Експерименти с трифазни мотори

[mind]

EDM, при ДВГ се ползва предварение, защото скоростта на процесите при горене са хиляди пъти по-бавни от скоростта на тока(светлината). Ако направиш предварение на електродвигател, това ще почне да му действа като спирачка.
Конкретно за двигателя от пералня, работи с два датчика на Хол разположени на два съседни полюса. Ако статора е застанал в положение, където пусковият въртящ момент ще е малък, софтуерно го "заклаща" напред-назад, докато получи сигнал за правилното положение от датчиците и тогава стартира.
Поне това са моите наблюдения. Според мен, достатъчно е голям брой полюси и голям диапазон на честотата.

[EDM electronics]

mind, ще ти кажа аз какво съм установил на практика:
Настройвам положението на датчиците в най-ползваните обороти на двигателя и търся най-ниската консумация. Когато намаля оборотите до някакви минимални и отрегулирам в закъснение, консумацията пада. Когато реша да вдигна оборотите до максимални при първонамалната настройка, консумацията се повишава значително, след изместване на аванса с предварение, консумацията пада повече от 2 пъти.

Случвало ми се е да правя тази регулировка в реална обстановка. При първоначалната настройка максимални обороти и скорост на "лодката", консумация е 15А, след което разглобявам двигателя и измествам аванса, консумацията ми пада на 7А при същата максимална тяга на двигателя и много по-ритмична работа. При това положение, като намаля оборотите, двигателя започва да прекъсва, не му е настройката на ниски обороти. Говоря за нещата от практиката, а не разсъждавам на глас!

Регулировката на оптималния аванс от нула до максимални обороти варира в порядъка на около 1,5 см. движение на авансовата плочка. Това е горе-долу един зъб и половина разстояние.

По същия начин, ако вземем един колекторен мотор на който може да му се въртят радиално четките, при настройка и различни обороти, ще видим, че оптималното им място е различно, точно поради същите причини.

[valex]

EDM electronics
Обърках процесора
Ъгъла би трябвало да се влияе и от натоварването. Така, че май най-добре е  по някакъв критерий да се търси оптимизация на ъгила динамично.

[valex]

Цитат от тук http://www.avislab.com/blog/brushless03/ .

"Угол опережения фаз (timing)

При приложении напряжения к обмотке двигателя, ток в обмотке не может вырасти мгновенно, поскольку обмотка двигателя представляет собой индуктивность. От момента подачи напряжения до достижения тока максимального значения пройдет некоторое время. Аналогично при снятии напряжения понадобится некоторое время пока ток будет уменьшаться до нуля. Это время зависит от индуктивности обмотки двигателя и других конструктивных особенностей двигателя. Таким образом, действие обмотки двигателя несколько запаздывает за управляющим сигналом.

Чтобы компенсировать эту задержку управляющий сигнал на ключи подают с опережением. Опережение управляющего сигнала выражают в угле опережения. Угол опережения может быть от 0 до 30 градусов. Речь идет об электрических градусах (см. Бесколлекторные двигатели постоянного тока. Устройство бесколлекторного двигателя). Угол опережения может отличаться для каждой модели двигателя. Точность установки угла опережения сильно влияет на работу высоко-оборотистых двигателей. На малых скоростях точность установки угла опережения не столь критична.

Настройка угла опережения (timing) выполняется либо перемещением датчиков (некоторые двигатели оборудованы специальным приспособлением) либо корректируется программно средствами регулятора. Если двигатель имеет реверсивный режим (должен обеспечивать вращение в обе стороны), разумнее прибегнуть к программному методу.

Для лучшего понимания смысла угла опережения можно провести аналогию с двигателем внутреннего сгорания, где после подачи искры проходит некоторое время до воспламенения топлива. За это время вал двигателя успевает провернуться на некоторый угол. Для компенсации такой задержки устанавливают угол опережения зажигания."

[Lambo_Rambo]

Със Megasquirt няма ли да стане? Ползвам такава електроника на колите ми от години, има си авансови таблици по обороти и MAP или TPS, следи оборотите на двигателя с датчик и зъбно колело 36-1 или 60-2 зъба, и е елементарна за настройка, ако можеш да следиш показателите на мотора и знаеш какво се цели да се постигне. Един цял компютър на мен ми излиза около 300лв, орязана версия която да контролира само аванса предполагам може да се изработи доста по-евтино, има user-friendly софтуер за настройка.. Не знам дали е приложимо за спийд контролер, но е един не особено скъп вариант и най вече лесен за настройка.

[EDM electronics]

valex, да това е т.н. предварение в цитата ти, но там е обяснено защо е нужно и виновника е индуктивността на намотката, но казано общо, просто за някакви обороти. А когато се сменят оборотите, ъгъла-предварението и то би трябвало да се сменя. Мисля, че достатъчно подробно обясних защо, надявам се да е разбираемо.

Ето защо, ако искаме да вдигнем значително КПД-то на системата мотор-инвертор, контролера следва да променя това предварение автоматично.

Контролерите за велосипедните мотори са доста модерни и лесни за ползване, освен, че имат доста защити, имат и автоматична настройка на предварението, но фиксирано, все едно, че местим авансовата плочка, но софтуерно. Още като свържем мотора и за около 20 сек. контролера опознава датчиците и настройва предварението. За да е оптимално обаче има два кабела, като се окъсят двигателя заработва на някакви средни обороти, предполагам най-ползваните и контролера регулира предварението за този режим. За съжаление нямат това, което на мен ми трябва - динамична настройка.

Въпрос на време е да го направя. Каквото съм замислил и захванал, все е било довършено до край. Само времето е дефицит.

[mind]

EDM, разбрах те! При ДВГ аванса е да не пада мощността, а при теб целта е обратно - да падне мощността с цел икономичност. Аз затова написах, че ще действа като спирачка и това, което описваш е нормално да се случва по този начин. Струва ми се и, че двигателят е двойно преоразмерен, щом на половин мощност "лодката' си запазва характеристиката на движение? И тъй като, не можеш да свалиш консумацията по напрежение, я сваляш по ток с аванса. А пробвал ли си да сложиш по-голямо витло? Така ще намалиш диапазона на оборотите и предполагам необходимите корекции ще се сведат до минимум.

[valex]

EDM electronics
Мисля си, че функцията на "изпреварване" е линейна?
Снощи пробвах да сложа библиотеката за STM32, но не ми се  получи
Трябва да стане.

[EDM electronics]

EDM, разбрах те! При ДВГ аванса е да не пада мощността, а при теб целта е обратно - да падне мощността с цел икономичност.

Ами не е така, въобще не е така....
Когато се настрои оптималното предварение за определени обороти, да, мощността пада, но електрическата, а механичната се запазва! Правиш ли разлика между двете? Икономията идва от намалената електрическа мощност при запазване на механичната. При моя двигател грубо казано има около 60% трансформация от електрическа към механична мощност и това след приспадане загубите от редуктора, които са около 12% според производителя му. При купешкия двигател няма редуктор и там целия въртящ момент се поема от ротора на колекторния двигател и при него коефициента на трансформация е около 35%. Ето я икономията, цели близо 100%. И тези данни ги давам при настоящото положение, без да съм направил модификацията на инвертора, тогава нещата отиват още по....но най-вече за по-големите мощности е осезаемо, при ниските обороти не толкова.

Когато няма редуктор мотора той е много неефективен, все едно да караме автомобила на 5-6 предавка на баир. Тогава гълта гориво, като ламя. Хем не върви, хем много гори. И не случайно Тесла-мобилите имат една механична скорост. Просто няма как да се мине без скоростна кутия.

mind, разбра ли сега?

valex, кога успя, много си бърз 
То че ще стане, ще стане, убеден съм. Ама имаш ли програматор за тоя контролер, той се захранва с 3,3В? Аз купих няколко контролера с програматори, но не ми е останало време да напрравя транзисторния мост с драйверите и тогава ще започнат пробите. Запусна ли контролера, тогава ще търся някой, които разбира от програмиране на Ардуино, да видим какво може да се измисли.

Ей тук показвам най-новия вариант на авансовата плочка, най-лесен за изработка, с балансир паста /вдукомпонетна смола/ и немагнитна пластина от бронз:

[valex]

Един приятел ми обеща контролер с STM32 за проби. Иначе от китайците трябва да се чака доста.

[EDM electronics]

Един приятел ми обеща контролер с STM32 за проби. Иначе от китайците трябва да се чака доста.

Ако си навит да работиш за каузата, ще ти подаря един контролер и програматор, ще ти пратя и двигател на поставка с авансова плочка и ще ти заплатя за труда. Ако си навит, дай си адреса на лични съобщения. Аз в момента съм на друга вълна /правя друго нещо/ и с тая работа мога да се захвана чак декември месец. Ако искаш пък изчакай, ще направя контролера работещ с цялата опитна постановка с двигателя и ще ти я пратя само да се опиташ да направиш софтуера за динамичното предварение. Ще е нужно да се направи и токова защита, което не е кой знае какво, но е нужно за оцеляването на контролера.

Хубавото на този контролер STM32 е, че е доста по-мощен от старото Ардуино, много е малък и позволява целия да се изработи заедно с транзисторния мост в SMD-вариант, за поставяне върху корпуса на двигателя. Така загубите се свеждат до минимум и охлаждането е по-лесно.

[mind]

mind, разбра ли сега?

Да, най-накрая ми се изясни картинката. Аналогията с ДВГ доста обърква, защото там процесите силно се влияят от оборотите. В най-простия случай се слага центробежен регулатор, без който не можеш да развъртиш двигателят, дори на празен ход. А при теб проблем се явява не оборотите, а прогресивно нарастващия товар заедно с оборотите. То и затова тия Speed контролери или т.н. скаларно управление е куца работа. Има си разработен FOC контрол и едновременно със SVPWM модулация резултатите са блестящи, но проблема е, че е твърде сложно и бая сметки трябват за правилния алгоритъм на конкретен мотор.
Сега разбирам защо са ти тия предварения и кой знае, може и да направиш най-добрият speed контролер. Стискам палци
https://www.youtube.com/watch?v=1SH-Nsqc4YM

[EDM electronics]

mind, ще прозвучи нескромно, но и сега моя мотор /той е извънбордови и специално за каяк/ е най-доброто дето може да се намери по......планетата Земя  /ех как го казах само...../ - де шегичка, де истина.....  .

Ако това с контролера стане, а то няма как да не стане, тогава разхода на енергия при високите обороти ще се сниши почти двойно, според измерванията ми, а това за пробега с един заряд на батерията говори много.
В момента съм постигнал трудния за вярване резултат, но реален факт, от пробег 120 км със скорост 4 км/ч, а при скорост 12 км/ч е 20 км пробега с акумулатор от Литий-Йон с капацитет 1,2 кВт/ч и тегло 6 кг. Тези параметри са нещо, като световен рекорд, сравнено с всички западни фирми, дето произвеждат такива двигатели в САЩ и Германия. Но икономията не идва само от двигателя, а и от други важни елементи на цялата система, дето сега не ми се коментират, защото касаят хидродинамиката, не е свързано с електрониката.

[valex]

EDM electronics
Процесорна мощност не е толкова необходима. Но си мисля, че трябва да се мери консумираната мощност на двигателя (т.е. напрежение и ток) както и да има някакъв критерии за определяне на механичната мощност (примерно скорост на движение..). Така може да се търсят оптимизации.
Може и дисплейче да се сложи (минимум при началните тестове ще опрости настройките). Бутони за настройка на режими на  работа (или оптимизационни критерии).
От това зависи какво ще има в хардуера. Трябва да се помисли добре преди началото на запояването.
Най-добре ти да си направиш хардуера в зависимост от мястото, конструкцията и другите особеннности.
Като се подготвиш съм навит да пробвам да напиша малко софтуер.

[EDM electronics]

ОК, разбрахме се valex. Изчакай да направя всичко и ще ти пратя нещата, ти си човека по програмирането!  - а то в случая е най-важното.
Има обаче и по-лесен вариант:
Вместо да се ползват датчици, които да следят обороти, консумация и т.н., по-простото решение е, ако предварението се регулира линейно с управляващото напрежение от потенциометъра за ШИМ. Това ще стане много лесно софтуерно ми се струва? Все едно, че регулираме авансовата плочка в зависимост от оборотите, но по електронен път. Остава само за универсалност на контролера, да се направи така, че да се регулира долния и горния праг, т.е. толеранса на регулировката на предварението, да и като се постави дисплей за това в някакви единици.

Иначе оптималната регулировка се разбира много лесно, като се търси най-ниската консумация и най-ритмичния-тих-мазен режим на двигателя, то се усеща достатъчно осезаемо. Когато центровката бяга, двигателя някак прекъсва и реве, също като ДВГ. При точната настройка, като че ли двигателя изпада в резонанс - утихва, пада много консумацията!


Дано се разбра: Примерно от потенциометъра за оборотите се регулират не само те, а паралелно и предварението в някакви предварително зададени граници, които сме установили опитно и се нагласяват с два бутона в контролера. Така контролера ще стане универсален.

Ако се придържаме към автоматичния вариант: да, трябва основно да се следят оборотите, а това става лесно, защото всеки един от датчиците на Хол дава информация за оборотите, тя се взема от произволен. За следенето на тока дали ще има връзка с предварението още не съм мислил обстойно, по-скоро мисля, че няма да е нужно. От направените опити установих, че дори настроен мотора на високи обороти на празен ход, консумацията пада двойно и на празния ход, и при пълно натоварване. Но може и да има някакво значение, да се следи и тока. Това трябва да се обмисли и експериментира.

Ще помоля създателя на темата или някой от администраторите да вмъкне в заглавието BLDC!