link[URL=http://pfmrc.eu/index.php?/topic/21239- ... nia/page-2
i esencja
- 1. Nasze regulatory nie kształtują w żaden sposób prądu w uzwojeniach. Nie starają się wyprodukowac sinusoidy (prądu) czy czegoś innego w sposób zamierzony - tak robią falowniki - przynajmniej tak chyba się przyjęło nazewnictwo. Nasze sprzęty po prostu podłączają jeden drut silnika do plusa a drugi do masy, trzeci zostawiając "w powietrzu". Z tego powodu jeśli popatrzymy na wykresy prądu w uzwojeniach zobaczymy, że na każdym z nich w ciągu całego okresu jest chwila przerwy a dokładniej dwie. Czyli: przez 120 stopni przez dany "drut" silnika prąd płynie w jedną stronę, 60 stopni ciszy, 120 stopni przepływu w drugą i znów 60 stopni spokoju. Czy to jest tak jak w sieci trójfazowej? Zupełnie nie, choć faktem jest, że trzy takie przebiegi są przesunięte w trzech uzwojeniach o 120 stopni.
2. Nie można udowadniać nieprawdziwości powyższego (o podłączaniu do plusa i masy) poprzez zastosowanie prawa ohma do rezystancji uzwojenia i napięcia akumulatora. Rezystancja uzwojenia silnika jest minimalizowana ze względu na straty (I^2*R) i jest oczywiste, że będzie skrajnie mała. Natomiast za prąd chwilowy odpowiada w zasadzie wyłącznie indukcyjność uzwojenia i czas. Ponieważ regulator musi jakoś kontrolować prąd, stosuje metodę PWM ale jakby "na ślepo". Po prostu w zależności od wychylenia drąga gazu zmienia współczynnik wypełnienia od jakichś kilku procent do 100.
3. Nasz regulator jest elementem pasywnym w stosunku do silnika. On nie narzuca momentów komutacji czyli zmian kierunku prądów, on je wylicza wyłącznie na podstawie tego, co robi silnik. Regulator po prostu załącza prąd do dwóch wyprowadzeń silnika i czeka, aż wirnik podjedzie z magnesem pod biegun. Jeżeli wychylenie drąga jest małe, prąd wstrzykiwany do uzwojenia jest niewielki (niski PWM!) i silnik będzie się kręcił przy danym obciążeniu powoli. Regulator poczeka wtedy po prostu trochę dłużej. Dzięki zmianom PWM regulator jakby oszukuje silnik, że dołączono niższe napięcie. To proste: 30% wypełnienia oznacza, że uzwojenia silnika widzą tylko 1/3 napięcia akumulatora. Jeśli akumulator się wyładuje, płynący prąd także będzie mniejszy i silnik zwolni. Jeśli zwiększymy obciążenie dając większe śmigło, regulator znów będzie musiał czekać dłużej, bo nic nie skompensuje zwiększonego zapotrzebowania na moment na wale. Nasze regulatory niczego same nie kompensują. Nie starają się utrzymywać stałych obrotów, stałej mocy czy czego tam jeszcze. Ślepo podążają za silnikiem.
4. Na co czeka regulator? No to już było tu wielokrotnie powtarzane: na wykrycie pewnego zdarzenia na wolnym, akurat w danej chwili nie podłączonym (ani do masy ani do plusa) wyprowadzeniu silnika. Ponieważ ten trzeci drut nie jest ani niczym sterowany ani obciążony, nie płynie tamtędy prąd i można zmierzyć na nim napięcie bez obaw, że wielka cewka jaką jest uzwojenie nam ten pomiar zakłóci. Będzie to napięcie zaindukowane na tym trzecim, wolnym uzwojeniu przez przejeżdżający w pobliżu magnes wirnika. Gdy zmieni ono znak na przeciwny, mamy chwilę "zero". Ta zmiana znaku jest oczywiście umowna, przy zasilaniu niesymetrycznym (czyli plus i masa) czekamy, aż napięcie na trzecim drucie przejdzie przez połowę zasilania. Z tym właśnie progiem porównują napięcie komparatory w prostszych układach. Teraz następuje najbardziej krytyczny moment pracy regulatora. Na podstawie poprzednich pomiarów wie on, jak szybko kręci się silnik. Musi zatem dokonać kilku obliczeń i jakby przewidzieć przyszłość aby wyznaczyć sobie czas kolejnej komutacji od ostatniej chwili "zero". Właśnie ten algorytm oraz wszelkie jego zabezpieczenia związane np. z brakiem wykrycia tego momentu (zdarza się), wykryciem w dziwnym miejscu (czyżby silnik gwałtownie zwalniał lub przyśpieszał??) świadczą o jakości regulatora. Jeśli tu coś szwankuje lub parametry obliczeń nie pasują do danego silnika i obciążenia (tzw. zły timing), silnik będzie zrywał, szarpał i/lub wpadał w drgania. Od tego "jądra" zależy też ten słynny cogging, czyli zjawisko nierównomierności momentu w zależności od kąta obrotu wału. Tutaj bez szybkiego procesora DSP, który na bieżąco potrafi zamodelować strumienie magnetyczne w stali i wykryć np. nierównomierne rozłożenie magnesów się nie obejdzie. Ale dopóki w naszych regulatorach pracują mikrokontrolery klasy ATmega, mamy ten problem z głowy..
5. Istnieje jednak rozróżnienie między silnikami BLAC i BLDC. Może to niuans ale nie o takie szczegóły już tutaj toczyła się bitwa. W zasadzie ich budowa jest identyczna i na pierwszy rzut oka (laika) nie sposób ich odróżnić - może stąd tyle zamieszania? Pierwsze są specjalnie zaprojektowane do sterowania przebiegami prądu sinusoidalnego. Drugie (to te nasze) mają także trzy uzwojenia, magnesy stałe itd. Ale są zaprojektowane do sterowania przebiegami prądu trapezowego. Piszę prądu, bo rzeczywiście silnika właściwie nie obchodzi jakie napięcie ma na zaciskach. Ważny jest prąd, bo to on generuje pola magetyczne. Różnica jest jedynie (aż?) w kształcie nabiegunników oraz wzajemnym rozłożeniu magnesów i biegunów stojana. Ponieważ takie silniki są również doskonałymi alternatorami, można je właśnie w ten sposób odróżnić. Oscyloskop do dwóch dowolnych wyprowadzeń i kręcimy wałem. Jeśli wychodzi czysta sinusoida, mamy w ręku BLAC. W przypadku naszych modelarskich wychodzi takie odkształcone coś, co może nie jest idealnym trapezem (to byłoby bardzo trudne do zrobienia) ale sinusoidą na pewno też nie. Dlaczego tak? A właśnie dlatego, żeby regulatorom było łatwiej. Konstrukcja BLDC została tak zoptymalizowana, by silnik mógł osiągać maksymalną sprawność przy sterowaniu tym, co zapodaje mu prosty regulator bez kształtowania specjalnego, czyściutkiego sinusa. A przebiegi prądu w poszczególnych fazach przy sterowaniu "prostokątnym" są w tych silnkach właśnie takie: narastanie, stała wartość i opadanie. No taki trapez, jakby..
Modelarz
169 postów
Napisano 21 February 2011 - 15:29
Cieszę się, że zadajesz pytania.
Są to dwa bardzo różne problemy. Najpierw gwiazda-trójkąt, bo w tym temacie jesteśmy już bardziej zaawansowani w dyskusji. Zanim Ci odpowiem, zastanów się jak to może działać w gwieździe. Regulator właśnie dokonał kolejnej komutacji i podłączył koniec jednego uzwojenia silnika do plusa, koniec drugiego do masy a koniec trzeciego zostawił wolny. I na ten wolny koniec zasadził się z komparatorem lub przetwornikiem A/C. Do czego jest podłączony początek tego wolnego uzwojenia? Tak jak pozostałe dwa, do punktu wspólnego, do którego oczywiście nie mamy dostępu. A co w tym punkcie się dzieje? Jeżeli sobie założymy, że konstrukcja silnika jest w miarę symetryczna, to niezależnie od prądu płynącego przez oba "załączone" uzwojenia w punkcie wspólnym będzie zawsze połowa zasilania. Zauważ, że aby to było spełnione, oba końce pracujących aktualnie uzwojeń muszą być tak samo sterowane. Jeżeli regulator ma robić na dodatek PWM, to oba aktualnie aktywne tranzystory (pierwszy ciągnie jeden koniec do plusa a drugi ciagnie drugi koniec do masy) muszą załączać się i wyłączać jednocześnie. Gdy oba są włączone warunek symetrii jest spełniony. Gdy wyłączone - także. Wtedy co prawda prąd płynie przez diody - bo wciąż płynąć musi, przecież to cewka. No i teraz do tego napięcia "środka" (które możemy założyć, że znamy) silnik dodaje napięcie zaindukowane w trzecim uzwojeniu. Wynik tego "dodawania" widzimy na trzecim, wolnym końcu. Jest to oczywiście dodawanie ze znakiem, czyli napięcie możemy dostać trochę mniejsze lub trochę większe od połowy zasilania, to jasne. Regulator wykrywa przejście przez połowę i dalej już z górki.. Dobra, teraz trójkąt. Prawdopodobnie każdy z Was już czuje pismo nosem. Regulator nic nie wie o topologii połączeń silnika, więc w najlepszej wierze znów załącza dwa druty a w trzecim mierzy napięcie. Prąd płynie przez jedno uzwojenie "na skróty" a przez dwa pozostałe trochę "dookoła". Co się dzieje w punkcie połączenia tych dwóch uzwojeń, czyli na tym "trzecim" drucie silnika ? Ano jest tam połowa zasilania (symetria silnika!) plus napięcie zaindukowane przez przejścia magnesów obok biegunów tych dwóch uzwojeń. Ponieważ do jednego z nich magnesy właśnie się zbliżają a od drugiego właśnie się oddalają, napięcie (tzw. back-EMF) ma przeciwne znaki i "odchyla" napięcie środka w jedną lub drugą stronę. Idea jest zachowana a regulator może spokojnie pracować nic nie wiedząc o gwiazdach :) Z jego punktu widzenia silnik po prostu bierze więcej prądu, bo tylko jedno z uzwojeń włączone jest bezpośrednio między plus a masę. Ale jak już wcześniej pisałem nasz regulator nie jest zainteresowany wielkością tego prądu więc dopóki nie robimy mu krzywdy przekraczając parametry graniczne, jest OK.
Teraz start. To od początku była pięta achillesowa sterowania bezczujnikowego. Powodem tego jest fakt, że wielkość napięcia back-EMF zależy wprost od szybkości przelatywania magnesów przed biegunami czyli od prędkości obrotowej silnika. Przy starcie regulator nie ma szans wykrycia chwili "zero", bo silnik prawie stoi w miejscu a napięcia indukowane w "trzecich" uzwojeniach są bliskie zeru. Wszystko zaczyna się od ustalenia położenia wirnika. Wybierana jest "pierwsza z brzegu" pozycja komutacji, odpowiednie tranzystory są załączane (PWM!) i po kilkunastu ms regulator zakłada, że wirnik "podjechał" pod aktywne bieguny stojana. To jest pozycja ustalona, ale normalnie jest przecież inaczej. Podczas biegu silnika regulator stara się wyprzedzać wektor pola wirnika o 90 stopni. Wtedy moment silnika jest przecież największy. To co robi teraz? Przebiega bardzo szybko przez dwie następne pozycje tablicy komutacji i zaczyna na ślepo, ale teraz już powoli rozkręcać wirnik. Ten ruszy tylko w jednym kierunku, bo tylko w jednym kierunku nowo wygenerowane pole go przyciąga. Po każdej komutacji regulator czeka na pojawienie się zdarzenia w kolejnym komparatorze. W praktyce wystarcza 3-6 przełączeń i można załapać back-EMF, tym samym zsynchronizować się z silnikiem. Kierunek jest tu rzeczą wtórną. Jeżeli regulator zawsze ma taką samą sekwencję startową komutacji, silnik będzie zawsze ruszał w tę samą stronę. Jeżeli jest to akurat kierunek "niesłuszny", w niektórych regulatorach można przestawić program na korzystanie z alternatywnej tablicy komutacji i tym samym zmienić kierunek obrotów. W innych - wiadomo, zmieniamy kierunek prądu przez zamianę dwóch z trzech kabelków.
Mam nadzieję, że to przyciężkawe nudzenie jakoś wyjaśnia Twoje problemy. Temat w sumie (dopóki nie zaczniesz tego robić samodzielnie) jest dość prosty ale ja nie umiem napisać tego jaśniej.