Чи є в двигуні постійного струму одна комутаційна точка, яка є оптимальною у всіх відношеннях?

Це нещодавнє запитання змусило мене задуматися про терміни комутації, і чому просуватися в цьому випадку можна бажано. Однак я хотів глибше розглянути основні явища, і я впевнений, що моє розуміння неповне, тому я подумав, що спробую нове запитання.

Поля статора та ротора поєднуються для створення загального обертового поля, а деякі двигуни просувають часові комутації, щоб зменшити комутаційну дугу. Ось ілюстрація з цієї статті про підводні електричні системи :

У розділі, де це відображається, обговорюються генератори, тому стрілка з позначенням "обертання" є назад, якщо ми думаємо про це як про мотор. Якби це був мотор, із витягнутими струмами та полем, ми очікували б, що він повернеться у зворотному напрямку, проти годинникової стрілки.

Оскільки на мітці точки «нова нейтральна площина» ротор не проходить через жодні магнітні силові лінії, індукованої напруги немає, тож якщо тут здійснюється комутація, буде мінімальна дуга.

Але ми, пересуваючи комутаційну точку, принесли в жертву якийсь інший параметр? Ми зменшили крутний момент? Ефективність? Або це оптимальний комутаційний пункт у всіх відношеннях?

Я розумію, що мотор хоче повернути проти годинникової стрілки, оскільки це представляє меншу потенційну енергію, розкручуючи поле і вирівнюючи поля статора і ротора. Це правильно?

Він обертається завдяки силам, що діють навколо його осі обертання. Ці сили створюють крутний момент, який, в свою чергу, створює кутове прискорення ротора.

Але якщо ми перемістимо точку комутації туди, чи не повернули ми поле статора, що призвело до нової нової нейтральної площини? Якщо ми повторимо це коригування, чи збігається воно на оптимальній точці комутації чи ми просто продовжуємо крутити всюди? Чи є цей пункт комутації оптимальним у всіх відношеннях, чи є якісь компроміси?

За визначенням кожного разу, коли ви обертаєте одне з полів, ви маєте нову нейтральну площину. Вся точка комутації в моторі полягає в утриманні нейтральної площини під кутом, де максимальний крутний момент максимальний.

Я завжди чув, що час повинен бути більш просунутим з більшою швидкістю. Але це суто вірно, чи це функція сили обмотки струму / поля, яка, як правило, співвідноситься зі швидкістю у випадку постійного механічного навантаження?

Я думаю, ви змішуєте тут два ефекти. Розглянемо мотор без щіток. Враховуючи струм, що протікає через його обмотки, він осідає в нейтральній площині. У цей момент крутний момент дорівнює нулю (ігноруючи тертя). Тепер почніть повільно обертати його вручну і намічайте крутний момент проти положення. Максимум цього графіка - це точка комутації "оптимальної повільної швидкості". Ви можете отримати дуже близьке наближення цього графіка, використовуючи математичні моделі. Я б не називав це просуванням часу. Залежно від кількості фаз і полюсів він би знаходився під деяким фіксованим кутом від нейтральної площини. У безщітковій системі із замкнутим циклом з датчиком позиції та відсутністю датчиків ефекту Холла ти зазвичай проходиш через послідовність, де ти вводиш струм через обмотки, щоб виявити положення нейтральної площини.

У динамічній ситуації вам потрібно продовжувати обертати поле під вашим контролем, щоб зберегти ту саму фазу проти нерухомих магнітів. Через індуктивність та різні нелінійні ефекти, такі як магнітна насиченістьі температури, час керування потрібно змінювати як функцію швидкості, щоб спробувати підтримувати ту саму фазу між полями. По суті, існує час затримки між часом надання команди і фактичною зміною поля, тому команда задана раніше, "розширена", щоб компенсувати це. У щітковому моторі у вас може бути лише одна фіксація на фіксованій фазі, тому вам потрібно зробити якийсь компроміс, якщо ви плануєте працювати з різною швидкістю. Існують також статичні компроміси в щіткових двигунах, наприклад, розмір щіток та характер увімкнення / вимкнення управління. У деяких ситуаціях ця затримка все-таки незначна.

Чи драйвер BLDC без сенсорів, який виявляє нульові переходи ЕРС для пошуку точки комутації, є прикладом такого двигуна?

Я вважаю, що зворотний нульовий перехід ЕРС недостатній. Вони відображають лише описане вище "статичне" позиціонування. Тому вам слід знати також параметри двигуна, перш ніж ви зможете оптимізувати управління (наприклад, використовувати щось на кшталт управління, орієнтованого на поле )

Ви правильні, що нейтральна точка є номінальною точкою встановленої кисті. Поки ротор обертається, поля фактично не рухаються (сильно), оскільки рух ротора призведе до напруги наступного набору обмоток арматури. Таким чином, польова картинка в «С» буде просто «хитатися», коли проходять різні обмотки арматури.

Для отримання максимального крутного моменту ви хочете, щоб потік арматури і польові потоки були правильно вирівняні і на "повній міцності". (ігноруючи, що крутний момент - це дійсно взаємодія струму і потоку ...)

Зверніть увагу, що існує постійний час, коли струм збільшуватиме обмотку арматури через опір обмотки та індуктивність. Це спричиняє затримку потоку / струму арматури. Якщо ця затримка не буде компенсована, оптимального виробництва крутного моменту не буде досягнуто. Посилення кута комутації є одним із способів вирішення цього питання.

"Правильний" кут випередження залежить від швидкості обертання ротора, постійної часу ланцюга арматури та кількості полюсів арматури. Оскільки константа часу арматури - це фіксований час, для більш високих швидкостей обертання необхідно збільшити кут випередження.

Нейтральна площина не залежить від швидкості, лише струму. Магнітне поле статора (горизонтальне на малюнку вище) та магнітне поле арматури (вертикальне на малюнку вгорі) насправді не "складаються" разом, якщо ви не вважаєте кожне з полів вектором. Якщо так, то ви повинні мати можливість бачити, що нейтральна площина може рухатися навколо, коли обидва поля змінюються один щодо одного (наприклад, якщо магнітне поле статора залишається однаковим і магнітне поле арматури збільшується або зменшується, нейтральна площина рухатиметься). Через це ви можете зрозуміти, чому нейтральна площина залежить від струму, а не швидкості. Струм через статор та / або арматуру (що залежить від навантаження) визначає силу магнітних полів, що в свою чергу визначає розташування нейтральної площини.

Кисті можна змістити, щоб вирівняти їх з нейтральною площиною. Але зважаючи на той факт, що розташування нейтральної площини залежить від навантаження, можливо, не існує ідеального («правильно вирівняного») положення для переміщення кистей, оскільки більшість застосунків не мають єдиної точки навантаження. Це також важливо мати на увазі, якщо ваша програма вимагає обертання в обох напрямках. На мій досвід, більшість дизайнерів двигунів покладаються на поєднання минулого досвіду та експериментів, щоб визначити правильне вирівнювання щітки для даного застосування.