Купить справочник
Сообщения без ответов
Активные темы
Текущее время: 21 апр 2019, 04:36


Автор Сообщение
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 02:52
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Здравствуйте, уважаемые форумчане!
Я хочу поделиться своей не закончившейся историей о перемотке бесколлекторных BLDC двигателей для квадрокоптеров на совмещённые обмотки.
Да, вы всё правильно поняли, я не ошибся, я пытаюсь намотать совмещённые обмотки на мелкие двигатели с постоянными магнитами, а не на привычные тут всем асинхронники.
Achtung!!!
Чукча - не обмотчик, не электротехник, не инженер-системотехник, а просто программист по своей специальности (прикладная математика и информатика) и любитель всяких полезных железяк.
Все знания, кроме написания программ для компьютера, чукча приобрёл или в средних школах, или в интернетах, а не в ВУЗе или на своей основной работе.
В данном тексте люди, профессионально занимающиеся своим делом, увидят чудовищные для себя вещи.
Вы увидите "хирурга", который делает операцию без перчаток грязными руками.
Вы увидите "плотника", который стамеской вытаскивает гвозди из дерева.
Вы увидите "метролога", который измеряет расстояние своими шагами.
Не готовы к этому? Тогда призываю собрать свою волю в кулак и подготовиться.
Готовы? Тогда поехали!

Псевдотеоретическое введение.
В качестве отправной точки практически-теоретических странствий по BLDC-двигателю, который я решил перемотать, я взял сайт http://www.bavaria-direct.co.za/scheme/common/. Там всё изложено очень кратко и очень просто. Рассматривать и модернизировать будем схему dLRK 12N14P, как это называется в англоязычной литературе (у нас, насколько я понимаю, это переводится как 2p=14, z=12).
Вложение:
dlrk.png
dlrk.png [ 332.69 Кб | Просмотров: 701 ]

У двигателя 12 пазов/катушек и 14 магнитов. Это схема типа "треугольник", где на каждую фазу приходится по 4 катушки на статоре. Когда через фазу AB течёт наибольший ток, то две катушки 1 и 2, стоящие рядом, становятся электромагнитами, создающими магнитное поле противоположной направленности, на противоположной стороне статора также есть две катушки 7 и 8 и они тоже создают магнитное поле противоположной направленности относительно друг друга. Магниты на роторе видят потенциальную яму и, попутно совершая полезную работу, устремляются в неё забыв обо всём на свете. Когда ток на фазе AB уменьшается, а на фазе BC увеличивается, сильнейшими электромагнитами на статоре становится уже другая четвёрка катушек - 3, 4, 9, 10. Соседние магниты в свою очередь видят потенциальную яму и подтягиваются к новым чемпионам по магнитному полю, утаскивая за собой другие магниты. И так далее, снова и снова, меняя максимум магнитного поля на статоре, мы заставляем двигаться ротор в нужном нам направлении.
Что же и как тут можно перемотать на совмещённые обмотки?

Псевдотеория.
Давайте для каждого паза на статоре напишем некоторое значение, которое показывает разницу "фаз магнитного поля" (не знаю, есть ли такое понятие, поэтому беру в кавычки) катушек, которые паз составляют. Для катушек 1-2 этот сдвиг по фазе будет составлять 180 градусов. Для катушек 2-3 этот сдвиг будет составлять 120 градусов. Для катушек 3-4 - 180 градусов. Для катушек 4-5 - 120 градусов и т. д. То есть на всём статоре у нас наблюдается чередование 180-120-180-120.
Вложение:
dlrk-180-120.png
dlrk-180-120.png [ 153.23 Кб | Просмотров: 701 ]

А что если этот сдвиг усреднить и сделать одинаковым для всех пазов? То есть сделать так, чтобы сдвиг был 150-150-150 и так далее. Это можно сделать? Да, это можно сделать, намотав на статор звезду параллельно с треугольником. На нечётные катушки нужно наматывать основную обмотку, на чётные - совмещённую, ну и соединить выводы так, чтобы везде оказывался фазовый сдвиг в 150 электрических градусов.
Вложение:
slavyanka-150-150.png
slavyanka-150-150.png [ 61.52 Кб | Просмотров: 701 ]

Я сделал анимированную схему, которая схематично показывает намагниченность катушек статора и движение магнитов ротора относительно статора за один электрический период в намотанном мной двигателе: https://drive.google.com/open?id=1zlmCKoJZoOk28zcAWoD9yAT6kLb5n188. Надеюсь, эта схема отражает действительность.
Даст ли это какой-то положительный эффект в плане энергоэффективности - не имею никакого понятия, но, по крайней мере, двигатель должен более плавно работать, т. к. частота смены максимумов на статоре увеличивается в этом случае в 2 раза, а обороты двигателя при этом не меняются.


Последний раз редактировалось Сергей Шаловливый 01 фев 2019, 20:16, всего редактировалось 3 раз(а).


Cпасибо сказано
xaker65
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 11:16
Аватара пользователя
Гуру

Зарегистрирован: 26 сен 2012, 07:47
Сообщения: 440
Откуда: Литва
Cпасибо сказано: 151
Спасибо получено:
147 раз в 127 сообщениях

Не в сети
Ещё один маляр :hyhyhy: , ну недумаю что так уж трудно такой движок найдти и переделать самому. Здесь не кружок по вышивке в крестики, чтобы под какова то, каждую маляву кидатса делать.


Cпасибо сказано
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 12:25
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Практика.
Ваш преданный слуга перемотал два двигателя для квадрокоптера в соответствии с этой схемой и попытался их протестировать с помощью "стенда", собранного на коленке из всякой китайщины.
Вложение:
fabric-triangle-combined.jpg
fabric-triangle-combined.jpg [ 94.98 Кб | Просмотров: 246 ]

Двигатель №1 не перематывался, а тестировался с заводской обмоткой. В заводской обмотке двигателя на каждую катушку приходится 7-10 витков, т.е. примерно 28-40 витков на каждую фазу обмотки. Провод многожильный, сколько, какого там было провода было не разобрать.
Двигатель №2 перемотан по стандартной схеме "треугольник" (dLRK) проводом 0.8 мм по два витка на каждую катушку в две параллели. На каждую фазу приходится по 8 витков (по 2 витка на 4 катушки).
Двигатель №3 перемотан на совмещённые обмотки. Основная обмотка намотана проводом 0.8 мм по 4 витка на каждую катушку в одну параллель. На каждую фазу основной обмотки приходится по 8 витков (по 4 витка на 2 катушки). Совмещённая обмотка намотана проводом 0.6 мм по 7 витков на каждую катушку в одну параллель. На каждую фазу совмещённой обмотки приходится по 14 витков (по 7 витков на 2 катушки).
"Стенд" для тестирования был собран из:
1) блока питания 12 вольт на 10 ампер - надо же чем-то питать двигатель.
2) датчика тока на 20 ампер - надо же чем-то измерить энергетические характеристики двигателя.
3) регулятора оборотов двигателя на 30 ампер - надо же как-то дать двигателю три фазы.
4) платы Arduino Pro Mini (микроконтроллер ATMega 328) - надо же как-то управлять регулятором оборотов двигателя и отправлять данные с датчика в компьютер.
5) преобразователя USB-UART для связи с компьютером - надо же как-то связать плату без USB-входа и компьютер.
6) компьютера - надо же куда-то принимать данные с АЦП и на чём-то строить графики.
7) самописной программы, дающей команду на тестирование и принимающей показания АЦП микроконтроллера с датчика тока - надо же как-то общаться с ардуиной по нестандартному протоколу.
8) ну и самого тестируемого двигателя - надо же что-то тестировать.
Вложение:
stend.jpg
stend.jpg [ 368.38 Кб | Просмотров: 658 ]

Для опроса передачи значений с датчика тока в компьютер я написал небольшую программу для Arduino, а для компьютера - приёмный "терминал", который даёт команду на тестирование и принимает данные с АЦП.
Вложение:
arduino-sketch-stend-program.png
arduino-sketch-stend-program.png [ 85.2 Кб | Просмотров: 658 ]


Последний раз редактировалось Сергей Шаловливый 20 янв 2019, 14:41, всего редактировалось 4 раз(а).


Cпасибо сказано
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 13:09
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Каждый двигатель по одному разу был запущен и были получены сырые данные с АЦП контроллера, которые перешли потом в Excel и по ним были построены графики, которые вы можете наблюдать.
Здесь меня поджидала неожиданность - я ожидал получить пологие графики, а получил какие-то пилообразные, где ток скачет от 0 ампер до каких-то пиков. Видимо, регулятор оборотов питает двигатель импульсами с переменной частотой - знающим людям легче будет понять и объяснить почему так.
Наименьшие пики потребления тока наблюдались у двигателя с заводской обмоткой.
Вложение:
amperage-fabric.png
amperage-fabric.png [ 78.85 Кб | Просмотров: 649 ]

У двигателя с перемотанным мной по схеме dLRK наблюдались пики потребления, которые не влезли в максимум датчика 20 ампер (по всей видимости). Наверное, 2 витка на катушку - маловато.
Вложение:
amperage-triangle.png
amperage-triangle.png [ 60.97 Кб | Просмотров: 649 ]

У двигателя с совмещёнными обмотками пики потребления тоже были большими, но они влезли в максимум датчика тока 20 ампер.
Вложение:
amperage-slavyanka.png
amperage-slavyanka.png [ 62.68 Кб | Просмотров: 649 ]


Самым плавным на ощупь и тихим на слух оказался двигатель с заводской обмоткой.
Самым беспокойным и громким - перемотанный мной двигатель по схеме dLRK.
Двигатель с совмещёнными обмотками занял среднее положение между заводским треугольником и перемотанным треугольником по громкости и вибрации.
Должен отметить, что существует величайшая вероятность замыкания обмоток на статор, так как чтобы намотать провод на статор, я использовал плоскогубцы и всю свою дурь. Как это делать иначе с таким маленьким статором и с таким проводом (0.8 мм) - фиг его знает, но больше я таким проводом мотать не буду.

Из всего, что я сделал, я могу сделать пока только один вывод: совмещённую обмотку можно намотать на некоторые BLDC-двигатели и она будет крутиться, но насколько эффективнее она будет, чем традиционная обмотка - это ещё вопрос.
Кстати, приятно видеть, что совмещённая обмотка для BLDC уже запатентована (патент №113090 Машина синхронная вращающаяся с совмещённой обмоткой). С каждым днём всё крепче убеждаюсь в опыте и прозорливости команды Дмитрия Александровича.

Я намерен намотать ещё два двигателя с "треугольной обмоткой" и два двигателя с совмещённой обмоткой проводом 0.3 и 0.4 мм с в 4 раза большим количеством витков и протестировать их своим чудо-стендом, чтобы получить больше данных для размышлений.

Не стесняйтесь поправлять меня в терминах - я в перемотке и тестировании двигателей ничего не понимаю.
Не стесняйтесь предлагать что-то, что повысит качество и объективность измерений, которые я пытаюсь провести - я в схемотехнике понимаю только на уровне "подключить датчики к Arduino, помигать светодиодом".
Не стесняйтесь обращаться ко мне с вопросами - хотя, я не знаю, если честно, чем может помочь любитель профессионалу.


Последний раз редактировалось Сергей Шаловливый 17 фев 2019, 14:03, всего редактировалось 1 раз.


Cпасибо сказано
Novosib
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 15:03
Гуру

Зарегистрирован: 25 май 2014, 20:17
Сообщения: 1130
Cпасибо сказано: 121
Спасибо получено:
411 раз в 285 сообщениях

Не в сети
Сергей, "любитель" это временно, стоит только начать, потом засасывает. С блока питания какое по форме и частоте напряжение?


Cпасибо сказано
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 15:12
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Блок питания брал тут: http://roboshop.spb.ru/power/AC-DC-12V-100A
Про форму и частоту ничего не могу сказать, к сожалению, нечем померять кроме мультиметра. Мультиметр показывал стабильные 12 вольт, если ничего не подключено


Cпасибо сказано
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 15:34
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Если возник вопрос про форму и частоту напряжения с блока питания, имеет ли смысл проводить эксперимент с литий-полимерной батареей на 12 Вольт вместо блока питания?


Cпасибо сказано
Novosib
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 16 янв 2019, 18:24
Гуру

Зарегистрирован: 25 май 2014, 20:17
Сообщения: 1130
Cпасибо сказано: 121
Спасибо получено:
411 раз в 285 сообщениях

Не в сети
Да нет наверное, ваш блок должен выдавать постоянку с разве что не большим искажением сигнала. Ребра на графике выдает двигатель.


Cпасибо сказано
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 17 янв 2019, 03:21
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Намотал двигатель с совмещённой обмоткой.
Основная обмотка проводом 0.4 мм по 16 витков на катушку в одну параллель. На фазу основной обмотки 32 витка.
Совмещённая обмотка проводом 0.3 мм по 28 витков на катушку в одну параллель. На фазу совмещённой обмотки 56 витков.
Вложение:
slavyanka-0.4-16-0.3-28-1.jpg
slavyanka-0.4-16-0.3-28-1.jpg [ 77.9 Кб | Просмотров: 563 ]

Ток ниже, чем у заводской обмотки - возможно взял провод тоньше и намотал больше витков, чем мотают на заводе.
Вложение:
slavyanka-0.4-16-0.3-28-1-test.png
slavyanka-0.4-16-0.3-28-1-test.png [ 47.17 Кб | Просмотров: 563 ]

Следующий двигатель буду мотать треугольником dLRK.


Последний раз редактировалось Сергей Шаловливый 17 фев 2019, 14:03, всего редактировалось 1 раз.


Cпасибо сказано
Сергей Шаловливый
Новое сообщение  Заголовок сообщения: Re: Совмещённые обмотки в BLDC  |  Добавлено: 18 янв 2019, 02:44
Пользователь

Зарегистрирован: 17 июл 2018, 13:09
Сообщения: 34
Cпасибо сказано: 2
Спасибо получено:
16 раз в 12 сообщениях

Не в сети
Намотал треугольник.
Обмотка в две параллели проводом 0.4 мм по 8 витков на каждую катушку. На каждую фазу по 32 витка.
Вложение:
triangle-0.4-8-1.jpg
triangle-0.4-8-1.jpg [ 130.8 Кб | Просмотров: 466 ]

Ток ощутимо выше, чем у заводской обмотки и у двигателя с совмещённой обмоткой.
Вложение:
triangle-0.4-8-1-test.png
triangle-0.4-8-1-test.png [ 50.18 Кб | Просмотров: 466 ]

Excel-файл с данными можно взять тут: https://drive.google.com/open?id=1_w8VmAHvAcrqnO6p8vg6UaQMi77HL2vU


Последний раз редактировалось Сергей Шаловливый 17 фев 2019, 14:04, всего редактировалось 1 раз.


Cпасибо сказано
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Для печати

Кто сейчас на конференции
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения
Перейти:  
cron

Удалить cookies конференции | Наша команда | Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
DAJ Glass 2 template created by Dustin Baccetti

Создать форум бесплатно PHPBB3 на MyFor.ru
Форум технической поддержки сервиса"

Русская поддержка phpBB