Bir DC motorda, her bakımdan en uygun olan bir komütasyon noktası var mı?


16

Bu son soru beni komütasyon zamanlamasını ve neden ilerlemenin istenebileceğini düşündürdü. Bununla birlikte, altta yatan fenomenleri daha derinlemesine düşünmek istedim ve anlayışımın eksik olduğundan eminim, bu yüzden yeni bir soru deneyeceğim.

Stator ve rotor alanları, döndürülmüş bir genel alan oluşturmak için birleşir ve bazı motorlar, komütatör arkını azaltmak için komütasyon zamanlamasını ilerletir. Denizaltı elektrik sistemleri hakkındaki bu makaleden bir örnek :

alan bozulması

Bunun göründüğü bölüm jeneratörleri tartışıyor, bu yüzden bunu bir motor olarak düşünürsek, "döndürme" etiketli ok geriye doğru. Bu motorlar olsaydı, akımlar ve alan çizilirse, bunun saat yönünün tersine ters yönde dönmesini beklerdik.

"Yeni nötr düzlem" nokta etiketinde rotor herhangi bir manyetik kuvvet çizgisinden geçmediği için indüklenmiş voltaj yoktur, bu nedenle burada komütasyon yapılırsa minimal ark olacaktır.

Ancak, değişim noktasını hareket ettirerek, başka bir parametreyi feda ettik? Torku düşürdük mü? Verimlilik? Yoksa bu her açıdan en uygun geçiş noktası mı?


6
İnsanlar bunu kapatmak için neden oy veriyor? Bana çok sorulan ve konuyla ilgili bir soru gibi geliyor.
Olin Lathrop

Sadece potansiyel enerji bildirimi üzerine bir düşünce. Motorun döndüğünü söyleyebilirim çünkü tork var. Tork, dönen eksene bağlı herhangi bir şeye etki eden kuvvetlerin integralidir. Farklı fazlara giden akımı kontrol ederek herhangi bir zamanda bu kuvveti en üst düzeye çıkarmaya çalışıyorsunuz. Fırçasız bir motordaki (motor sabit bir pozisyon tutuyor), manyetik alanın nasıl yönlendirildiğini gösteren statik durumu düşünün. İşler hareket ederken EMF'yi geri alırsınız ancak bence göreceli yönelim değişmez.
Guy Sirton

Hızlı bir Google aramasından, gecikmeye karşı hızın fiziğine ilişkin iki faktör var gibi görünüyor: endüktans ve manyetik doygunluk.
Guy Sirton

@GuySirton, sabit bir pozisyonda (muhtemelen bir step motor) fırçasız bir motor durumunda, rotorda önemli bir tork yoksa, alanlar hizalanır ve şekil A'ya benzer.
Phil Frost

@PhilFrost Söylemeye çalıştığım şey statik kısmı dinamiklerden izole etmeyi düşünmek. Tutma motorunuzu alın ve başka bir motordan sabit bir hızda döndürmeye başlayın. Göreceğiniz tek şey, EMF (AFAIK) 'dir ve bu da kartta torkta bir düşüşe neden olur, ancak tork ile pozisyonu grafiklerseniz bir faz değişikliği görmezsiniz. Yukarıdaki yorumumdaki faktörler, endüktans (akımın indüktörden değişmesi zaman alır) ve manyetikler (doygunluk vb.) İle ilgili doğrusal olmamaları nedeniyle sistemi sürerken fazın ilerlediğinden eminim
Guy Sirton

Yanıtlar:


1

Anladığım kadarıyla, motor saat yönünün tersine dönmek istiyor çünkü bu, alanı açıp stator ve rotor alanlarını hizalayarak daha düşük bir potansiyel enerjiyi temsil ediyor. Bu doğru mu?

Dönme ekseni etrafında hareket eden kuvvetler nedeniyle döner. Bu kuvvetler tork yaratır ve bu da rotorun açısal ivmesini oluşturur.

Ancak, geçiş noktasını oraya taşırsak, stator alanını yeni bir nötr düzleme götürecek şekilde döndürmedik mi? Bu ayarlamayı tekrarlarsak, en uygun bir değişim noktasında birleşiyor mu yoksa sadece her yerde dönmeye devam ediyor muyuz? Bu değişme noktası her bakımdan optimal mi yoksa bazı tavizler var mı?

Tanım olarak, alanlardan birini her döndürdüğünüzde yeni bir nötr düzleminiz olur. Bir motordaki tüm geçiş noktası, nötr düzlemi torkun maksimize edildiği açıda tutmaktır.

Zamanlamanın daha yüksek hızda daha ileri olması gerektiğini hep duydum. Ancak bu kesinlikle doğru mu, yoksa sabit bir mekanik yük durumunda hız ile ilişkili olan sargı akımı / alan gücünün bir işlevi mi?

Bence burada iki efekti karıştırıyorsunuz. Fırçasız bir motoru düşünelim. Sargılarından akan bir akım göz önüne alındığında, nötr düzlemine yerleşecektir. Bu noktada tork sıfırdır (sürtünmeyi görmezden gelir). Şimdi elle yavaşça döndürmeye başlayın ve tork ile konuma grafiğini çizin. Bu grafiğin maksimum değeri, "optimum yavaş hız" iletişim noktanızdır. Matematiksel modeller kullanarak bu grafiğe çok yakın bir yaklaşım elde edebilirsiniz. Buna zamanlamayı ilerletmek demem. Faz ve kutup sayısına bağlı olarak nötr düzlemden sabit bir açıda olacaktır. Konum enkoderi olan ve salon etkisi sensörleri olmayan kapalı döngü fırçasız bir sistemde, nötr düzlemin konumunu keşfetmek için sargıların içinden biraz akım koyduğunuz bir diziden geçersiniz.

Dinamik bir durumda, sabit fazlı mıknatıslara karşı aynı fazı korumak için alanı kontrolünüz altında döndürmeye devam etmek istersiniz. Endüktans ve manyetik doygunluk gibi çeşitli doğrusal olmayan etkiler nedeniyleve sıcaklık, kontrol zamanlaması alanlar arasında aynı fazı denemek ve korumak için hızın bir fonksiyonu olarak değişmelidir. Esasen, bir komutun verildiği zaman ile alandaki fiili değişiklik arasında bir gecikme vardır, böylece komutu telafi etmek için daha önce "gelişmiş" olarak verilir. Fırçalı bir motorda yalnızca bir sabit faz ilerlemesi olabilir, bu nedenle farklı hızlarda çalışmayı planlıyorsanız bir tür uzlaşma yapmanız gerekir. Fırçalanmış motorlarda, örneğin fırçaların boyutu ve kontrolün açma / kapama yapısı gibi statik uzlaşmalar da vardır. Bazı durumlarda bu gecikme ihmal edilebilir.

Geçiş noktasını bulmak için geri EMF sıfır geçişlerini tespit eden sensörsüz bir BLDC sürücüsü böyle bir motora örnek mi?

Arka EMF sıfır geçişlerinin yetersiz olduğunu düşünürdüm. Yalnızca yukarıda açıklanan "statik" konumlandırmayı yansıtırlar. Bu nedenle, kontrolünüzü optimize etmeden önce motor parametrelerini de bilmeniz gerekir (örn. Alan odaklı kontrol gibi bir şey kullanmak )


"Bu grafikle matematiksel modeller kullanarak çok yakın bir yaklaşım elde edebilirsiniz" dediğinizde, tam olarak bu sorunun konusu budur. Torkun en üst düzeye çıkarıldığı bir nokta olduğunu biliyorum. Nerede ve neden? Endüktans hiç şüphesiz bir rol oynayabilir, ama bunun her şey olduğunu düşünmüyorum. Normal çalışma koşullarında hangi koşullar altında manyetik doygunluk devreye girer? Sargı akımını spesifikasyonlar içinde tuttuğumu varsayarsak, çekirdek doymayacak şekilde tasarlanmamış mı?
Phil Frost

Not Oradaki statik sistemden bahsediyorum. Simetri nedenleriyle maksimumun tam olarak iki sıfır tork noktası arasında olmasını beklerim (sıfır tork noktası sayısı, faz sayısının faz sayısının 2 IIRC'ye bölünmesiyle elde edilen değerdir). Modeller için Google yapabilirsiniz, ancak burada bir tane var: robot2.disp.uniroma2.it/~zack/LabRob/DCmotors.pdf
Guy Sirton

@PhilFrost: Bu makale manyetik doygunluğun modellenmesini tartışmaktadır: personal-homepages.mis.mpg.de/fatay/preprints/Atay-AMM00.pdf . Sezgisel olarak, indüktans ve anahtarlama gecikmelerinin, fazı hızlı bir şekilde değiştirmenin ilk sipariş nedeni olduğunu düşünüyorum. Bir motorda olan her şeyi açıklamak için basit bir matematiksel model arıyorsanız, bulacağınızı sanmıyorum. Çok karmaşık modeller bile hala yaklaşık değerlerdir. Ancak çoğunlukla bu önemli değil.
Guy Sirton

Bu kağıt, evrensel motorlarda manyetik doygunluk için bir model sunuyor, ancak evrensel motorlardan bahsetmediğimizde uygulanabilir mi ve komütasyon zamanlaması ayarlamasıyla ne ilgisi var?
Phil Frost

@PhilFrost: göre scholarsmine.mst.edu/post_prints/pdf/... "büyük tork üretilir zaman FDAM matematiksel modeli isteksizlik kaynaklanan etkileri de gerekir ve daha da önemlisi, varlığı manyetik doyma kaçınılmazdır." Doygunluk dinamik davranışı değiştirir, böylece dönen bir motorda akım ve tork arasındaki fazı etkiler. En azından ben bunu anlıyorum.
Guy Sirton

0

Nötr noktanın, fırça ayar noktasının nominal olarak konumlandırılacağı yerdesiniz. Rotor dönerken, alanlar etkili bir şekilde hareket etmez (çok), çünkü rotorun hareketi bir sonraki armatür sargılarına enerji verilmesine neden olacaktır. Böylece farklı armatür sargıları hareket ettikçe "C" deki alan resmi "kıpır kıpır" olacaktır.

Maksimum tork üretimi için, armatür akışının ve alan akışlarının düzgün bir şekilde hizalanmasını ve "tam güçte" olmasını istersiniz. (torkun gerçekten bir akım ve akının etkileşimi olduğunu görmezden gelmek ...)

Sargı direnci ve endüktans nedeniyle akımın armatür sargısında artması için bir zaman sabiti olduğunu unutmayın. Bu, armatür akısında / akımında gecikmeye neden olur. Bu gecikme telafi edilmezse, optimum tork üretimi elde edilemez. Geçiş açısını geliştirmek, bunu ele almanın bir yoludur.

"Doğru" ilerleme açısı rotor hızına, armatür devresinin zaman sabitine ve armatür kutuplarının sayısına bağlıdır. Armatür zaman sabiti sabit bir zaman olduğundan, daha hızlı rotor hızları için ilerleme açısının artırılması gerekir.


Armatür ve alan hangi noktada "doğru şekilde hizalanmıştır"? Daha önce, komütasyon noktasını ilerletme nedeninin, tarif ettiğiniz gibi voltajın arkasındaki akımdan kaynaklandığını varsaymıştım, ancak bağladığım sorunun bazı cevaplarını okuduysanız, belki de bunun nasıl olmadığını düşündüğümü görebilirsiniz. hepsi orada değildi.
Phil Frost

İşte başka bir karışıklık noktası: diyelim ki herhangi bir akım gecikmesini mükemmel bir şekilde telafi edebiliriz, bu nedenle armatürün manyetik alanı her zaman tam olarak yukarıdaki B şekline benzer. Genel alan hala şekil C'deki gibi bozulmayacak mı ve zamanlamanın daha fazla ayarlanmasına neden oluyor mu?
Phil Frost

0

Nötr düzlem hıza değil, sadece akıma bağlıdır. Stator manyetik alanı (yukarıdaki resminizde yatay) ve armatür manyetik alanı (yukarıdaki resminizde dikey), alanların her birini bir vektör olarak düşünmediğiniz sürece gerçekten "eklemez". Eğer öyleyse, iki alan birbirine göre değiştikçe nötr düzlemin hareket edebildiğini görebilmelisiniz (örneğin, stator manyetik alanı aynı kalırsa ve armatür manyetik alanı artar veya azalırsa, nötr düzlem hareket edecek). Bu nedenle, nötr düzlemin neden hıza değil akıma bağlı olduğunu görebilirsiniz. Stator ve / veya armatürden geçen akım (yüke bağlıdır) manyetik alanların gücünü belirler, bu da nötr düzlemin yerini belirler.

Fırçalar, nötr düzlemle hizalanacak şekilde kaydırılabilir. Ancak nötr düzlemin konumunun yüke bağlı olduğu göz önüne alındığında, çoğu uygulamanın tek bir yük noktası olmadığı için fırçalarınızı kaydırmak için ideal ("düzgün şekilde hizalanmış") bir konum olmayabilir. Bu, uygulamanızın her iki yönde rotasyon gerektiriyorsa akılda tutulması da önemlidir. Deneyimlerime göre, çoğu motor tasarımcısı belirli bir uygulama için uygun fırça hizalamasını belirlemek için geçmiş deneyim ve deneylerin bir kombinasyonuna güveniyor.


Sanırım az ya da çok tahmin ettiğim şey bu olurdu. Ben alanları bir vektörler dizisi gibi eklemek düşünüyordum - ben gerçekten bir matematikçi değilim bu yüzden doğru terimlerden emin değilim. Ama hala merak ediyorum, eğer nötr noktayı karşılamak için değişim noktasını döndürürsek, bu aynı zamanda armatürün manyetik alanını da döndürmez ve yeni bir nötr noktaya yol açar mı?
Phil Frost

Geçiş noktasını nötr düzleme (nerede olursanız olun) kaydırmak da torku en üst düzeye çıkarıyor mu yoksa komütatörün tork pahasına meydana gelmesini en aza indiriyor mu?
Phil Frost
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.