Mengapa motor BLDC saya mengubah perilaku dengan kecepatan tinggi?

Latar Belakang

Saya telah merekam kinerja torsi vs kecepatan motor BLDC sub 50 gram kecil, KDE 2304XF-2350 .

Saya memberi daya motor pada tegangan tetap yang berbeda ke ESC (komutator elektronik) dan pada pengaturan throttle yang berbeda untuk ESC. Throttle ESC pada dasarnya menurunkan tegangan yang ditetapkan. Saya mengukur daya listrik "quasi-multifase" AC yang memasuki motor menggunakan wattmeter 3-fase. Saya katakan quasi-multiphase karena hanya satu fase arus yang mengalir melalui 2 belitan motor pada suatu titik waktu.

Saya memuat motor menggunakan rem arus-eddy: disk aluminium terhubung ke rotor, dan motor / disk ditangguhkan di atas dua elektromagnet. Peningkatan daya ke elektromagnet menginduksi arus eddy yang lebih besar ke dalam disk pemintalan yang menghasilkan torsi yang lebih besar. Saya mengukur torsi dan kecepatan tunak pada berbagai arus beban menggunakan sel torsi in-line dan sensor hall.

Ini data saya di 8V, throttle 50-100%. Setiap set percobaan eksperimental memiliki prediksi solid yang sesuai berdasarkan model motor DC sederhana dan spesifikasi KDE.

V = d V_{D C}

$V = dV_{DC}$

V = saya R + E

$V = IR + E$

V = \frac{T}{k_{t}} R + k_{t} ω

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

T = \frac{V k_{t} - {k_{t}}^{2} ω}{R}

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

Dimana

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

Masalah

Saya benar-benar tidak mengerti mengapa data eksperimental berbeda dari model saya pada kecepatan tinggi - khususnya pada kecepatan rendah.

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

$k_t$ $k_t$

Misalnya, pada kecepatan 70% dan 10 kRPM, model saya memprediksi torsi ~ 20 mN-m, tetapi motor "medan lemah" menghasilkan torsi 25 mN-m. Apa yang memberi ??

Apakah ini melemahnya bidang BLDC? Jika demikian, mengapa torsi tidak menderita?
Jika ini bukan melemahnya medan, apa lagi yang dapat menyebabkan kemiringan kurva torsi-kecepatan berubah dengan kecepatan?

Tambahan

Apa yang juga membingungkan saya tentang perbedaan kecepatan tinggi ini adalah bahwa efisiensi motor eksperimental meningkat dengan FW.

Seperti yang saya mengerti FW untuk PMSM, beberapa arus stator (Id?) Dihabiskan "melawan" medan dinamo daripada menghasilkan torsi (Iq), sehingga Anda benar-benar kehilangan beberapa efisiensi.

Namun, efisiensi eksperimental motor saya tidak turun drastis seperti model saya karena motor menghasilkan kecepatan lebih (relatif terhadap model) pada torsi yang sama.

Seperti yang disebutkan Neil_UK, ESC mungkin memainkan semacam trik dengan sudut fase di armature. Bagaimana saya bisa mengukur sudut fase di armature?

Saya sudah mengukur sudut fase total di terminal motor melalui wattmeter saya (Φ = acos (∑P / ∑S) di ketiga fase), tetapi sudut fase ini termasuk jeda arus dari induktansi peningkatan kecepatan dan distorsi harmonik dari pergantian bising .

Hipotesa

Torsi tidak menderita di daerah FW yang tidak disengaja karena motor BLDC terus menarik lebih banyak daya di FW tidak seperti PMSM yang menarik daya "konstan" selama FW (mengabaikan ketidakefisienan). Saya akan memeriksa data sekarang!

motor brushless-dc-motor

— sultan
sumber

Apa yang dimaksud dengan 'throttle'. Maksud saya bukan 'itu mengendalikan kecepatan motor', tetapi apa artinya secara elektrik, bagi ESC, dan bagaimana hal itu masuk ke model Anda. Saya pikir apa yang saya lihat adalah 'saat putaran naik, saya berharap torsi turun, tetapi tidak turun sebanyak yang saya harapkan, pada pengaturan throttle yang lebih rendah'. Jika saya memiliki motor brush yang dijalankan pada voltase baterai yang berbeda, itu akan sangat mengejutkan saya. Namun, dengan brushless, ada beberapa peluang bagi ESC untuk 'melakukan sesuatu yang pintar' seiring perubahan waktunya. Apakah itu melakukan itu? Bagaimana Anda tahu apa yang diperintahkan 'throttle' untuk dilakukan?

— Neil_UK

Bagaimana Anda menurunkan model Anda? Asumsi apa yang ada di dalamnya? Sepertinya penjelasan yang paling jelas adalah bahwa pengontrol kecepatan tidak mengikuti asumsi yang ada di dalam model Anda. Apa yang sebenarnya dilakukan pengontrol kecepatan sebagai respons terhadap pengaturan throttle yang berbeda? Mungkin bukan apa yang Anda pikirkan.

— mkeith

Pada dasarnya, yang terjadi adalah motor berjalan lebih cepat dari yang Anda harapkan dalam kondisi beban cahaya. Saya pikir pengontrol dapat memberitahu bahwa motor tidak dimuat dan menggunakan fase maju atau sesuatu seperti itu untuk menerapkan melemahnya medan dalam kondisi tersebut. Ketika motor sangat dimuat (torsi tinggi) maka data eksperimental bertemu dengan model Anda.

— mkeith

Saya menyarankan bahwa ESC Anda adalah drive non-sinusoidal, jadi algoritma apa pun yang digunakan akan berbeda dengan model apa pun yang menggunakan drive sinusoidal, Mereka tampaknya telah secara signifikan meningkatkan torsi di kisaran tengah

— Jack Creasey

@ DmitryGrigoryev Saya menggunakan sel torsi dengan nilai 700 mN-m (100 oz-in). Fenomena yang sama terjadi pada BLDC yang lebih kecil yang diuji oleh Angkatan Darat menggunakan dinamometer komersial (laporan) . Saya mengkalibrasi dengan bobot yang diketahui tergantung pada jarak yang diketahui. Lereng teoritis dan eksperimental saya cocok dengan kecepatan rendah, jadi saya tidak berpikir ada kesalahan pengukuran.

— techSultan

Masalah yang Anda hadapi terkait dengan bentuk kontrol yang Anda gunakan. Cukup banyak setiap pengontrol BLDC berorientasi quadcopter (biasanya disebut sebagai 'ESC'), menggunakan kontrol trapesium sensorless. Bentuk kontrol ini pada dasarnya berbeda dari bentuk kontrol yang Anda rujuk dalam pertanyaan Anda, yang disebut kontrol berorientasi lapangan atau FOC.

Menjelaskan perbedaan dalam detail dari teknik kontrol ini akan membutuhkan jawaban yang terlalu panjang, dan saya mendorong Anda untuk meneliti sendiri. Namun, tes seperti yang ada saat ini tidak benar decoupling karakteristik kecepatan / torsi motor dari pengemudi. Kurangnya encoder resolusi tinggi juga mempengaruhi kinerja motor pada kecepatan rendah. Jika Anda ingin kinerja kecepatan rendah yang baik, Anda memerlukan beberapa bentuk encoder, terlepas dari teknik kontrol yang dimaksud.

Jika Anda ingin mencirikan motor ini dengan benar pada rentang kecepatan penuh, Anda secara realistis membutuhkan driver FOC yang sensasional .

— Ocanath
sumber

Saya sekarang mengerti perbedaan antara FOC sensored dan pergantian 6 langkah tanpa sensor. Saya berpendapat bahwa FW terjadi "secara tidak sengaja" dalam mekanisme pergantian trapesium. Saya kira pertanyaan ini tidak dapat dijawab tanpa tahu persis apa algoritma kontrol di bawah tenda

— techSultan

Saya pikir penjelasan sederhana bisa jadi bahwa pengaturan throttle pada 50% tidak berarti volume stepped down sebesar 50%, karena jika bebannya kecil arus akan kembali ke 0 antara pulsa PWM sehingga tegangan output lebih tinggi dari 50 %. Cari voltase dalam konverter buck dengan arus terputus.

— Jesse_a_b
sumber

Saya mengerti bagaimana tegangan keluar dapat meningkat dalam mode arus terputus-putus (DCM), tapi saya tidak mengerti bagaimana itu akan mempengaruhi kemiringan kurva kecepatan torsi. Tegangan secara teoritis hanya memengaruhi intersepsi-y kurva.

— techSultan