О принципах работы электродвигателей с постоянными магнитами.

Автор T-Duke, 12 Май 2016 в 17:39

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

zap

Цитата: i от 29 Авг. 2016 в 20:10
Не поспоришь... но, кроме того важна и максимально достижимая скорость. Я это понял, когда автокран обгонял меня на узком мосту.
Моторы с ПМ имеют четкую границу оборотов, зависимую от напряжения батареи. Сериестники, например, напротив имеют ограничение по оборотам, зависящее от нагрузки. Этим же свойством обладают и асинхронники и ВРД.
У асинхронников и сериесников при росте оборотов происходит по сути то же самое, что в синхронниках с ПМ при ослаблении поля - а именно, ослабляется магнитное поле ротора :D, с падением максимального момента. Так что в этой "плюшке" все эти типы моторов одинаковые, просто эффект достигается чуть по-разному - в синхронниках с ПМ за счёт "опережения" вращения магнитного поля статора, в асинхронниках за счёт увеличения скольжения сверх расчётного, в сериесниках это делается "автоматически", когда за счёт увеличения противо-ЭДС в статоре падает ток в роторе.

Цитата: i от 29 Авг. 2016 в 20:10
То есть, повторяюсь, что у каждого типа двигателя есть свои "плюшки".
Единственной "принципиально разной" плюшкой, которая сходу в голову приходит, это наличие свободного хода у асинхронников и других двигателей без магнитов (включая ВИД). Магнит не "отключается" никак, поэтому тормозящий зубцовый момент имеется всегда в наличии. Для велосипедов это весьма приятная "плюшка".
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

T-Duke

Цитата: zap от 29 Авг. 2016 в 23:31
Да обсосано это уже на форуме сто раз. Да, уменьшение витков с одновременным пропорциональным увеличением сечения не меняет удельную мощность мотора, такие моторы полностью эквивалентны. Я говорю о фазных проводах, которые от контроллера до обмоток идут. По пути они пропихнуты через полую ось двигателя. Вот эти провода особо не увеличишь в диаметре, они обычно и так более-менее впритык. Поэтому всё-таки "скоростные" (маловитковые) мотор-колёса менее экономичны.
Узкое горлышко в тонкой оси это проблема чисто велосипедного мотор-колеса и проблема желания запихнуть чем побольше в транспортное средство, которое по закону ограничивается 250Вт мощности, которые должны вовсе отключаться при превышении 25км/ч.
Если уже хочется запихнуть толстый двигатель именно во велосипед, тогда лучше думать о кастом-байке и кастом двигателе.
Лично я не сторонник высоких напряжений (больше 48В) на таком мелком транспорте как велосипед. Мало ли что в дороге случиться может.

Добавлено 30 Авг. 2016 в 08:49

Цитата: zap от 29 Авг. 2016 в 23:43
Единственной "принципиально разной" плюшкой, которая сходу в голову приходит, это наличие свободного хода у асинхронников и других двигателей без магнитов (включая ВИД). Магнит не "отключается" никак, поэтому тормозящий зубцовый момент имеется всегда в наличии. Для велосипедов это весьма приятная "плюшка".
Можно подробнее об этом тормозящем "зубцовом моменте", и факторах от которых он зависит?

TRO

На практике, перемотавшие мотор на бОльшие обороты (меньше витков) или переключившие в треугольник замечают падение КПД в том же диапазоне оборотов, но происходит это не по вине двигателя а по кучке других факторов. Что бы их избежать нужен целый комплекс мер. Прокачать надо фазные провода, контроллер нужен с меньшим сопротивленем ключей, емкость конденсаторов контроллера нужно увеличивать в разы или уменьшать сопротивление батареи вместе с проводами от неё.

К тому же в блочных контроллерах появляется фактор неподдающийся компенсации, это принцип коммутации из за которого во второй полупериод ШИМ энергия течет из накопленной в индуктивности обмоток черезодин открытый ключ и ДИОД второго закрытого ключа. В этот полупериод потери энергии в контроллере из за протекания через диод больше чем в первый полупериод где ток течет через оба открытых ключа. Однако, у более скоростного мотора в том же диапазоне оборотов скважность ШИМ будет пропорционально меньше, а значит время протекания энергии через диод будет больше, причем с пропорционально увеличившимся током. В итоге только теоритически потери на диодах фетов вырастают в КВАДРАТЕ.
И уже только по этой причине есть смысл съезжать в бОльшие напряжения чем в бОльшие токи.

Теперь что касается по потерям в железе, тут тоже невсе так гладко, уменьшение скважности ШИМ увеличивает количество энергии которая проходит промежуточную перекачку через накопительную индуктивность обмоток, что то же в свою очередь происходит не без дополнительных потерь (должно сильнее греть железо.)

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

mail

[user]TRO[/user], а про синхронное выпрямление забыли, что даст возможность практически не использовать внутренние диоды?


T-Duke

Цитата: TRO от 30 Авг. 2016 в 09:27
Теперь что касаетсяпо потерям в железе, тут тоже невсе так гладко, уменьшение скважности ШИМ увеличивает количество энергии которое проходит промежуточной перекачкой через накопительную индуктивность обмоток, что то же в свою очередь происходит не без потерь (должно сильнее греть железо.)
Каким образом? И почему скважность уменьшается?  Уменьшается период ШИМ, скважность же зависит от положегия ручки газа и от поведения алгоритма управления двигателем.  Увеличение частоты ШИМ, наоборот разделяет перетекающую энергию на более мелкие порции, пульсации тока на индуктивности уменьшаются. Уменьшили число витков, увеличили частоту ШИМ вышли на одно и то же за вычетом динамических потерь на ключах. А сейчас у меня да и у многих других, такие ключи используются, что потери на них в основном от статики.

По блочным контроллерам отчасти верно, но это касается самых примитивных из них. Всегда можно ключ заставить работать как синхронный выпрямитель, снимая нагрузку со шунтирующих диодов. Алгоритм усложняется, но оно стоит того. А вообще есть векторные контроллеры. Там постоянно ключи работают и диоды в основном отдыхают.

Я согласен, что в общем, всегда выгоднее поднимать напряжение, чем ток. Но применять на великах напряжения 120-150В и выше, я считаю рисковым делом. Не ну может и за всю жизнь ничего не произойти, а может произойти стечение обстоятельств например в сырую погоду и случиться непоправимое.

Лично для себя я решил ограничиться 80В (и то с оглядками) и заморочиться бОльшим количеством ключей, чем повышать напряжение.

TRO

[user]T-Duke[/user], Скважность, это (в идеальном моторе) в упрощенном виде отношение батарейного напряжения к напряжению противоЭДС (в реале с делением на коэфициент который чуток меньше КПД). При перемотанном моторе на меньшее количество витков, его противоЭДС меньше для тех же эксплутационных режимов, соответственно меняется заполнение ШИМ (скважность) при равных эксплутационных условиях (обороты-нагрузка). А ручка газа напрямую ШИМ не управляет, ей как миниму не дает это сделать токоограничение контроллера который упирается своим выходным напряжением в напряжение противоЭДС мотора (а дай чрезмерную скважность в мотор, мощность в космос, КПД к нулю и бубух феты).

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

mr.Dream

Хочу обратить внимание, что скважность и коэфициент заполнения - обратно пропорциональны. Чтобы не было подмени понятий и недпонимания.  Сам раньше путал :)
Скважность - отношение периода к времени импульса в нем. То есть скважность=2 это 50% заполенения, скважность 1 = 100%, скважность 50 = 2% и т.д.

T-Duke

Цитата: TRO от 30 Авг. 2016 в 21:46
[user]T-Duke[/user], Скважность, это (в идеальном моторе) в упрощенном виде отношение батарейного напряжения к напряжению противоЭДС (в реале с делением на коэфициент который чуток меньше КПД). При перемотанном моторе на меньшее количество витков, его противоЭДС меньше для тех же эксплутационных режимов, соответственно меняется заполнение ШИМ (скважность) при равных эксплутационных условиях (обороты-нагрузка). А ручка газа напрямую ШИМ не управляет, ей как миниму не дает это сделать токоограничение контроллера который упирается своим выходным напряжением в напряжение противоЭДС мотора (а дай чрезмерную скважность в мотор, мощность в космос, КПД к нулю и бубух феты).
Цитата: T-Duke от 30 Авг. 2016 в 21:06
скважность же зависит от положегия ручки газа и от поведения алгоритма управления двигателем.
Я оба случая упомянул - глупый блочный контроллер у которого скважность таки четко определяется положением ручки газа и векторный контроллер, который подгоняет скважность под условия движения.
Векторный алгоритм который я использую во своем контроллере, держит строго заданный ручкой газа ток. А скважность подстраивается векторным алгоритмом в щависимости от оборотов ротора и реальной нагрузки на двигатель.

TRO

По моему мы говорим о разных вещах, вы вроде и правильно говорите, но путаете причинно следственные связи.

[user]T-Duke[/user], При одинаковых условиях (обороты-нагрузка) скважность будет зависеть не от контроллера (он просто должен эти условия обеспечить), а от параметров двигателя (в частности от той самой противоЭДС мотора, т.е. количества витков). В итоге скважность задает не контроллер, она будет результатом подстраивания контроллера под условия (обороты нагрузка) с учетом параметров мотора (где противоЭДС основополагающий параметр.)

Например количество соли на количество борща от повара не зависит ибо определяется рецептом, а если зависит от повара, то он с ошибкой в голове и нужен правильный повар. Вот так и скважность ШИМ, зависит от обороты-нагрузка и от параметров мотора (а поведение контроллера как и повара в этой формуле лишние, они по умолчанию должны отработать правильно).

Ну и так чтобы контрольный в голову. Допустим ручкой газа жестко задается скважность (типа я поверил). У 8 виткового мотора обороты 500, а у 4 виткового 1000 (при одинаковом напряжении батареи). В итоге чтобы добится оборотов 250, нужно для 8 виткового ручку газа выкрутить на 50%, а для 4 виткового на 25%. Вот и пропорциональная виткам разница в скважности нарисовалась.

Я надеюсь я дал достаточно веский и развернутый ответ на вопрос
Цитата: T-Duke от 30 Авг. 2016 в 21:06
Каким образом? И почему скважность уменьшается? 
...

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

T-Duke

Не обижайтесь но это вы путаете причинно-следственные связи, да еще и смешиваете в кучу совершенно разные процессы.

Во первых двигатель это подчиненная система, которая управляется мастер-системой - контроллером. Управляемая система не может повлиять на управляющую, не может изменить скважность ШИМ. Это мастер-система сама принимает решение о скважности, на основе алгоритма работы и сигнала ОС, если ОС используется. В случае глупого блочного контроллера ОС нету и система у нас первого порядка, что выдал контроллер, то имеем на двигателе.

Накакой двигатель не может изменить скважность ШИМ контроллера если она жестко задана.  Токи через ключи текут в строго заданные промежутки времени и двигатель никак на это не может повлиять.

Двигатель подчиненная система и в ней происходят свои процессы. Я еще на первой странице описал главный принцип работы двигателя, работа на разнице между напряжением питания и противо-ЭДС. Если бы вы потрудились почитать, то не стали бы упоминать об этом снова.

Да, ток через двигатель зависит от скорости вращения ротора и напряжения поданного на него. Так вот напряжение поданное на него в случае простейшего контроллера, неизменно, если не трогать сектор газа. То есть задана строго скважность. И двигатель никак не может повлиять на скважность. Другое дело то, что происходит в двигателе. Там от напряжения поданного на двигатель, вычитается противо-ЭДС и та разница и сопротивление обмотки, определяет ток через двигатель.
Если ротор например покоится, противо-ЭДС, равна нулю и ток определяется скважностью и сопротивлением обмотки. Когда ротор начинает вращаться, то от напряжения заданного скважностью, отнимается противо-ЭДС.
 
Вы же смешиваете в одно два совершенно разных процесса. Как уже тут предупреждали, скважность величина обратная коэффициенту заполнения. Я буду использовать его, он удобнее.

Коэфф заполнения, обратный скважности, четко определяет сколько времени ток течет, через верхний ключ инвертора и затем сколько времени ток течет через нижний ключ, или его обратный диод. И больше ничего. Двигатель не может повлиять на эту развесовку.  Ну никак, при всем желании. Только ручка газа. Мы говорим о простом контроллере без ОС.

А то что уже происходит внутри двигателя - отдельный подчиненный процесс, который протекает независимо от контроллера. Скважность ШИМ определяет только интенсивность протекания этого процесса, но не способна изменить законы самого процесса.

Допустим мы нашли минимальное положение ручки газа, при котором велик пусть медленно, но заезжает на горку сложного профиля, с разными уклонами вдоль пути.
Если заезжать на одну и ту же горку, по одному и тому же пути, но с разными но неизменеыми положениями ручки газа, то есть с разными, но не меняющимися скважностями, то интенсивность, тоесть скорость протекания процесса будет разная. А вот сама последовательность процесса всегда будет одна и та же. Двигатель живет своей жизнью, последовательность развития которой зависит от дорожных условий.  А интенсивность этой независимой жизни двигателя определяется положением ручки газа.

Неправильно смешивать работу двигателя и работу ключей контроллера.  Двигатель не может изменить скважности ну никак.

А теперь как вы любите контрольный в голову:
Уберем газ полностью.  Коэфф заполнения 0. Верхний ключ не открывается вовсе. Каким образом двигатель может изменить ситуацию? Как он может заставить открываться ключи?
Дальше, дадим полный газ. Коэфф заполнения 100%, верхний ключ открыт полностью и не закрывается. На двигателе полное напряжение батареи. Какой ток будет течь, решает уже сам двигатель. Если ротор заклинен, ток будет большой, если ротор свободен, ток маленький, если нагружен, ток соответствует нагрузке. Но что бы не происходило, коэфф заполнения не изменится, пока не сдвинем ручку газа.

Ну и в заключение о потерях. Уменьшение коэфф заполнения, уменьшает время в течение которого ток из батареи течет в индуктивность двигателя, но увеличивает время в течение которого ток поддерживается самой индуктивностью, без участия батареи. Меняется только развесовка времен.

Итак, где увеличение потерь? Где? Перемотали мы двигатель на в два раза меньшее число витков, ампер-витки сохранились. Заменили контроллер на такой,  который держит ток в 2 раза больше прежнего. Раньше коэфф заполнения был 10% теперь стал 5%.  Раньше ток при этом был 10А, теперь стал 20А, при прочих равных условиях. Потери в стали изменились? Нет. С какой стати им меняться? Ампер-витки не изменились. Изменилась только развесовка времен коммутации ключей.

Блин сколько пришлось написать, чтобы осветить элементарные вещи.

Steel RAT

Вы еще не учитывает такой важный фактор, как внутреннее сопротивление источника тока.
Если бы оно было бесконечно мало и батарея могла без проблем давать любой нужный ток, то вопросов бы не возникало.
На практике получается так, что 100А для мобильной батареи весьма дофига.
А вы тут еще, уменьшив витки, тока добавили и, кроме потерь на относительно тонком проводе проходящем через ось мотор-колеса, имеем в два раза большие потери не только на ключах контроллера, но и на внутреннем сопротивлении АКБ.
Допустим, сопротивление хорошей батареи 33S(100В) - 50 мОм.
При токе 100А имеем просадку 5В. И потери по мощности 500 Вт.
При токе 200А просадка уже 10В. И потери - 1000 Вт.
Батарейке от такого обращения будет совсем нехорошо.
Массовая культура - синоним низкого качества.
Люди... они какие-то странные. По одному и тому же поводу каждый думает что-то своё.

zap

Ничосе мобильная батарейка на 10кВт :-D
Осетра стоит урезать. Впрочем, как уже все, кажется, согласились, увеличивать ток (перемоткой на меньшее число витков или перекоммутацией из звезды в треугольник) не самое экономичное решение. Что характерно, эта дискуссия на форуме по-моему уже десятый раз пошла. Правда, [user]TRO[/user] тут какую-то новую струю пустить пытается, но я пока не понял к чему он клонит.

Кстати, если увеличивать обороты ослаблением магнитного поля, ток, скорее всего, также придётся увеличить. Для целей подобно тех, которые ставит себе [user]i[/user], возможно, хватит просто замены контроллера на другой с опцией "120% скорости", типа инфинеона.
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

T-Duke

Цитата: Steel RAT от 31 Авг. 2016 в 02:52
Вы еще не учитывает такой важный фактор, как внутреннее сопротивление источника тока.
Вы не учитываете такой фактор, как разумный подход. Вы не учли того, что повышение напряжения или добавляет вес, или меняет внутреннее сопротивление батареи.

Имеем два пути - повысить напряжение со скажем 48В до 96В, или перемотать двигатель уменьшив число витков в два раза.

Рассмотрим источники питания. Имеем две батареи на 48В массой 5кг, вн. сопротивлением 1мОм.

Соединим их последовательно. Напряжение 96В, сопротивление 2мОм. Соединим параллельно, напряжение 48В, сопротивление 0.5мОм. Масса батарей не изменилась. Внутреннее сопротивление более низковольтгой батареи в 4 раза меньше. Вопрос - потери изменятся? Ответ - нет.

Ребята, я понимаю, что хочется найти к чему прицепиться, но не выходит уже несколько страниц.  Я конечно могу дальше разбирать элементарные понятия, но это не интересно уже. Перемотка двигателя, равноценна изменению напряжения, как бы в это не верилось.
Просто нужно правильно подбирать все звенья. Потери не изменятся, если выбрать более сильноточный контроллер и правильно выбрать батарею. Да это может оказаться чуть дороже, или проблематично, если провода проходят сквозь ось, но все же перемотка равноценна изменению напряжения.

Steel RAT

#175
Цитата: T-Duke от 31 Авг. 2016 в 10:03
Имеем две батареи на 48В массой 5кг, вн. сопротивлением 1мОм.
Продемонстрируйте. Я таких не видел.  Реальный показатель при такой массе 16S6P 15 АЧ 100мОм.

[user]T-Duke[/user],  есть два варианта форсировки.

1. Повысить напряжение.
Изменения:
а) Купить дополнительную батарею.
б) Доработать контроллер с заменой транзисторов ( обычно технически не сложно).
в) Купить новое ЗУ.

2. Повысить ток.
Изменения:
а) Купить новое или перемотать старое мотор-колесо. Перемотка весьма затратна по времени и цене. Обычно стоит более 1/2 нового.
б) Умощнить контроллер дополнительным комплектом транзисторов или поставить более  мощные в других корпусах весьма затруднительно. Поэтому по факту покупка нового контроллера.
в) Заменить провода, контактор, предохранитель и др.
г) Докупить батарею в параллель для реализации большей мощности, как и в первом варианте.

На круг. В любом случае "удвоение" АКБ. В случае поднятия напряжения - небольшие доработки. В случае поднятие тока - фактическая замена всех компонентов электропривода.
Массовая культура - синоним низкого качества.
Люди... они какие-то странные. По одному и тому же поводу каждый думает что-то своё.

i

Итак осталось (как и было) два варианта: задрать ток (с перемоткой) или напряжение (бустер - это тоже напряжение).
Но для начала нужно как-то убедиться, что при номинальном токе (10А) тяги хватает для целевой скорости (60км/ч).
Если "да" - мотор "в принципе" подходит и можно думать как проще и лучше его подогнать под требования. В моем случае - наверное бустер и смена транзисторов.
Если же тяги (силы) не хватает, то остается только загонять мотор в запредельные режимы по току и мутить продувку.... либо тупо заменить мотор с контроллером.
То есть все зависит от В установленных магнитов, а это та штука, что нам не подчиняется, когда речь идет о моторе с ПМ.

zap

Для 60 км/ч нужно немногим меньше 2 кВт электрических мощей.
10А хватит только если там 200 вольт :)
С уважением,
Андрей

Поражаю масштабностью некопмпетентность (ц) из лички

TRO

Цитата: T-Duke от 31 Авг. 2016 в 01:17
...
Коэфф заполнения, обратный скважности, четко определяет сколько времени ток течет, через верхний ключ инвертора и затем сколько времени ток течет через нижний ключ, или его обратный диод. И больше ничего. Двигатель не может повлиять на эту развесовку.  Ну никак, при всем желании. Только ручка газа. Мы говорим о простом контроллере без ОС....
В том то и дело что вы говорите о сферических конях в вакууме. На самом деле даже самый простой контроллер для транспорта имеет как минимум токоограничение, которое на практике никак не даст на двигатель скважность которую задает ручка газа (пока ток не спадет).

Вы тут пытаетесь сказать что подчиненная система двигатель. А что будет если двигатель не не подчинится? Если условия (крутая горка) не позволяют, то кто вынужден подстраиватся? Сбавить скважность прийдется контроллеру.
И даже если горка не куртая, то двигатель нагруженный на дорогу, имея на валу всю инерционность транспортного средства, можно считать вращается с постоянной скоростью (за время реакции контроллера), и имеет на обмотках строго определенную противоЭДС. И тут контроллер как бы не пыжился мгновенно любую скважность поставить не может, ибо тогда он сгорит, ему приходится подстраиватся под обороты и характеристику мотора (точнее под его противоЭДС).

Я уже приводил пример, приведу снова (для особо одаренных). При одном и той же скважности (положения ручки газа) маловитковый мотор едет быстрее. При условиях когда скорость и тяга нужны одинаковые, скважность на моторах с разным количесвом витков уже будет разная (тут или самостоятельно нужно ручку газа убавить, обратная связь в виде водилы), или сработает штаное токоограничение и убавит скважность само (тоже совеобразная обратная связь).

Граничные параметры определяются возможностью мотора и характером нагрузки, и контроллер обязан за них не выходить, так кто тут подчиненная система? Вопрос риторический, можно не отвечать.

Wahoo 2012 29er, +собран складной двухосис на раме"Land Rover" 69er с эл. мотором, и и МОНОКОЛЕСО

i

Цитата: zap от 01 Сен. 2016 в 00:45
Для 60 км/ч нужно немногим меньше 2 кВт электрических мощей.
10А хватит только если там 200 вольт :)
Только в том случае, если мотор "упирается" именно в напряжение, а не в силу, которая зависит от тока и магнитной индукции.
Да и требуемая мощность зависит от того, что едет и как едет (кому-то и ста ватт хватает для скорости под сотню, а кому-то и ста лошадей мало, что бы тронуться).