Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель электромобиля – разновидности и принцип работы

Двигатель электромобиля – разновидности и принцип работы

Двигатель электромобиля – разновидности и принцип работы

Экологичные автомобили, будь-то «чистые» электромобили или плагин-гибриды объединяет наличие электродвигателя, в качестве основной движущей силы. Работа современного электрического двигателя основана на принципе электромагнитной индукции, в базе которого лежит выработка электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот. Немалую роль в этом сыграла и возросшая в десятки раз мощность и емкость аккумуляторных батарей, которые выполняют роль топливного бака в современных электрических и гибридных автомобилях.

Электромобиль Nissan Leaf в «разрезе»: батарея с электродвигателем

Тем не менее, нельзя со 100% уверенностью утверждать, что все электродвигатели одинаковы. Многие ошибочно считают электродвигатель довольно простой установкой, однако стоит, к примеру, учитывать тот факт, что в отличии от ДВС, у электрического двигателя практически 90% КПД выделяемой энергии идет на создание крутящего момента. Согласитесь, что подобную мощность необходимо обуздать и уметь с ней обращаться, а для этого нужно знать некоторые нюансы о работе и разновидностях электрических двигателей.

Электродвигатели – особенности эксплуатации и принцип работы

К главным особенностям электрического двигателя относится несколько важных характеристик:

  1. Крутящий момент мотора достигает своего максимума сразу при включении, таким образом, электромобили не требуют наличия характерных для ДВС стартеров и сцеплений.
  2. Работа агрегата на обширном числе оборотов, позволяет электромобилю обходиться без коробки переключения передач. Для изменения стороны вращения двигателя (включение заднего хода) достаточно поменять полярности.

Электродвигатель Nissan Leaf

Однако все понимают, что стартовать на электромобиле со всего потенциала крутящего момента, который гораздо мощнее многих автомобилей с ДВС, никто не будет. По меньшей мере, это небезопасно, и что немаловажно это влечет неэффективный расход заряда батарей. Поэтому традиционно электродвигатели должны отвечать следующим требованиям:

  • иметь безопасное и удобное для эксплуатации строение;
  • обладать гарантией длительной эксплуатации;
  • иметь компактные габариты.

Как уже упоминалось, работа современного электродвигателя основана на давно известном принципе электромагнитной индукции. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и крутящегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, при котором ротор начинает свое движение. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую.

Двигатели для электромобилей – разновидности и классификация

В современных автомобилях с электрической тягой серийного производства наиболее часто используют три типа электрических двигателей.

Асинхронные двигатели. Моторы непостоянного тока, в которых скорость вращения ротора различается с потенциалом напряжения магнитного поля, созданным источником питания. Различают одно, двух и трехфазные агрегаты асинхронного типа.

Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока Tesla Model S

Синхронные двигатели. Электромотор, работающий на переменном токе, с движением ротора полностью симметричным электромагнитному полю. Подобные электродвигатели используют при повышенных мощностях. Различают шаговые и вентильные синхронные электродвигатели. Для первых характерно точное расположение ротора с подачей питания на конкретную обмотку, а чтобы изменить положение ротора, напряжение между обмотками необходимо перенаправить. Для второго типа агрегатов характерно питание от полупроводниковых составляющих.

Синхронный электродвигатель с постоянным магнитом Mitsubishi i-MiEV

Двигатель-колесо. Тип электромотора сила напряжения и крутящий момент которого рассчитан на конкретное колесо. Данный тип электропривода часто используется в плагин-гибридных автомобилях в рабочем тандеме с двигателем внутреннего сгорания. Агрегат может устанавливаться непосредственно в колесо, однако современные электромобили все больше отходят от такого расположения мотора, поскольку это увеличивает удельный вес шасси и снижает управляемость. Более рационально стало использовать двигатель в качестве полноценного привода для вращения колеса.

Что касается регулировок управления электродвигателя, то за преобразование постоянного тока от аккумуляторных батарей в трехфазный переменный – отвечает инвертор.Трансмиссия – выполняющая роль сцепления и коробки передач, зачастую представлена одноступенчатым зубчатым редуктором.Остальные параметры работы электродвигателя регулируют электронная система управления, которая индивидуальна для каждой марки электрокара или гибрида.

Видео как работает электродвигатель и другие механизмы электромобиля на примере Tesla Model S

Хотелось бы подчеркнуть, что представленная классификация и система работы электродвигателей далеко не финальная. Стремительное развитие отрасли эко автомобилей только входит в начальную стадию, поэтому кардинального изменения принципа работы, мощности, строения электромоторов можно ожидать уже в ближайшее время.

Какие электродвигатели используются в гибридных и плагин-гибридных автомобилях

Гибридные автомобили имеют собственную специфику использования электромоторов. Во многом электродвигатель гибрида выполняет роль вспомогательного элемента, повышающего мощность основного двигателя внутреннего сгорания и снижающего уровень потребления топлива.

Электродвигатели используемые в гибридах можно разделить на несколько разновидностей:

  • Встроенная помощь мотору. Электродвигатель который берет на себя часть усилий по созданию крутящего момента при движении.
  • Встроенный генератор стартера. Электродвигатель, который только приводит автомобиль в движение.
  • Старт/стоп двигатель. Электродвигательная система, которая отключает основной ДВС при остановке и мгновенно запускает его при начале движения.

Кроме указанных подвидов классифицируют три типа использования электродвигателя:

  • Параллельной работы. В данном типе электродвигатель питается от батарей, а ДВС от топливного бака. Обе категории двигателей создают крутящий момент для движения автомобиля.
  • Последовательной работы. Заведенный двигатель внутреннего сгорания включает генератор, который или заводит электродвигатель или подзаряжает аккумуляторный блок.
  • Параллельно-последовательной работы. Данный тип гибридного двигателя соединяет электромотор, генератор, ДВС и колеса редуктором.

По большей части в гибридах используется принцип параллельной работы электродвигателя и ДВС. Его применяют также в подключаемых гибридах (плагин-гибридах), в которых по мере истечения заряда аккумуляторных батарей подключается ДВС малой мощности, работа которого в направлена на восполнение заряда АКБ.

Видео работы новой гибридной системы плагин-гибрида Toyota Prius

Преимущества и недостатки использования электродвигателей

Как и любой двигатель, электромотор в электромобиле имеет собственные плюсы и минусы использования. Для понимания данных особенностей электромоторов приведем таблицу:

Будущие перспективы электродвигателя в автомобилях

Говорить о перспективах, при активном использовании электродвигателей в автомобилях, уже не разумно. Сейчас можно говорить только о происходящих и грядущих улучшениях электромоторов.

Сам электродвигатель, это достаточно совершенное устройство, апгрейд которого происходит исключительно в зависимости от потенциала использования. Ближайшие тенденции по улучшению электродвигателя направлены в сторону уменьшения размеров и массы, с сохранением и увеличением производительности.

Гораздо больше работы проводится по улучшению источников энергии для электродвигателя, а точнее аккумуляторных батарей. Их также стараются сделать меньше и легче, увеличивая объем, отдачу энергии, но при этом снижая время на подзарядку. Работа над АКБ устанавливаемых на электромобили, сейчас наиболее приоритетная в отрасли производства электромобилей, гибридных и плагин-гибридных авто.

Типы электроприводов — как их различить? HEV, PHEV, BEV, FCEV — что это значит?

Автор статьи: SkodaKodiaq.club

Типы электроприводов бывают разные — HEV, PHEV, BEV, FCEV, гибриды, гибриды с подключаемым модулем, электрический привод, водородный привод… Вы запутались в этих названиях? Мы объясним, что они означают и на какой тип привода они указывают.

Электромобильность — это очень плохой термин, который, если упрощенно, определяет транспортные средства, приводимые в движение с помощью электродвигателей.

Типы электроприводов

Электроприводы можно разделить на три группы:

  • с аккумуляторным питанием (Battery Electric Vehicle — BEV) ;
  • гибридный (гибрид-плагины) (Hybrid Electric Vehicles — HEV и Plug-in Hybrid Electric Vehicles — PHEV) ;
  • электромобили на топливных элементах (FCEV).

Транспортные средства, работающие на энергии от батарей (BEV), приводятся в движение электродвигателями, а энергия, необходимая для их питания, хранится в соответствующих батареях.

Гибриды (HEV и PHEV) — это транспортные средства, в которых двигатель внутреннего сгорания поддерживается электродвигателем (не обязательно одним). Примером такого автомобиля может стать новая Skoda Superb PHEV (пхев), которая дебютирует в ближайшие месяцы. А в чем разница между HEV и PHEV? У них разные электроприводы, расскажем об этом чуть ниже.

Автомобиль на топливных элементах (FCEV) , как и электрический автомобиль, приводится в действие электродвигателем. Разница заключается в способе накопления и получения энергии. В FCEV батареи заменены на водородные баки. В результате химической реакции в топливных элементах, превращается в электричество и водяной пар. Теоретически это звучит как идеальное решение для вождения автомобиля, но на практике сложность конструкции, высокие производственные затраты и скромная инфраструктура делают поставки с водородом довольно отдаленным будущим.

Читать еще:  Что такое судовой дизельный двигатель

Гибридные автомобили можно разделить на несколько подвидов. В принципе используются два типа электропривода это — первый определяет тип передачи:

Серийный гибрид

Ведущий здесь электродвигатель. Двигатель внутреннего сгорания работает здесь только как генератор и используется для подзарядки аккумулятора (пример: Opel Ampera I поколения). Такой привод двигателя работает особенно хорошо в городе — в условиях постоянной остановки и пуска он характеризуется большей эффективностью, чем двигатель внутреннего сгорания.

Параллельные гибриды

Привод двигателя в основном приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, а электрический двигатель поддерживает его (подключаемый гибрид). На более высоких скоростях он имеет более высокую эффективность, чем серийный гибрид, потому что способен использовать комбинированную мощность двигателей (пример: Honda Insight 1-го поколения).

Смешанные гибриды (последовательно-параллельные)

Они могут переключаться между последовательным или параллельным режимами работы и, таким образом использовать преимущества обоих предыдущих типов гибридного привода: последовательного и параллельного (подключаемый гибрид). Это означает, что транспортным средством можно управлять с помощью электрического двигателя или двигателя внутреннего сгорания, или обоими (пример: Toyota Prius).

Вторая классификация гибридных видов приводов — это та, которая учитывает степень электрификации агрегата:

Микрогибриды

Здесь устанавливают стандартный двигатель внутреннего сгорания, обогащенный системой «старт-стоп» и системой рекуперации энергии с торможением . Система использует эту энергию для перезарядки батареи 12 В и, таким образом, позволяет немного снизить расход топлива и выбросы CO2.

Электропривод автомобиля Mildhybrid (иногда называемый «мягким» гибридом)

Они оснащены двигателем внутреннего сгорания, который является основным источником энергии, передаваемой на колеса. Электродвигатель играет только вспомогательную роль, например, во время ускорения. Такие автомобили оснащены дополнительным аккумулятором повышенной емкости для более эффективного использования энергии торможения. Это дополнительно снижает расход топлива и выбросы углекислого газа.

Гибриды (HEV)

Они могут покрывать определенные растояния только с помощью электропривода. Диапазон использования электродвигателя ограничивает только емкость батарей.

Гибридные плагины (PHEV)

Технически гибридный плагин (плагин гибрид) — это просто мощный гибридный привод двигателя. Различие состоит в том, что в то время как в обычном гибридном устройстве заряд батареи происходит только во время восстановления энергии от торможения (или от работающего двигателя внутреннего сгорания), батарею в плагин гибрид можно заряжать от внешнего источника питания, например, от бытовой розетки. В настоящее время, благодаря достаточно емким батареям, большинство гибридов с штепсельными разъемами способны преодолевать около 50 км только за счет мощности электрического блока. Skoda Superb будет использовать версию PHEV (пхев) для такого типа дисков.

Заметки о трёхфазных BLDC-моторах. Часть 1. Алгоритм блочной коммутации

Введение

Скопилось тут у меня достаточно много моторчиков от старых винчестеров. Выкидывать это добро — жалко, поэтому решено было куда-нибудь их приделать. Ну, до «приделать» мы ещё дойдём, а перво-наперво неплохо было бы разобраться как такие моторы вообще работают и как ими управлять. Написано об этом в общем-то довольно много, но я попробую изложить всю эту теорию несколько по-новому, так сказать под другим углом.

Итак, поехали. Аббревиатура BLDC расшифровывается с буржуинского как brushless direct current (motor) — бесщёточный мотор постоянного тока. По своей сути это обычный трёхфазный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, по крайней мере в том, что касается конструкции самого двигателя. Про общие принципы работы синхронных двигателей можно почитать вот тут.

Если вкратце говорить о конструкции, то тут всё просто, — на статоре двигателя располагаются электромагниты, намотанные тремя проводами (три фазы), на роторе закреплены постоянные магниты. Двигатели с ротором, расположенным внутри статора, называются Inrunner («крутилка» внутри), двигатели с ротором, расположенным вокруг статора, называются Outrunner («крутилка» снаружи). Оба варианта показаны на рисунке слева. Обмотки статора соединяются между собой в звезду или в треугольник. Вот и вся конструкция.

Что же в нём всё таки особенного, чем он всё таки отличается от обычного синхронника и как его запитать постоянным током? Для того, чтобы это понять — с обычного синхронника и начнём, постепенно «переделывая» его в bldc-мотор.

Как питается обычный синхронник

Для начала давайте нарисуем диаграмму подачи напряжений на обмотки обычного синхронного электродвигателя (рисунок справа). Это три синусоиды, которые сдвинуты на 120 0 по фазе. Они, как известно, создают вращающееся магнитное поле, с которым сцепляется и синхронно вращается магнитное поле ротора (ну и, соответственно, сам ротор). Вертикальные оси на рисунке (U, V, W) — напряжение на обмотках относительно нулевого провода трёхфазной сети (тот, к которому подключается общая точка при соединении обмоток звездой), горизонтальные оси (t) — оси времени.

Переделываем обычный синхронник на однополярное питание

А теперь давайте возьмём и сделаем нашу синусоиду дискретной, ну то есть разделим её на кучу участков, на каждом из которых часть синусоиды заменим на среднее для этого участка напряжение(рисунок слева). Что принципиально поменялось? Да ничего! При достаточно большой степени дискретизации двигатель вообще не заметит никакой разницы.

Это как со звуком. Звук ведь сейчас почти повсеместно цифровой, то есть дискретный, однако мало кто может отличить цифровой звук от аналогового. Ну, разве что какие-то особо изощрённые любители «тёплого лампового звука» (и то, это им только так кажется). Или другая аналогия — если бы у телеги колеса были не идеально круглыми, а многогранными с очень большим количеством маленьких граней. Телега бы всё равно отлично ехала, просто колеса бы вращались не совсем равномерно.

С нашим двиглом будет ровно то же самое. Его вращение будет слегка неравномерным, поскольку слегка неравномерным станет модуль вращающего момента, но в целом двигатель как крутился — так и будет крутиться.

А что если мы вместо переменного напряжения будем делать эти дискретные синусоиды от источника постоянного напряжения? Да без разницы, абсолютно. Мы можем за нулевой потенциал принять любой уровень напряжения. Тем более в идеальном случае (обмотки абсолютно одинаковые) ток через нулевой провод, подключенный к общей точке звезды, равен нулю (а у треугольника и вовсе нет никакой общей точки). Так что ничего такого особенного для нас в потенциале общей точки звезды нет.

Как сделать цифровые синусоиды

Ну вот мы и пришли к тому, что наш обычный синхронный двигатель может работать от постоянного напряжения. Всё, что нам теперь нужно — это каким-то образом извернуться и сделать цифровые синусоиды. Да легко. Берём на каждую фазу по два ключа и шинкуем этими ключами импульсы, скважность которых изменяется по синусоидальному закону (ну то есть применяем ШИМ-модуляцию). Тогда среднее за время импульса напряжение тоже будет изменяться по синусоидальному закону. Схема показана на рисунке справа.

От синусоид к блочной коммутации

А теперь поиздеваемся над нашими синусоидами ещё немного, — аппроксимируем исходные синусоиды не множеством маленьких прямоугольных импульсов, а только шестью, как это показано на рисунке справа.

Если проводить аналогию с телегой, то мы, можно сказать, заменили идеально круглое колесо не многоугольником, а конкретно шестиугольником. Поедет наша телега с шестиугольными колёсами? Да она и с квадратными поедет, и с треугольными, весь вопрос в том, насколько лошадь сильная. Ну и, естественно, чем меньше углов — тем сильнее нашу телегу будет трясти. Я, кстати, попозже покажу как сделать так, чтобы телегу с треугольными колёсами трясло поменьше. Но… вернёмся к нашим моторам.

У нас всё аналогично, чем меньшим количеством отрезков мы аппроксимируем синусоиду — тем более неравномерным будет вращение ротора, однако, вращение всё равно будет, никуда не денется.

Первый интервал у нас на картинке получился разорванным, так что давайте эту картинку перерисуем в более удобоваримом виде, сдвинув фазу таким образом, чтобы все интервалы получились сплошными. У нас все сигналы периодические, поэтому без разницы, какую точку принять за начало отсчёта и с какого интервала начинать нумерацию, главное чтобы порядок следования этих интервалов остался правильным. Заодно, кстати, и нулевой потенциал на рисунке сдвинем таким образом, чтобы он соответствовал минусу источника питания (мы же собираемся от источника постоянного напряжения всё это запитывать). После проделанных манипуляций получим картинку слева. Видно, что теперь нам для управления нужно всего три уровня (синие, жёлтые и красные участки), один из которых — это минус источника питания (синие участки).

Читать еще:  Что такое реверс электрического двигателя

А что делать, если у нас нет ШИМа? Как тогда сформировать жёлтые участки? Да никак. Выкинем их и всё. Тут как бы придётся сделать ещё одно допущение. Если вернуться к реальным синусоидам, то в момент пересечения этими синусоидами нуля (имеется ввиду ноль относительно нулевого провода звезды, а не относительно источника постоянного напряжения) потребляемая соответствующими обмотками от источника питания мощность равна нулю (напряжение между двумя концами обмотки — ноль, значит и потребляемая мощность — ноль). То есть источник питания в этот момент как бы можно и отключить, и ничего не изменится.

Теперь вернёмся к нашим «шестиугольным колёсам». Жёлтые участки на нашей последней картинке как раз аппроксимируют те участки реальных синусоид, которые пересекают ноль (относительно нулевого провода). То есть на этих участках средняя потребляемая мощность тоже как бы должна быть равна нулю. И поэтому источник питания тоже как бы можно отключить и всё будет работать, а мы получим классический алгоритм управления обмотками BLDC-моторов. Этот алгоритм называется блочной коммутацией и именно моторы с таким алгоритмом управления называются BLDC.

Что нам этот алгоритм даёт? Очень просто. Теперь нам не нужно никаких ШИМ-ов, нужно только по 2 раза за цикл переключить каждый из наших шести ключей, вот и всё. Картинка этих переключений показана на рисунке справа. Обратная ЭДС у нас, кстати, теперь будет трапециевидная, а совсем не синусоидная, ну да про это мы ещё поговорим.

Частота вращения ротора, понятное дело, как и для любого синхронника, определяется частотой циклов подачи управляющих напряжений (раньше у нас это была просто частота синусоид, но теперь так уже не скажешь, синусоид-то как бы больше нет), делённой на количество пар полюсов ротора.

Собственно говоря, можно было и сразу последнюю картинку нарисовать и сказать — смотрите, моторы вот с такими управляющими напряжениями на обмотках называются BLDC. Но тогда было бы непонятно, откуда это всё взялось. А теперь, надеюсь, видно, что алгоритм рождён не с потолка, а получился в результате ряда аппроксимаций обычных синусоид, питающих обычные синхронники. А раз так, то возврат к любому предыдущему уровню аппроксимации для BLDC-мотора вполне возможен, ничего принципиально не мешает нам запитывать его, например, от трёх синусоид или от трёх цифровых синусоид.

Почему у бесщеточных двигателей есть рейтинг kv?

Мне интересно, почему бесщеточные двигатели, такие как те, которые используются для квадротронов, имеют рейтинг kv, что, предположительно, означает число оборотов на одно напряжение на двигателе. Таким образом, двигатель 2300 kv вращается со скоростью 2300 об /мин, если к нему применено «1 вольт».

Часть в скобках не имеет для меня смысла. ESC генерирует трехфазный переменный ток. И из того, что я понимаю, частота волны переменного тока полностью определяет скорость двигателя, а амплитуда (пиковое напряжение минус пробивное напряжение) формы волны более или менее постоянна. Для меня это похоже на то, что напряжение действительно не имеет никакого отношения к определению скорости бесщеточного двигателя.

7 ответов

Моментный выход электродвигателя прямо пропорционален току двигателя (не напряжение!), а ток (I) примерно равен

Где V — напряжение питания двигателя, R — сопротивление обмотки, а Îμ — обратная электродвижущая сила (обратная ЭДС).

KV и обратная EMF

Задняя ЭДС — это напряжение, которое будет присутствовать на клеммах двигателя, поскольку двигатель вращается без каких-либо подключений к нему. Это напряжение создается двигателем, действующим как генератор переменного тока, если вы это сделаете, и оно прямо пропорционально скорости вращения. Оценка KV — не что иное, как другой способ изложить соотношение между скоростью вращения и обратной EMF (KV â RPM /Îμ). Он ограничивает максимальную скорость двигателя при любом заданном напряжении батареи, потому что при некоторой KV-зависимой скорости обратная ЭДС будет «отменить» напряжение батареи. Это предотвращает протекание тока от двигателя и, таким образом, снижает крутящий момент до нуля.

Когда вы впервые включите двигатель, скорость будет равна нулю. Это означает, что обратная ЭДС также равна нулю, поэтому единственными факторами, ограничивающими ток двигателя, являются сопротивление обмотки и напряжение питания. Если контроллер двигателя (ESC) должен был вывести полное напряжение батареи на двигатель при низких скоростях, двигатель и /или ESC просто расплавились бы.

Напряжение, частота, дроссель и скорость

В схемах управления бесщеточным двигателем с замкнутым контуром скорость двигателя (с которой зависит выходная частота) не контролируется напрямую. Дроссель вместо этого управляет выходным напряжением, и ESC непрерывно регулирует выходную частоту в ответ на фазовый сдвиг между углом поворота ротора и формой возбуждения. Фаза обратной ЭДС сообщает бессенсорным ESCs непосредственно текущему углу ротора, в то время как сенсорные ESC используют датчики эффекта Холла для той же цели.

Ведение дел наоборот (установка частоты непосредственно и управление напряжением в ответ на измеренный сдвиг фазы) станет тонким балансирующим действием:

Установка слишком низкого напряжения может привести к слишком малым токам, ограничивающим крутящий момент. Если крутящий момент падает, но нагрузка остается постоянной, двигатель должен замедляться, что приводит к немедленной потере синхронизации.

Слишком большое напряжение может привести к чрезмерному протеканию тока, истощению энергии и неоправданному нагреву двигателя и ESC.

Таким образом, оптимальная точка эффективности нестабильна с контролем частоты. Контур управления может поддерживать его закрытие, но если ESC не может достаточно быстро реагировать на потерю нагрузки, то произойдет переход от синхронизации. Это неверно для управления «первым напряжением», когда переходный процесс нагрузки просто вызывает мгновенное снижение скорости без каких-либо негативных последствий.

ESC, используемые в вертолетах с коллективным шагом, часто имеют функцию «регулятора», которая поддерживает фиксированную скорость двигателя, пропорциональную настройке дроссельной заслонки. Даже эти ESC не фактически управляют частотой напрямую, вместо этого реализуя ПИД-регулятор, который устанавливает напряжение в ответ на разницу между желаемой и фактической частотой.

Время синхронизации ESC

Настройка синхронизации двигателя ESCs регулирует заданное значение этого механически-электрического фазового сдвига: высокая синхронизация означает, что выход ESC выводит измеренное положение ротора, например. 25 градусов, а при низком временном сдвиге этот фазовый сдвиг поддерживается намного ближе к нулю. Высокая установка времени дает больше мощности менее эффективно.

Крутящий момент

Нормальные RC ESC не могут выполнять постоянный контроль крутящего момента или ограничение крутящего момента, так как они не имеют схемы измерения тока в качестве меры экономии и экономии веса. Выход вращающего момента никоим образом не регулируется; двигатель просто производит столько крутящего момента (и потребляет пропорционально столько же тока), сколько требует нагрузка при заданной скорости. Чтобы предотвратить быстрые удары дроссельной заслонки от перегрузки ESC, аккумулятора и /или двигателя (поскольку преодоление инерции создает потенциально неограниченный крутящий момент), ESC обычно имеют ограничения наускорение и напряжение на заданной частоте.

Торможение

Если двигатель продолжает вращаться по внешним средствам, пока напряжение уменьшается, в конечном итоге задняя ЭДС будет больше, чем уровень, который ESC пытается проехать. Это вызывает ток negative и тормозит двигатель. Произведенное таким образом электричество либо рассеивается в моторных катушках, либо подается обратно в источник питания /аккумулятор, в зависимости от используемого режима PWM .

Почему у бесщеточных двигателей есть рейтинг kv?

«kv Rating» не имеет ничего общего с ожидаемым моментом, текущим, мощностью, тягой, подъемом или перетаскиванием

  • Исключением является относительный крутящий момент, который может изменяться с количеством магнитов и количеством обмоток статора на оборот, так как шестерни могут быть изменены. Таким образом, в некотором смысле, двигатели того же размера с относительно большими значениями kv сделаны для большей скорости и меньшего подъема.
Читать еще:  Что такое бустер для двигателя

Он основан на количестве магнитов, числе обмоток статора на оборот, количестве фаз на полюс и не имеет указаний на мощность.

Это чисто скорость вращения, которая генерирует обратное электромагнитное напряжение в соответствии с приложенным напряжением. Это соотношение происходит только при отсутствии нагрузки, а сопротивление уменьшает это отношение до 10% с увеличением к номинальному напряжению в зависимости от присущих потерь. (например, вихревой ток, трение, как правило, малый по сравнению с потребляемой мощностью. Изменение рисунка статора обмотки или изменение количества магнитов изменит количество RPM-коэффициента на один вольт для того же материала, который используется как передаточное число на велосипеде.

Примеры расчетов с различными магнитами. Определение вращения поля.

    суммарные магниты /2 = коэффициент вращения поля

Коэффициент поворота поля * кВ = магнитный цикл /V

Итак, с 14 магнитами коэффициент поворота поля = 7, таким образом, вращение поля = 7609 циклов /v

  • 14 магнит — 2200 * 7 = 154000 циклов /V
  • 10 магнит — 2200 * 5 = 11000 циклов /V
  • 8 магнит — 2200 * 4 = 8800 циклов /V

Мощность — это функция тока и нагрузки , с номинальной нагрузкой или нелинейной нагрузкой аэродинамической опоры. или инкрементной линейной нагрузкой в терминах gm /W или gm /A , где gm — опорная тяга.

Фоновая миниатюра по теории (над упрощенной)

  • Он основан на законах физики, определенных Максвелом и более подробно Хевисайдом, и Лоренцем, который доказал, что эта Сила на заряде q является произведением суммы поля E и скорости поля B.

Итак, векторные уравнения говорят. F = Q (Е + VXB)

сила Лоренца , F, действующая на частицу электрического заряда q с мгновенной скоростью v из-за внешнего электрического поля E и магнитного поля B. Эта сила — это то, что мы называем Электромагнитной Силой и соответствует обратной ЭДС без нагрузки.

Угловая скорость на вольт является более сложной с количеством полюсов статора и полюсов ротора, дающих коэффициент пропорциональности, и коммутация тока двигателя автоматически меняется на обратное просто достаточное количество секунд дуги после нулевого магнитного поля, чтобы обеспечить нет мертвой остановки. (ошибка проектирования /процесса)

Таким образом, скорость магнитного заряда пропорциональна напряженности поля, которая обусловлена ​​напряжением, а также называется напряженностью поля обратной ЭДС

Рейтинг KV относится к максимальному RPM /вольт, который может быть достигнут с помощью двигателя, поэтому двигатель мощностью 2300 KV на 1 В будет работать со скоростью до 2300 RPM, независимо от частоты. Чем ниже напряжение, тем ниже максимальный крутящий момент, который может произвести двигатель. Если бы вы увеличили частоту и попытались запустить ее с более высокой скоростью, у двигателя не было бы достаточного крутящего момента, чтобы преодолеть трение на этой скорости и остановке.

ESC генерирует 3-фазный переменный ток. И из того, что я понимаю частота сигнала переменного тока полностью определяет скорость двигателя и амплитуда (пиковое напряжение минус пробивное напряжение) формы волны более или менее постоянными. Мне кажется, что на самом деле напряжение не имеет никакого отношения к определению скорости бесщеточного двигателя.

Извините, но это все неправильно. Двигателями, используемыми в квадроциклах, являются бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC), которые эквивалентны мостовому двигателю постоянного тока, но с электронной коммутацией.

Скорость двигателя определяется напряжением («назад-emf»), который двигатель генерирует по мере его вращения, not частоту коммутации (которая должна следовать на этапе блокировки с вращением двигателя или не будет вращаться). Двигатели BLDC имеют постоянные магниты, поэтому задняя эдс прямо пропорциональна об /мин. Back-emf равно приложенному напряжению минус падение напряжения по сопротивлению обмотки и индуктивности, и двигатель будет ускоряться или замедляться по мере того, как он потребляет ток, необходимый для создания крутящего момента, поглощаемого нагрузкой — точно так же, как двигатель с мотором постоянного тока.

ESC управляет скоростью двигателя, изменяя приложенное к нему напряжение. Обычно это выполняется с помощью PWM, поэтому максимальное напряжение всегда равно напряжению батареи, но напряжение среднее (которое реагирует двигатель) изменяется в соответствии с коэффициентом включения /выключения PWM. ESC генерирует любую частоту коммутации, которую требует двигатель, аналогично тому, как якорь в щетковом двигателе вызывает коммутацию на требуемой частоте.

Таким образом, приложенное напряжение имеет все для скорости двигателя. Вот почему эти двигатели имеют рейтинг Kv — это важный параметр для определения того, какие частоты вращения могут быть достигнуты с определенным напряжением. Поскольку мощность, поглощаемая пропеллером, пропорциональна третьей степени оборотов в минуту и ​​4-й степени диаметра опоры, Kv является критическим параметром при согласовании компонентов квадроцикла.

Указанное значение Kv должно быть теоретическим числом оборотов в минуту при 1 В, когда двигатель не проводит никакого тока. Однако он обычно рассчитывается путем простого деления измеренных оборотов без нагрузки приложенным напряжением, что дает немного более низкое (неправильное) значение. И так же, как скорость щеткой двигателя может быть увеличена путем продвижения кистей, поэтому бесщеточный ESC может увеличить эффективный Kv двигателя BLDC, продвигая время коммутации. Добавьте в производственные допуски и плохой контроль качества, и для обычных двигателей не обязательно иметь фактический Kv на 20% выше или ниже его спецификации.

Двигатели, предназначенные для других целей, часто не имеют рейтинга Kv, потому что это не считается столь важным. Тем не менее, как правило, обеспечивается номинальная частота холостого хода при номинальном напряжении, из которого может быть получен Kv. Также может быть указана постоянная момента вращения двигателя (Kt). Kv является обратным к Kt.

Для машины BLDC есть две ключевые константы

$ K_t $ с единицами Nm /A

$ K_e $ с единицами V / $ omega $ (пиковое линейное напряжение)

Для идеальной машины BLDC $ K_t equiv K_e $, но из-за специфики того, где эти две константы определены ( $ K_e $ как открытое напряжение & $ K_t $, являющееся производством крутящего момента при номинальный ток) $ K_t $ имеет тенденцию быть ниже из-за насыщения статора

Что это значит для двигателей BLDC для квадротронов и усилителей? $ K_v $

Ну $ K_v $ является просто обратной величиной $ K_e $ ONCE, преобразованной в rpm.

Поскольку квадроторы и такие RC-устройства, как правило, ограничены напряжением питания, эта постоянная частота вращения укажет вам скорость вращения ротора, которая может быть достигнута (разгружена) для данной батареи. Аналогичным образом вы можете оценить крутящий момент, который может быть получен из-за взаимосвязи между этими константами.

Роль ESC заключается в том, чтобы поддерживать поток статора на 90 градусов относительно потока ротора. Это делается с использованием датчика положения, такого как элемент зала, или с помощью обратного электромагнитного датчика — бессенсорного управления.
Кроме того, ESC может вывести синусоидальный трехфазный выход, так называемый FOC (полевое управление) или квадратное напряжение, где одновременно подключены только две катушки, а третий — плавающий.
Дело не в том, что ротор следит за полем статора, а наоборот — это статор, который следует за положением ротора. При FOC амплитуда напряжения вектора статора постоянна и вращается относительно положения ротора. Напряжение должно быть выше, чем обратное генерируемое ЭДС напряжение, чтобы вращать двигатель. Здесь роль Kv играет роль.

Не знаю, почему это пропущено в этом контексте.

Он должен быть V /krpm. или вольт /1000 оборотов в минуту. Я мог бы понять короткую руку V /k, но kv — киловольт.
Возможно, вольт между ногами на двигателе или ноге и нейтральной может быть неоднозначным, но соглашение находится между двумя ногами отводов двигателя. Я предполагаю, что это потому, что легче, если нейтральный провод не существует.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector