*

MULTICOPTER.RU

Первый форум о мультироторах для профессионалов и любителей
Текущее время: 16 дек 2017, 06:09

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 54 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5, 6  След.
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 10:39 
Не в сети
Аватар пользователя

Зарегистрирован: 15 июл 2011, 02:09
Сообщений: 759
Благодарил (а): 143 раз.
Поблагодарили: 414 раз.
Возникло желание написать что-то умное про БК моторы.

Во-первых, что такое электрические градусы?

Итак, у меня есть мотор RCTimer 4215:
Вложение:
rctimer4215.jpg
rctimer4215.jpg [ 42.77 KiB | Просмотров: 4755 ]


Его конфигурация 24N18P - 24 магнита и 18 катушек.
Вложение:
bldc_1.png
bldc_1.png [ 135.72 KiB | Просмотров: 4751 ]


Магниты в роторе расположены сначала северной стороной к катушкам (N), потом южной (S). Несложно посчитать, что таких пар будет 24 магнита / 2 = 12.

Так вот, полный электрический угол - это сектор, на котором вектор поля, создаваемого катушками, сделает полный оборот. Для этого ротору надо переместится от одного северного магнита к другому. То есть:

1 оборот ротора = 12 электрических оборотов
1 физический градус = 12 электрических градусов

Например, при повороте поля на 1 электрический градус ротор повернется на 1/12/360 = 0.083 градуса или на 5 угловых минут

Такие несложно проделать для любого другого мотора, только надо знать его конфигурацию (количество катушек и магнитов).

Теперь о тайминге, что за зверь?

Тайминг - это угол между вектором электрического поля, создаваемым катушками, и вектором поля магнитов. Ничего не понятно? По аналогии - ровно то же самое в машинах называется угол опережения зажигания. Cмотрите картинку.

Вложение:
bldc_2.png
bldc_2.png [ 103.63 KiB | Просмотров: 4755 ]


Когда работает контроллер БК мотора, он создает бегущее (вращающееся) электрическое поле катушек, к которым бегут (притягиваются) магниты ротора. Задача у контроллера две:
- поддерживать заданную скорость вращения поля (обороты)
- выдерживать дистанцию бега - заданный в настройках угол между полем катушек и полем магнитов.

Если одно поле догнало другое - это очень и очень нехорошо, все знают, чем чревато несоблюдение дистанции. Поэтому контроллер должен поддерживать постоянный электрический угол, разницу в беге.

Вектор поля катушек изменяется по синусоидальному закону - то есть если бы мы зафиксировали ротор, а контроллер оставили крутить поле, то поле напротив южного магнита должно развернутся на 180 градусов, и вернутся в исходную точку через полный электрический оборот.

При увеличении оборотов мотору требуется больше усилий - контроллер увеличивает значение вектора поля, управляя током, пропускаемым через катушки. Но до поры до времени, в какой-то момент вектор увеличивать просто некуда - в пиковые моменты синусоиды весь ток идет через катушку, мотор набрал максимальные с заданной нагрузкой обороты.

Вложение:
bldc_3.png
bldc_3.png [ 13.99 KiB | Просмотров: 4755 ]



Как же крутится мотор?

В нашем моторе три фазы - три катушки, соединенных между собой звездой. Вектор поля у них сдвинут относительно друг друга на 120 градусов. Сделано это для того, чтобы преодолевать мертвые точки синусоиды у каждой катушки - то есть или тянут все три катушки, или в какой-то момент одна из них проходит "0", но при этом тянут две другие катушки.

Вот осцилограмма с моей платы - вверху напряжение, создаваемое на полумостах контроллера, внизу - разница напряжений между фазами.

Вложение:
bldc_4.png
bldc_4.png [ 26.42 KiB | Просмотров: 4744 ]


Для тех, кто выжил и все еще здесь :mrgreen:

Мой эксперимент с БК мотором. Я подключил к нему свой контроллер, который делаю для БК подвеса, и ротор меняет по программе позицию с шагом 30 электрических градусов, или по точкам - 0, 30, 60, 90...300, 330, 360(0).

Несложно увидеть, что точность ахринестическая - ошибка где-то 2 электрических градуса, или 10 угловых минут. Обратная связь (платка на валу) в этом эксперименте выключена.


_________________
Design engineer



За это сообщение автора Cossacs поблагодарили: 12 aero-photo (24 май 2013, 21:06), andrej370 (26 май 2013, 23:46), Feedback (24 май 2013, 14:53), flat (24 май 2013, 19:11), kYd (24 май 2013, 11:49), ligas (02 авг 2013, 09:29), Nikolaitch_SPb (19 июн 2013, 21:10), spot (24 май 2013, 23:56), VladPTZ (25 май 2013, 08:38), Zheleznyi (29 май 2013, 23:32) и ещё 2
  Рейтинг: 48%
Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 11:37 
Не в сети
Аватар пользователя

Зарегистрирован: 02 апр 2013, 20:51
Сообщений: 1674
Откуда: CCCP
Благодарил (а): 41 раз.
Поблагодарили: 284 раз.
Cossacs писал(а):
...Для тех, кто выжил и все еще здесь ...
Дык, так и раньше вроде всё понятно было. В принципе в данном материале нет ничего сверхсложного к пониманию, иначе говоря - "выживать" читая это, вроде как нет надобности, ясненько и легкочитаемо.
Другой вопрос, что тема тайминга осталась какбы "недораскрытой", в плане более уточнённой методологии подстройки таймингов, в конкретно-типичных многополюсных случаях.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 18:18 
Большое спасибо за тему!!! Надеюсь будет продолжение.


Вернуться наверх
  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 18:56 
Не в сети
Аватар пользователя

Зарегистрирован: 15 июл 2011, 02:09
Сообщений: 759
Благодарил (а): 143 раз.
Поблагодарили: 414 раз.
Bolshoy писал(а):
Другой вопрос, что тема тайминга осталась какбы "недораскрытой", в плане более уточнённой методологии подстройки таймингов, в конкретно-типичных многополюсных случаях.

Так а че его настраивать, вы ж в машине угол опережения зажигания не настраиваете :)
В плане теории картина такая - слишком маленький тайминг (5-10 градусов) ограничивает обороты (и крутящий момент) мотора - поле уже убежало, а ротор за ним не успел, регулятор не увеличивает мощность, подводимую к катушкам. К тому для мультироторов характерна резкая смена газа. Ситуация повторяется - поле убежало, ротор не успел, управляющая команда настаивает - срывается синхронизация.

Большой тайминг (20-30 градусов) приведет к тому, что мотор конечно будет лучше тянуть и меньше срывать, но из-за слишком раннего "зажигания" вместо вращения ротора некоторое время будет КЗ - мотор будет грется.

У 24-х и 28-ми полюсников бОльшая по сравнению с 12-полюсниками индуктивность, более инертное поле, следовательно поле надо "поджигать" раньше, тайминг ставить больше.

По умолчанию в симонковской прошивке есть цифра MOTOR_ADVANCE 18 градусов, но она на низких оборотах как-то хитро меняется. Можно для многополюсников увеличить до 22-25, но на свой страх и риск.

BTW экспериментирую дальше с БК мотором, запустил его в режиме микрошага, работает прикольно, крутится плавно, скорость меняет фантастически быстро!


_________________
Design engineer



За это сообщение автора Cossacs поблагодарили: 2 ande (26 июн 2013, 19:47), ligas (02 авг 2013, 09:32)
  Рейтинг: 8%
Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 19:06 
Не в сети

Зарегистрирован: 24 мар 2010, 12:04
Сообщений: 1706
Откуда: Мюнхен - Самара
Благодарил (а): 6 раз.
Поблагодарили: 242 раз.
вопрос по теме (вроде)

Для использования безколекторников в системах типа AlexMos, моторы надо перематывать.
Можно и нужно ли переделать железо Алексея так, чтоб не перематывать моторы и не терять их мощьность?
Это существенно снизило бы конечный вес подвесов.


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 21:06 
Не в сети
Аватар пользователя

Зарегистрирован: 15 июл 2011, 02:09
Сообщений: 759
Благодарил (а): 143 раз.
Поблагодарили: 414 раз.
Letalkin писал(а):
вопрос по теме (вроде)

Для использования безколекторников в системах типа AlexMos, моторы надо перематывать.
Можно и нужно ли переделать железо Алексея так, чтоб не перематывать моторы и не терять их мощьность?
Это существенно снизило бы конечный вес подвесов.


Думаю, что без перемотки не выйдет. Перемотка увеличивает длину проводника, следовательно, увеличивается сила притяжения электромагнитов мотора при одинаковом токе, правда и увеличивает активное сопротивление, что не есть хорошо.

Если я правильно понимаю физику процесса, то для неперемотанных моторы скажем с длиной провода в катушках в 20 раз меньше, надо в 20 раз увеличить ток через катушки.

Для этого надо в 20 раз поднять частоту ШИМ и в 20 раз уменьшить максимальную скважность импульсов - тогда такой мотор будет магнитить так же, как и не перемотанный, и будет допускать увеличение мощности (с увеличением разогрева конечно же).

Чтобы увеличить частоту ШИМ, нужен микроконтроллер с частотой в 20 раз выше, скажем 100-200 МГц, но еще нужны и силовые мосфеты, хорошо работающие на такой частоте.

Перемотка - простой способ порешать эти проблемы, другие режимы алексмос не вытянет хотя-бы из-за хардварных ограничений, если я не ошибся в теории и эти режимы в принципе возможны.

_________________
Design engineer


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 21:15 
Не в сети

Зарегистрирован: 20 дек 2010, 09:55
Сообщений: 523
Откуда: Харьков
Благодарил (а): 86 раз.
Поблагодарили: 106 раз.
Cossacs писал(а):
...запустил его в режиме микрошага, работает прикольно, крутится плавно, скорость меняет фантастически быстро!

Теперь бы проверить, насколько линейно он крутится. Подвесить груз, взять мотор в руку, подать напряжение от контроллера и покрутить груз медленно. Если рывков не будет чувствоваться, значит мотор хороший, с одинаковой силы магнитами и качественной намоткой.

_________________
-----------


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 24 май 2013, 21:21 
Не в сети

Зарегистрирован: 20 дек 2010, 09:55
Сообщений: 523
Откуда: Харьков
Благодарил (а): 86 раз.
Поблагодарили: 106 раз.
Cossacs писал(а):

Если я правильно понимаю физику процесса, то для неперемотанных моторы скажем с длиной провода в катушках в 20 раз меньше, надо в 20 раз увеличить ток через катушки.

Для этого надо в 20 раз поднять частоту ШИМ и в 20 раз уменьшить максимальную скважность импульсов - тогда такой мотор будет магнитить так же, как и не перемотанный, и будет допускать увеличение мощности (с увеличением разогрева конечно же).

Что-то мне подсказывает, что с частотой делать ничего не надо. Достаточно увеличить ток. Что крайне прблематично на сегодняшней элементной базе.

_________________
-----------


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 25 май 2013, 15:22 
Не в сети
Аватар пользователя

Зарегистрирован: 15 июл 2011, 02:09
Сообщений: 759
Благодарил (а): 143 раз.
Поблагодарили: 414 раз.
TeHoTaMy писал(а):
Теперь бы проверить, насколько линейно он крутится. Подвесить груз, взять мотор в руку, подать напряжение от контроллера и покрутить груз медленно. Если рывков не будет чувствоваться, значит мотор хороший, с одинаковой силы магнитами и качественной намоткой.

Крутится он нелинейно - есть пики, есть спады момента, но это есть в любом моторе, куда уж тут деться. Хотя-бы потому, что:
а) форма зуба далека от оптимальной - просто срезана по дуге, как и во всех других моторах, которые я видел
б) Неоднородность поля из-за расстояний между магнитами, которое приводит к утечкам магнитного потока.

С этим у меня есть идеи, как бороться, кроме конечно в лоб поставить обратную связь и забыть - буду пробовать :)

_________________
Design engineer


Вернуться наверх
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Бесколлекторные моторы - теория и практика
СообщениеДобавлено: 25 май 2013, 15:57 
Не в сети
Аватар пользователя

Зарегистрирован: 15 июл 2011, 02:09
Сообщений: 759
Благодарил (а): 143 раз.
Поблагодарили: 414 раз.
Раз уж начал умничать, продолжу.

Всю неделю бился над неравномерностью момента БК мотора для подвеса, изучал теорию.

В одном умном исследовании нашел два графика - обратной ЭДС и крутящего момента, они весьма интересны:
Вложение:
analytic_dcmotor.png
analytic_dcmotor.png [ 44.47 KiB | Просмотров: 4594 ]


Что за звери, с чем их едят?

Обратная ЭДС характеризует фазу положения ротора. Если мотор крутить с одинаковой скоростью - между фазами получим напряжение обратной ЭДС, мотор работает как генератор. Если на фазы подать напряжение по графику обратной ЭДС - получим равномерное вращение мотора.

Крутящий момент определяет усилие, с которым тянет мотор. Он изменяется в зависимости от положения ротора по закону, похожему на синусоиду, но не сильно. Отсюда растут ноги у всех этих "залипаний" и неравномерности тяги.

Для каждого мотора, естественно, свои зависимости обратной ЭДС и крутящего момента. Более того, когда мотор крутится достаточно быстро, вмешивается куча других нюансов, но динамика нас не интересует.

Чтобы получить равномерное вращение ротора под нагрузкой, идея заключается в следующем:
а) скорректировать фазу - мы получим равномерное вращение мотора и совершенно непонятную кривую момента.
б) снять график крутящего момента.
в) скорректировать амплитуду управляющего сигнала, чтобы получить равномерный момент.

Естественно, крутящий момент мотора выровняется по минимальному значению.

Как снимать графики обратной ЭДС и крутящего момента? Это отдельная песня, в лабораториях это делается осцилогрофом и всякими тензохренями, у меня таких устройств нету. Но есть мысль, как обойтись без них.

Можно, конечно, не заморачиваться, и выбрать мотор с более-менее равномерной характеристикой, а всю остальную задачу переложить на обратную связь, как в алексмосе - просто и со вкусом.

Но путь джедая - попробовать подстроится под конкретный мотор :)

_________________
Design engineer


Вернуться наверх
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 54 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5, 6  След.
   Похожие темы   Автор   Ответов   Просмотров   Последнее сообщение 
Нет новых непрочитанных сообщений в этой теме короткое видео с борта

в форуме Видео и фото с борта радиоуправляемых вертолетов - мультироторов

admin1

0

8459

26 окт 2009, 23:16

admin1 Перейти к последнему сообщению

Нет новых непрочитанных сообщений в этой теме Тест контроллеров двигателей

в форуме Обсуждаем различное оборудование для мультикоптера

Andrey-multicopter

3

12443

23 фев 2010, 19:21

kirich Перейти к последнему сообщению

Нет новых непрочитанных сообщений в этой теме Подвес камеры с компенсацией в двух плоскостях

[ На страницу: 1, 2, 3, 4 ]

в форуме Подвесы камер

admin1

36

97123

29 мар 2011, 08:26

Andrey-multicopter Перейти к последнему сообщению

Нет новых непрочитанных сообщений в этой теме Русифицированный софт для настройки параметров мультикоптера

[ На страницу: 1, 2, 3, 4 ]

в форуме Разработка и модернизация софта

Andrey-multicopter

35

44329

31 май 2010, 19:09

kirich Перейти к последнему сообщению

Нет новых непрочитанных сообщений в этой теме Рама квадрокоптера

в форуме Конструкции мультикоптеров

admin1

8

19521

18 дек 2009, 08:44

Andrey-multicopter Перейти к последнему сообщению


Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
cron
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB