ทำไม BLDC motor ถึงเปลี่ยนพฤติกรรมที่ความเร็วสูง

พื้นหลัง

ฉันได้บันทึกแรงบิดเทียบกับประสิทธิภาพความเร็วในการย่อยเล็ก ๆ 50 กรัมงานอดิเรก BLDC มอเตอร์KDE 2304XF-2350

ฉันจ่ายกำลังให้มอเตอร์ที่แรงดันคงที่แตกต่างกันไปที่ ESC (สับเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์) และตั้งค่าเค้นที่แตกต่างกันสำหรับ ESC เค้นของ ESC เป็นหลักขั้นตอนลงแรงดันไฟฟ้าคงที่ ฉันวัดพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ quasi-multiphase เข้าสู่มอเตอร์โดยใช้วัตต์ 3 เฟส ฉันว่า quasi-multiphase เพราะมีเพียงกระแสเฟสเดียวที่ไหลผ่านขดลวดมอเตอร์ 2 อันในเวลาใดก็ได้

ฉันโหลดมอเตอร์โดยใช้เบรกกระแสวน: ดิสก์อลูมิเนียมเชื่อมต่อกับโรเตอร์และมอเตอร์ / ดิสก์ถูกแขวนอยู่เหนือแม่เหล็กไฟฟ้าสองตัว การเพิ่มพลังให้กับแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้เกิดกระแสวนมากขึ้นในดิสก์หมุนซึ่งก่อให้เกิดแรงบิดที่มากขึ้น ฉันวัดแรงบิดและความเร็วคงที่ที่โหลดกระแสต่าง ๆ โดยใช้เซลล์แรงบิดในสายและเซ็นเซอร์ฮอลล์

นี่คือข้อมูลของฉันที่ 8V, 50-100% เค้น ชุดการทดลองแบบจุดแต่ละชุดมีการคาดการณ์ที่มั่นคงตามรูปแบบมอเตอร์กระแสตรงและสเปคของ KDE

V = d V_{D ค}

$V = dV_{DC}$

V = ผม R + E

$V = IR + E$

V = \frac{T}{k_{เสื้อ}} R + k_{เสื้อ} ω

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

T = \frac{V k_{เสื้อ} - {k_{เสื้อ}}^{2} ω}{R}

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

ที่ไหน

$d$ เป็นอัตราส่วนหน้าที่ของการตั้งค่าเค้น
$V_{DC}$ แรงดันไฟฟ้าคงที่เข้าสู่ ESC
$R$ (182 mΩ) คือความต้านทานของขดลวดต่อขดลวดมอเตอร์ (KDE ให้ความต้านทานต่อขดลวดที่ 91 mΩ) เนื่องจากนั่นคือความต้านทานรวมที่เห็นได้จากแรงดันไฟฟ้าที่นำไปใช้กับขั้วมอเตอร์ทันที
$k_t$ (0.0041 Nm / A) ตามที่ให้ไว้ออนไลน์

ปัญหา

ฉันไม่เข้าใจว่าทำไมข้อมูลการทดลองเบี่ยงเบนจากแบบจำลองของฉันด้วยความเร็วสูง - โดยเฉพาะที่เค้นต่ำ

ฉันเริ่มแรกแม้ว่านี่จะเป็น "อุบัติเหตุ" ที่อ่อนแรงลง ความแตกต่างเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความชันและความชันของเส้นโค้งมอเตอร์ DC เป็นเพียงฟังก์ชันของ $k_t$ และ $R$ . ที่ความเร็วสูง / กระแสต่ำ $R$ จะไม่เปลี่ยนแปลง (low current = low temps) ต่ำ แต่ $k_t$ อาจมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้น

ความชันของการทดลองกลายเป็นลบน้อยลงราวกับว่า $k_t$ ได้รับการลดลงเพื่อให้ได้ความเร็วมากขึ้น แต่มอเตอร์ยังคงรักษาแรงบิดที่สูงกว่าถ้า $k_t$ ยังคงเหมือนเดิม

ตัวอย่างเช่นที่คันเร่ง 70% และ 10 kRPM แบบจำลองของฉันคาดการณ์แรงบิดประมาณ 20 mN-m แต่มอเตอร์ "แรงต่ำลง" ทำให้เกิดแรงบิดได้ 25 mN-m สิ่งที่ช่วยให้??

นี่เป็นจุดอ่อนของ BLDC หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นเหตุใดจึงไม่เกิดแรงบิด
หากนี่ไม่ใช่การลดลงของสนามอะไรจะทำให้เกิดความชันของเส้นโค้งความเร็วแรงบิดที่เปลี่ยนแปลงด้วยความเร็ว

ภาคผนวก

สิ่งที่ทำให้ฉันสับสนเกี่ยวกับความแตกต่างความเร็วสูงนี้ก็คือประสิทธิภาพของมอเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นด้วย FW

ตามที่ฉันเข้าใจ FW สำหรับ PMSM กระแสไฟฟ้าสเตเตอร์ (Id?) บางส่วนถูกใช้เพื่อ "ต่อสู้" ที่เกราะกระดองแทนที่จะสร้างแรงบิด (Iq) ดังนั้นคุณจึงสูญเสียประสิทธิภาพบางอย่าง

อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพการทดลองของมอเตอร์ของฉันไม่ลดลงอย่างรวดเร็วเหมือนแบบจำลองของฉันเนื่องจากมอเตอร์ผลิตความเร็วมากขึ้น (เทียบกับรุ่น) ด้วยแรงบิดเดียวกัน

ดังที่ Neil_UK พูดถึง ESC อาจเล่นกลอุบายบางอย่างกับมุมของเฟสที่เกราะ ฉันจะวัดมุมเฟสที่กระดองได้อย่างไร

ฉันกำลังวัดมุมเฟสทั้งหมดที่ขั้วมอเตอร์ผ่านทาง wattmeter ของฉัน (Φ = acos (∑P / ∑S) ตลอดทั้ง 3 เฟส) แต่มุมเฟสนี้รวมการหน่วงเวลาปัจจุบันจากการเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้นเร็ว .

สมมติฐาน

แรงบิดไม่ประสบกับภูมิภาค FW โดยไม่ตั้งใจเพราะมอเตอร์ BLDC ยังคงดึงพลังงานเพิ่มเติมที่ FW ซึ่งแตกต่างจาก PMSM ที่ดึงพลังงาน "คงที่" ระหว่าง FW (ไม่สนใจความไร้ประสิทธิภาพ) ฉันจะตรวจสอบข้อมูลทันที!

motor brushless-dc-motor

— techSultan
แหล่งที่มา

'เค้น' หมายถึงอะไร ฉันไม่ได้หมายถึง 'มันควบคุมความเร็วของมอเตอร์' แต่มันหมายถึงอะไรทางไฟฟ้าไปยัง ESC และสิ่งนั้นเข้าสู่โมเดลของคุณอย่างไร ฉันคิดว่าสิ่งที่ฉันเห็นคือ 'เมื่อการหมุนรอบสูงขึ้นฉันคาดว่าแรงบิดจะลดลง แต่ก็ไม่ลดลงมากเท่าที่ฉันคาดไว้ ถ้าฉันมีมอเตอร์แปรงที่ทำงานด้วยแรงดันแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันนั่นจะทำให้ฉันประหลาดใจอย่างมาก อย่างไรก็ตามด้วย brushless มีโอกาสมากมายที่ ESC จะ 'ทำบางสิ่งที่ฉลาด' เมื่อเวลาเปลี่ยนไป มันทำอย่างนั้นเหรอ? คุณจะรู้ได้อย่างไรว่า 'คันเร่ง' กำลังบอกให้ทำอย่างไร

— Neil_UK

คุณสืบทอดโมเดลของคุณอย่างไร มีสมมติฐานอะไรในตัว? ดูเหมือนว่าคำอธิบายที่ชัดเจนที่สุดคือตัวควบคุมความเร็วไม่เป็นไปตามสมมติฐานที่สร้างไว้ในแบบจำลองของคุณ ตัวควบคุมความเร็วทำอะไรได้จริงในการตอบสนองต่อการตั้งค่าเค้นที่แตกต่างกัน? อาจไม่ใช่สิ่งที่คุณคิด

— mkeith

โดยทั่วไปสิ่งที่เกิดขึ้นคือมอเตอร์ทำงานได้เร็วกว่าที่คุณคาดไว้ภายใต้สภาวะที่โหลดเบา ฉันคิดว่าคอนโทรลเลอร์สามารถบอกได้ว่ามอเตอร์ไม่ได้โหลดและใช้เฟสล่วงหน้าหรืออะไรทำนองนั้นในการทำให้ฟิลด์อ่อนลงภายใต้เงื่อนไขเหล่านั้น เมื่อมอเตอร์ถูกโหลดอย่างหนัก (แรงบิดสูง) ข้อมูลการทดลองมาบรรจบกับแบบจำลองของคุณ

— mkeith

ฉันขอแนะนำให้ ESC ของคุณเป็นไดรฟ์ที่ไม่ใช่ไซน์ดังนั้นสิ่งที่อัลกอริทึมจะถูกนำมาใช้จะแตกต่างกับรุ่นใด ๆ ที่ใช้ไดรฟ์แบบไซน์พวกเขาดูเหมือนจะมีแรงบิดที่ดีขึ้นอย่างมากในช่วงกลาง

— Jack Creasey

@DmitryGrigoryev ฉันใช้เซลล์แรงบิดรับการจัดอันดับสำหรับ 700 mN-m (100 oz-in) ปรากฏการณ์เดียวกันที่เกิดขึ้นในการ BLDCs แม้มีขนาดเล็กการทดสอบโดยกองทัพโดยใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์(รายงาน) ฉันสอบเทียบด้วยตุ้มน้ำหนักที่รู้จักแขวนในระยะที่ทราบ ทั้งทางทฤษฎีและเชิงทดลองตรงกับความเร็วต่ำดังนั้นฉันไม่คิดว่ามีข้อผิดพลาดในการวัด

— techSultan

ปัญหาที่คุณมีเกี่ยวข้องกับรูปแบบของการควบคุมที่คุณใช้อยู่ ค่อนข้างทุกงานอดิเรก / quadcopter ที่มุ่งเน้นการควบคุม BLDC (ปกติจะเรียกว่า 'ESC') ใช้การควบคุมแบบสี่เหลี่ยมคางหมูแบบไร้เซนเซอร์ รูปแบบของการควบคุมนี้แตกต่างจากรูปแบบการควบคุมที่คุณอ้างถึงในคำถามของคุณซึ่งเรียกว่าการควบคุมเชิงฟิลด์หรือ FOC

การอธิบายความแตกต่างในรายละเอียดของเทคนิคการควบคุมเหล่านี้จะต้องใช้คำตอบที่ยาวเกินไปและฉันขอแนะนำให้คุณค้นคว้าด้วยตนเอง อย่างไรก็ตามการทดสอบที่มีอยู่ในปัจจุบันนั้นไม่ได้แยกตัวประกอบความเร็ว / แรงบิดของมอเตอร์อย่างถูกต้องจากการขับ การขาดตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงยังส่งผลต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำ หากคุณต้องการประสิทธิภาพความเร็วต่ำคุณต้องมีรูปแบบของตัวเข้ารหัสโดยไม่คำนึงถึงเทคนิคการควบคุมที่เป็นปัญหา

หากคุณต้องการที่จะต้องอธิบายลักษณะมอเตอร์เหล่านี้ในช่วงความเร็วเต็มคุณจะแนบเนียนต้องsensoredขับรถฟรี

— Ocanath
แหล่งที่มา

ตอนนี้ฉันเข้าใจความแตกต่างระหว่าง FOC ที่รู้สึกได้กับการแลกเปลี่ยน 6 ขั้นตอนที่ไม่มีเซ็นเซอร์ ฉันกำลังวางตัวว่า FW กำลังเกิดขึ้น "โดยบังเอิญ" ในกลไกการเปลี่ยนรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู ฉันคิดว่าคำถามนี้ไม่สามารถตอบได้โดยไม่รู้ว่าอัลกอริทึมการควบคุมนั้นอยู่ภายใต้ประทุนอย่างไร

— techSultan

ฉันคิดว่าคำอธิบายง่ายๆอาจเป็นไปได้ว่าการตั้งค่าเค้นที่ 50% ไม่ได้หมายความว่าแรงดันไฟฟ้าลดลง 50% เพราะถ้าโหลดมีขนาดเล็กกระแสจะกลับเป็น 0 ระหว่างพัลส์ pwm ดังนั้นแรงดันเอาต์พุตจะสูงกว่า 50 % ค้นหาแรงดันไฟฟ้าในตัวแปลงบั๊กด้วยกระแสไฟฟ้าไม่ต่อเนื่อง

— Jesse_a_b
แหล่งที่มา

ฉันเข้าใจว่าแรงดันไฟฟ้าออกสามารถเพิ่มขึ้นในโหมดกระแสไม่ต่อเนื่อง (DCM) ได้อย่างไร แต่ฉันไม่เข้าใจว่าจะมีผลต่อความชันของเส้นโค้งความเร็วแรงบิดอย่างไร แรงดันไฟฟ้าในทางทฤษฎีมีผลเฉพาะกับค่าตัดแกน y ของเส้นโค้ง

— techSultan