Управление моментным двигателем, Вопрос к практикующим инженерам Опции

[Stepanich]

Здравствуйте.

Имеется моментный двигатель (коммутация звезда) UTH-76 от Celera Motion (в девичестве Applimotion).

Были сняты осциллограммы линейных напряжений при принудительном вращении ротора (считай, Back EMF):


и фазных токов при закорачивании всех фаз опять-таки при принудительном вращении ротора (тока 3-й фазы нет, т. к. нет третьего щупа):


Задача (эксперимент): обеспечить плавное перемещение ротора со скоростью примерно 0,1 град./с. Управление разомкнутое (датчик на основе магнитного кольца имеется, но в этом эксперименте не используется), т. е. в первом приближении - как шаговик.

Коммутацией трёх полумостов достигаем такой формы токах в фазах (чтобы повторить форму Back EMF, полученную при эксперименте с принудительным вращением ротора):


или такой (чтобы повторить форму токов, полученную при эксперименте с принудительным вращением ротора):



Итог один - зависимость момента от угла поворота: в точке максимума (по модулю) двух токов момент максимален, а в точке пересечения любых двух токов (когда третий максимален по модулю) момент минимален, причём не просто минимален, а практически исчезает (будто двигатель обесточен, хотя ток потребеления от источника при этом почти не уменьшается), что вызывает резкий перескок на следующий полюс, когда соотношение токов немного качнётся дальше; разумеется, всё это повторяется циклично (напомню, вращение очень медленное - 0,1 град./с и меньше). Правильней сказать, что сам эффект есть всегда, только вот он максимален в одном месте, а минимален в другом.

Это похоже на известное явление cogging torque, при котором происходит изменение момента от угла, но этот эффект в худшем случае должен составлять 15%, а не приводить полной потере момента.

Вопрос: как обеспечить сохранение момента (свести к минимуму его флуктуации) на всех углах, т. е. в чём ошибка в создании формы токов в фазах?
Ещё раз отмечу:
- обратная связь сейчас не используется намеренно, т. к. скорость вращения очень мала;
- цель эксперимента не само вращение, а обеспечение сохранности момента на всех углах.

Литературы по управлению электроприводом имеется достаточно (в т. ч. по по векторному), но вся она сводится к вращению двигателя на скоростях с максимальной эффективностью, не решая задачу точного позиционирования и удержания угла.

Спасибо.

[AlexandrY]

Имеется моментный двигатель (коммутация звезда) UTH-76 от Celera Motion (в девичестве Applimotion).

Но вы же не точно воспроизводите формы токов.
Скорее всего проблема в слишком грубой модуляции.

Неплохо бы знать и конфигурацию обмоток и магнитов
Таблица говорит, что не все конфигурации одинаково эффективны для управления звездой

[kopterr]

А как вы создаете управляющие напряжения в обмотки?
В трапециидальном режиме дергание будет, тем более на малых оборотах, хотя у вашего двигателя и 16 полюсов.

[AlexandrY]

А как вы создаете управляющие напряжения в обмотки?
В трапециидальном режиме дергание будет, тем более на малых оборотах, хотя у вашего двигателя и 16 полюсов.

Момент создает ток, а не напряжение. Запомните.
Поэтому форма напряжения волновать не должна.
А на осциллограмме по току показана линейная аппроксимация синусоиды.

В обычной электрической модели мотора из 3 полюсов обмотки и 2-х полюсов магнита при обычной 3-х фазной модуляции ситуация с нулевым моментом невозможна.
Тут надо прояснить конструкцию мотора либо искать ошибки в модуляции.

[Stepanich]

Спасибо за ответы.

1. AlexandrY, не соглашусь С Вами насчёт того, что подобное воспроизведение формы токов может быть критично: повторюсь, генерируемая форма токов повторяет форму, снятую при принудительном вращении ротора, не ужели искажения в какие-то проценты могут приводить к полной потере момента в определённых точках. Кроме того, трапецеидальная форма воспроизводимых токов, которая значительно больше отличается от первой, даёт такой же эффект в указанных ранее точках.
Количество пар полюсов, как видно из документации на мотор, восемь; конфигурация обмоток - звезда (последовательное соединение звёзд).

2. kopterr, управляющие напряжения создаём тремя полумостами, но, как правильно заметил AlexandrY, момент создаёт ток, а не напряжение. Мы видим, что ток нужной (предполагаемой) формы, поэтому искать ошибки в модуляции я не вижу смысла. А вот изменение формы токов - возможное решение проблемы, которое я ищу на нашем форуме.

[AlexandrY]

Количество пар полюсов, как видно из документации на мотор, восемь; конфигурация обмоток - звезда (последовательное соединение звёзд).

Т.е. 16 полюcов магнита и 12 зубъев?
Сколько зубъев?

[Stepanich]

[Tanya]

Зачем такие тяжелые картинки? Надо бы сжать.

[AlexandrY]

Зачем такие тяжелые картинки? Надо бы сжать.

Притензя не обоснована.
Кому не интересено может не открывать в отдельном окне.
Кто в теме тому разрешение в самый раз.

А вот изменение формы токов - возможное решение проблемы, которое я ищу на нашем форуме.

Тогда вы скорее всего ошибаетесь в фазировке подаваемого тока.

Я вот прикинул диаграмму переключения фаз на двигателе.
Для удобства ротор и статор развернул в прямую линию и взял только отрезок на котором помещается 3-и зубца статора


Ну не получается для вашей конфигурации ситуации когда момент нулевой.
Такое возможно только если вы перепутали фазировку.

[Tanya]

Притензя не обоснована.
Кому не интересено может не открывать в отдельном окне.
Кто в теме тому разрешение в самый раз.

То же самое разрешение будет у сжатой. Диски надо жалеть.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Stepanich]

AlexandrY. спасибо за помощь. Решили проделать такой эксперимент: взяли три изолированных источника питания, два из них соединили отрицательными выводами, третий подключили к ним положительным выводом (т. к. наши БП не работают на втекающий ток):


Ранее мы установили те механические углы, на которых момент исчезал (или становился пренебрежимо мал). Регулируя ток в каждой фазе, мы пытались обеспечить максимальный момент на вышеуказанных механических углах. Какие бы соотношения мы ни подбирали, потеря момента была точно такой же, как при формировании токов с использованием инвертора.

[AlexandrY]

Какие бы соотношения мы ни подбирали, потеря момента была точно такой же, как при формировании токов с использованием инвертора.

Так начните сначала с прямоугольного сигнала как на моей диаграмме. Там я подразумевал прямоугольный сигнал.
В таком случае у вас один из 3-х источников всегда должен быть отключен.

[amaora]

Интересно, я бы исходил из того, что если есть ЭДС то должен быть и момент. Но мы похоже говорим про разные моменты. Можно создавать момент задавая поток статора ортогонально потоку ротора, тогда все зависит от ЭДС в этот момент, величины тока, индуктивности. Вы же работаете с мотором как с шаговым и проверяете момент удержания. В этом случае момент удержания будет максимален там где поток ротора (точнее наверно скалярное произведение потоков ротора и статора, или более сложное выражение для момента с учетом индуктивностей по осям) имеет наибольшую зависимость от механического положения ротора, максимум производной по углу. И соответственно с минимумом наоборот. Мне кажется это согласуется с BLDC-подобной формой ЭДС, на участках "плоских полок" вектор потока ротора слабо зависит от его механического положения, поэтому момент удержания мал.

[AlexandrY]

Вы же работаете с мотором как с шаговым и проверяете момент удержания.

Странный термин - "момент удержания"
Если есть какой-то момент, то это всегда момент вращения.
А "плоские полки" одновременно на трех фазах не бывают, момент вращения можно создать при любой позиции ротора управляя током в фазах.
Иначе безсенсорные BLDC не применялись бы, поскольку не могли бы стартовать при некоторых углах поворота. Но безсенсорные BLDC, как известно, стартуют всегда!
Другое дело что при зафиксированных токах свободный ротор придет в результате в позицию с нулевым моментом.

[amaora]

Странный термин - "момент удержания"

Момент проявляющийся при отклонение ротора на некую малую величину, или более строго предел отношения, т.е. производная момента по углу отклонения. Все это при заданной фиксированном токе статора.

Проблема, как я вижу, в том, что момент в шаговом режиме создается в области (координата на графике ЭДС, угол) не предназначенной для этого. Нет максимума тока в той обмотке которая имеет максимум ЭДС. Т.е. шаговый режим.

На пальцах не просто это анализировать (с учетом формы ЭДС), сделали бы численную модель с нужной формой ЭДС и проверили в требуемым режиме. Стало бы ясно, достаточно такой ЭДС для этого эффекта или надо копать дальше.