Search in topic

Помогите разобраться с частотой шим бк мотора

Здравствуйте.

Столкнулся с проблемой определения оптимальной частоты ШИМа управления бесколлекторным двигателем. Как она вообще влияет на мощность и КПД зависит ли от скорости и нагрузки??

В общем, самое путнее, что приходит в голову это рассмотреть эквивалентную схему обмотки мотора состоящую из последовательно включенных сопротивления, индуктивности и источника ЭДС. Но кроме того что чем больше индуктивность тем меньше может быть минимальная частота ШИМ что-то в голову не приходит.

Читал у LRP есть фича адаптивное изменение ШИМа в зависимости от нагрузки, у Шульца написано что увеличение частоты переносит мах КПД в сторону больших токов 😕

Подскажите пожалуйста в деталях ход рассуждений, или ссылочку какую нибудь

Спасибо.

… А если её выбросить и заменить на длительность включения фазовых импульсов… 😃 ❓

Что смущает то? Чем выше частота, тем лучше. Но! Растут потери на полевиках. Да и контроллер (если микроконтроллер не имеет встроенного генератора ШИМ) не может генерировать ШИМ с частотой Выше определенной, вам ведь время еше на измерение длительности серво-импульсов надо, подавление джиттера, отслеживать момент переключения фаз, для формирования кривой газа, контроль напряжения отсечки и п.р.

А если её выбросить и заменить на длительность включения фазовых импульсов

И что ты этим сказать хотел? Есть длительность импульсов, есть период их повторения, частота жестко связана с периодом f=1/T, при чем тут длительность? Или подавать фазовое напряжение на меньше чем нужно время? А если ротор, грубо, не долетит до следующего магнита под нагрузкой?

romychs

“Чем выше частота, тем лучше” - почему?

Давайте сначала рассмотрим мотор без контроллера.
Допустим имеем индуктивность обмотки L. Тогда при увеличении частоты индуктивное сопротивление обмотки будет возрастать, (?) согласно физике, а на англицком сайте нашел такую точку зрения что ток в обмотке не успевает возрастать до нужного значения во время оn-time импульса, и при выключении соответственно получаем скачек напряжения и фсе 😵

Теперь добавим контроллер. Абсолютно согласен с вами по поводу потерь в ключах, и нагрузки на проц. Но!. 1) По поводу ключей - есть ключи оптимизированные под высокую частоту клацанья, поэтому нужно сравнить выигрыш от поднятия частоты ШИМ на моторе и проигрыш на ключах, и найти оптимум. 2) процик умеет генерить сам ШИМ (аппаратно) без особого напряга, поэтому с этой стороны абослютно всеравно какая частота ШИМа, (если только она не синхронизируется с фазой - что вряд ли).

Но это все балачкы, хотелось бы рассуждения и проч. чтоб можно было выстроить зависимость типа Fopt.КПД = f(L, RPM, I…), Fopt.POWER = f(L, RPM, I…)

Спасибо.

Дилетанский вопрос:
А сколько импульсов ШИМ приходится на одну фазу на максимальных оборотах в хорошо работающих регуляторах ?

А сколько импульсов ШИМ приходится на одну фазу на максимальных оборотах в хорошо работающих регуляторах ?

Частота шим известна. Обороты мотора известны. Берете конкретный мотор. Конкретный регулятор. Конкретный пропеллер, или без него. Включаете, измеряете обороты, считаете результат.

Вы не очень обидетесь, если я спрошу, зачем это вам надо знать? Дело в том, что, насколько мне известно, прямой связи тут нет. Сколько придется, импульсов, столько и есть, во время работы мотора импульсы ШИМ не обязательно должны быть синхронизированы с переключением фаз.

Если вы просто таким образом интересуетесь, какая должна быть оптимальная частота ШИМ, то ваш вопрос просто повторяет самый первый вопрос этой темы.

ток в обмотке не успевает возрастать до нужного значения во время оn-time импульса, и при выключении соответственно получаем скачек напряжения и фсе

нет, не все. ток должен замыкаться через защитный диод, и тогда в обмотке ток будет больше, чем с батарейки. естественно, высокий КПД достигается, при усилении этого эффекта. если частота ШИМа слишком низкая, ток успевает затухнуть; при слишком высокой частоте напряжение не успевает дорасти до открытия диода (а больший ток делает скачок напряжения более резким - как раз по Шульцу)
если не брать в рассчет этот эффект, то при высокой частоте просто пульсации будут меньше, а средневыпрямленный ток - тот же

Ну… это… народ, вы не забывайте, что у индуктивности сопротивление - реактивное. Ток в индуктивности - консервативен, то есть сразу не меняется. ‘мигание’ ШИМом как раз и позволяет поддерживать нужный ток. И, Кстати, вы того… забыли еще про противо-ЭДС от вращения двигателя…

Нууу… развели электродинамику. А статью прочитать - слабо?
Я ведь про это все уже писал давным давно. И статья подробно обсуждалась на форуме.
Или я там лабуду писал? ❓

давайте почитаем. где ее искать ?

Нууу… развели электродинамику. А статью прочитать - слабо?
Я ведь про это все уже писал давным давно. И статья подробно обсуждалась на форуме.
Или я там лабуду писал? ❓

Статья супер, просто некоторым лень читать…
Хотят сразу в дамки 😃))

Артур

Да уж, весь интернет пришлось перерыть, чтоб вам эту статью найти www.rcdesign.ru/articles/radio/esc_intro 😃

romychs от меня пряталась, наверное

GriffinRU, судя по вашему заявлению, Вы статью прочитали давно, и ответ на поставленный вопрос знаете. ну так ответьте человеку, как рассчитать оптимальную частоту ШИМа, исходя из параметров мотора

статья добротная, спору нет. vovic, если не трудно, об этом эффекте поподробнее:

А что будет, если частота генератора ниже оптимальной?  …полезную работу совершает только постоянная компонента импульсного тока. Переменная же будет рассеиваться на магнитопроводе двигателя, нагревая его.

romychs от меня пряталась, наверное

GriffinRU, судя по вашему заявлению, Вы статью прочитали давно, и ответ на поставленный вопрос знаете. ну так ответьте человеку, как рассчитать оптимальную частоту ШИМа, исходя из параметров мотора

статья добротная, спору нет. vovic, если не трудно, об этом эффекте поподробнее:

Расчет можете самостоятельно найти в библиотеке или в любом источнике по расчету электро-двигателей. И основывается он на используемом железе (наборе пластин, толшины, марки стали…), используемых магнитов (размер, тип, сечение, материал…), используемого провода (марки, сечения, тип навивки…), области применеия мотора (тяговый, скоростной, переходной…) и т.д и т.д.

Как наверное догадались зависит от индуктивности немножко 😃

Дерзайте.

Артур

P.S. Допустил ошибку…

Статья супер, просто некоторым лень читать…
Хотят сразу в дамки ))

относилось к Freestyle

нет, не все. ток должен замыкаться через защитный диод, и тогда в обмотке ток будет больше, чем с батарейки. естественно, высокий КПД достигается, при усилении этого эффекта. если частота ШИМа слишком низкая, ток успевает затухнуть; при слишком высокой частоте напряжение не успевает дорасти до открытия диода (а больший ток делает скачок напряжения более резким - как раз по Шульцу)
если не брать в рассчет этот эффект, то при высокой частоте просто пульсации будут меньше, а средневыпрямленный ток - тот же

Вечный двигатель оно конечно не плохо:), но вот ЭДС самоиндукции больше ЭДС источника питания получить у вас не получиться 😃 И потом о каком напряжении речь идет, которого не хватает для пробоя диода? Или у вас мотор еле крутиться или диод на стабилитрон смахивает. Я что-то не совсем понял…

Добавлено

Если вы делаете самодельный мотор и регулятор,то вам лучше посмотреть литературу по расчету. А если пытаетесь оптимизировать готовый регулятор или мотор или что-то в этом роде, то для повышения КПД установки желательно устанавливать высокую частоту для низко-индуктивных моторов и низкую для моторов с высокой индуктивностью. Моторы с большим количеством витков нужно отнести к высоко-индуктивным и с малым к противоположной. Нужно также учитывать размер мотора, так как для некоторых б.к. моторов частота ШИМ вашего регулятора может быть значительно выше оптимальной для этого мотора.

Например:
8-15кГц для любых б.к. моторов (1-32 Витков)
15-25 кГц для 10-18 витков S, 4-10 витков L, none XL
30-50 кГц для 1-9 витков S, 2-6 витков L, none XL
где S, L, XL размер мотора
Это только для примера, моторы различаются от производителя к производителю.

Нужно в каждом случае подходить индивидуально, КПД определяется по измерению тепловыделения на регуляторе и моторе при разных частотах при фиксированной нагрузке. Также некоторые производители рекомендуют оптимальную нагрузку для мотора, на которой КПД максимален.

Также применяют различные приемы при намотке моторов, которые позволяют изменять индуктивность.

Артур

vovic: Прочитал статью - класс, но не все опять же понятно касаемо обсуждаемого момента. Можно если не сложно объяснение момента с переменной составляющей тока, которое просил Freestyle.
Как я понял наилучший вариант когда ток в обмотке постоянен (в течение одной фазы во время он-тайм и за счет индуктивности медленно спадает во время офф-тайм). На деле этого не получить(есть ШИМ - будут пульсации) Получается необходимо определиться с какими пульсациями при увеличении частоты ШИМ"а (уменьшении пульсаций) мы не получаем заметного увеличения КПД ??

Freestyle: В свете прочитанной статьи думаю ваше объяснение немного некорректно.

GriffinRu: !!! вот я ужо сколько времени прошу ПОДСКАЖИТЕ ЭТУ ЛЮБУЮ ЛИТЕРАТУРУ ГДЕ БУДУТ ФОРМУЛЫ, И КОЕФФИЦИЕНТЫ. Ходил в библиотеку, но ничего о способах управления ШИМ’ом в советской литературе не обнаружилось 😊 Лишь на одном сайте нашел абстракт статьи с названием вроде “Optimum PWM for motor control” - но цена статьи 2,5 КЕвро. 😠

GriffinRU
детский сад…

Расчет можете самостоятельно найти в библиотеке или в любом источнике по расчету электро-двигателей

по-Вашему, раздел “электромоторы” таким источником не является ?

Вечный двигатель оно конечно не плохо:), но вот ЭДС самоиндукции больше ЭДС источника питания получить у вас не получиться

скачок напряжения при запирании полевика вызван не самоиндукцией, а реактивностью обмотки, и даже полярность имет противоположную

И потом о каком напряжении речь идет, которого не хватает для пробоя диода? Или у вас мотор еле крутиться или диод на стабилитрон смахивает. Я что-то не совсем понял…

объясняю:
во-первых, пробивается как раз стабилитрон, а в регуляторе стоит диод, предпочтительно Шоттки, и открывается в прямом направлении. конечно, он может отработать и “на пробой”, но только один раз
во-вторых, фронты нулевой длительности бывают только в приближенных рассчетах. на деле скачок напряжения при запирании полевика завален, плюс диод имеет ненулевое время переключения. выводы - самостоятельно
в-третьих, повторюсь, скачок напряжения при запирании полевика вызван не самоиндукцией, а реактивностью обмотки, и зависит не от скорости вращения, а от индуктивности и тока

параметры мотора, которые Вы сначала обозначаете как “используемое железо, магниты, провод, область применеия мотора и т.д и т.д”, а потом - как кол-во витков и “размер” (обозначения S, L, XL скорее наводят на мысль о майках, чем о моторах), годятся только для пространных размышлений. а в расчетах используются индуктивность, сопротивление обмоток и удельная частота вращения

Нужно в каждом случае подходить индивидуально, КПД определяется по измерению тепловыделения на регуляторе и моторе при разных частотах при фиксированной нагрузке.

а вот здесь - согласен на 100% ! только подозреваю, что не у каждого дом - электротехническая лаборатория

GriffinRU
детский сад…

по-Вашему, раздел “электромоторы” таким источником не является ?
скачок напряжения при запирании полевика вызван не самоиндукцией, а реактивностью обмотки, и даже полярность имет противоположную
объясняю:
во-первых, пробивается как раз стабилитрон, а в регуляторе стоит диод, предпочтительно Шоттки, и открывается в прямом направлении. конечно, он может отработать и “на пробой”, но только один раз
во-вторых, фронты нулевой длительности бывают только в приближенных рассчетах. на деле скачок напряжения при запирании полевика завален, плюс диод имеет ненулевое время переключения. выводы - самостоятельно
в-третьих, повторюсь, скачок напряжения при запирании полевика вызван не самоиндукцией, а реактивностью обмотки, и зависит не от скорости вращения, а от индуктивности и тока

параметры мотора, которые Вы сначала обозначаете как “используемое железо, магниты, провод, область применеия мотора и т.д и т.д”, а потом - как кол-во витков и “размер” (обозначения S, L, XL скорее наводят на мысль о майках, чем о моторах), годятся только для пространных размышлений. а в расчетах используются индуктивность, сопротивление обмоток и удельная частота вращения
а вот здесь - согласен на 100% ! только подозреваю, что не у каждого дом - электротехническая лаборатория

В таком случае я буду играть со своими бирюльками!

GriffinRu: !!! вот я ужо сколько времени прошу ПОДСКАЖИТЕ ЭТУ ЛЮБУЮ ЛИТЕРАТУРУ ГДЕ БУДУТ ФОРМУЛЫ, И КОЕФФИЦИЕНТЫ. Ходил в библиотеку, но ничего о способах управления ШИМ’ом в советской литературе не обнаружилось  Лишь на одном сайте нашел абстракт статьи с названием вроде “Optimum PWM for motor control” - но цена статьи 2,5 КЕвро.

Посмотрю, что есть под рукой.

Артур

статья добротная, спору нет. vovic, если не трудно, об этом эффекте поподробнее:

Пожалуйста:
С точки зрения мотора - чем выше ШИМ, тем ему лучше. Скорость падения тока в паузе зависит только от индуктивности обмоток. Значит, чем меньше пауза, тем меньше амплитуда гармоник тока. Полезую работу совершает только постоянная компонента тока. Все гармоники образуют потери “в железе”. Зависимость КПД “по железу” от частоты ШИМ - экспоненциальная. Как только потери становятся меньше нескольких процентов - дальнейшее увеличение частоты ШИМ пользы даст мало.
С точки зрения ключа регулятора и шунтирующего диода - чем ниже ШИМ, тем им лучше. Потому что открытый-закрытый ключ и диод потерь практически не вносят. Все потери возникают в моменты открытия-закрытия ключей. Зависимость потерь в p-n переходах от частоты ШИМ линейная, прямо пропорциональная

Во все времена существования импульсных регуляторов хода частота ШИМ оптимизировалась с учетом потерь и в регуляторе и в моторе. С развитием полупроводниковых приборов и уменьшении времени коммутационных процессов в них оптимум смещается в область все более высоких частот ШИМ. На заре развития частота была около 400 Гц всего. На большинстве тогдашних модельных моторов они работали при этой частоте с разрывом тока. Т.е. паузы были велики настолько, что ток через шунтирующий диод успевал упасть до нуля. Это, конечно не способствовало хорошему КПД регулятора-мотора на частичных режимах. Но альтернативы тогда не было. Сейчас все регуляторы обеспечивают безразрывное течение тока в паузе ШИМ.

Для желающих расчитывать оптимальные частоты ШИМ я в статье (или в обсуждении статьи на форуме) поместил ссылку на замечательную книжку Семенова “Силовая электроника”. Чопперные регуляторы - это для вас. Книжка написана специально как руководство по расчету и оптимизации импульсного регулятора. Все формулы даны с примерами расчета. Книжка популярна даже у наших инженеров из отдела блоков питания. Удобно написана и для блоков средней мощности вполне прилично. Приводить ее изложение здесь некорректно.

ну тогда последний, наверное, вопрос:
каков все-таки механизм рассеивания переменной составляющей в тепло на железе ? кроме вихревых токов ничего в голову не приходит

Семенов, Силовая электроника для любителей и профессионалов (djvu, 2.6Mb)

VOVIC расставил всё на свои места, а Freestyle литературку подцепил.

Супер!

Артур

кроме вихревых токов ничего в голову не приходит

Да, они и есть. А для борьбы - все магнитопроводы делают наборными из пластин, изолированных друг от друга… ☕

магнитопроводы делают наборными из пластин, изолированных друг от друга…

Потом дырку в магнитопроводе от CDROM-а рассверливают и в полученное отверстие вбивают круглую железку.

-А ничего страшного! Остерегаются вихревых токов, повторяющих конфигурацию обмоток, в данном случае, внутри полюсов… 😃

Ндаа. О существовании электронной версии книги я не подозревал. У меня - бумажная. 😃
Вихревые токи - это небольшая часть рассеяния. Большая часть потерь “в железе” это потери на гистерезис. Перемагничивание даже магнитомягкого материала требует совершения работы, которая в конечном итоге переходит в тепло. Т.е. не бывает нулевая площадь петли гистерезиса.

Блин, книга отменная, вчера весь день читал, половину успел, не думал что можно описать словами то, что там описано, причем не сложнее, чем в школьном учебнике по физике. И не думал, что так многого тонкостей не знал по данной теме.