Tại sao động cơ BLDC của tôi thay đổi hành vi ở tốc độ cao?

Lý lịch

Tôi đã ghi lại mô-men xoắn so với hiệu suất tốc độ của một động cơ BLDC sở thích nhỏ 50 gram, KDE 2304XF-2350 .

Tôi cấp nguồn cho động cơ ở các điện áp cố định khác nhau cho ESC (cổ góp điện tử) và ở các cài đặt bướm ga khác nhau cho ESC. Van tiết lưu của ESC về cơ bản bước xuống điện áp cố định. Tôi đo năng lượng điện xoay chiều "quasi-multihase" đi vào động cơ bằng cách sử dụng một wattmeter 3 pha. Tôi nói gần như đa tướng bởi vì chỉ có một đơn pha của dòng điện chạy qua 2 cuộn dây động cơ tại bất kỳ thời điểm nào.

Tôi tải động cơ bằng phanh dòng điện xoáy: một đĩa nhôm được nối với rôto và động cơ / đĩa được treo phía trên hai nam châm điện. Việc tăng công suất cho nam châm điện sẽ tạo ra dòng điện xoáy lớn hơn vào đĩa kéo sợi tạo ra mô-men xoắn lớn hơn. Tôi đo mô-men xoắn và tốc độ ổn định ở các dòng tải khác nhau bằng cách sử dụng một tế bào mô-men xoắn trong dòng và cảm biến sảnh.

Đây là dữ liệu của tôi ở 8V, 50-100% ga. Mỗi bộ thí nghiệm chấm có một dự đoán chắc chắn tương ứng dựa trên mô hình động cơ DC đơn giản và thông số kỹ thuật của KDE.

V = = d V_{D C}

$V = dV_{DC}$

V = = Tôi 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}

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

Ở đâu

$d$
$V_{DC}$
$R$
$k_t$

Vấn đề

Tôi chỉ đơn giản là không hiểu tại sao dữ liệu thử nghiệm tách khỏi mô hình của tôi ở tốc độ cao - đặc biệt là ở tốc độ thấp.

$k_t$ $R$ $R$ $k_t$

$k_t$ $k_t$

Ví dụ, ở tốc độ 70% và 10 kRPM, mô hình của tôi dự đoán mô-men xoắn ~ 20 mN-m, nhưng động cơ "suy yếu trường" tạo ra mô-men xoắn 25 mN-m. Đưa cái gì??

Đây có phải là sự suy yếu của BLDC không? Nếu vậy, tại sao mô-men xoắn không bị?
Nếu điều này không làm suy yếu trường, điều gì khác có thể làm cho độ dốc đường cong tốc độ mô-men xoắn thay đổi theo tốc độ?

Phụ lục

Điều cũng làm tôi bối rối về sự phân kỳ tốc độ cao này là hiệu suất động cơ thử nghiệm được cải thiện với FW.

Theo tôi hiểu FW cho PMSM, một số dòng điện stato (Id?) Được sử dụng để "chiến đấu" trường phần ứng thay vì tạo mô-men xoắn (Iq), do đó bạn thực sự mất một số hiệu quả.

Tuy nhiên, hiệu quả thử nghiệm của động cơ của tôi không giảm nhanh như mô hình của tôi vì động cơ đang tạo ra nhiều tốc độ (so với mô hình) ở cùng một mô-men xoắn.

Như Neil_UK đã đề cập, ESC có thể đang chơi một số mẹo sắp xếp với góc pha ở phần ứng. Làm thế nào tôi có thể đo góc pha ở phần ứng?

Tôi đã đo tổng góc pha tại các đầu cực động cơ thông qua oát kế của tôi (= acos (∑P / ∑S) trên tất cả 3 pha), nhưng góc pha này bao gồm độ trễ hiện tại từ độ tự cảm tăng tốc và biến dạng sóng hài từ chuyển mạch ồn .

Giả thuyết

Mô-men xoắn không bị ảnh hưởng ở vùng FW tình cờ vì động cơ BLDC tiếp tục tiêu thụ nhiều năng lượng hơn tại FW không giống như các PMSM kéo công suất "không đổi" trong FW (bỏ qua sự không hiệu quả). Tôi sẽ kiểm tra dữ liệu ngay bây giờ!

motor brushless-dc-motor

— kỹ thuật viên
nguồn

"Van tiết lưu" nghĩa là gì. Tôi không có nghĩa là 'nó điều khiển tốc độ động cơ', nhưng điều đó có nghĩa là gì đối với ESC và làm thế nào điều đó đi vào mô hình của bạn. Tôi nghĩ những gì tôi đang thấy là "khi vòng quay tăng, tôi hy vọng mô-men xoắn sẽ giảm, nhưng nó không giảm nhiều như tôi mong đợi, ở cài đặt bướm ga thấp hơn '. Nếu tôi có một động cơ chải chạy trên các điện áp pin khác nhau, điều đó sẽ làm tôi rất ngạc nhiên. Tuy nhiên, với một người không chổi than, có một số cơ hội để ESC 'làm điều gì đó thông minh' khi thời gian thay đổi. Có phải nó đang làm điều đó? Làm thế nào để bạn biết "điều tiết" đang bảo nó làm gì?

— Neil_UK

Làm thế nào bạn lấy được mô hình của bạn? Những giả định nào được tích hợp trong nó? Có vẻ như lời giải thích rõ ràng nhất là bộ điều khiển tốc độ không tuân theo các giả định được xây dựng trong mô hình của bạn. Bộ điều khiển tốc độ thực sự làm gì để đáp ứng với các cài đặt bướm ga khác nhau? Có lẽ không phải là những gì bạn nghĩ nó làm.

— mkeith

Về cơ bản, những gì đang xảy ra là động cơ đang chạy nhanh hơn bạn mong đợi trong điều kiện tải nhẹ. Tôi nghĩ rằng bộ điều khiển có thể nói rằng động cơ không được tải và đang sử dụng giai đoạn trước hoặc một cái gì đó tương tự để thực hiện suy yếu trường trong các điều kiện đó. Khi động cơ được tải nặng (mô-men xoắn cao) thì dữ liệu thử nghiệm sẽ hội tụ với mô hình của bạn.

— mkeith

Tôi muốn đề xuất rằng ESC của bạn là một ổ đĩa không hình sin, do đó, bất kỳ thuật toán nào đang được sử dụng sẽ khác với bất kỳ mô hình nào sử dụng ổ đĩa hình sin, Chúng dường như có mô-men xoắn được cải thiện đáng kể trong phạm vi giữa

— Jack Creasey

@DmitryGrigoryev Tôi đang sử dụng một tế bào mô-men xoắn được định mức cho 700 mN-m (100 oz-in). Hiện tượng tương tự đã xảy ra với các BLDC nhỏ hơn thậm chí được Quân đội thử nghiệm bằng máy đo lực kế thương mại (báo cáo) . Tôi hiệu chỉnh nó với trọng lượng đã biết treo ở một khoảng cách đã biết. Độ dốc lý thuyết và thử nghiệm của tôi khớp với tốc độ thấp, vì vậy tôi không nghĩ có lỗi đo lường.

— techSultan

Vấn đề bạn gặp phải liên quan đến hình thức kiểm soát bạn đang sử dụng. Khá nhiều bộ điều khiển BLDC theo sở thích / quad quad (thường được gọi là 'ESC'), sử dụng điều khiển hình thang không cảm biến. Hình thức kiểm soát này về cơ bản khác với hình thức kiểm soát mà bạn tham chiếu trong câu hỏi của mình, được gọi là kiểm soát theo định hướng trường hoặc FOC.

Việc mô tả sự khác biệt về chi tiết của các kỹ thuật điều khiển này sẽ đòi hỏi một câu trả lời quá dài và tôi khuyến khích bạn tự nghiên cứu chúng. Tuy nhiên, bài kiểm tra như hiện tại không tồn tại tách rời đúng đặc tính tốc độ / mô-men xoắn của động cơ so với trình điều khiển. Việc thiếu bộ mã hóa độ phân giải cao cũng ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ ở tốc độ thấp. Nếu bạn muốn hiệu suất tốc độ thấp tốt, bạn cần một số hình thức mã hóa, bất kể kỹ thuật điều khiển được đề cập.

Nếu bạn muốn để mô tả đúng những động cơ ở một phạm vi tốc độ đầy đủ, bạn sẽ thực tế cần một sensored lái xe FOC.

— Đại dương
nguồn

Bây giờ tôi đã hiểu sự khác biệt giữa FOC được cảm nhận và giao hoán 6 bước không cảm biến. Tôi đã đặt ra rằng FW đang xảy ra "một cách tình cờ" trong cơ chế giao hoán hình thang. Tôi cho rằng câu hỏi này là không thể trả lời được mà không biết chính xác thuật toán điều khiển nằm dưới mui xe

— techSultan

Tôi nghĩ rằng một lời giải thích đơn giản có thể là cài đặt bướm ga ở mức 50% không có nghĩa là mức giảm xuống 50%, bởi vì nếu tải nhỏ, dòng điện sẽ trở về 0 giữa các xung pwm nên điện áp đầu ra cao hơn 50 %. Tra cứu điện áp trong bộ chuyển đổi buck với dòng điện không liên tục.

— Jesse_a_b
nguồn

Tôi hiểu làm thế nào điện áp ra có thể tăng trong chế độ dòng điện không liên tục (DCM), nhưng tôi không hiểu điều đó sẽ ảnh hưởng đến độ dốc của đường cong tốc độ mô-men xoắn như thế nào. Về mặt lý thuyết điện áp chỉ ảnh hưởng đến giao thoa y của đường cong.

— techSultan