Trong một động cơ DC, có một điểm giao hoán nào là tối ưu ở tất cả các khía cạnh không?

Câu hỏi gần đây này khiến tôi suy nghĩ về thời gian đi lại, và tại sao tiến bộ nó có thể được mong muốn. Tuy nhiên, tôi muốn xem xét sâu hơn các hiện tượng tiềm ẩn và tôi khá chắc chắn rằng sự hiểu biết của tôi chưa đầy đủ, vì vậy tôi nghĩ tôi sẽ thử một câu hỏi mới.

Các trường stato và rôto kết hợp với nhau để tạo ra một trường tổng thể xoay và một số động cơ thúc đẩy thời gian giao hoán để giảm xung động của cổ góp. Đây là một minh họa, từ bài viết này về các hệ thống điện dưới biển :

Phần mà điều này xuất hiện là thảo luận về máy phát điện, vì vậy mũi tên có nhãn "xoay" sẽ ngược lại nếu chúng ta nghĩ về điều này như một động cơ. Nếu đây là một động cơ, với dòng điện và trường được vẽ, chúng ta sẽ mong đợi nó quay theo hướng ngược lại, ngược chiều kim đồng hồ.

Vì tại nhãn điểm "mặt phẳng trung tính mới", rôto không đi qua bất kỳ đường sức từ nào, không có điện áp cảm ứng, do đó, nếu giao hoán được thực hiện ở đây sẽ có lực đẩy tối thiểu.

Nhưng, bằng cách di chuyển điểm giao hoán, chúng ta đã hy sinh một số tham số khác chưa? Chúng ta đã giảm mô-men xoắn? Hiệu quả? Hay đây là điểm giao hoán tối ưu trong tất cả các khía cạnh?

Hiểu biết của tôi là động cơ muốn quay ngược chiều kim đồng hồ bởi vì điều này thể hiện năng lượng tiềm năng thấp hơn bằng cách mở trường và sắp xếp các trường stato và rôto. Điều này có đúng không?

Nó quay do các lực tác động xung quanh trục quay của nó. Những lực đó tạo ra mô-men xoắn, từ đó tạo ra gia tốc góc của rôto.

Nhưng nếu chúng ta di chuyển điểm giao hoán đến đó, chúng ta sẽ không quay trường stato, dẫn đến một mặt phẳng trung tính mới? Nếu chúng ta lặp lại điều chỉnh này, liệu nó có hội tụ một điểm giao hoán tối ưu hay chúng ta cứ vặn vẹo khắp nơi? Là điểm giao hoán tối ưu trong tất cả các khía cạnh, hoặc có một số thỏa hiệp sẽ được thực hiện?

Theo định nghĩa bất cứ khi nào bạn xoay một trong các trường bạn có một mặt phẳng trung tính mới. Toàn bộ điểm giao hoán trong động cơ là giữ cho mặt phẳng trung tính ở góc mà mô-men xoắn được tối đa hóa.

Tôi đã luôn nghe rằng thời gian phải tiên tiến hơn ở tốc độ cao hơn. Nhưng điều này có đúng không, hay nó là một chức năng của cường độ dòng điện / trường cuộn dây, điều này chỉ xảy ra tương quan với tốc độ trong trường hợp tải trọng cơ học không đổi?

Tôi nghĩ rằng bạn đang trộn hai hiệu ứng ở đây. Hãy xem xét một động cơ không chổi than. Cho một dòng điện chạy qua cuộn dây của nó, nó sẽ ổn định trong mặt phẳng trung tính của nó. Tại thời điểm này mô-men xoắn bằng không (bỏ qua ma sát). Bây giờ bắt đầu xoay nó từ từ bằng tay và vẽ đồ thị mô-men xoắn so với vị trí. Điểm tối đa của biểu đồ đó là điểm giao hoán "tốc độ chậm tối ưu" của bạn. Bạn có thể rút ra một xấp xỉ rất gần của biểu đồ đó bằng các mô hình toán học. Tôi sẽ không gọi đây là tiến bộ thời gian. Tùy thuộc vào số lượng pha và cực, nó sẽ ở một góc cố định từ mặt phẳng trung tính. Trong một hệ thống không chổi than vòng kín có bộ mã hóa vị trí và không có cảm biến hiệu ứng hội trường, bạn thường sẽ trải qua một chuỗi trong đó bạn đặt một dòng điện qua cuộn dây để khám phá vị trí của mặt phẳng trung tính.

Trong tình huống động, bạn muốn tiếp tục xoay trường dưới sự kiểm soát của mình để giữ cùng pha so với nam châm cố định. Do độ tự cảm và các hiệu ứng phi tuyến tính khác nhau như bão hòa từvà nhiệt độ, thời gian điều khiển cần thay đổi như một hàm của tốc độ để thử và duy trì cùng pha giữa các trường. Về cơ bản, có một độ trễ giữa thời gian một lệnh được đưa ra và thay đổi thực tế trong trường để lệnh được đưa ra sớm hơn, "nâng cao", để bù cho điều đó. Trong một động cơ chải, bạn chỉ có thể có một giai đoạn trước cố định, do đó bạn cần phải thực hiện một số thỏa hiệp nếu bạn có kế hoạch hoạt động ở các tốc độ khác nhau. Ngoài ra còn có sự thỏa hiệp tĩnh trong động cơ chải, ví dụ kích thước của bàn chải và tính chất bật / tắt của điều khiển. Trong một số tình huống, sự chậm trễ này là không đáng kể.

Có phải trình điều khiển BLDC không cảm biến phát hiện giao cắt không EMF trở lại để tìm điểm giao hoán là một ví dụ về động cơ như vậy không?

Tôi nghĩ rằng sự giao nhau của EMF zero là không đủ. Chúng chỉ phản ánh định vị "tĩnh" được mô tả ở trên. Vì vậy, bạn cũng cần phải biết các thông số động cơ trước khi có thể tối ưu hóa điều khiển của mình (ví dụ: sử dụng cái gì đó như điều khiển hướng trường )

Bạn đã đúng rằng điểm trung tính là vị trí của điểm đặt bàn chải. Trong khi rôto đang quay, các trường không di chuyển một cách hiệu quả (nhiều), vì chuyển động của rôto sẽ làm cho bộ cuộn dây tiếp theo được cung cấp năng lượng. Do đó, hình ảnh trường trong "C" sẽ chỉ là "ngọ nguậy" khi các cuộn dây phần ứng khác nhau di chuyển.

Để sản xuất mô-men xoắn tối đa, bạn muốn thông lượng phần ứng và thông lượng trường được căn chỉnh chính xác và ở mức "toàn bộ sức mạnh". (bỏ qua mô-men xoắn đó thực sự là tương tác của dòng điện và từ thông ...)

Lưu ý rằng có một hằng số thời gian để dòng điện tăng trong cuộn dây phần ứng do điện trở và cuộn cảm. Điều này gây ra sự chậm trễ trong thông lượng phần ứng / dòng điện. Nếu độ trễ này không được bù, thì việc sản xuất mô-men xoắn tối ưu sẽ không đạt được. Thúc đẩy góc giao hoán là một cách để giải quyết điều này.

Góc trước "chính xác" phụ thuộc vào tốc độ rôto, hằng số thời gian của mạch phần ứng và số cực của phần ứng. Vì hằng số thời gian phần ứng là thời gian cố định, để tốc độ rôto nhanh hơn, góc tăng cần phải được tăng lên.

Mặt phẳng trung tính không phụ thuộc vào tốc độ, chỉ có dòng điện. Từ trường của stato (nằm ngang trong hình của bạn ở trên) và từ trường phần ứng (dọc trong ảnh của bạn ở trên) không thực sự "thêm" với nhau trừ khi bạn nghĩ mỗi trường là một vectơ. Nếu vậy, thì bạn sẽ có thể thấy rằng mặt phẳng trung tính có thể di chuyển xung quanh khi hai trường thay đổi đối với nhau (ví dụ: nếu từ trường của stato giữ nguyên và từ trường phần ứng tăng hoặc giảm, mặt phẳng trung tính sẽ di chuyển). Bởi vì điều này, bạn có thể thấy tại sao mặt phẳng trung tính phụ thuộc vào dòng điện, không phải tốc độ. Dòng điện qua stato và / hoặc phần ứng (phụ thuộc vào tải) xác định cường độ của từ trường, từ đó xác định vị trí của mặt phẳng trung tính.

Bàn chải có thể được thay đổi để căn chỉnh chúng với mặt phẳng trung tính. Nhưng với thực tế là vị trí của mặt phẳng trung tính phụ thuộc vào tải, có thể không có vị trí lý tưởng ("căn chỉnh chính xác") để dịch chuyển bàn chải của bạn vì hầu hết các ứng dụng không có một điểm tải duy nhất. Điều này cũng quan trọng để ghi nhớ nếu ứng dụng của bạn yêu cầu xoay theo cả hai hướng. Theo kinh nghiệm của tôi, hầu hết các nhà thiết kế động cơ đều dựa vào sự kết hợp giữa kinh nghiệm và thử nghiệm trong quá khứ để xác định căn chỉnh bàn chải phù hợp cho một ứng dụng nhất định.