BLDC motorum neden yüksek hızda davranış değiştiriyor?

Arka fon

Küçük bir alt 50 gramlık hobi BLDC motor, KDE 2304XF-2350'nin tork ve hız performansını kaydettim .

Motora ESC'ye (elektronik komütatör) farklı sabit voltajlarda ve ESC için farklı gaz ayarlarında güç veriyorum. ESC gaz kelebeği esas olarak sabit voltajı düşürür. 3 fazlı bir wattmetre kullanarak motora giren "yarı çok fazlı" AC elektrik gücünü ölçüyorum. Ben yarı çok fazlı demek çünkü sadece bir tek zaman içinde herhangi bir noktada 2 motor sargıları üzerinden akım akışının aşama.

Motoru bir girdap akımı freni kullanarak yüklerim: Rotora bir alüminyum disk bağlanır ve motor / disk iki elektromıknatısın üzerine asılır. Elektromıknatıslara artan güç, eğirme diskinde daha büyük girdap akımlarına neden olur ve bu da daha büyük bir tork oluşturur. Sıralı bir tork hücresi ve bir salon sensörü kullanarak farklı yük akımlarında sabit durum torkunu ve hızını ölçüyorum.

İşte 8V,% 50-100 gazda verilerim. Her noktalı deney seti, basit bir DC motor modeli ve KDE'nin teknik özelliklerine dayanan karşılık gelen bir katı öngörüye sahiptir.

V = d V_{D C}

$V = dV_{DC}$

V = ben R, + E

$V = IR + E$

V = \frac{T}{k_{t}} R, + k_{t} ω

$V = \frac{T}{k_t}R + k_t\omega$

T = \frac{V k_{t} - {k_{t}}^{2} ω}{R,}

$T = \frac{Vk_t - {k_t}^{2}\omega}{R}$

Nerede

$d$ gaz ayarının görev oranıdır
$V_{DC}$ ESC'ye giren sabit voltajdır
$R$ (182 mΩ) bir motorun sarımdan sarım direncidir (KDE 91 mΩ sarım başına direnç sağlar) çünkü bu, motor terminallerine anında uygulanan bir voltajın gördüğü toplam dirençtir
$k_t$ (0.0041 Nm / A) çevrimiçi olarak verilmektedir

Sorun

Deneysel verilerin neden yüksek hızlarda - özellikle düşük gazda - modelimden ayrıldığını anlamıyorum.

Başlangıçta bu bir tür "kazara" alan zayıflaması olsa da. bir değişiklikten kaynaklanır ve bir DC motor eğrisinin eğimi sadece ve bir fonksiyonudur . Yüksek hızlı / düşük akımda, değildir değişim (düşük mevcut düşük temps =), ancak olabilir bağlı endüktans artışa değiştirin. $k_t$ $R$ $R$ $k_t$

Deneysel eğim, daha fazla hız elde etmek için azaltılmış gibi daha az negatif olur , ancak motor hala aynı kaldığından daha yüksek tork sağlar . $k_t$ $k_t$

Örneğin,% 70 gazda ve 10 kRPM'de, modelim ~ 20 mN-m tork öngörüyor, ancak "alan zayıflamış" motor 25 mN-m tork üretiyor. Ne oluyor??

Bu bir BLDC'nin alan zayıflaması mı? Öyleyse, tork neden acı çekmiyor?
Eğer bu alan zayıflamıyorsa, tork-hız eğrisi eğiminin hızla değişmesine başka ne neden olabilir?

ek

Ne de bu yüksek hızlı sapma bana karıştırır deneysel motor verimliliği olduğunu geliştirir FW ile.

PMSM'ler için FW'yi anladığım gibi, stator akımının (Id?) Bir kısmı, tork (Iq) üretmek yerine armatür alanı ile "savaşmak" için harcanır, böylece aslında bir miktar verim kaybedersiniz.

Ancak, motorumun deneysel verimliliği modelim kadar hızlı bir şekilde düşmüyor çünkü motor aynı torkta daha fazla hız üretiyor (modele göre).

Neil_UK'un belirttiği gibi, ESC armatürde faz açısı ile bir tür hile yapıyor olabilir. Armatürdeki faz açısını nasıl ölçebilirim?

Zaten wattmetre ile motor terminallerindeki toplam faz açısını ölçüyorum (3 fazın tamamında Φ = acos (∑P / ∑S)), ancak bu faz açısı, hız arttırıcı endüktanstan akım gecikmesini ve gürültülü anahtarlamadan harmonik bozulmayı içerir .

Hipotez

BLDC motor çekmeye devam ediyor, çünkü Tork yanlışlıkla FW bölgede zarar vermez daha PMSMs aksine FW de güç olduğunu FW sırasında çekme "sabit" gücü (yetersizliklere görmezden). Şimdi verileri kontrol edeceğim!

motor brushless-dc-motor

— techSultan
kaynak

'Gaz kelebeği' ne anlama geliyor. 'Motor hızını kontrol ediyor' demek istemiyorum, ama elektrikle, ESC için ne anlama geliyor ve modelinize nasıl giriyor. Gördüğüm şey 'devir yükseldikçe, torkun düşmesini beklerdim, ama daha düşük gaz ayarlarında beklediğim kadar düşmez'. Farklı akü voltajlarında çalışan fırçalı bir motorum olsaydı, bu beni çok şaşırttı. Bununla birlikte, fırçasız bir ortamda ESC'nin zamanlama değiştikçe 'akıllıca bir şey yapması' için çeşitli fırsatlar vardır. Bunu yapıyor mu? Ne 'gaz kelebeğinin' yapmasını söylediğini nasıl bilebilirsiniz?

— Neil_UK

Modelinizi nasıl elde ettiniz? Hangi varsayımlar yerleşiktir? En açık açıklama, hız kontrolörünün modelinizde yerleşik varsayımlara uymamasıdır. Hız kontrol cihazı farklı gaz kelebeği ayarlarına tepki olarak gerçekten ne yapar? Muhtemelen ne düşündüğünü değil.

— mkeith

Temel olarak, hafif yük koşullarında motorun beklediğinizden daha hızlı çalışmasıdır. Kontrolörün motorun yüklü olmadığını ve bu koşullar altında alan zayıflamasını uygulamak için faz ilerlemesi veya benzeri bir şey kullandığını söyleyebileceğini düşünüyorum. Motor aşırı yüklendiğinde (tork yüksek) deneysel veriler modelinizle yakınlaşır.

— mkeith

ESC'nizin sinüzoidal olmayan bir sürücü olduğunu öneririm, bu nedenle kullanılan algoritmalar sinüzoidal sürücüyü kullanan herhangi bir modelden farklı olacaktır, Orta aralıkta önemli ölçüde geliştirilmiş torka sahip oldukları görülüyor

— Jack Creasey

@DmitryGrigoryev 700 mN-m (100 oz-in) için derecelendirilmiş bir tork hücresi kullanıyorum. Aynı fenomen , ticari bir dinamometre kullanılarak Ordu tarafından test edilen daha küçük BLDC'lere de oldu (rapor) . Bilinen bir mesafeye asılan bilinen ağırlıklar ile kalibre ettim. Teorik ve deneysel eğimlerim düşük hızlarda eşleşiyor, bu yüzden ölçüm hatası olduğunu düşünmüyorum.

— techSultan

Karşılaştığınız sorun kullandığınız kontrol biçimiyle ilgilidir. Hemen hemen her hobi / quadcopter odaklı BLDC kontrol cihazı (genellikle 'ESC' olarak adlandırılır), sensörsüz trapez kontrol kullanır. Bu kontrol şekli, alan odaklı kontrol veya FOC adı verilen, sorunuzda referansta bulunduğunuz kontrol formundan temel olarak farklıdır.

Bu kontrol tekniklerinin ayrıntılarındaki farklılıkları açıklamak çok uzun bir cevap gerektirir ve ben de bunları kendiniz araştırmanızı öneririm. Bununla birlikte, şu anda var olan test, motorun hız / tork karakteristiğini sürücününkinden ayırmamaktadır. Yüksek çözünürlüklü kodlayıcı eksikliği, düşük hızda motor performansını da etkiler. İyi bir düşük hız performansı istiyorsanız, söz konusu kontrol tekniğinden bağımsız olarak bir çeşit kodlayıcıya ihtiyacınız vardır.

Bu motorları tam hız aralığında düzgün bir şekilde karakterize etmek istiyorsanız gerçekçi olarak sensörlü bir FOC sürücüsüne ihtiyacınız olacaktır .

— Ocanath
kaynak

Şimdi sensörlü FOC ve sensörsüz 6 kademeli komütasyon arasındaki farkı anlıyorum. FW'nin yamuk komütasyon mekanizmasında "kazara" gerçekleştiğini düşünüyordum. Bu sorunun kontrol algoritmasının tam olarak ne olduğunu bilmeden bu sorunun yanıtlanamayacağını düşünüyorum

— techSultan

Bence basit bir açıklama,% 50'deki gaz ayarının% 50 oranında düşürülmüş bir volage anlamına gelmemesidir, çünkü yük küçükse akım pwm darbeleri arasında 0'a geri döner, böylece çıkış voltajı 50'den yüksek olur %. Kesikli akım ile kova dönüştürücüdeki voltajı arayın.

— Jesse_a_b
kaynak

Süreksiz akım modunda (DCM) voltaj çıkışının nasıl artabileceğini anlıyorum, ancak bunun tork-hız eğrisinin eğimini nasıl etkileyeceğini anlamıyorum. Gerilim teorik olarak sadece eğrinin y kesişimini etkiler.

— techSultan