Как работает синхронный бесщёточный двигатель

[бурелом]

Хочу попытаться объяснить происхождение противоэдс. При прохождении тока через проводник, находящийся в магнитном поле, возникает сила, которая приводит проводник в движение. Двигаясь проводник пересекает линии магнитного поля и в нем наводится эдс, которая направлена на встречу приложеному напряжению, это и будет противоэдс. При определенной скорости движения проводника приложеное напряжение становится равным противоэдс, наступает баланс. Баланс наступает при определенном токе. Если проводник притормозить, за счет уменьшения скорости снижается противоэдс, увеличивается ток, за счет увеличения тока вновь увеличивается противоэдс и вновь наступает баланс уже в новой точке.

[i]

....Тогда, подавая на катушки напряжение в противофазе противо-ЭДС сможем максимизировать момент (максимизировав ток)?

Но тогда ток потечёт из катушки в батарею и будет генератор вместо мотора.
ЭДС это следствие движения проводника в магнитном поле, типа электрический эквивалент механической работы. Кстати в генераторе она уже на противо-ЭДС, а просто ЭДС.

[us__007]

Коллеги, вы бы нарисовали реальную модель с реальным количеством плюсов, реальной схемой соединения обмоток, расположением по полюсам и реальной расстановкой магнитов.
А то получается что вы упрощенную схему начинаете анализировать и сразу получаете расхождение с реальностью.

[nikvic]

Может надо не чтобы противо-ЭДС была максимально близка к нулю, а максимально близка к максимуму (+1 или -1 соответственно). Тогда, подавая на катушки напряжение в противофазе противо-ЭДС сможем максимизировать момент (максимизировав ток)?

Во всяком случае, к "этому надо стремиться" - не забывая, что полезная мощность растёт линейно по току, а потери - квадратично.
ПротивоЭДС равна скорости изменения потока, но можно рассуждать и про производную потока по углу (a). Момент равен dF/da*I, но здесь не видно потерь. Так что "пошире" будет записать U*I=I*dF/da*омега + R*I^2. Если сократить, получим U=dF/da*омега + R*I.

[VladimirA]

На первом верхнем рисунке даже если сделать магнит в виде круга (ориентированного ровно так, как там нарисован палкообразный магнит), всё равно никакого отталкивания не будет.

ИМХО
Полагаю такт двигателя (такт переключения обмоток) должен происходит так:

Тогда будет и отталкивание и притяжение.
В реальном МК количество полюсов и катушек больше.
И да. В нем есть что-то от шаговова двигателя, но шаг до конца не доходит т.к. срабатывает следующий шаг.
Поэтому это и двигатель.
Удачи

[i]

Таким образом выяснили, что шаговый двигатель и BLDC (бесщёточный постоянного тока) суть одно и то же. Разница только в управлении, с остановками или без.
( Типа как у осла с морковкой, привязанной к нему же. Осёл идёт к морковке и сдвигает её, между ними всегда есть расстояние, которое осёл хочет сократить.
В случае шагового двигателя, морковку бросают вперёд, осёл подходит и стоя жуёт, следующий бросок опять приводит осла в движение.) 

Магнитное поле должно вращаться чуть-чуть впереди магнита, поэтому нужно следить за его положением, что бы вовремя сдвигать морковку, тьфу, магнитное поле.

[nikvic]

Таким образом выяснили, что шаговый двигатель и BLDC (бесщёточный постоянного тока) суть одно и то же. Разница только в управлении, с остановками или без.
( Типа как у осла с морковкой, привязанной к нему же. Осёл идёт к морковке и сдвигает её, между ними всегда есть расстояние, которое осёл хочет сократить.
В случае шагового двигателя, морковку бросают вперёд, осёл подходит и стоя жуёт, следующий бросок опять приводит осла в движение.) 

Магнитное поле должно вращаться чуть-чуть впереди магнита, поэтому нужно следить за его положением, что бы вовремя сдвигать морковку, тьфу, магнитное поле.

Точнее - BLDC вполне подходит на роль шагового двигателя. Как и некоторые другие...

В идеале магнитное поле должно опережать магнит ровно на 90 градусов.

В "китайском" случае опережение меняется от 60 до 120 градусов (нужно смотреть пары обмоток), что не позволяет поднять КПД выше 92% - даже при отсутствии иных потерь, кроме омических.

[i]

В идеале магнитное поле должно опережать магнит ровно на 90 градусов.

Пожалуй так. Ведь если магнит смотрит точно на полюс, то сила их взаимодействия направлена по радиусу. Если магнит чуть отклонить в сторону, то возникнет сила стремящаяся вернуть его к полюсу, чем дальше тем сильнее, но до некоторого предела.

[all_bud]

http://youtu.be/7nPSGRnbPk8
в отпуске делать было нечего собрал простой контроллер синхронного ЭД, напряжение прямоугольными импульсами, полушаговый режим, есть регулировка ШИМ (момент) и регулировка частоты(оборотов). подопытный ЭД от привода сиди рома, как показали опыты он (двиг от сиди рома) для синхронника не дотягивает, лучше от винта брать. Если интересна схема то могу выложить.

[zap]

Что интересно, контроллеры на трёхфазники можно лепить не задумываясь вообще о том, как работает двигатель
Достаточно сгенерировать три синусоиды или их апроксимацию со сдвигом 120 градусов и всё.

Буржуи, кстати, когда движки от сидирома приспосабливают на самолёты, в первую очередь меняют магниты на неодимовые.
Вот тогда момент-то и появится. В винтах магниты тоже не неодимовые, кстати, во всяком случае в тех двух которые я разбирал были резиноподобные ферромагниты с хрен знает сколькими полюсами.

[all_bud]

Что интересно, контроллеры на трёхфазники можно лепить не задумываясь вообще о том, как работает двигатель
Достаточно сгенерировать три синусоиды или их апроксимацию со сдвигом 120 градусов и всё.

Да вы правы, тут и микроконтроллер не нужен, по опытам заметил, когда ЭД выводишь на стабильные обороты, скважность ШИМ можно убрать до минимума, и ЭД крутится без изменения частоты, Есчо заметил, что есть порог частоты (регулятор по оборотам), когда ЭД перестает стартовать и быстро теряет самосинхронизацию.

На неделе попробую, по мощнее двиг раздобыть для экспериментов.

[zap]

В общем, положил два магнита на стол рядом, на них кусок картона, сверху положил третий и убедился, что всё так и есть - сила толкания магнита вбок максимальна посерёдке между двумя нижними, и практически нулевая над любым из них, хотя над одним из них ровно вверх толкает очень сильно, а над вторым - очень сильно тянет вниз.

Эх, вот бы вертикальную составляющую притяжения как-нибудь использовать! Она вообще-то превосходит, по ощущениям, боковую составляющую, когда магниты друг над другом вообще чума - хрен отлепишь.

[zap]

Провёл ещё экспериментик.

Взял три магнита и положил их рядом, чередующимися полюсами кверху.
Поверх положил картонку, взял соленоид (катушку от дверного звонка), подключил к концам катушки осциллограф.
Далее стал проводить катушкой над магнитами, стараясь поддерживать постоянную линейную скорость.
Получилось вот такое:

Видно, что ЭДС проходит через ноль ровно в момент, когда катушка пролетает над полюсом очередного магнита. Три магнита - три пересечения нуля. То есть, максимальная противо-ЭДС в обмотке возникает в "междуполюсье", когда катушка равноудалена от двух полюсов.

Вот ещё график, под картонкой всего один магнит.

Видно, что амплитуда при использовании одного магнита существенно меньше (6В против 20В), хотя линейная скорость похожа (70мс и 45мс на период, соответственно). Это эффект "тянитолкая", один магнит наводит ЭДС "вдогонку", а следующий "навстречу", и они складываются.

[av-master]

немного не понял.т.е. выпитаете синхронник определенной частотой и максимальным током дабы он разогнался какнить до этой частоты ? а потом убираете ток ?
Полное ИМХО. я бы питал его просто по датчикам ( что сделал в своем двигателе) подали питание. по датчикам увидели где стоим включили нужную фазу, подали ток,ток минимальный. если движения нет ток увеличивается на определенный шаг в зависимости от разницы между текущей и заданой скоростью ( PID регулятор ) рано или поздно ток дойдет до момента страгивания и начнет вращаться ротор вызывая включение нужных фаз строго на +90 градусов. Далее чем ближе скорость становится к нужной тем меньше прирост тока в PIDе. в определенный момент мы перепрыгиваем нужную скорость ( кстати она у мну по датчику положения параллельно считается) включается режим или рекуперативного торможения ( также как и разгон только в другую сторону ( что вызывает уменьшение тока до потери скорости ) и т.д.. или ток в 0 и катимся до падения скорости и потом по пиду начинаем поддерживать скорость. так как разница в текущей и заданой минимальная то ток очень медленно плавает, всегда на минимально необходимом уровне.

[i]

...Это эффект "тянитолкая", один магнит наводит ЭДС "вдогонку", а следующий "навстречу", и они складываются.

Можно и так назвать, хотя вернее будет считать, что у одиночного магнита силовые линии замыкаются полностью через воздух и магнитный поток меньше.  Пара магнитов образуют более короткий и мощный поток.

[бурелом]

А скорее всего, при одинаковой линейной скорости, большая скорость изменения магнитного потока вызывает большую эдс.

[VladimirA]

В свое время "i" очень хороше рассмотрел работу "серого" МК.
Там на 18(пар полюсов) x 2 = 36 (катушек) приходится 20(пар полюсов) x 2 = 40 магнитов.
Т.е. в упрощении: на 9 катушек - 10 магнитов.
Очень важно нечетное количество катушек, кратное 3-м. Действуя по принципу шагового двигателя, через 180 грд. катушки должны изменить свою полярность, что возможно только при их нечетном количестве.
При соотношении 9 к 10-ти (и в других МК, где число магнитов больше чем катушек),
ротор вращается синхронно с магнитным потоком (пусть даже и по ломанной - трапециедальной кривой) статора.
Но на некоторых МК (Мини-МК) Соотношение 9 к 8-и. (в Мини-Мк 18 катушек и 16 магнитов).
В них "шаговое" передвижение ротора идет в обратную сторону вращения (переключения)
магнитного потока статора.
Поэтому их нельзя называть "синхронными".
Думаю БЛДС ближе к "шаговым", чем к "синхронным".
И запитывание их "трапецией" (шагами) правильней, чем "синусойдой".
Это не относится к "авиа-моторным", которые являются копией "синхронников" с 1 и 2 рисунка.
Удачи!

[all_bud]

Я тут выкладывал, видео работы простого контроллера для синхронника, так давеча этот контроллер крутил обычный генератор от мотоцикла Урал (синхронная машина с возбуждением от электромагнита), запускался и плавно увеличивал обороты от увеличения задающей частоты (раскрутил почти до 2000об., и на валу чувствовался момент, ибо остановить вал было невозможно при придавливании деревянным бруском с усилием порядка 5кг).
Но действие продолжалось не долго, при сбое синхронизации, от резкой смены частоты на большую, вылетели драйвера полевиков, покупать новые я не стал, но итог эксперимента меня порадовал.
чередование фаз у меня по такому алгоритму:
А 011100011100011100
В 000111000111000111
С 110001110001110001

Как тяговый мотор синхронный использовать конечно можно, но необходима ОС по частоте тока и оборотам, без ОС данный двигатель больше подходит для постоянной нагрузки без резкого изменения оборотов (вентиляторы, компрессоры). Запуск синхронного ЭД путем увеличения частоты напряжения от 0 до рабочей задача как оказалась не сложнее задачи по физике за 5 класс.
Если оснастить синхронную машину 3 датчикам ОС положения ротора, то запускать и управлять таким ЭД можно простой схемой без процессоров, синхронизация такого ЭД будет идеальной, получится обычный сервомотор 3-фазный, с большим пусковым моментом.
Как будет время, прикуплю 3 датчика SS41 заменю в схеме драйвера, усилю защиту верхнего каскада от паразитных всплесков, и продолжу эксперименты. (не ранее наверно лета).