Почему мой двигатель BLDC меняет поведение на высокой скорости?

Фон

Я записал крутящий момент в зависимости от скорости на небольшом двигателе BLDC с двигателем 50 грамм, KDE 2304XF-2350 .

Я питаю двигатель при разных фиксированных напряжениях на ESC (электронный коммутатор) и при разных настройках дроссельной заслонки для ESC. Дроссель ESC существенно понижает фиксированное напряжение. Я измеряю «квази-многофазную» электрическую мощность переменного тока, поступающую в двигатель, используя трехфазный ваттметр. Я говорю квази-многофазный, потому что только одна фаза тока протекает через 2 обмотки двигателя в любой момент времени.

Я загружаю двигатель с помощью вихретокового тормоза: алюминиевый диск соединен с ротором, а двигатель / диск подвешены над двумя электромагнитами. Увеличение мощности электромагнитов вызывает вихревые токи в вращающийся диск, которые создают больший крутящий момент. Я измеряю постоянный крутящий момент и скорость при различных токах нагрузки, используя встроенный датчик крутящего момента и датчик Холла.

Вот мои данные на 8В, дроссель 50-100%. Каждый пунктирный экспериментальный набор имеет соответствующий надежный прогноз на основе простой модели двигателя постоянного тока и спецификаций KDE.

В знак равно d В_{D С}

$V = dV_{DC}$

В знак равно я р + Е

$V = IR + E$

В знак равно \frac{T}{К_{T}} р + К_{T} ω

$V = \frac{T}{k_t}R + k_t\omega$

T знак равно \frac{В К_{T} - {К_{T}}^{2} ω}{р}

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

куда

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

проблема

Я просто не понимаю, почему экспериментальные данные расходятся с моей моделью на высоких скоростях - особенно на малых оборотах.

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

$k_t$ $k_t$

Например, при 70% -ном дросселе и 10 к / мин моя модель предсказывает крутящий момент ~ 20 мН-м, но «ослабленный на месте» двигатель выдает крутящий момент 25 мН-м. Что дает??

Это ослабление поля BLDC? Если так, то почему не страдает крутящий момент?
Если это не ослабление поля, что еще может привести к изменению наклона кривой крутящий момент-скорость в зависимости от скорости?

добавление

Что также смущает меня об этой скоростной дивергенции, так это то, что эффективность экспериментального двигателя улучшается с FW.

Как я понимаю FW для PMSM, некоторая часть тока статора (Id?) Расходуется на «борьбу» с полем якоря, а не на создание крутящего момента (Iq), поэтому вы фактически теряете некоторую эффективность.

Тем не менее, экспериментальная эффективность моего двигателя не падает так резко, как моя модель, так как двигатель развивает большую скорость (относительно модели) при том же крутящем моменте.

Как упомянул Neil_UK, ESC может играть какую-то хитрость с фазовым углом на якоре. Как я могу измерить фазовый угол у якоря?

Я уже измеряю общий фазовый угол на клеммах двигателя с помощью моего ваттметра (Φ = acos (∑P / ∑S) для всех 3 фаз), но этот фазовый угол включает в себя запаздывание по току от индуктивности, связанной с увеличением скорости, и гармоническое искажение из-за шумового переключения. ,

гипотеза

Крутящий момент не страдает в случайной области FW, потому что двигатель BLDC продолжает потреблять больше мощности на FW в отличие от PMSM, которые потребляют «постоянную» мощность во время FW (игнорируя неэффективность). Я проверю данные сейчас!

motor brushless-dc-motor

— techSultan
источник

Что означает «газ»? Я не имею в виду «он контролирует скорость двигателя», но что это означает электрически, для ESC, и как это входит в вашу модель. Я думаю, что то, что я вижу, - «когда обороты возрастают, я ожидаю, что крутящий момент упадет, но он не падает так сильно, как я ожидаю, при более низких настройках дроссельной заслонки». Если бы у меня был щеточный мотор, работающий на разных напряжениях аккумулятора, это бы меня очень удивило. Тем не менее, с бесщеточным, есть несколько возможностей для ESC «сделать что-то умное», как меняется время. Это делает это? Откуда вы знаете, что «дроссель» говорит ему делать?

— Neil_UK

Как вы получили свою модель? Какие предположения встроены в это? Кажется, самое очевидное объяснение состоит в том, что регулятор скорости не соответствует предположениям, встроенным в вашу модель. Что на самом деле делает регулятор скорости в ответ на различные настройки дроссельной заслонки? Вероятно, не то, что вы думаете, что делает.

— mkeith

По сути, происходит то, что двигатель работает быстрее, чем вы ожидаете в условиях небольшой нагрузки. Я думаю, что контроллер может сказать, что двигатель не загружен и использует продвижение фазы или что-то подобное для реализации ослабления поля в этих условиях. Когда двигатель сильно нагружен (крутящий момент высокий), тогда экспериментальные данные сходятся с вашей моделью.

— mkeith

Я бы предположил, что ваш ESC является несинусоидальным приводом, поэтому, какие бы алгоритмы ни использовались, они будут отличаться от любой модели, использующей синусоидальный привод. Похоже, что у них значительно улучшенный крутящий момент в среднем диапазоне

— Джек Кризи

@DmitryGrigoryev Я использую динамометрическую ячейку, рассчитанную на 700 мН-м (100 унций). Такое же явление произошло с еще более маленькими ДТП, протестированными армией с использованием коммерческого динамометра (отчет) . Я калибровал его с известными весами, подвешенными на известном расстоянии. Мои теоретические и экспериментальные уклоны совпадают на низких скоростях, поэтому я не думаю, что есть ошибка измерения.

— techSultan

Проблема, с которой вы столкнулись, связана с формой контроля, которую вы используете. Практически каждый контроллер BLDC, ориентированный на хобби / квадрокоптер (обычно называемый «ESC»), использует трапецеидальное управление без датчика. Эта форма контроля принципиально отличается от формы управления, на которую вы ссылаетесь в своем вопросе, которая называется полевой контроль или FOC.

Детальное описание различий в этих методах контроля потребует слишком длинного ответа, и я призываю вас исследовать их самостоятельно. Тем не менее, тест в том виде, в котором он существует в настоящее время, не позволяет должным образом отделить характеристику скорости / крутящего момента двигателя от характеристики драйвера. Отсутствие датчика высокого разрешения также влияет на производительность двигателя на низкой скорости. Если вам нужны хорошие характеристики на низких скоростях, вам нужен кодер в какой-либо форме, независимо от рассматриваемой техники управления.

Если вы хотите правильно охарактеризовать эти двигатели в полном диапазоне скоростей, вам действительно понадобится сенсорный драйвер FOC.

— Ocanath
источник

Теперь я понимаю разницу между чувствительным ВОК и 6-ступенчатой коммутацией без датчика. Я утверждал, что FW происходит "случайно" в механизме трапециевидной коммутации. Я полагаю, что этот вопрос не подлежит ответственности, не зная точно, что

— скрывается

Я думаю, что простое объяснение могло бы состоять в том, что установка дросселя на 50% не означает пониженное напряжение на 50%, потому что, если нагрузка мала, ток возвращается к 0 между импульсами ШИМ, так что выходное напряжение выше 50 %. Посмотрите напряжение в понижающем преобразователе с разрывным током.

— Jesse_a_b
источник

Я понимаю, как напряжение может увеличиваться в режиме прерывистого тока (DCM), но я не понимаю, как это повлияет на наклон кривой крутящий момент-скорость. Теоретически, напряжение влияет только на y-точку пересечения кривой.

— techSultan