Fondo
He registrado el rendimiento de torque frente a la velocidad de un pequeño motor BLDC para pasatiempos de 50 gramos, el KDE 2304XF-2350 .
Enciendo el motor a diferentes voltajes fijos al ESC (conmutador electrónico) y a diferentes ajustes de aceleración para el ESC. El acelerador del ESC esencialmente reduce la tensión fija. Mido la potencia eléctrica de CA "cuasi multifase" que ingresa al motor mediante un vatímetro trifásico. Digo cuasi multifase porque solo una fase única de la corriente fluye a través de 2 bobinados de motor en cualquier momento.
Carga el motor con un freno de corriente de Foucault: un disco de aluminio está conectado al rotor, y el motor / disco están suspendidos por encima de dos electroimanes. El aumento de la potencia de los electroimanes induce mayores corrientes de Foucault en el disco giratorio que genera un par mayor. Mido el par y la velocidad de estado estable a diferentes corrientes de carga utilizando una celda de par en línea y un sensor de hall.
Aquí están mis datos a 8 V, 50-100% de aceleración. Cada conjunto experimental punteado tiene una predicción sólida correspondiente basada en un modelo de motor de CC simple y las especificaciones de KDE.
$$V=dV_{DC}$$$$V=IR+E$$$$V=\frac{T}{k_t}R+k_t\omega$$$$T=\frac{Vk_t-{k_t}^{2}\omega}{R}$$
Donde
- \$d\$eslaproporcióndetrabajodelajustedelacelerador
- \$V_{DC}\$esvoltajefijoqueingresaenlaESC
- \$R\$(182m)eslaresistenciadedevanadoadevanadodeunmotor(KDEproporcionalaresistenciapordevanadode91mΩ)porqueeslaresistenciatotalobservadaporunatensiónaplicadainstantáneamentealosterminalesdelmotor
- \$k_t\$(0.0041Nm/A)seproporcionaenlínea
Problema
Simplementenoentiendoporquélosdatosexperimentalessealejandemimodeloaaltasvelocidades,especialmenteabajavelocidad.
Inicialmentepenséqueestoeraunaespeciededebilitamientodecampo"accidental". La divergencia se deriva de un cambio en la pendiente, y la pendiente de una curva del motor de CC es solo una función de \ $ k_t \ $ y \ $ R \ $. A alta velocidad / baja corriente, \ $ R \ $ no cambiará (baja corriente = bajas temperaturas), pero \ $ k_t \ $ podría cambiar debido a un aumento en la inductancia.
La pendiente experimental se vuelve menos negativa como si se hubiera reducido \ $ k_t \ $ para lograr más velocidad, pero el motor aún mantiene un par de torsión más alto que si \ $ k_t \ $ se hubiera mantenido igual. .
Por ejemplo, con un 70% de aceleración y 10 kRPM, mi modelo predice ~ 20 mN-m de torque, pero el motor "debilitado por el campo" produce 25 mN-m de torque. ¿Qué da ??
- ¿Este BLDC se debilita en el campo? Si es así, ¿por qué no sufre torsión?
- Si esto no es un debilitamiento de campo, ¿qué otra cosa podría hacer que la pendiente de la curva de par-velocidad cambie con la velocidad?
Addendum
Lo que también me confunde acerca de esta divergencia de alta velocidad es que la eficiencia experimental del motor mejora con FW.
Como entiendo FW para PMSM, parte de la corriente del estator (¿Id?) se gasta "combatiendo" el campo de armadura en lugar de generar un par (Iq), por lo que realmente pierde algo de eficiencia.
Sin embargo, la eficiencia experimental de mi motor no cae tan precipitadamente como mi modelo ya que el motor está produciendo más velocidad (en relación con el modelo) al mismo par.
Como mencionó Neil_UK, el ESC puede estar jugando algún tipo de truco con el ángulo de fase en la armadura. ¿Cómo puedo medir el ángulo de fase en la armadura?
Ya estoy midiendo el ángulo de fase total en los terminales del motor a través de mi vatímetro (Φ = acos (∑P / ∑S) en las 3 fases), pero este ángulo de fase incluye el retardo de corriente de la inductancia de aumento de velocidad y la distorsión armónica del cambio ruidoso.
Hipótesis
El par no sufre una región FW accidental porque el motor BLDC continúa consumiendo más en FW, a diferencia de los PMSM que obtienen una potencia "constante" durante el FW (ignorando las ineficiencias). Voy a comprobar los datos ahora!
