avatar_i

Контроллер Yamasaki на 36 и 48 вольт.

Автор i, 27 Июнь 2008 в 11:24

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Nickolas

Цитата: nikvic от 25 Май 2010 в 21:04
Цитата: Nickolas от 25 Май 2010 в 20:35
ЦитироватьЭто - кратковременный режим, нет смысла (да и трудно, как Вы правильно заметили) экономить. Там не нужны ни "синус", ни "опережение" : реактивное сопротивление близко к нулю. Задачи другие - не перегреть обмотки, не сорваться в юз.
Греет обмотку (бесполезно) как раз все то, что отличается по форме тока от формы тока порожденной противо- ЭДС , в нашем случае синуса.
Разумеется.
Речь о том, что "взять" синус реально только после некоторой раскрутки.
С какой точностью известна фаза у неподвижного МК?  ;)
30 градусов

zap

#145
Цитата: Nickolas от 25 Май 2010 в 21:07
Цитата: nikvic от 25 Май 2010 в 21:04
С какой точностью известна фаза у неподвижного МК?  ;)
30 градусов
Разве не 60? Имеем 6 возможных комбинаций датчиков Холла на все 360 градусов.

Далее, если я всё правильно понимаю, то использование синусоиды (синий график) вместо квадратной формы управляюшего сигнала (красный график) даст примерно 13.4% выигрыша в КПД (оранжевые области на графике в приложении) (это, кстати, хорошо согласуется с заявленным КПД двигателя около 80%) и примерно 13.4% прибавки к мощности (зелёные области на графике).

В случае, если мы ошибёмся с угадыванием частоты, то 13.4% несовпадения по площади синусоиды получаются примерно при отклонении реальной частоты от гипотетической примерно на 10%. То есть, если реальная скорость будет 11км/ч а мы "угадали" 10км/ч и, соответственно, подали синусоиду исходя из 10км/ч, результат будет по крайней мере не хуже, чем нынешний с прямоугольным управлением.

Предположим, элвел набирает скорость от 0 до 30км/ч за 30 секунд. Примем максимально возможное ускорение за 1 км/ч в секунду. 1 километр/час это 0.14 оборотов 26"-колеса в секунду. В Ямасаках 51 магнит, а достоверная позиция ротора определяется 3 раза за то время, пока один магнит проплывает мимо одного полюса статора. Значит, уточнение фазы синуса будет происходить 51*0.14*3 = 21.4 раза в секунду на каждый км/ч.

Теперь предположим, что наш контроллер будет тупо считать, что в следующей фазе скорость будет ровно такая же, как в прошедшей фазе. Предположим, мы начинаем движение, наша текущая скорость 0.1км/ч и максимальное ускорение - 1 км/ч/с. Тогда при скорости 0.1 км/ч корректировка фазы будет происходить 2.14 раза в секунду, или каждые 0.467 секунд. За это время наша скорость реально увеличится на 0.467км/ч вместо предположенных 0.1км/ч, что составляет неприлично высокую погрешность в 467% :) (на самом деле существенно меньше, но не будем углубляться в уравнения :))

Однако уже начиная со скорости 0.68км/ч картина резко меняется - за время одной фазы ускорение составит всего 1/(0.68*21.4) ~= 0.068 км/ч/с, что как раз составляет искомые 10%. То есть при максимальном ускорении в 1км/ч/с синусоидальное управление можно применять уже начиная со скорости в 0.7км/ч, при этом КПД и мощность будут не хуже, чем при прямоугольном управлении. Причём если скорость резко меняется (например, ехали по ровной дороге 50км/ч и ВДРУГ подъём 60 градусов), можно на время дестабилизации скорости времено упасть-отжаться обратно на прямоугольное управление, как только скорость стабилизируется (изменения от замера к замеру будут меньше 10%) - обратно переключаться на синус. :bi:

Если я где-то чего-то напутал, прошу простить - в электротехнике я полный лапоть, да и в математике далеко не Перельман.

Ещё можно замерять индивидуально ток через каждую фазу, и по ним определять текущую позицию ротора. Но это, опять же, начиная с некоторой скорости. Кстати, это по-моему почти то, что сделал Павел в своём контроллере, только у него один шунт на все три фазы, и КПД падает когда батарея уже не может поддерживать заданный ток (на высоких скоростях) потому что там уже управление из синусоидального превращается постепенно в прямоугольное.

P.S. Кстати, в педивикии написано, что существуют BLDC моторы, "оптимизированные" под прямоугольное управление - у них противо-ЭДС имеет форму трапеции. Но это всё равно апроксимация.

P.P.S. В идеале, контроллер должен "настраиваться" на М-К в специальном режиме: педалями разгоняем М-К до определённой скорости, и держим некоторое недолгое время стабильную скорость. При этом микроконтроллер "снимает" среднестатистическую форму противо-ЭДС и записывает её в EEPROM, а потом использует её вместо "синуса".
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

Nickolas

ЦитироватьРазве не 60? Имеем 6 возможных комбинаций датчиков Холла на все 360 градусов.
Все правильно, 60. Я имел ввиду ошибку определения угла +- 30 гр.

Павел

Я попытался проверить насколько плохо (т.е. бесполезно греет обмотку, уменьшает КПД) несинусоидальное управление и смоделировал в нашем любимом Micro-Cap`е (который по мнению некоторых не знает законов Кирхгофа  :D).
На схеме:
Emk - источник ЭДС в форме гребёнки типа I^^^^ (верхушки синусов) , имитирующий МК, точнее 2 фазы МК по которым течёт ток.
Esin - источник ЭДС в форме гребёнки аналогисной ЭДС МК, имитирующий формирование синуса контроллером.
Vbatt - источник постоянной ЭДС, имитирующий формирование апроксимированного синуса контроллером (как в обычных контроллерах).
Переключателем выбираем чем запитать МК.
Результат:
1) управление апроксимированным синусом (прямоугоьлниками):
  мощность, отдаваемая колесом: 745Вт
  КПД: 70,5%
2) управление синусом:
  мощность, отдаваемая колесом: 730Вт
  КПД: 71,4%
Вывод: как я и предполагал, пульсации тока при отклонении формы питающего напряжения от синуса (и приводящие к пульсациям момента) нагревают обмотки столько же сколько и разгоняюм МК и не приводят к существенному ухудшению КПД.

Во вложении файл Micro-Cap`овский (переименовать в "sin vs rect.cir"), там можно посмотреть все графики (токи, мощности ...).

zap

Цитата: Павел от 26 Май 2010 в 11:26
Результат:
1) управление апроксимированным синусом (прямоугоьлниками):
  мощность, отдаваемая колесом: 745Вт
  КПД: 70,5%
2) управление синусом:
  мощность, отдаваемая колесом: 730Вт
  КПД: 71,4%
Вывод: как я и предполагал, пульсации тока при отклонении формы питающего напряжения от синуса (и приводящие к пульсациям момента) нагревают обмотки столько же сколько и разгоняюм МК и не приводят к существенному ухудшению КПД.
Ясно, я думал что мощность, приложенная "вне синусоиды" пропадает впустую. Тем не менее, мне непонятно каким образом при блочном управлении Вы получили бОльшую мощность, ведь площадь оранжевых и зелёных областей на моём графике абсолютно равны.

При блочном управлении треть времени - в фазах 0 и 3 - напряжение на обмотку полностью выключено, а при управлении синусоидальным напряжением в эти интервалы на обмотку подаётся ровно столько, сколько ей надо. Но для блочного управления это частично компенсируется избыточным напряжением в фазах 1,2,4,5 но, как мне (интуитивно :D) кажется, во втором случае будут больше потери т.к. ток в катушке будет дёргаться туда-сюда (дополнительные потери на перемагничивание) вместо того, чтобы сидеть на попе ровно :). И Ваша модель этого не учитывает.
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

Nickolas

Цитата: zap от 27 Май 2010 в 02:43
Цитата: Павел от 26 Май 2010 в 11:26
Результат:
1) управление апроксимированным синусом (прямоугоьлниками):
  мощность, отдаваемая колесом: 745Вт
  КПД: 70,5%
2) управление синусом:
  мощность, отдаваемая колесом: 730Вт
  КПД: 71,4%
Вывод: как я и предполагал, пульсации тока при отклонении формы питающего напряжения от синуса (и приводящие к пульсациям момента) нагревают обмотки столько же сколько и разгоняюм МК и не приводят к существенному ухудшению КПД.
Ясно, я думал что мощность, приложенная "вне синусоиды" пропадает впустую. Тем не менее, мне непонятно каким образом при блочном управлении Вы получили бОльшую мощность, ведь площадь оранжевых и зелёных областей на моём графике абсолютно равны.

При блочном управлении треть времени - в фазах 0 и 3 - напряжение на обмотку полностью выключено, а при управлении синусоидальным напряжением в эти интервалы на обмотку подаётся ровно столько, сколько ей надо. Но для блочного управления это частично компенсируется избыточным напряжением в фазах 1,2,4,5 но, как мне (интуитивно :D) кажется, во втором случае будут больше потери т.к. ток в катушке будет дёргаться туда-сюда (дополнительные потери на перемагничивание) вместо того, чтобы сидеть на попе ровно :). И Ваша модель этого не учитывает.


Вы абсолютно правы! И речь идет не о 13 % выигрыша...
1. При синусоидальном управлении в создании момента участвуют не 2 , а 3 обмотки, соответственно усилие возрастает.
2. При запитке обмотки прямоугольником, та часть тока, которая выходит за пределы формы тока противо ЭДС положительного момента не создает. В итоге ток по обмотке течет, а толку нет.
3 Обмотку греет средний ток. в случае с синусоидальным управлением( если исходить из равенства токовой загрузки обмоток прямоугольник-синус) можно смело поднять ток через обмотку, тем самым еще подняв момент мотора.

nikvic

#150
Цитата: Nickolas от 27 Май 2010 в 08:05
1. При синусоидальном управлении в создании момента участвуют не 2 , а 3 обмотки, соответственно усилие возрастает
2. При запитке обмотки прямоугольником, та часть тока, которая выходит за пределы формы тока противо ЭДС положительного момента не создает. В итоге ток по обмотке течет, а толку нет.
3 Обмотку греет средний ток.
1/ Соглашусь, и это - главное. Есть ещё мелочь: сразу после отключения обмотки ток, продолжая течь в ту же сторону, одновременно возвращает часть энергии (из индуктивности) в батарею.   
2/ Создаёт. Силу можно считать не только через противоЭДС, но и по Амперу (F=BIL*sin...), и там нет формы тока.  Каждая э-машина характеризуется, среди прочих, параметром К, который меряется как в Н*м/а, так и в В/(рад/с). Значения для некоторых моторов приведены в калькуляторе http://www.ebikes.ca/simulator/.
3/ Обмотку грет средний квадрат тока. Средний ток через обмотку вообще равен нулю.
=====
У МК, с большим числом обмоточек, есть  "фазная беда". Луч звезды - несколько обмоток последовательно, по-разному "сдвинутых" относительно направления поля магнитиков в пределах 120гр.. Неустранимая плата за большой момент...

Павел

Цитата: Nickolas от 27 Май 2010 в 08:05
И речь идет не о 13 % выигрыша...
А сколько?
1) да, в моей модели участвуют только 2 обмотки, т.к. ЭДС третьей в это время переходит через ноль и считаю что толку от неё при этом не много и управление гораздо сложнее. Говорите "усилие возрастает" - так току добавить и с прямоугольником усилие возрастёт, а нагрев тот же будет что и при синусе, т.к. 3-я обмотка остывает пока 2 трудятся.
2) почёму? Сами говорили про "пульсации момента" , а теперь значит "часть тока, которая выходит за пределы формы тока противо ЭДС положительного момента не создает". :D Что за странная такая часть тока там течёт, которая только греет, а момента не создает. А может пульсации момента в обратную сторону направлены :shok:?
3) это я так понял потому что при синусе нет того "бестолкового тока" что ли?

Считаю что кроме отсутствия пульсаций момента у синусоидального управления преимуществ нет.

Alex_Soroka

вы еще расскажите каким образом вы синус в обмотках собираетесь делать...
а то все схемы "точного формирования" что мне известны - имеют слишком низкий КПД и большие потери...

zap

Цитата: nikvic от 27 Май 2010 в 09:18
2/ Силу можно считать не только через противоЭДС, но и по Амперу (F=BIL*sin...), и там нет формы тока.
Ну как же нет, а синус в формуле это что? :)

Вообще, было бы очень любопытно посмотреть осциллограмму тока М-К при работе от контроллера с блочным управлением, хотя бы на одной фазе. По идее, там должны быть видны по четыре "рога" на каждые 360 градусов, как на зелёном графике в приложении (красный - противо-ЭДС, синий - напряжение при блочном управлении, голубой - напряжение при синусоидальном управлении).

Насчёт того, что нагрев обмотки пропорционален среднему току, это интересно. Получается, при линейном росте тока через обмотку механическая сила растёт линейно (см. формулу Ампера), а потери растут экспоненциально. Я тут посчитал немного (чёрт, люблю всё считать, это что-то сродни графоманству  :D):


  • При среднем токе примерно 2.63 условных единицы (т.е. равного момента) потребляемая мощность равна 0.59 условных единиц (R*I^2) при блочном управлении и 0.45 единицы при синусоидальном, т.е. эффективность на 23.7% выше.
  • При среднем токе примерно 3.29 попугаев потребляемая мощность равна соответственно 0.86 и 0.70 удавов, 18.6% выше эффективность.
  • При среднем токе примерно 7.23 попугаев потребляемая мощность 4.23 против 3.37 удавов, 20% выше эффективность использования энергии.

Цифра пляшет, видимо, вследствии ошибок округления и интегрирования, лень было аналитически считать ;) В среднем выходит экономия 20% энергии при равной механической мощности. Жесть, наверное я где-то ошибся :D
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

nikvic

Цитата: zap от 27 Май 2010 в 12:55
Цитата: nikvic от 27 Май 2010 в 09:18
2/ Силу можно считать не только через противоЭДС, но и по Амперу (F=BIL*sin...), и там нет формы тока.
Ну как же нет, а синус в формуле это что? :)
Синус угла между направлением тока и поля - как в ф-ле Лоренца. Там реально 2 угла либо векторное призведение :D

А вообще, похоже, я разобрался в калькуляторе. Окончательно удостоверюсь, когда научусь воспроизводить :af:

Павел

Цитата: zap от 27 Май 2010 в 12:55
Цифра пляшет, видимо, вследствии ошибок округления и интегрирования, лень было аналитически считать ;) В среднем выходит экономия 20% энергии при равной механической мощности. Жесть, наверное я где-то ошибся :D
zap, приведённый Вами график не имеет отношения к реальности, да и вся суть не в графиках, а в том что ток МК переходит в мех. энергию почти независимо от формы тока. Это просто как утюг: что не подведи, синус, постоянку или импульсы - от всё равно нагреется.
Да, у синуса КПД лучше, но только не намного, т.к. пульсации тока при прямоугольнике не большие.
Графики: 1-й прямоугольник, 2-й синус, на них:
1) розовым - напряжение на 2-х обмотках, затем 3 фазы,
2) кр. - мощность от акка, зел. - мощность в МК
3) синю - КПД, ор. - ток МК

Вообще для понятности можно рассматривать 1/6 периода, т.е. в пределах одной волны розового графика, т.к. остальное - её аналогии, только фазы меняются.

zap

Я пока ехал в метро, понял где у меня ошибка (момент не постоянный при постоянном токе, его надо интегрировать по закону Ампера, т.е. домножить на угол), вечером ещё разок пересчитаю и постараюсь получше объяснить ход моих мыслей. 20% это действительно жуткий перебор :)

Цитата: Павел от 27 Май 2010 в 15:05
zap, приведённый Вами график не имеет отношения к реальности, да и вся суть не в графиках, а в том что ток МК переходит в мех. энергию почти независимо от формы тока. Это просто как утюг: что не подведи, синус, постоянку или импульсы - от всё равно нагреется.
Однако потери мощности возрастают прямо пропорционально квадрату тока, думаю, поэтому у Вас получаются разные КПД при синусоидальном и прямоугольном управлении. Причём если Вы повысите сопротивление "обмоток", разница в КПД также возрастёт, а ведь в Вашей модели учитывается только активное сопротивление, нет реактивного, а на нём тоже потери.

Цитата: Павел от 27 Май 2010 в 15:05
Вообще для понятности можно рассматривать 1/6 периода, т.е. в пределах одной волны розового графика, т.к. остальное - её аналогии, только фазы меняются.
Для симуляции прямоугольного управления, если я правильно понимаю, в Вашей модели используется вообще постоянное напряжение. Отсюда и такая разница в графиках - смотрите внимательно, на Вашем третьем (оранжевом) графике те же самые рога, что и на моём, только они однонаправленные и без интервалов, потому что Вы симулируете исключительно фазы управления 1-2 и снова по кругу - а надо хотя бы добавить фазу 3.

И я не согласен, что можно рассматривать только 1/6 периода, так как при прямоугольном управлении там не просто меандр, там трёхступенчатая форма (синяя на моём графике), посмотрите реальную осцилограмму управляющего напряжения.

Я не совсем понимаю, что такое верхний розовый график. Я вчера взял движок от винта, подключил осциллограф и крутил его по-всякому, но такого ЭДС ни разу не видел. Обычные синусоиды со сдвигом по фазе, немного искажённые и со сдвигом друг относительно друга 60 градусов (что ожидаемо).
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

i

Цитата: zap от 27 Май 2010 в 12:55
.. было бы очень любопытно посмотреть осциллограмму тока М-К при работе от контроллера с блочным управлением, хотя бы на одной фазе...
Это было срисовано с экрана осциллографа, когда я насиловал свой Hulong.
Ток снимал с помощью резистора 1ом включенным фазный провод МК. Холостой ход.

nikvic

Цитата: zap от 27 Май 2010 в 16:18
Цитата: Павел от 27 Май 2010 в 15:05
Вообще для понятности можно рассматривать 1/6 периода, т.е. в пределах одной волны розового графика, т.к. остальное - её аналогии, только фазы меняются.
И я не согласен, что можно рассматривать только 1/6 периода, так как при прямоугольном управлении там не просто меандр, там трёхступенчатая форма

Средняя линия этой формы - всего лишь уровень нуля, потенциал средней точки на время отклюяения фазы.

nikvic

Цитата: i от 27 Май 2010 в 16:53
Цитата: zap от 27 Май 2010 в 12:55
.. было бы очень любопытно посмотреть осциллограмму тока М-К при работе от контроллера с блочным управлением, хотя бы на одной фазе...
Это было срисовано с экрана осциллографа, когда я насиловал свой Hulong.
Ток снимал с помощью резистора 1ом включенным фазный провод МК. Холостой ход.
В середине токовой фазы А есть характерное падение тока. В этот момент отключается В и подключается С. Некоторое время (L/R) идёт переходный процесс (в котором ток в В падает, заряжая акк через диод, в С - нарастает). Для малых времён L/R - ровно на 20%.
Плавное падение/нарастание тока между моментами переключения тоже объяснимо. Сумма пары сдвинутых синусов (ЭДС) имеет максимум в середине горбов.

Nickolas

Цитата: nikvic от 27 Май 2010 в 09:18
Цитата: Nickolas от 27 Май 2010 в 08:05
1. При синусоидальном управлении в создании момента участвуют не 2 , а 3 обмотки, соответственно усилие возрастает
2. При запитке обмотки прямоугольником, та часть тока, которая выходит за пределы формы тока противо ЭДС положительного момента не создает. В итоге ток по обмотке течет, а толку нет.
3 Обмотку греет средний ток.
1/ Соглашусь, и это - главное. Есть ещё мелочь: сразу после отключения обмотки ток, продолжая течь в ту же сторону, одновременно возвращает часть энергии (из индуктивности) в батарею.   
2/ Создаёт. Силу можно считать не только через противоЭДС, но и по Амперу (F=BIL*sin...), и там нет формы тока.  Каждая э-машина характеризуется, среди прочих, параметром К, который меряется как в Н*м/а, так и в В/(рад/с). Значения для некоторых моторов приведены в калькуляторе http://www.ebikes.ca/simulator/.
3/ Обмотку грет средний квадрат тока. Средний ток через обмотку вообще равен нулю.
=====
У МК, с большим числом обмоточек, есть  "фазная беда". Луч звезды - несколько обмоток последовательно, по-разному "сдвинутых" относительно направления поля магнитиков в пределах 120гр.. Неустранимая плата за большой момент...

2. Как нет ??? Вы в этой формуле I умножаете на синус ! И чего в результате получаете - ПРЯМОУГОЛЬНИК ?
Коэффициенты Км и Ке являются характеристиками электромашины и что из этого следует?
Обмотку греет ток ! А вот уже нагрев пропорционален квадрату тока. А уж про средний ток равный нулю... Вообще молчу! С вечными двигателями на Скиф!

Последнюю фразу не понял, поясните !

nikvic

#161
Цитата: nikvic от 27 Май 2010 в 18:33Плавное падение/нарастание тока между моментами переключения тоже объяснимо. Сумма пары сдвинутых синусов (ЭДС) имеет максимум в середине горбов.
Продолжу эту идею (всё умею доказать). Рассмотрим идеальный МК, где нет потерь ни в диодах, ни в переключателях, ни на трение и где индуктивность катушек весьма мала. Это - близка к реалу картинка: индуктивность в пределах 0.0001..0.0005Гн (подсмотрел в калькуляторе).
Включим его "на полную катушку" - без ШИМа, ограничивающего ток батареи. Он разгонится до некоторой скорости (умею считать), посмотрим на фазный ток для фазы А. Включение по минус 60 гр., выключение - +60гр. (речь не о повороте ротора, а об "электрических" градусах, которые меньше поворотных в количество пар полюсов. Если их два, то они одинаковы - так и будем представлять).
При включении А фаза В отключается, и А и С начинают "работать" вместе. В этот момент С находится в середине своего диапазона, т.е. в нуле "своего" угла, и на С генерируется полная ЭДС, Е*cos(0), а на А ЭДС = Е*cos(-60).
Общая ЭДС = E(cos(x-60) + cos(x) ). Тогда ток и, значит, мгновенный момент, определяется как
J = [U - E(cos(x-60) + cos(x) )]/2R или, с точностью до подобия,
  *****  j = c - cos(x-60) + cos(x) *****
По условию раскрутки, среднее значение равно нулю. Не буду считать интеграл. Должно быть ясно, что в прjмежутке [-60 ... 0] ток меняет знак!!!!
Таким образом, "прямоугольник" - средство гробить энергию без пользы: качественная картина та же вблизи максимальных оборотов. "Синус" ведёт себя иначе - там КПД растёт к единице при приближении к макс. оборотам.

Вывод. Начиная со скорости, где скважность ШИМа обнуляется, начинается зона, где "прямоугольный" контроллер становится всё хуже ихуже "синусового" - и по мощности, и по КПД.
================= Исправил 120 на 60.