Открыть список
Как стать автором
Обновить

Синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе: управление (синус и/или трапеция)

Анализ и проектирование системПромышленное программированиеРазработка робототехникиMatlabВизуальное программирование
Tutorial
Всего голосов 25: ↑25 и ↓0 +25
Просмотры8.8K
Комментарии 47

Комментарии 47

Пожелания дилетанта — ждём борду теперь от Калачева Юрия Николаевича, Миландра (а то они какого-то монстра сделали, для школьников не годится) и Ангстрема, и неплохо было бы если б документацию наваяли, как у стм. Чтоб больше картинок (как в доке к 6-шаговой библиотеке).
А то на гироскутерах катаются, а как это происходит — не знают.

Да. Про гироскутеры это точно

Отличный материал, огромное Вам спаибо! Мне эта тема весьма интересна, но времени на то, чтобы углубленно курить специализированную литературу, пока особо не было. Во мнгоих источниках всё это описано весьма неоднозначно и поверхностно, а вот у Вас кратко и по существу. И у меня наконец-то паззл по моторам окончательно сложился.

Если я правильно помню (а это совсем не точно), то термин "вентильный" использовался в сочетании "вентильный электропривод" и подразумевал управление с использованием полупроводниковых вентилей, например, ШИМ.


[1] А. С. Пушкин «Полтава».

Я не увидел, а где используется этот источник?

В одну телегу впрячь не можно / Коня и трепетную лань — из поэмы «Полтава» (1829) А. С. Пушкина (1799—1837).

Ну так а ссылку на источник? С чего это у вас в библиографии источники, не используемые в тексте?

В тексте картинка, на картинке текст.

Я, видимо, очень плохо объясняю. В тексте картинка, на картинке текст. Ни на картинке, ни в подписи под картинкой я не вижу ссылки на источник [1].

Виноваты, в следующий раз исправимся.
Исправил! :)))
Вячеслав, прошу исправить и остальное…
поправил же ?!
Конструкции статорных обмоток НЕ определяет форму ЭДС.
Конструкция статорных обмоток может быть распределенной или концентрированной. ЭДС определяет схема намотки и магнитная система мотора.
А схема намотки — это не конструкция?
www.bavaria-direct.co.za/scheme/calculator ввести 18 и 20 для примера
это схема намотки. также соединение обмоток бывает в виде звезды или треугольника. тоже относится к схеме
Более того. не меняя конструкцию двигателя, который изначально был сделан под распределенную обмотку (левая картинка) можно перемотать на концентрированную (правая картинка)
Думаю термин «конструкция» включает в себя все что касается обмотки: и способ намотки и соединение и даже на какой сердечник она намотана… в этом смысле она и определяет форму ЭДС
Вы уводите вопрос не в то русло. Речь о приведенной картинке конструкций (только статора причем) с подписями «тут синус а тут трапеция». Она не верна
Распределенную обмотку обычно делают с целью получения именно синусной ЭДС. Так как она сложнее, ее нет смысла делать для трапеции. Трапецию можно получить проще, это и иллюстрирует картинка. Согласитесь, что БДПТ(условно) мотают концентрированно, а не распределенно.
ЭДС определяет схема намотки и магнитная система мотора.

Я бы не согласился и с этим. Под формой ЭДС, он понимает график изменения напряжения на обмотках во времени, я так думаю. Это напряжение является результатом двух вещей — входного ШИМ напряжения на конкретной обмотке и напряжения, генерируемого самим мотором на этой обмотке.

То есть первичным является форма входного ШИМ напряжения. Он наверное оговорился, когда написал, что «Конструкции статорных обмоток определяет форму ЭДС», так как дальше рассматривает разные формы входного ШИМ напряжения для разных конструкций статорных обмоток. Под словом «определяет» наверное имел ввиду, что для конкретной конструкции статорных обмоток оптимальной является своя форма входного ШИМ напряжения, приводящая к определенной форме результирующего напряжения на обмотке. Не настаиваю ни на чем, просто предположение.

Многовато теории, хотелось бы более прикладное исполнение, к примеру, чем отличаются управление бесщеточными двигателями в дешевых шуруповертах от дорогих профессиональных, — купил тут недавно на одном большом онлайн магазине дешевый с аккумулятором и зарядным устройством за цену в пол цены только аккумулятора такой же емкости от профессионального.
В интернете опять ктото не прав!
Википедия:
In electromagnetism and electronics, electromotive force (emf, and measured in volts) is the electrical action produced by a non-electrical source.
Для мотора имеется ввиду противо-эдс, создаваемая магнитной системой и скоростью вращения.
Я с практической стороны говорю, что разделять моторы по ЭДС глядя на то как намотаны витки — глупость.
Для мотора имеется ввиду противо-эдс, создаваемая магнитной системой и скоростью вращения.

Обычно имеется ввиду, но в данной статье мне не очевидно, что именно это имел ввиду автор. Синусоиды там нет и в случае распределенными обмотками. Видно же на картинке насколько неидеальны обмотки — расстояние между центрами жгутов двух соседних обмоток — существенное. Плоская вершина все равно будет, хоть и намного меньше. А ведь можно установить обмотки еще толще и еще на большем расстоянии друг от друга с еще более плоской вершиной картинки ЭДС. Где та граница с одной стороны от которой эта картинка будет именоваться синусоидой, а с другой — трапецией?

Вот я и подумал, может автор имеет в виду некое стремление к оптимуму, когда картинка более похожа на синусоиду — есть смысл ее допиливать до синусоиды с помощью внешнего воздействия, а когда менее похожа — то тогда нет смысла допиливать, просто включай/выключай. Зачем-то же автору захотелось поговорить про синусоиду, каковой там строго говоря изначально не особо и есть даже с распределенными обмотками.

Я с практической стороны говорю, что разделять моторы по ЭДС глядя на то как намотаны витки — глупость.

Не уверен, что понимаю вышенаписанное, но скомутировать имеющиеся обмотки «трапеция» под то, чтобы ЭДС была «почти синусоида» — вроде понятно как. К примеру, для «трапеция» мотора с большим количеством обмоток взять ротор с в три раза меньшим числом пар полюсов. А обмотки 0 — 3 — 6 скомутировать последовательно в одну, также обмотки 1 — 4 — 7 скомутировать последовательно в одну, и 2 — 5 — 8 скомутировать в одну и т.д. с остальными обмотками. Получим «почти синусоиду» на моторе, который автор определил к категории «трапеция». Наверное это вы имели ввиду, критикуя разделение моторов по упомянутым категориям.
Суть статьи не в том как получить синусоиду, а в том как управлять двигателями с синусоидой, а как с трапецией ЭДС (именно ЭДС — она наводится в обмотке вращающимся ротором).
Если говорить строго, то никогда ни чистой синусоиды ни чистой трапеции не будет, а будет некоторое приближение, либо к одному — либо к другому.
Имеющиеся способы управления двигателем исходят либо из синусоидальной (векторное), либо из трапецеидальной формы ЭДС (коммутация по ДПР). Потому и стремиться при проектировании двигателя надо к чему то одному.
А что касается картинки с обмотками, так смысл ее в том, что обычно синусоиде (точнее некоторому приближению к ней) соответствует распределённая обмотка, а трапеции (приближению к трапеции) сосредоточенная.
Вопрос о том к чему стремиться (к трапеции или синусу) надо решать на этапе проектирования двигателя с учетом желаемой точности электропривода.
Если просто надо крутиться, то достаточно коммутаций по ДПР и любой формы ЭДС.
Но если важна точность поддержания скорости или положения, то важна пульсация момента, а это напрямую связано с формой ЭДС и способом управления.
ЭДС это производная от потокосцепления. Если ротор крутится даже без напряжения то ЭДС уже будет.
ЭДС определяет, в том числе, и то — как намотаны витки.
Конструкция, которую вы показали не связаны с формой напряжения самоиндукции(синус трапеция). При намотке на один зуб тоже можно получить синус, особенно когда зубов много.

Индуктивность обмотки меняется при различных положениях ротора. Ваш вывод неправильный и только запутывает. Достаточно было просто закон Ампира произнести, по точности описания модели это было бы равносильно.
Связь момента и тока выводится наглядно из закона сохранения энергии.

Вы пренебрегаете потерями, при этом это основное что учитывается. Если бы их не было, то можно было управлять как хочешь. Именно потери ограничивают момент мотора(за счёт перегрева), а не то что мы на него не тот ток подали.
Двигатели бывают разные. КПД может быть хорошим, а может быть плохим. Если написано, что потерями пренебрегаем — значит КПД высокий. И вообще статья не о том.
И управлять двигателем надо не " как хочешь" — а как надо.
Очевидно Вы имели дело с двигателями с малым КПД и сложной ЭДС. Такое тоже встречается. Посмотрите публикацию: «Модельно ориентированное проектирование. Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока» — думаю Вам это будет близко. В этой статье все учитывается: и потери в стали, и зубцовый момент и непойми какая форма ЭДС… Но это двигатели не для точного электропривода.
Приведите пример использования BLDC мотора, где КПД не важно. Они дороже асинхронных и их применяют тогда, когда важна масса и размер двигателя. Но при уменьшении размеров растут потери на единицу объёма и страдает теплоотвод.

Задачи прецизионного позиционирования где используются безредукторные привода?

Извините, не понял что Вас интересует. Последние годы именно безредукторным приводом с позиционированием и занимаюсь.

Я привел пример приложения, где КПД двигателя не явлется определяющим для его выбора.
Я лет 10 назад занимался прецизионными системами, делали следящие привода для телескопов с точностями на уровне долей угловой секунды.

Кпд всегда важен. Но он может быть большим, а может быть маленьким. Потери в двигателе это потери в стали и потери в меди. Потери в меди при выводе формулы момента учитывались. Не учитывались потери в стали — собственно и не было такой цели. У известных мне двигателей эти потери невелики. Наверное есть двигатели где они большие — но это плохо. К сожалению проектировщики двигателей в погоне за габаритами, массой, моментом, низкой ценой забываю о том, что двигателем надо еще управлять и совсем не «как хочешь», а как надо — обеспечивая определенные точностные характеристики. В идеале двигатель должен проектироваться с расчетом на определенное управление. Об этом и статья.
!
А схема намотки — это и есть конструкция.
А что насчёт формы ЭДС в двигателях с обмотками без сердечника (уж больно там чудные намотки, непонятно почему)?
image
Насколько я понял, такой стоит в марсоходе, поэтому форма намотки это, не от адептов свободной энергии. maxon.
Ключевые слова: ironless, frameless, slotless motor
Да… — красота. Я вообще то не почасти проектирования двигателей. Больше по части управления.
Похоже — вот то. что вам надо
link
Но у меня нет туда доступа, хоть я и зареган

Вот более наглядная картинка подобных обмоток. Их главная фишка в отсутствии железа, которое необходимо перемагничивать (что добавляет потери и ухудшает частотные характеристики). При этом перекрытие обмоток можно делать различным, что, как я понимаю, в совокупностью с расположением магнитов и повлияет на форму ЭДС.

Эх, ну вот и чего я в нулевых эту идею школьную свою так и не начал проверять(
О, теперь я понял как устроен один из моторов моей машины!
Кучу вопросов вызвали картинки обмоток вызвавшие сомнение в синусоидальности или трапецеидальности ЭДС, но статья не о форме ЭДС (и как ее получить), а о том как управлять двигателями с синусоидой, а как с трапецией ЭДС (именно ЭДС — она наводится в обмотке вращающимся ротором и от прикладываемого напряжения не зависит).
Если говорить строго, то никогда ни чистой синусоиды ни чистой трапеции не будет, а будет некоторое приближение, либо к одному — либо к другому.
Имеющиеся способы управления двигателем исходят либо из синусоидальной (векторное), либо из трапецеидальной формы ЭДС (коммутация по ДПР). Потому, с точки зрения управления, стремиться при проектировании двигателя надо к чему то одному.
А что касается картинки с обмотками, так смысл ее в том, что обычно синусоиде (точнее некоторому приближению к ней) соответствует распределённая обмотка, а трапеции (приближению к трапеции) сосредоточенная.
Вопрос о том к чему стремиться (к трапеции или синусу) надо решать на этапе проектирования двигателя с учетом желаемой точности электропривода.
Если просто надо крутиться, то достаточно коммутаций по ДПР и любой формы ЭДС.
Но если важна точность поддержания скорости или положения, то важна пульсация момента, а это напрямую связано с формой ЭДС и способом управления.
Если готовый двигатель запустить в режиме генератора, то форма генерируемого тока должа совпасть с рассчётной?
Да, только не форма тока, а форма напряжения.
Данная модель СДПМ выдает неадекватные результаты при моделировании аварийного режима.
О какой модели Вы говорите и что понимаете под СДПМ? О том как строить модель двигателя в статье не написано.
Под СДПМ я понимаю синхронный двигатель на постоянных магнитах с синусоидальной ЭДС. Модель я взял из книги, указанной в статье и попробовал смоделировать отключение питания одной фазы. Но электромагнитный момент и скорость двигателя на выходе получаются неправильные. Если вы знаете как можно модифицировать модель, то подскажите пожалуйста.
Лучше всего пришлите мне ваш проект, посмотрю…
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.