в старом калькуляторе - и нет в новом. Вы сохранили? Всосать бы...

Они (кроме М0, я его не выдирал, да и не помню - был ли он там) были в таблице, где считался угол опережения. Вот ещё раз, только страница с данными двигателей:
https://docs.google.com/spreadsheet/pub?key=0Ak9H_OVSYJ1tdENuWU1wS3V1RWhVNEZpZURMLXVaQWc&single=true&gid=1&output=html
В куркуляторе уже новые двигатели добавили, но я их не выдирал - лень, пока.

Посмотрим момент, когда Холл даёт сигнал отсоединить С от плюса и подсоединить к плюсу А (на минусе сидит В).Между командами для С и А предусмотрен промежуток, и ток СВ идёт, падая до нуля, "по инерции". Это и есть причина превышения фазного тока над батарейным даже в режиме 100% ШИМа.

Нет, тут идёт полная аналогия с работой импульсного преобразователя напряжения.

Когда ключ замкнут, энергия начинает накапливаться в индукторе, ток (фазный!) через индуктор растёт. В определённый момент ключ размыкается, фазный ток начинает уменьшаться. В момент, когда ключ замкнут, моментальное значение тока, вытекающего из батареи равно фазному току. Но потом ключ размыкается, и из батареи ток не течёт вообще. То есть, средний ток батареи существенно ниже фазного. И в даташитах рисуют именно батарейный, т.е. усреднённый ток. А чтобы батарея не работала в таком рваном режиме, на входе контроллера и ставят эти громадные конденсаторы.

Нужно подумать, как лучше. И мне не нравится Ваше утверждение, что """U_фазн=E+R*I_фазн, которое существенно меньше U.

Инфинеоны считают фазный ток как батарейный, т.е. усреднённый ток, поделённый на заполнение ШИМ.
Но в даташите не приводится заполнение ШИМ , поэтому приходится исходить из другой логики.
Логика следующая. На выходе батареи мы имеем мощность P=U*I. Очевидно, что через фазы протекает никак не больше P, а на деле даже чуть меньше, но КПД преобразователя мы сейчас не рассматриваем. Но фазный ток, как мы уже выяснили, существенно выше батарейного тока. Значит напряжение на фазной обмотке пропорционально меньше. То есть P = U*I = U_ф*I_ф. Понятно, что U_ф включает в себя ЭДС, а также падение напряжения на сопротивлении обмотки. То есть, U_ф=E+R*I_ф.

Вы же даёте оценку К - вот и умножьте её на РПМ/30*ПИ - чтобы получить Е и удивиться.
Для первых 25 отсчётов НТ35 (и Вашего К=1.37 - и тем более моего ) Е БОЛЬШЕ батарейного напряжения!

Вы что-то путаете, как раз с этим всё выходит тютелька в тютельку. Посчитал E и для HT35, и для HS35.
Прошу убедиться.

Канадские мальчики деталей своего алгоритма не сообщают, но намекают, в частности, что  R нельзя считать константой. Что касается К, то прямыми опытами  найти его гораздо легче, чем обработкой даташитов. Достаточно уметь вертеть и мерять Е обесточенного мотора.

В том-то и дело, что К можно достаточно просто посчитать по даташиту, как оказалось. Надо только замерить R, это уж совсем просто, мотор даже заводить не надо Вот если бы R можно было посчитать как-то из даташита, вообще круто бы было.