Modelarskie silniki bezszczotkowe - zasada działania

[jacek LP]

Tak. W ciągu kilku mniut można, nawet forum nie odnotuje edita . Ja to zrobuiłem po około 1-2 minutach. Pewnie często odświerzasz bo to w ogóle dostrzegłeś. Edit rónież dotyczył OT.

Niemniej jednak Twoja odpowiedź i argumenty jak zwykle polegają na ataku na drugą osobę. Normalnie jak w przedszkolu.

Jeszcze raz napiszę: POSTY SPRZED NIEMAL MIESIĄCA. Chodzi o to że za tymi postami znajduje się 20 kolejnych stron. Zmieniając post gdzieś na początku dyskusji ingeruje w całą treść. Mam nadzieję że jasno wytłumaczyłem...bo trochę to oczywiste.

[hubert_tata]

Faktycznie; sporo poedytowałeś kolego Darek.

Wnioskuję, że właśnie zbliżamy się do rozwiązania sporu.

Lada moment, po odpowiednich edycjach, pojawi się coś w stylu "Właściwie to mówiłem od początku, że to i owo... tylko innymi słowami"

Rozmarzyłem się :wink:

W każdym razie opis zmian przez dopisek "Edit: zmieniłem to i to" byłby mile widziany i niektórzy to stosują.

 

PS

A co do regulaminu:

8. Zabrania się świadomego modyfikowania i edytowania swoich postów, w taki sposób, że zmieniają one sens pierwotnej wypowiedzi, mając na celu wprowadzenie innych użytkowników w błąd.

To zawsze można sprawdzić - moderator widzi wszystkie edity, przynajmniej kiedyś tak było.

[buwi777]

No to jeszcze o PWM.

Jest to częstotliwość próbkowania napięcia wychodzącego z regulatora.

 

Tym stwierdzeniem rozbawiłeś mnie do łez - bez komentarza - dla pozostałych - dajcie sobie spokój z Dareczkiem ( "wapniakiem" ) :rotfl:

 

ps. to regulator co sam reguluje napięcie nie wie jakie ono jest ?? :shock: :crazy: :shock:

[buwi777]

Poczytaj co to PWM http://pl.wikipedia.org/wiki/Modulacja_szeroko%C5%9Bci_impuls%C3%B3w

[bubu2]

Cepelia, kolego, nie opisał sposobu działania regulatora. Nie widzisz, co opisał?

[buwi777]

Poczytaj co to PWM http://pl.wikipedia.org/wiki/Modulacja_szeroko%C5%9Bci_impuls%C3%B3w

 

No to zgadnij, skąd się wziął ten niebieski przebieg na tym rysunku. A potem porównaj to z tym o czym napisałem.

niebieska linia na wykresie to szerokość impulsu jakim kluczuje się tranzystory aby kształt napięcia był zbliżony do sinusoidy.

No i co ? - niebieska linia to kluczowanie tranzystorów a nie napięcie i w powyższym zdaniu jest błąd - kształt PRĄDU był zbliżony do sinusoidy - co na rysunku jest zaznaczone poprawnie jako 'io' ( i zero ).

 

Czy takie coś napisałeś ??

[buwi777]

Pass

[marek1707]

Ojć, sporo mnie ominęło Żeby to nadrobić, musiałem przebić się przez prawie 30 stron zażartej dyskusji. Czytając na spokojnie (choć w niektórych miejscach scyzoryk się otwiera) widzę, że najważniejsze stwierdzenia już padły. Najpełniej podsumował to JM na stronie 25. Zgadzam się z każdym jego zdaniem. Właściwie ten post możnaby umieścić na początku, jako fajne kompendium wiedzy w pigułce. Nie opowiem się tu oficjalnie po żadnej ze stron "AC vs DC", bo jest mi to najzupełniej obojętne jak te nasze silniczki ktoś sobie nazwie. Literatura nazywa je BLDC, każdy wie jak to się tłumaczy i abstrahując od tego czy uważamy to za słuszne czy nie, nikt już tego nie zmieni.

Dużo zamieszania wprowadził swoimi rysunkami Kolega cepelia. Chociaż bardzo ładnie zilustrował działanie falownika i generację prądów sinusoidalnych w indukcyjnościach przy użyciu PWM, to nie jest to niestety sposób działania naszych regulatorów.

 

Kończąc chciałbym tylko zwrócić uwagę na kilka drobnych szczegółów:

 

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..

 

Kurcze, aż się boję nacisnąć "Wyślij".. ale co tam.

 

EDIT: po ponownym przeczytaniu całości kilka zdań uprościłem.

[hubert_tata]

Piękne wyjaśnienie, konkretne, bez odsyłania do szkół i z założenia bezstronne.

[Ładziak]

Jeden gar ci nie pali... Zaiste mocne!

To teraz tak samo zrób z normalnym regulatorem. Odepnij jeden kabelek. Wg twoich teorii powinien pociągnąć.

[marek1707]

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.

[buwi777]

[...]

 

W imieniu WSZYSTKICH - DZIĘKI

ps. nie mogłeś włączyć się wcześniej :twisted:

[Gość Jerzy Markiton]

Serdeczne dzięki Marku !! Właśnie tak "przyciężkawego nudzenia" oczekiwałem.

Mam taką cichą sugestię do moderatorów: może by tak odkleić te 30 stron i przenieść do Hyde Parku (lepiej:archiwum X) a scalić obie obie wypowiedzi Marka i zostawić na górze ?

Pozdrawiam - Jurek

[hubert_tata]

No, to żeby tak szybko temat nie wygasł:

...

Proponuję poczytać co potrafi.

Fachowy, suchy opis.

Na co polecasz zwrócić szczególną uwagę, jeżeli chodzi o zastosowania typowo modelarskie ?

Wszystko to potrafi bez czujników halla?

• Controls 3-phase brushless

DC motors

• High performance digital current loop

• Velocity loop with encoder or

tachometer feedback

• Internal velocity profile generator

• Sinusoidal or 6-step commutation

• Field oriented control

• Hall sensor inputs

• 6-signal PWM output with shootthrough

protection

• Direct analog signal input

• Serial port up to 416 Kbaud

• Quadrature encoder input up to 10

Mcounts/sec

• Serial EEPROM or onboard flash

configuration load

• High speed index input & capture

• SPI (synchronous peripheral interface)

command input

• Emergency stop input

• 10 kHz velocity loop

• 20 kHz commutation and

current loop

• 20 kHz or 40 kHz PWM output rate

• Compact 64-pin thin quad

flat pack (TQFP)

[pied]

No, to żeby tak szybko temat nie wygasł:

 

 

http://www.pmdcorp.com/downloads/MC73110_Motor_Control_Chip_Datasheet.pdf

 

Proponuję poczytać co potrafi.

Troszkę się pozmieniało od czasu speedy...

Miałem się już nie wtrącać, ale chyba muszę...

 

Drogi Wapniaku, jak już zamierzasz umieszczać linki do not katalogowych, może by warto poczytać, co się zamieszcza. Prezentowany kontroler, pomimo wielu interesujących cech, nie nadaje się do sterowania LOTNICZYMI, tzw. sensorless silnikami BLDC.

 

Poniżej zamieszczam linki do noty katalogowej firmy ST, zawierającej opis sterowania silnika BLDC na bazie mikrokontrolera ST7FMC:

SENSORLESS BLDC MOTOR CONTROL AND BEMF SAMPLING METHODS WITH ST7MC AN1946

 

Serdecznie pozdrawiam

 

PS. Jako mały OT, pragnę się dołączyć do kilku opinii, które pojawiły się w temacie oraz na Forum przez ostatnie parę dni. Po pierwsze, poprawianie postów sprzed kilku dni lub więcej i zmienianie ich treści lub wręcz kasowanie jest oznaką absolutnego braku znajomości netykiety oraz regulaminu.

Po drugie, pisanie w ogólnodostępnym temacie, jakobym konfabulował na temat sterowników BLDC jest co najmniej ... , zważywszy, iż kolega Wapniak przez 28 stron tematu wykazał się skrajnym dyletanctwem i jeśli już można pisać, iż ktoś konfabuluje, to właśnie ON.

Po trzecie: Odnosząc się do niestety usuniętego postu (zostały same trzy kropki), to praca kolegi Wapniaka w Ośrodku Badawczo-rozwojowym Urządzeń Sterowania Napędów miała miejsce 25 lat temu, więc jeśli dobrze liczę, to kolega Wapniak miał wtedy 29 lat a ja 3. W tamtych czasach o silnikach BLDC nikt nie słyszał, o mikrokontrolerach zdolnych je wysterować nawet nie śnił a pojęcie akumulatora litowo-polimerowego nie występowało nawet w marzeniach. Tym samym, pisanie o DŁUGOLETNIEJ pracy w tymże ośrodku jest ... kłamstwem a powoływanie się na to, szczytem chamstwa.

[Swift]

Mam taką cichą sugestię do moderatorów: może by tak odkleić te 30 stron i przenieść do Hyde Parku (lepiej:archiwum X) a scalić obie obie wypowiedzi Marka i zostawić na górze ?

Zgodbie z moją wcześniejszą propozycją - popieram i prponuję scalić post (długi ) Jerzego M. i 2 posty Marka.

[hubert_tata]

Jak najbardziej popieram Swifta.

Warto zostawić, skopiować tutaj, jako przyklejone kilka wypowiedzi, a cały ten temacik, już w całości puścić wolno do dalszej dyskusji.

[marcin133]

Proponuję wyedytować pierwszy post zamieszczając w nim wyjaśnienia Jerzego oraz Marka oznaczone jako podsumowanie tematu.

 

Dalsza dyskusja może pozostać bo zawiera odlinkowania do ciekawych artykułów itp. Jeżeli edytowane posty istotnie wpływają na treść dyskusji powinno się je przywrócić do stanu oryginalnego. Myślę że to dobre rozwiązanie - pozwala szybko znaleźć meritum sprawy osobom niezaciekawionym w wertowaniu dziesiątek wpisów. Zresztą jedna ustalona zasada postępowania na przykładzie tego tematu może tyczyć innych - podobnych do tego tematów.

[Ładziak]

Ja nie jestem przekonany, czy zostawiać w przyklejonym temacie tak odważne bzdury. Ktoś wejdzie np. z wyszukiwarki w post wyrwany z kontekstu i uwierzy w 3 fazy, falowniki, wirujące pięści i inne głupoty.

Zostało chyba ustalone, które posty zostają na pewno. Powyższe uzupełniłbym innymi postami zawierającymi ciekawe linki, czy istotne informacje - nawet edytując je ze zbędnej treści, wynikającej z dyskusji.

Resztę do Archiwum X. W ostateczności, ale na prawdę w ostateczności do Hyde Parku - ale w tym wypadku nie należy kastrować dyskusji z najważniejszych postów, tylko je skopiować do nowego tematu.

[Gość Jerzy Markiton]

W mojej wypowiedzi nie ma niczego czego nie ma w wypowiedzi Marka, no może poza emocjami.... Zrobił to zdecydowanie ładniej, profesjonalnie !

Proponuję zostawić tylko wypowiedzi Marka.

- Jurek

P.S. + ew. linkownię.....

i 1 spacja za dużo...