Где "сидит" ШИМ? И другие вопросы...

[nikvic]

Видел, что частота работы в ходовых моделях контроллеров - 15КГц. Понял, что скважностью управляет напряжение с ручки газа. Остались два вопроса.
1/ Есть ли обратная связь? (Скорее всего, есть...)
2/ Верно ли, что ШИМ работает до распределения тока по обмоткам? Во всяком случае, на каком-то контроллере - 7 мощных ключей. Один из них - общий? И, кажется, там же - один бооольшой кондёр...

3/ Можно ли считать, что, задавая скважность, мы получаем источник тока с меньшим напряжением и бОльшим зарядом?

Есть известные диаграммы параметров МК (ток, обороты, мощности, КПД) для фиксированного источника (скажем, 36в) как функции момента.
Как они преобразуются при переходе к 24в (без тщательного учёта доли тепловых  потерь)?

[i]

1/ Есть ли обратная связь? (Скорее всего, есть...)

На ymasaki и hulong обратной связи по напряжению нет.

2/ Верно ли, что ШИМ работает до распределения тока по обмоткам? Во всяком случае, на каком-то контроллере - 7 мощных ключей. Один из них - общий? И, кажется, там же - один бооольшой кондёр...

ymasaki и hulong сделани на pic, а у него один шим, вот его и перебрасывают с фазы на фазу. В контроллере 6 мощных ключей и одни стабилизатор в таком же корпусе.

3/ Можно ли считать, что, задавая скважность, мы получаем источник тока с меньшим напряжением и бОльшим зарядом?

По напряжению можно, а ток ограничивается отдельной схемой.

Есть известные диаграммы параметров МК (ток, обороты, мощности, КПД) для фиксированного источника (скажем, 36в) как функции момента.
Как они преобразуются при переходе к 24в (без тщательного учёта доли тепловых  потерь)?

Момент зависит от тока, обороты от напряжения. Таким образом уменьшение напряжения питания автоматом снизит максимальную скорость достижимую на данном МК, а стартовая динамика не изменится.
Подробнее здесь.

[nikvic]

По напряжению можно, а ток ограничивается отдельной схемой.

Момент зависит от тока, обороты от напряжения. Таким образом уменьшение напряжения питания автоматом снизит максимальную скорость достижимую на данном МК, а стартовая динамика не изменится.

Ограничение тока - чем? Куда "сбрасывается" лишняя энергия? Это - ограничение или отключение?

С ростом напряжения растут максимальные обороты. Но не слишком линейно, если уходим в зону насыщения железа. В Вашей модели отсутствует упоминание о самоиндукции обмоток. Судя по графикам токов, она мала, но для оценки влияния не хватает данных. Кстати, как насчёт реальной трёхфазности?

В области малях напряжений ток (и момент) ограничивается омическими сопротивлениями, так что там тоже нелинейность.
=========
Задача достижения максимальной скорости стоит далеко не перед всеми пользователями. В некоторых  условиях требуется повышенная экономичность, временами - большой момент.  В каком-нибудь Сан Франциско очень желательна рекуперация.
Всё это  трудненько сделать без переключаемой батареи и привода на штатную цепь.
[/quote]

[i]

Ток мотора отслеживается компаратором, который сигнализирует о превышении микроконтроллеру, тот либо уменьшает заполнение ШИМ, либо тупо выключает транзисторы.
Лишняя энергия - это про что?
Точные расчёты, учитывающие все нюансы поведения железа в магнитных полях несинусоидального тока можно конечно сделать, но слишком уж много придётся продифференцировать и проинтегрировать (а при отсутствии точных данных по материалам, сведется к "гаданию на кофейной гуще"). Линейные допущения хорошо вписываются в требуемую точность ("где-то так") и заметно упрощают как расчёт, так и понимание зависимостей.
Трёхфазность, что я видел, описана в упомянутой теме. Там же описан и способ увеличения момента без увеличения тока (автор [b-b]ruma[/b-b]). Этот способ ведёт к реальной экономии энергии, без использования цепи и переключаемой батареи (кстати, последнее экономит не энергию, а батареи).
Рекуперация, вещь интересная, особенно если кто ни будь покажет схему контроллера с этой фичей.

[nikvic]

Линейные допущения хорошо вписываются в требуемую точность ("где-то так") и заметно упрощают как расчёт, так и понимание зависимостей.
Трёхфазность, что я видел, описана в упомянутой теме. Там же описан и способ увеличения момента без увеличения тока (автор [b-b]ruma[/b-b]). Этот способ ведёт к реальной экономии энергии, без использования цепи и переключаемой батареи.

Наверное, чуть пошире - линейные дифуры. Они хорошо "обслуживают"  периодические процессы - не обязательно чистые "синусы". Нам мы завлечь знатока подобия для электрических машин...

У штатных систем весьма узок диапазон скоростей с приемлимым КПД (оптимум +-10%). Способ [b-b]ruma[/b-b] я знаю, он просто смещает этот диапазон вниз.

Уменьшение ЭДС аккумулятора в два раза на большой скорости должно бы приводить к автоматической рекуперации - если я правильно понимаю, что обмотки соединены с его выводами ещё и "обратными" диодами, защищающими от экстранапряжений размыкания. И с некоторой опасностью для здоровья батареи...

[Павел]

Рекуперация, вещь интересная, особенно если кто ни будь покажет схему контроллера с этой фичей.

Так nordiver уже выклыдывал схему голденмоторовского.

[i]

Так nordiver уже выклыдывал схему голденмоторовского.

Схему видел, но где там закопана рекуперация при скоростях, когда ЭДС мотора меньше напруги батареи, совсем не вижу. Может кто объяснит... Во всяком случае деталей ответственных исключительно за рекуперацию там нет (могу поверить, что  как-то используются уже имеющиеся, но не понимаю как).

[i]

.. он просто смещает этот диапазон вниз.

...или вверх.

[nikvic]

.. он просто смещает этот диапазон вниз.

...или вверх.

Да, конечно - при уменьшении числа витков.
И тотчас начинаются проблемы въезда в горку или движения по траве 

[i]

Так в том и фишка, что получается а-ля "коробка передач". Либо "тянем", либо "гоним".
Вы же не стартуете на автомобиле с третьей передачи и не "жжёте" по шоссе на первое передаче.

[nikvic]

Так в том и фишка, что получается а-ля "коробка передач". Либо "тянем", либо "гоним".

Далеко не вполне: удвоив витки, увеличим потери на "Омы". И   наверняка заберёмся в область насыщения...

[i]

А Вы прикинте (можно и без дифур). Так ли велики будут омические потери и так ли близко область насыщения железа.
Сопротивление пары обмоток 0,5 Ома. Железо можно считать трансформаторным, чертежи лежат в файловом архиве, обмотки статора описаны у [b-b]ruma[/b-b] в теме, штатный ток 10А.

[nikvic]

А Вы прикинте (можно и без дифур). Так ли велики будут омические потери и так ли близко область насыщения железа.
Сопротивление пары обмоток 0,5 Ома. Железо можно считать трансформаторным, чертежи лежат в файловом архиве, обмотки статора описаны у [b-b]ruma[/b-b] в теме, штатный ток 10А.

Этих данных мне пока недостаточно. Возможно, нужно доучиваться
Для этих данных тепла - не меньше 50вт (средний ток вместо среднеквадратичного в обмотке). При удвоении количества витков эти потери увеличатся примерно вдвое, а мощность уменьшится - и прощай приличный КПД.

Любой штатный расчёт исходит из минимума железа для данной частоты и мощности, т.е. из весьма полного использования возможности его намагничивания.
Проблем не возникает при уменьшении числа витков и переходе на бОльшую частоту и напряжение - там даже падает доля омических потерь при той же "магнитной" картине.

[Павел]

Так nordiver уже выклыдывал схему голденмоторовского.

Схему видел, но где там закопана рекуперация при скоростях, когда ЭДС мотора меньше напруги батареи, совсем не вижу. Может кто объяснит... Во всяком случае деталей ответственных исключительно за рекуперацию там нет (могу поверить, что  как-то используются уже имеющиеся, но не понимаю как).

Думаю как-то так: https://electrotransport.ru/index.php/topic,3583.msg48827.html#msg48827

[nikvic]

Думаю как-то так: https://electrotransport.ru/index.php/topic,3583.msg48827.html#msg48827

Скорее всего, неверно: напряжение в режиме генерации МК, разогнанного батареей, ниже ЭДС батареи.
Полноценная рекуперация должна иметь другие схемы для заряда батареи от низковольтного  трёхфазного генератора. Например, полное выпрямление, за которым следует "накачка" дросселя с краковременными его переключениями на батарею...

[i]

Для этих данных тепла - не меньше 50вт (средний ток вместо среднеквадратичного в обмотке). При удвоении количества витков эти потери увеличатся примерно вдвое...

Правильно. А теперь увеличим ток в 2 раза (мы же хотим удвоить момент), потери возрастут в 4 раза.
Кстати, расчёты показывают, что увеличив ток (и естественно сократив время разгона) мы потратим ровно столько энергии, как если бы разгонялись на штатном токе. А если увеличивать витки при старте, то разгон будет быстрее чем в штатном режиме, а энергии потратится меньше.

..., а мощность уменьшится - и прощай приличный КПД.

Не согласен. Если ток и напряжение не изменились, то мощность осталась прежней. Увеличение витков удвоит момент и уполовинит макс. обороты .

Любой штатный расчёт исходит из минимума железа для данной частоты и мощности, т.е. из весьма полного использования возможности его намагничивания.
Проблем не возникает при уменьшении числа витков и переходе на бОльшую частоту и напряжение - там даже падает доля омических потерь при той же "магнитной" картине.

Мне не попадались расчеты двигателей на постоянных магнитах, но думаю, что железо не должно насыщаться от их поля. Обмотка создаёт поле противное магнитам, т.е. что бы обмотка могла насытить железо, она должна создать поле сильнее магнитов. Был проведён опыт, пытались током "выжать" из полюса поле магнитов, направление магнитного потока проверялось по штатным датчикам холла. Даже при тока в 40 ампер (4-х кратный) датчики не шелохнулись.
И не очень-то верится в "правильный расчёт" моего двигателя, ведь учебники в один голос твердят, что КПД электродигателей 95-98%, а тут 50-60... 

[nikvic]

Мне не попадались расчеты двигателей на постоянных магнитах, но думаю, что железо не должно насыщаться от их поля. Обмотка создаёт поле противное магнитам, т.е. что бы обмотка могла насытить железо, она должна создать поле сильнее магнитов. Был проведён опыт, пытались током "выжать" из полюса поле магнитов, направление магнитного потока проверялось по штатным датчикам холла. Даже при тока в 40 ампер (4-х кратный) датчики не шелохнулись.
И не очень-то верится в "правильный расчёт" моего двигателя, ведь учебники в один голос твердят, что КПД электродигателей 95-98%, а тут 50-60... 

Ваш опыт - блестящее подтверждение насыщения. Увеличив ток в 4 раза, Вы надеетесь получить поле "катушки" в 4 раза больше. А вот и нет - процентов на... 30.

Силовые э-двигатели по КПД бывают ординарными, 70%, и отличными. Наш - ординарный, нельзя надеяться на высокий КПД при таких потерях в "меди" и заявленной мощности.

[i]

Ваш опыт - блестящее подтверждение насыщения. Увеличив ток в 4 раза, Вы надеетесь получить поле "катушки" в 4 раза больше. А вот и нет - процентов на... 30.

Не уверен. Напоминаю, что полюс статора находится в поле созданном постоянным магнитом, т.е. он уже намагничен. Что бы ввести железо в насыщение, надо сначала уменьшить магнитный поток от магнитов до нуля, а потом уже наращивать свой поток до насыщения в новом направлении. То есть перегнать рабочую точку по петле гистерезиса из 3 квадранта в первый.

Силовые э-двигатели по КПД бывают ординарными, 70%, и отличными. Наш - ординарный, нельзя надеяться на высокий КПД при таких потерях в "меди" и заявленной мощности.

Ни чего не понял. Разверните пожалуйста.

[nikvic]

Силовые э-двигатели по КПД бывают ординарными, 70%, и отличными. Наш - ординарный, нельзя надеяться на высокий КПД при таких потерях в "меди" и заявленной мощности.

Ничего не понял. Разверните пожалуйста.

Я всего почти процитировал недавно читанное - про ординарные и улучшенные (вспомнил  слово).
А про потери в меди должно быть ясно. Если в тепло уходит более 50вт только "в меди" при мощности на валу... 250вт, то тратить нужно более 300вт, и КПД менее 5/6. 

[i]

Но ведь мощность при фиксированном моменте - линейная функция от оборотов. А потери в меди при фиксированном токе - константа. Следовательно КПД мотора, тоже величина НЕ постоянная. А если учесть, что при приближении оборотов к максимальным, когда ЭДС мотора приближается в ЭДС источника, ток (и соответственно момент) спадает линейно , а омические потери падают квадратично, то выходит, что КПД начинает стремится к 1.
Вот мне и не понятно, про какую мощность и какой КПД говорит производитель (получается что-то типа "средней температуры по больнице").

Считаю, что прежде чем рассуждать о КПД, мощности и потерях, нужно чётко оговаривать условия эксплуатации и конструкцию мотора, иначе разговор теряет смысл.

[nikvic]

1/ Но ведь мощность при фиксированном моменте - линейная функция от оборотов. 2/ А потери в меди при фиксированном токе - константа. 3/Следовательно КПД мотора, тоже величина НЕ постоянная. А если учесть, что 4/при приближении оборотов к максимальным, когда ЭДС мотора приближается в ЭДС источника, ток (и соответственно момент) спадает линейно , а омические потери падают квадратично, то выходит, что КПД начинает стремится к 1.
Вот мне и не понятно, про какую мощность и какой КПД говорит производитель (получается что-то типа "средней температуры по больнице").

Считаю, что прежде чем рассуждать о КПД, мощности и потерях, нужно чётко оговаривать условия эксплуатации и конструкцию мотора, иначе разговор теряет смысл.

Производитель, как и положено, различает две мощности - входную, умножением среднего тока из батареи на её текущее напряжение, и выходную, на валу. Фиксируя "ручку газа" и задав момент на стенде, он может сообщить остальные параметры - ток, обороты, момент. Ну и рассчитать 2 мощности и КПД. Жаль только, что точек производитель даёт мало...



Ваше 3/ верно, разумеется, само по себе - 1/ и 2/ для этого не слишком нужно.
Посмотрим на 4/. Максимальные обороты для данного источника (батарея с ШИМ) достигаются на нулевом моменте, но ток  нулю не равен, так что КПД=0. Вот к нулю КПД и стремится - при приближении к максимальным оборотам. Точно так же он близок к 0 при малых оборотах - при относительном постоянстве момента.

[i]

Вот тут согласен, пусть и с некоторыми оговорками, не в этом суть.
Это всё данность, вопрос в том как и что изменить, что бы получить другую данность, которая нам больше подходит. Как изменятся графики если, например, их перестроить не по моменту, а по оборотам, или даже по виткам? Что лучше для повышения мощности (скорости, момента) изменять напряжение, ток или витки?

КПД при разгоне начинает расти от 0 к 1, сначала быстро, потом медленнее, потом останавливается и начинает расти вниз. И что нам это даёт, кроме знания, что КПД не может быть выше некоторого лимита? Максимальная эффективность мотора достижима только на стенде, на дороге никогда не будет таких условий, значит нужно как-то управлять КПД, подстраивать его под конкретные условия. Как?
Ответ на мой взгляд один - нужно иметь несколько двигателей, и чем больше, тем лучше. Но это не реально....
С ДВС такая же проблема, но конструктора смогли её решить введя, коробку передач. Получился парадокс, введя новые потери и снизив тем самым КПД системы "мотор-коробка-колесо" удалось повысить КПД автомобиля.

Если у них получилось, почему у нас не должно получится? Можно сделать механическую коробку (цепи, звёзды, шестеренки), можно электромеханическую (статор вынимается из ротора), а можно и чисто электронную. Играя напряжениями и токами мы по сути меняет только режим работы мотора, не трогая сам мотор, а играя витками мы меняем мотор, делая его либо тяговитым, либо скоростным.

[nikvic]

...
Это всё данность, вопрос в том как и что изменить, что бы получить другую данность, которая нам больше подходит. Как изменятся графики если, например, их перестроить не по моменту, а по оборотам, или даже по виткам? Что лучше для повышения мощности (скорости, момента) изменять напряжение, ток или витки?

КПД при разгоне начинает расти от 0 к 1, сначала быстро, потом медленнее, потом останавливается и начинает расти вниз. И что нам это даёт, кроме знания, что КПД не может быть выше некоторого лимита? Максимальная эффективность мотора достижима только на стенде, на дороге никогда не будет таких условий, значит нужно как-то управлять КПД, подстраивать его под конкретные условия. Как?
Ответ на мой взгляд один - нужно иметь несколько двигателей, и чем больше, тем лучше. Но это не реально....
С ДВС такая же проблема, но конструктора смогли её решить введя, коробку передач. Получился парадокс, введя новые потери и снизив тем самым КПД системы "мотор-коробка-колесо" удалось повысить КПД автомобиля.

Если у них получилось, почему у нас не должно получится? Можно сделать механическую коробку (цепи, звёзды, шестеренки), можно электромеханическую (статор вынимается из ротора), а можно и чисто электронную. Играя напряжениями и токами мы по сути меняет только режим работы мотора, не трогая сам мотор, а играя витками мы меняем мотор, делая его либо тяговитым, либо скоростным.

Попробую промоделировать данность - с получением других "проекций" Это - в моих планах, с надеждой подобрать "похожие на правду" параметры.

Про использование родной велосипедной коробки передач где-то говорил. Для "обывательских" целей она предпочтительнее. Ну или вариатор.

Эффективность, понятно, не сводится к КПД. Скорее, к возможности решать разные задачи. Скажем, против ветра может быть "экономнее" ехать с меньшим КПД и меньшей скоростью.
И вообще - вместо (вместе с) амперметра хорошо бы иметь показания ток/скорость. Велокомпьютер, однако, управляющий контроллером

[i]

.. Велокомпьютер, однако, управляющий контроллером

Вполне реальная вещь. Сделать можно всё что угодно, главное узнать, что именно "угодно".
Цепь хороша, и вариатор не плох, когда мотор один и под рамой, а когда он в колесе... нужно искать другое решение (либо отказываться от МК или мирится с недостатками).
Мне нравится МК, оно проще и бесшумнее, и мне кажется, что его эффективность можно значительно увеличить. По этой тропе и иду. Будут соратники - хорошо, а нет  - так просто дольше идти.

[nikvic]

...КПД мотора, тоже величина НЕ постоянная. А если учесть, что при приближении оборотов к максимальным, когда ЭДС мотора приближается в ЭДС источника, ток (и соответственно момент) спадает линейно , а омические потери падают квадратично, то выходит, что КПД начинает стремится к 1.
Вот мне и не понятно, про какую мощность и какой КПД говорит производитель (получается что-то типа "средней температуры по больнице").

Считаю, что прежде чем рассуждать о КПД, мощности и потерях, нужно чётко оговаривать условия эксплуатации и конструкцию мотора, иначе разговор теряет смысл.

Залез в калькулятор http://www.ebikes.ca/simulator/ и помучил его (там есть и параметры моторов, некоторые можно менять). На том сайте есть и другие разделы, в т.ч. и с теорией.
В конце концов сделал программу-аналог - вот картинка:



Под КПД эти канадцы понимают отношение мощности на валу к произведению тока батареи на текущее её сопротивление, т.е. потери на собственном сопротивлении батареи не учитывают, их "счётчик" стоит на выходе из батареи. Для расчёта оставшейся в батарее энергии это неправильно...

Теперь -   "Почему КПД не стремится к 1". Модель, принятая в симуляторе, предполагает постоянство напряжения на выходе отдельного ШИМ-преобразователя, питающего ключи фаз. Для больших оборотов этот ШИМ просто открыт (если в контроллере не предусмотрено ограничение скорости) и равен выходному напряжению акка (за мелким вычетом напряжений на ключах).
Теперь повторюсь (говорил в другом месте). Для  момента, близкого к нулевому, средний ток (с учётом знаков!!!!) через обмотку близок к 0, а вот эффективный (среднеквадратичный) - не близок. График тока в пределах (-60..60гр.) - яма, края которой ВЫШЕ нуля, дно - НИЖЕ нуля.

Насколько я понимаю, есть возможность исправления "логики" контроллера. "Наши" поддерживают постоянным  напряжение на фазах. Если сохранять значение тока (стал быть, в середине фазного промежутка будет меняться напряжение), эффект спадания КПД вблизи макс. оборотов пропадёт.

Похоже, так работает контроллер у "Cyclone" - там весьма пологий участок падения КПД на больших оборотах.
=====
Оффф... Не удаётся разместить картинки в галлерее. Как можно исправить?

[andreym]

Под КПД эти канадцы понимают отношение мощности на валу к произведению тока батареи на текущее её сопротивление, т.е. потери на собственном сопротивлении батареи не учитывают, их "счётчик" стоит на выходе из батареи. Для расчёта оставшейся в батарее энергии это неправильно...

А мне казалось как раз внутреннее сопротивление батареи есть в рассчетах
вот они там внизу в описании пишут:
The characteristics for the battery packs are also from our own independent testing, with the value for Rbatt calculated from the DC impedance from 1C - 2C loading, and with VOC chosen at the 50% state of charge.
что мол сопротивление батарей мы меряли отдельно исходя из токов разряда 1С-2С на примерно 50% заряженных батареях.

[nikvic]

А мне казалось как раз внутреннее сопротивление батареи есть в рассчетах

Да, есть, конечно.
Я говорю о неверности исключения из потерь потерь на нагрев аккумулятора при подсчёте КПД.
Хотя, конечно, к связке  контроллер-мотор это не относится.