Problemas del motor de CC sin escobillas a altas velocidades

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Para un proyecto usamos un motor de CC sin escobillas (BLDC). Todo funciona bien hasta que intentamos alcanzar altas velocidades. Primero explicaré mi configuración, y luego explicaré nuestros problemas usando algunos gráficos. Desafortunadamente, no tengo suficientes puntos para poner todas mis imágenes en enlaces separados, por lo que se pueden encontrar aquí .

1.0 Setup

El siguiente hardware se utiliza en la configuración:

  • Motor BLDC: motor Tiger T8 (135kV)
  • Controlador de movimiento: SOMANET DC 1K
  • Codificador: RM08 Codificador absoluto de 12 bits

Puede encontrar una descripción general de la configuración en la imagen (1)

1.1Requisitosyparámetros

Necesitamosaproximadamente4800[RPM]delmotor.ElmotorTigertieneunvalordekvde135[RPM/V],conectándoloaunafuentede48[V]significaque,enteoría,deberíapoderalcanzarlos6500[RPM].Specsheatincluyeunescenarioenelquealcanza5000[RPM]mientrasunahéliceestáconectadaaél,porloque4800[RPM]sincarganodeberíaserunproblema.

Problema2.0

Nisiquieranosestamosacercandoalos4800RPM,enlaimagen(2)semuestraungráficodelavelocidaddelmotorfrentealacorrientedefase.Podemosidentificar2problemasdeestatrama.

2.1conmutaciónineficiente

Loprimeroquesedestacódelapruebaesquealrededorde10[A]yateníaquegirara3200[RPM]sinningunacargaconectada.Estoparecedeberseaunaconmutaciónineficiente,pensamosqueexistendoscausasprincipalesposiblesparaesto.

2.1.1Errordedesplazamientodefase

Esposiblequesetratedeunerroreneldesplazamientodefaseutilizado,estocausaráunaumentolinealenlacorrienterequeridaconlavelocidad.Estosepuederesolvermejorajustandoeldesplazamientoaaltavelocidad.Sinembargo,nuestracurvanoparecelineal,porloqueestenopareceserelcaso.

2.1.2Errorderetardo

HayunaciertacantidaddedemoraentrelasolicituddelaposicióndelRM08ylaaplicacióndelanuevatensión.Esteretrasopuedehacerquelacorrienteaumenteexponencialmenteconlavelocidaddelmotor,locualesciertoennuestrocaso.

Alsumartodoslosretrasos,encontramosunretrasototalde~0.1msenelsistema(verimagen(3)).Elgiroa3000RPM=50Hzyelusode21paresdepolossignificaquelafrecuenciadegiroeléctricoesde1050Hz,loqueunretrasode0.1mscausaríaunerrordegradoeléctricode37.8.¡Estoprobablementecauselaineficiencia!

2.2Controlvolviéndoseloco

siintentamossuperarlos~3200RPM,elmotorcomienzaagenerarmuchacorrienteyhacemuchoruido.Estosignificaqueelmotornoestáenfuncionamientoporencimade3000RPM,estepareceserelproblemamásurgenteenestemomento.

Dependenciadevoltaje

Normalmente,lavelocidaddelmotorestálimitadaporelEMFderetorno,sielEMFderetornocausaraesteproblema,elproblemadependerádelvoltaje.Porlotanto,algunasmedicionesserealizaronadiferentesnivelesdevoltaje,veaimagen(4)y卌.

Elmomentoenqueelmotorsedetienedespuésdelbarridodevelocidadpareceaumentarlinealmenteconelvoltaje.Otroresultadointeresanteesquea30V,elmotorsimplementesedetienedespuésdelbarridodevelocidad,mientrasquealosvoltajesmásaltos(40Vy43V)elmotorcayórepentinamenteaunavelocidadmásbaja.Tengaencuentaquelapruebade46VsedetuvoantesdeestemomentodebidoaquelospicosdealtacorrientefluíanatravésdelSOMANET(35A).Sinembargo,parecepocoprobablequeelproblemaseaelEMCinverso,yaqueTigerhapodidoalcanzarlos5000RPMporsímismos.

Soluciones

Paraelprimerproblema,pensamosquepodríamosusaralgocomo:

Pcorr=Penc+t_delay*Vel.

Con:

  • Vel:velocidadangular
  • t_delay:lagananciadecompensaciónderetardo
  • Penc:laposicióndelcodificadorparaelrotor
  • Pcor:laposicióncompensadaporretraso

Sinembargo,estonosalvóelproblemaenabsoluto.¿Tienesalgunaotrasugerencia?

Paraelsegundoproblemanopodemospensarenningunacausa,¿puedespensarenalguna?

    
pregunta ProjectM

2 respuestas

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La causa resultó ser bastante simple, pero desafortunadamente no tiene solución.

SOMANET limita el ciclo de trabajo de la señal PWM. A una frecuencia PWM de 12 kHz, va del 22% al 78%, a 15 kHz incluso se limita antes. Por lo tanto, solo podemos alcanzar el 50% de nuestra velocidad esperada. Dicen que se mejorará en el futuro, sin embargo, aún no está claro cuándo y en qué medida será la mejora.

¿Ustedes saben si esto es común o solo una mala ingeniería?

    
respondido por el ProjectM
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Normalmente, la velocidad del motor está limitada por back-EMF . ¡No!

  • Esto es falso. en lugar de (V-BEMF) / DCR = I , es mínima la corriente sin carga y, por lo tanto, el par está limitado por BEMF y el par máximo ~ 80% RPM / RPMoc o sin carga RPM
  • La velocidad está limitada por los errores de conmutación, el voltaje, la fricción y el aumento de temperatura que surgen de las pérdidas por conducción.
  • Los errores de conmutación incluyen el timbre durante el tiempo muerto, tiempo muerto insuficiente , mal control de impedancia durante el tiempo muerto (RC amortiguador), exceso de C con RdsOn muy bajo, ESR, ESL excedente en los cables, mala conmutación de Q alta, ** error de fase de conmutación **
  • para los ventiladores BLDC cuando Hall Sensor tiene un pequeño cambio de fase negativo, resulta en dither o no giro. Si es un error de fase positivo, menos par de torsión, pero en su caso tiene un cortocircuito, así que examine el par de torsión frente a la posición del rotor estático a muy bajo voltaje (para limitar el Trise) si sospecha de un error de fase, o haga una corrección Con prueba y error. Sin carga, (prop) La corriente máxima debe ser máxima solo a 0 RPM Imax = {Vmax / DCR} = 10x I (máxima nominal) a la máxima velocidad de RPM y la corriente a Vmax debe ser < Carga sin carga externa. Esto es solo la corriente de arranque pero a RPM completas, estas son fricción, conducción de excitación, y amp; Pérdidas por corrientes de Foucault.

Así que mi conclusión es que tienes MUCHOS problemas de conmutación, pero la solución será obvia cuando descubras la causa raíz.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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