Добро пожаловать, Гость
Логин: Пароль: Запомнить меня

ТЕМА: Система управления синхронным многофазным электрод

Система управления синхронным многофазным электрод 5 года 5 мес. назад #5425

Интерес к моторам у меня скорее праздный - для общего развития. И ещё потому, что меня окружают несколько человек, которые интересуются электромобилями. Моторами я могу заинтересоваться только как пользователь - я разрабатываю некоторое устройство, которое может управлять в том числе и моторами. Это как бы предыстория, а вот собственно идея, которую хочу подарить интересующимся.

Берём велосипедную вилку и заменяем в колесе спицы на композитный диск. Сверлим в этом диске отверстия поближе к ободу и наматываем обмотки и получаем из него ротор. Статор делаем безмагнитный, размещаем его в кожухах, закрывающих по бокам колесо. Делаем некоторое смещение части обмоток на статоре, чтобы при любом положении колеса нашлась пара обмоток с оптимальным "воздушным" зазором и, наконец, с помощью внешнего устройства (ПЛИС или микроконтроллер) через силовую схему управляем обмотками. Т.е. "форму" магнитного поля задаём с помощью комбинации напряжений на различных обмотках статора и ротора. Как минимум, различные режимы работы при старте и при холостом "ходу".

Устройству можно добавить два небольших магнита, чтобы при старте с полностью разряженным аккумулятором всё равно возникала ЭДС для начала зарядки.

Но я хочу повториться - это просто мысли дилетанта. Физически проводить такие эксперименты возможности не имею. Хотя, если бы кто озаботился созданием подобного двигателя, то мог бы поучаствовать в этом проекте. Или предложить какое-то решения для управления силовой схемой. На будущее.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Система управления синхронным многофазным электрод 5 года 5 мес. назад #5426

  • KIV
  • KIV аватар Автор темы
  • Не в сети
  • Давно я тут
  • Давно я тут
  • Сообщений: 121
  • Спасибо получено: 5
Идея мотор-колеса далеко не нова, и широко используется.
Но в Вашем варианте, извините, вижу больше недостатков, чем достоинств.
1) Ротор не стоит делать с внешним возбуждением - это исключит необходимость в самом уязвимом узле электродвигателей - щетки/коллектор.
Оправданнее ротор сделать из n-ного числа постоянных магнитов (для синхронной машины), или применить беличье колесо (для асинхронной машины). Второй вариант в модификации "Славянка" считается даже предпочтительнее.
Мой мотор, кстати, выполнен именно так - ротор с большим числом постоянных магнитов, и две небольшие 8-фазные статорные секции, питание на которые подается от источника, коммутируемого контроллером.
2) Смысл в постоянных магнитах на роторе в вашем предложении тоже не велик - если батарейка сдохла, нужно ее срочно и правильно зарядить от стационарного зарядника, а не пытаться сделать это ногами и педалями.
3) "Найти" подходящую пару обмоток для оптимально крутящего момента проще с помощью датчиков Холла, или анализируя противо-ЭДС самих обмоток. Для трехфазных моторов обычно применяют второй способ. Если же мотор - асинхронный, то тут и анализировать ничего не нужно.
4) Снова не понял, как "форма" поля может влиять на режим работы электромотора? Разве что - оптимальный/не_оптимальный. Оптимальная "форма", как я уже писал выше, это когда все магнитные силовые линии в зазоре параллельны, и участвуют в создании МДС, т.е. не рассеиваются в окружающее пространство "почем зря"...
5) Оптимальный режим работы мотора, точнее, его тяговая (нагрузочная) характеристика зависит от частоты и величины фазного напряжения.
Режим "ХХ" и торможения для подобных моторов обычно исключают - в это время мотор переводят в режим генератора, и рекуперируют кинетическую энергию "шайтан-арбы" в электрическую. Попросту говоря, подзаряжают аккум.
6) Единственный плюс, который я увидел в Вашей гипотетической конструкции - большой диаметр. Это значит, что и моменты и силы у такого мотора будут большие. Однако, реализовать на практике всю прелесть большого диаметра не удастся, т.к. в таком случае не возможно довести коэффициент сцепления ротора и статора до единицы - секции статора будут по "окружной длине" существенно меньше "длины окружности" ротора.
Так что и этот плюс скорее всего, поглотится неизбежными конструктивными минусами.

Думаю, дальнейшее обсуждение технологии электромоторостроения на этом форуме могут принять за флуд, поэтому предлагаю перейти на приватное общение. Сообщите мне какие-нить свои электронные координаты, и я с удовольствием отвечу на все Ваши дальнейшие вопросы.
Спасибо сказали: alman

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Система управления синхронным многофазным электрод 5 года 5 мес. назад #5428

Я думаю в Вашей теме Вы сами решаете что есть флуд, а что нет. Насколько я помню, администрация оперативно удаляла спам-ботов, но пока никогда не препятствовала общению пользователей. Т.ч. что в Вашей теме флуд, а что нет - решаете Вы. ИМХО, конечно.

Мой мотор, кстати, выполнен именно так - ротор с большим числом постоянных магнитов, и две небольшие 8-фазные статорные секции, питание на которые подается от источника, коммутируемого контроллером.

О! Восемь фаз это уже очень очень очень интересно. Расскажите подробнее, если не секрет.

И, если можно, пару слов о моторе Шкондина и моторе Дуюнова.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Последнее редактирование: от alman.

Система управления синхронным многофазным электрод 5 года 5 мес. назад #5429

  • KIV
  • KIV аватар Автор темы
  • Не в сети
  • Давно я тут
  • Давно я тут
  • Сообщений: 121
  • Спасибо получено: 5
Никаких секретов... Собственно, я и начал с того, что довольно подробно описал и сам мотор, и функции, которыми должна обладать система, им управляющая. Посмотрите мой первый пост.
Правда, я немного слукавил, и не сказал, для чего именно нужен этот мотор. Но не из-за каких-то потаенных замыслов, или корыстных целей. Проект в целом не коммерческий, да вряд ли кто-то станет его повторять "на коленке", как это делаю я сам.

Мне необходимо получить максимальную равномерность выбранной рабочей угловой скорости, и отсутствие факторов, влияющих на долговременную и мгновенную нестабильность этой скорости. При том, что скорости (их может быть до 6, в диапазоне от 15 до 80 об/мин) эти довольно низкие.

Поставленная задача, в конечном итоге, и определила подход к конструкции мотора. Был выбран вариант синхронного многофазного электромотора с магнитной редукцией. Синхронный режим работы мотора с управлением от кварцованного генератора гарантировал долговременную стабильность угловой скорости (чего невозможно достичь в асинхронном моторе).
Отказ от классической трехфазной схемы был обусловлен стремлением минимизировать толчковые колебания ротора, неизбежные при любой конструкции синхронной машины. И здесь причины не столько теоретические (они есть, и в какой-то мере учтены в этой конструкции), сколько практические - довольно трудно изготовить единичный экземпляр такого устройства с заданной точностью в непроизводственных условиях. А любые механические неточности автоматически уменьшают "плавность хода" как вращающегося магнитного поля, так и самого ротора.

Количество фаз определилось само сабой: 8 - это стандартное количество бит полного порта любого микроконтроллера (на тот момент я был весьма далек от ПЛИС). Хотя в многофазных системах предпочтение обычно отдают нечетному количеству фаз. Если бы на момент начала разработки первого варианта мотора я располагал сведениями о ПЛИС (и возможностями их применения), я бы наверняка выбрал 13-15-фазный вариант мотора.
Магнитная редукция была применена потому, что позволила увеличить крутящий момент на валу, и одновременно уменьшить (сгладить, отфильтровать) неизбежные механические огрехи самоделки. Коэффициент редукции 8:1 определился исходя из геометрии магнитных систем ротора и статора. В итоге получилось, что за период одной фазы частотой, допустим 116,66 Гц, ротор диаметром 293 мм, несущий 210 постоянных магнитов (полюсов), перемещается всего на 12 угловых минут. Поле стотора за это же время "пробегает" больше, чем полтора угловых градуса.

Мощностные характеристики мотора вторичны. Собственно, мотор развивает мощность 5 Ватт только при разгоне, когда требуется за несколько секунд раскрутить маховик, с моментом инерции порядка 2 МегаН*мм2 до заданной скорости с угловым ускорением порядка 0,7 рад/сек2. При этом маховик запасает более 12 Дж кинетической энергии.
После разгона мотор переключается в рабочий режим, а его мощность снижается на три порядка, до 3-5 мВт. Соответственно, снижаются и возмущающие факторы, влияющие на дальнейшую стабильность угловой скорости ротора-маховика.
Маховик имеет общую массу порядка 150 Н (15 кГ), но при этом практически левитирует на магнитном подвесе. Вертикальная нагрузка на опорную точку (шар диаметром 4 мм, опирающийся на плоскую торлоновую пятку) регулируется, и равна примерно 0,5 Н.
Все это вращается вокруг жесткой оси диаметром 15 мм из каленой до 58-60 единиц стали ШХ15, с соответствующей шлифовкой и полировкой поверхности примерно до 12-13 класса чистоты, в торлоновой втулке. Торлон - полиамид-имид, синтетический материал с чрезвычайно низким коэффициентом трения, но прочностными характеристиками, почти не уступающими характеристикам конструкционных сталей. Весь узел вращения находится в ванне с маслом, которое, в некотором роде, является и демпфирующей средой.

У каждой из двух статорных секций, расположенных диаметрально противоположно, по 26 "зубов". На 24 из них намотано по три обмотки на каждую из восьми фаз. Крайние "зубы" пассивные (без обмоток), и нужны для того, чтобы обеспечить симметрию магнитных потоков, и равенство МДС при включении первой и восьмой фазы.
Восьмифазная конструкция статора позволяет в разгонном режиме одновременно включать (коммутировать) до пяти фазных обмоток, увеличивая до максимума крутящий момент на валу, в то время, как в рабочем режиме одномоментно используется одна или три фазные обмотки. Такой "фокус" позволяет снижать мощность в рабочем режиме в тысячу раз, понижая рабочее напряжение всего в 6 раз (18 вольт при разгоне, 3,3 вольта в рабочем режиме, да еще и с 8-битным ШИМ регулированием).
Как я уже писал в первом сообщении этой темы, система управления поддерживает микро-мощный рабочий режим мотора, отслеживая отставание ротора от бегущего поля статора примерно на 4-5 угловых минут. Так как потери в узле вращения пренебрежимо малы, то обеспечить такое отставание можно лишь предельно снижая подводимую электрическую мощность. Это дополнительно снижает угловые нестабильности скорости ротора.

В результате всех описанных ухищрений, расчетная мгновенная нестабильность угловой скорости (детонация) не должна превысить 0,0001-0,001% (прикидочно), а долговременную стабильность обеспечивает кварц.
Джиттер не считал, и не измерял, но надеюсь, что кварцевые артефакты, которые могут повлиять на стабильность скорости, не превысят значений 10^-(6-7), что меня, в принципе, устроит.
Вот как-то так... B)

Что касается моторов Шкондина и Дуюнова, то я о них знаю не более того, что можно найти в инете, а там больше тумана и недосказанностей, чем достоверной технической информации. Я сам эти конструкции не повторял, и не планирую. Поэтому воздержусь от каких-либо комментариев.
Спасибо сказали: alman

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Последнее редактирование: от KIV.

Система управления синхронным многофазным электрод 5 года 5 мес. назад #5430

А вот для каких целей нужна такая точность и равномерность? Если не секрет, приведите пример применения.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Система управления синхронным многофазным электрод 5 года 5 мес. назад #5431

  • KIV
  • KIV аватар Автор темы
  • Не в сети
  • Давно я тут
  • Давно я тут
  • Сообщений: 121
  • Спасибо получено: 5

alman пишет: А вот для каких целей нужна такая точность и равномерность? Если не секрет, приведите пример применения.

Хм... Можно я сошлюсь на тараканов в моей седой голове, и уклонюсь от прямого ответа? ;)
Думаю, некоторые уже поняли, для чего все это городится, сопоставив приведенные в моих постах скорости вращения, и используемую терминологию. А тем, у кого эти цифры и термины не вызывают никаких ассоциаций, это вряд ли будет интересно.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Система управления синхронным многофазным электрод 4 года 7 мес. назад #6731

Leka пишет:

KIV пишет: нужно оценить, скажется ли асинхронность клоковых сигналов для разных модулей на работоспособности системы в целом

Достаточно, что сам Квартус не сможет оценить это без дополнительных указаний, и это уже повод отказаться от такого подхода. Софт, железо, методология - все заточено под синхронный дизайн.

Вместо нескольких разных клоков clock1...clockN:
always@(posedge clock1) ...
надо сформировать и использовать разрешающие сигналы-стробы enable1..enableN длительностью в 1 такт основного клока clock:
always@(posedge clock) if(enable1) ...

Я не собирюсь сам спорить на тему, всегда ли (при возможности) нужно следовать идеологии синхронного дизайна - синтез делает Квартус, вот с ним и спорьте.

По поводу обязательного объявления многоразрядных внутренних шин уже сказали выше.
Запись вида:
PowControl PowControl(.FTakt(FTakt), .ButPusk(ButPusk), ...
лично мне не нравится, предпочитаю учитывать порядок аргументов:
PowControl(FTakt, ButPusk, ...


по поводу разрешения работы схемы (enable1,...) меня мучает вопрос, хотя я знаю, это работает на практике стабильно. Скажем такая ситуация- сторонняя схема или модуль, работающая от того же самого clk, по нарастающему фронту clk устанавливает на время 1 такта в единицу сигнал enable1. Теперь сторонняя схема также по нарастающему фронту clk "определяет" состояние enable1, и если он в "1" разрешает работу. Как так получается, что в момент нарастающего фронта clk, по идее, когда enable1 еще толком не установился в "1", определение происходит верно?
Поправьте мои мысли, пожалуйста, если это не так.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Система управления синхронным многофазным электрод 4 года 7 мес. назад #6732

  • Leka
  • Leka аватар
  • Не в сети
  • Живу я здесь
  • Живу я здесь
  • Сообщений: 635
  • Спасибо получено: 54

valery_17 пишет: ...Как так получается, что в момент нарастающего фронта clk, по идее, когда enable1 еще толком не установился в "1", определение происходит верно?

enable1 на выходе одной схемы начинает меняться после нарастающего фронта клока,
и должен толком установиться на входе другой схемы до момента следующего нарастающего фронта клока.
Получается задержка в 1 такт. Синхронность означает, что все изменения сигналов на входах и на выходах схем, происходят между нарастающими фронтами клока. Тем самым гарантируется, что в момент нарастающего фронта клока все сигналы уже установились.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Последнее редактирование: от Leka.

Система управления синхронным многофазным электрод 4 года 7 мес. назад #6733

Значит получается 2 такта Т1, Т2.
В момент Т1 через некое количество времени, допустим 1нс, enable установился в 1, затем в момент Т2, также через 1нс enable в 0.
Вторая схема в момент Т1 ловит 0, в момент Т2-> 1, но с запасом 1нс. Верно?
Если не быть уверенным что 1 нс будет достаточно не ловить "глюки", то я бы для надежности enable ставил по спадающему фронту, а ловил по нарастающему.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Система управления синхронным многофазным электрод 4 года 7 мес. назад #6735

  • Leka
  • Leka аватар
  • Не в сети
  • Живу я здесь
  • Живу я здесь
  • Сообщений: 635
  • Спасибо получено: 54

valery_17 пишет: Значит получается 2 такта Т1, Т2.
В момент Т1 через некое количество времени, допустим 1нс, enable установился в 1, затем в момент Т2, также через 1нс enable в 0.
Вторая схема в момент Т1 ловит 0, в момент Т2-> 1, но с запасом 1нс. Верно?

Да.

Если не быть уверенным что 1 нс будет достаточно не ловить "глюки", то я бы для надежности enable ставил по спадающему фронту, а ловил по нарастающему.

Синтезаторы все это считают, и выдают максимальную частоту клока для надежной работы.
Если устанавливать и ловить enable по нарастающему фронту, у этого сигнала будет Т2-Т1=Тклока на распространение. А если устанавливать по спадающему, а ловить по нарастающему, то у этого сигнала будет уже (Т2-Т1)/2=Тклока/2 на распространение, и частоту клока придется понижать в 2 раза. Ничего не выйграем, но потеряем в прозрачности описания.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Время создания страницы: 0.241 секунд
Работает на Kunena форум