Есть 3 кВт BLDC двигатель с частотой вращения 8000 об/мин на валу которого имеется нагрузка с моментом инерции 0,08 кг*м2 которую требуется останавливать за время 2-3 с.
Какие имеются способы быстрого без ударов торможения BLDC?

Постарайтесь устранить разрывы функции углового ускорения и её производных при торможении.
Практическая реализация зависит от способа, которым осуществляется последнее.

Сейчас использую торможение при помощи нижних ключей с плавным нарастанием тока и последующим его ограничением на уровне 12 А, но при частоте вращения ниже примерно 1800 об/мин ток начинает падать, а при 1000 об/мин вообще уходит в 0, и двигатель вращается еще секунд 5-8.

А что за блок управления? свой или фирменный?

блок собственной разработки

Т.е. у вас динамическое торможение? и ток торможения вы поддерживаете ШИМом?, а почему ток падает до 0? ведь генераторный режим должен быть вплоть до 0об.мин.. Если разогнать
двигатель и "тормозить" на нагрузку, то он благополучно остановится по времени пропорционально нагрузке. Или какой у вас алгоритм?

Из Ваших цифр можно посчитать, что энергия около 3 кДж. Вы можете его раскрутить плавно за 2-3 секунды?
Если да, то посмотрите на этот процесс, инвертируя время. Все силы поменяют знак. А Вам придется поменять токи.

Торможение идет при помощи одновременного открытия трех нижних ключей инвертора, то есть выводы обмоток двигателя замыкаются между собой.
Ток падает почти до 0 потому, что ЭДС двигателя на низких оборотах становится маленькой и ее не хватает для создания большого тока

Нагрузка только динамическая, статическая очень мала


разгон плавный получается по S-кривой за 2,5 секунды

Раскрутите вручную двигатель и замкните 3 вывода двигателя между собой, что произойдет?

Вот и по этой же кривой назад. Только перегрузите драйвер... Он мостовой?


Если пренебречь трением, то скорость должна спадать по экспоненте.

Он остановится


Эсли идти по той же кривой назад, надо применять торможение противовключением, но при этом di/dt будет большим и будут резкие скачки тока
Инвертор состоит из трех полумостов, классический трехфазный инвертер


Скорость спадает по экспоненте,а экспонента долго стремится к 0

Вы абсолютно правы во всем. Три полумоста... маловато. Три моста было бы лучше. Но энергию-то в обмотках нельзя быстро рассеять... Надо ее назад в блок питания засовывать... Напряжно это.

А, Вы в этом смысле...
У Вас, видимо, имеет место рассинхронизация машины и контроллера.
Приведите тип движка, чтобы сказать определённо.


Ну, Вы, блин, даёте...
Противо-ЭДС, естественно, нужно на движок подавать для быстрого торможения... и ток немалый.
В режиме выбега, конечно, в конце угловое ускорение упадёт.
Если даже это делать лень, подключайте к обмоткам резистор. Тогда торможение будет более быстрым.

Здорово! А как зависит ускорение от величины сопротивления резистора? А при очень большой величине сопротивления - разомкнутых обмотках - будет лучше всего тормозиться?

О, привет.

Определяется конструкцией машины.

Хуже всего. Ещё хуже, чем при замкнутых.
Поскольку в последнем случае есть активные потери в проводах, ключах и обмотках.
Учите физику, уважаемая.

Так научите нас конструкциям машин. И физике. Потери тут вредны? Как Вас понимать?
Так коротить обмотку плохо? Нужно еще резистор добавить?

Чтобы двигатель совсем останавливался, когда дошел до совсем малых оборотов, в фирменных инверторах (в нашем оборудовании, 1...20 кВт) кратковременно включается "Торможение постоянным током", на секунду-другу. Как реализовано - особо не задумывался, но оно реально работает.

Основное торможение, кажется, регенеративное, т.е. типа подзаряжает основной электролитический конденсатор, а не просто двигатель замкнуть. Если энергия слишком большая (инерция нагрузки, малое время остановки), то, во избежание чрезмерного повышения напряжения на конденсаторе к нему, при необходимости, подключается тормозной резистор, отдельным ключем. Неслабой мощности и сопротивлением порядка 200 Ом для мотора 3 кВт.

Все, что писАл, верно для обычных 3-х фазных асинхронных электродвигателей.

Возможно, это как в работе с шаговыми двигателями, резистор применяется для ускорения спадания тока в обмотках?

Резистор только замедляет спадание кинетической энергии. При закорачивании обмотки возникает ток, вызывающий тормозящий момент. Он равен противоэдс двигателя, которая пропорциональна скорости,/ сопротивление. Если последовательно с обмоткой включить резистор, этот ток будет меньше. Не так ли? Однако при большой скорости этот ток может убить драйвер. Или током, или повышением напряжения на конденсаторе.
А Т.С. нужно быстро. Нужно прикладывать помогающее напряжение, увеличивая ток, после спадания "естественного" тока.
Ведь "пассивное торможение" замыканием обмотки дает простое уравнение - ускорение (скорость с точкой сверху) пропорционально "-" скорости - классическое уравнение радиоактивного распада, химической реакции первого порядка и пр. - экспоненциальный спад. При этом постоянная времени прямо пропорциональна величине сопротивления. Все это в первом приближении - без трения. Ведь Т.С. нужно быстро...
А ссылка Ваша...

По мотивам SmarTrunk, другими словами.
Для того, чтобы не закорачивать обмотки, ибо это приводит к большим перегрузкам по току, как раз и применяют торможение постоянным током - двигатель переходит в генераторный режим, напряжение на конденсаторе звена пост. тока растет. Для того, чтобы рассеять мощность, выделяемую при этом, подключают резистор, шунтирующий этот конденсатор.

А у ТС закорачивание ничего не убивает. Ему, наоборот, нужно ток добавить.

Я понимаю Ваши рассуждения. И мне тоже показалось парадоксальным, что закорачивание обмотки не применяется как метод торможения шаговых двигателей. Объяснялось тем, что ток в обмотке спадает в этом случае крайне медленно (и продолжает течь в том же направлении). Не знаю, насколько этот пример адекватен. А ссылка - и есть ссылка...

Народ, а где вы собрались рассеивать запасенную энергию? Если коротить обмотки- то она и будет рассеиваться в основном в обмотках двигателя. Два-три торможения без большого перерыва и они сгорят. Торможение постоянным током асинхронника тоже сильно нагревает ротор, но там он хоть без изоляции и обдувается хорошо. При векторном торможении энергия выводится в источник питания, и там при необходимости сбрасывается на тормозной резистор. При замыкании обмоток на резистор (без векторного режима) получается низкая эффективность торможения на низких оборотах (в конце режима). Да, кстати, автор не уточнил, двигатель подключен с датчиками положения ротора или сенсорлесс?

Насколько я понимаю принцип работы ШД, для максимально быстрого торможения на него надо подать максимальный ток .
С BLDC никогда дело не имел, но и с ним наверное должно быть примерно тоже самое.

Энергия рассеивается на баластном (тормозном) резисторе, подключенном параллельно DC-шине при привышении на ней напряжения. Обмотки закорачиваются не на постоянно, а с регулировкой тока на уровне 12...13А, больше неполучается сварачивается муфта ограничения.
Двигатель с ДПР.

Двухкиловаттный BLDC при таком подходе порвет как тузик тряпку - или обмотки, или магниты с ротора, или ротор с вала срежет.

Простите, тогда непонял про закорачивание. Что с чем коротится? Какие ключи открываются? Потому что при закорачивании ток пойдет по пути обмотка- ключ, другая обмотка и никак в резистор (источник питания) непопадет. Соотвественно нагреет ключи и обмотку, а не резистор. Вот при отрицательном фазовом угле (векторном торможении) противо-эдс будет сбрасываться в источник. Возможно еще решение с отключением питания верхними ключами и торможением на резистор нижними, но при этом резистор должен подключаться к средней точке обмоток двигателя, а редко какой BLDC двигатель имеет такой вывод наружу.

На первой странице ветки я писал, что торможение идет при помощи одновременного открытия трех нижних ключей инвертора (но ключи при этом шимят для регулировки тока), то есть выводы обмоток двигателя замыкаются между собой. При таком торможении напряжение на DC-шине повышается, вот его я и шунтирую баластным резистором.

Так чего вы не включите движение в обратном направлении на драйвере?
Мы делаем на драйвере A3930. Так 600 Кг платформа у нас за долю секунды переходит от спуска к подъему.
А тормозим жестким корочением. Ничего не горит и не перегревается. У BLDC движков обмотки под 200 А легко выдерживают.
Векторное управление для истинного BLDC с трапецеидальной характеристикой как известно не уместно.
Но простое PID управление вполне обеспечивает плавность.
Кстати, вместо резистора на торможение теперь модно ставить суперконденсаторы.

При включении в обратном направлении к обмотке прикладывается напряжение DC-шины плюс положительный полупериод ЭДС двигателя, а это почти двойное напряжение DC-шины при этом di/dt становится большим и часто происходит срабатывание защиты по КЗ, установленной в разрыв минуса DC-шины.
Управление реализовано на микроконтроллере, драйвер силовой части собран на рассыпухе.
При жестком корочении я за электронику не боюсь, она выдержит, но проблема в механике ломается ограничительная муфта.
Про суперконденсаторы знаю, но их нет за приемкой.

Боюсь, что уже поздно...

Да.
Это, во всяком случае, лучше.

Это неверно.
При закорачивании обмоток (напрямую, или через резисторы), к тормозящему моменту на валу (силы трения и т.д., в т.ч, и связанные с потерями в магнитопроводе) добавляется диссипация энергии в активном сопротивлении обмоток, проводов и балластных резисторах.
Другое дело, что для получения максимального ускорения пассивным способом (без прикладывания тормозящей ЭДС) величина этого сопротивления будет зависеть от конструктивных особенностей двигателя, а также мгновенной скорости вращения вала. Так что добиться минимального времени остановки при заданных ограничениях таким способом сложно.

Не совсем понятно, о чём Вы...
Представим себе, что обмотки замкнуты, и ток не падает вовсе (имеется в виду переменный, кончено). Якорь синхронной машины при этом будет половину времени тормозиться, а половину разгоняться. Оно и понятно - энергию вращения нужно куда-то девать. Это если на пальцах.
А резистор даёт тот эффект, что полюс якоря после прохождения полюса электромагнита разгоняется заведомо меньшим током, чем тормозился до того.
Как-то так...

Да, верно.
Однако, вспоминаем формулу: P=I²R.
Максимальный отбор мощности от движка в генератороном режиме будет, грубо говоря, когда сопротивление резистора будет равно эквивалентному сопротивлению генератора. Для каждой скорости вращения движка оно, естественно, будет разным, поэтому придётся выбирать компромиссный вариант, или даже коммутировать резисторы разной величины. Однако, более-менее постоянного ускорения таким образом добиться нельзя.

Током вряд ли... Там запас обычно большой, а ток ограничивается не только активным сопротивлением, но ещё и индуктивностью обмоток.


--------------------------------
Всё примерно так и есть... за исключением того, что в случае закорачивания ток ы обмотках всё-таки будет переменным.
Двигатели хоть и разные, но принцип одинаков для обоих.

-----------------------------
Энергия не так уж велика... В ряде случаев это может быть приемлемо. Хотя и криво.

Совершенно так.
Но реализовать его можно только путём синхронной коммутации обмоток. Просто закорачивание - куда хуже и того, и другого.


-----------------------------------
Отнюдь.
Попробуйте подать в обмотку ШД постоянный ток, а потом рукой насильно провернуть его. Сперва движок будет "упираться", увеличивать момент, а, будучи "сорванным", сопротивление вращению почти перестанет оказывать; момент резко упадёт.
Причина та же - рассинхронизация. Половину времени якорь тормозится, половину разгоняется, если диссипации энергии нет...

Ну вот, вы сами решили свою проблему.
Тут нужно выбирать – либо муфту ломать, но при этом радовать себя быстрыми тормозами, либо медленно и печально, как последний лузер, катиться к финишу.

Природу, как известно, не надуришь.

Без схемы и временнЫх диаграмм здесь вряд ли что-то можно посоветовать определённо...

Схему оговорили выше.
Временные диаграммы известны из литературы.
Но к чему вам всё это?
Расчёт тут простой, кинетическую энергию вращающегося тела J*W^2 / 2 отнесённую ко времени торможения определяем, как мощность приёмника тепла, которое следует выделить куда либо. Скажем, в тормозной резистор, источник питания (аккумулятор) или ещё куда, фантазия подскажет. Часть этой энергии естественно осядет в обмотках, проводах и полупроводах.
Примерно так.

Я вот тоже присматривался использовать суперконденсаторы для этой цели, но у меня получилось что обычные электролиты дешевле. Смотрел на 63В, емкость порядка 50000-100000 мкф.
Что-то я вас не совсем понял. Описываемый вами режим с пропуском шага. Что обычно неприемлемо для ШД. Тогда как надо его останавливать по вашему?

Да поздно мне учить военную физику...

Это неверно.
.
Так напишите, наконец, какова должна быть величина сопротивления добавочного резистора для максимального пассивного торможения.

Так вот оно! Вы путаете немного... Много пишете и путаете. Это максимальная мощность диссипации на внешнем резисторе.
А максимальная полная диссипация будет при закоротке. Напряжение в квадрате/сопротивление обмотки.
Еще и выходное сопротивление у Вас зависит от скорости...
Учите нас еще.

А какое напряжение будет при закоротке? Может, логичнее всё же, оперировать током?

Как какое? Противоэдс. Которая пропорциональна скорости.
Тут чем ни оперируй, все сходится. Хоть через момент (ток), хоть через кинетическую энергию. Если мы верим традиционной, гражданской, физике.

Любую...

Это неверно.

Написал уже. См выше.
Или чукча не читатель?

Мдя...
Это просто мощность диссипации на резисторе. Максимальная, и она же минимальная...

Для тех, "кто в танке":
Ток КЗ обмоток BLDC движка в начале выбега будет определяться не только и не столько их активным сопротивлением.
У обмотки есть ещё и индуктивность. Рассеяния.

Таки зависит.
Учить, и правда, здесь нет смысла...

Пуст обмотки имеют пренебрежимо малое активное сопротивление, и якорь (быстро) вращается.
Чтож по-вашему, ток в них при закоротке станет "бесконечным"?

Вы не владеете базовыми физическими понятиями, Tanya. Но пытаетесь спорить, вместо того, чтобы вникнуть, или просто поверить нА слово.

---------------------------------------------------------------------

Схему не оговаривают, а рисуют.

Литература бывает разной.
А её "реализация в МК" - тем паче.

И верно...
А Вам?

Что значит неприемлемо?
Данный пример есть иллюстрация того, что ток сам по себе не всегда помогает. Нужна ещё его синхронизация с относительным положением якоря и индуктора. Тогда эффект будет максимальным.
Для статического положения якоря ШД синхронизированным является постоянный ток.

У Автора темы, хоть он и выдерживает ток, вероятно, имеет также место рассинхронизация (частоты и фазы), что не позволяет использовать возможности торможения в полной мере.

Насколько я понимаю нужно просто поддерживать тормозящий ток, а у ТС напряжение, генерируемое двигателем уменьшается с уменьшением оборотов, а активное сопротивление обмоток постоянно, отсюда и проблема. Если шим поддерживает постояный ток то, очевидно, в какой-то момент ЭДС двигателя уже недостаточна для создания заданного тока даже при постоянно открытых ключах, и В ЭТОТ МОМЕНТ нужно включать активное торможение (контролер должен пытаться вращать двигатель в обратном направлении) с ограничением тока опятьже и контролем остановки (чтоб реально не крутить обратно). Это все мое IMHO.

Это значит, что в нормальных (не аварийных) режимах торможения никаких пропусков шагов быть не должно. Если они есть это значит, что ВЫ неправильно выбрали режимы

Да, но это эффект второго или третьего порядка. Еще и емкость там есть...

Почему же мы должны Вам верить на слово. Приведите Ваш анализ.
Вот был такой приверженец традиционной физики - П. Л. Капица.
Он строил специальные генераторы для получения рекордных магнитных полей. Раскручивался генератор, а потом коротился на специальный соленоид. Резисторов последовательно не ставил. Бывают еще катушки, падающие на магнит для этих же целей.
Учиться всегда пригодится.


Ваше IMHO совпадает с моим.

Ток КЗ обмоток BLDC движка в начале выбега будет определяться в первую очередь магнитной индукцией ротора и количеством витков обмотки статора. Вспомните взаимодействие магнита и сверхпроводящего соленоида, и в такой модели амплитуда не зависит от скорости.
Поведение BLDC движка при замкнутых обмотках ближе всего к трансформатору тока. Когда амлитуда тока первички постоянна а частота плавно уменьшается до нуля.

Это всё-же эффект первого порядка. Имеет значение отношение индуктивности рассеяния к активным нагрузкам на вторичке по сравнению с частотой поля от ротора на статор. Если Ls/R гораздо больше полупериода внешнего потока , то энергия потока рассеяния , возникшего как следствие тока самоиндукции , не будет успевать нагревать этот резистор по максимуму. Максимум диссипации при равенстве ωLs и R , об этом выше говорилось.
Другое дело , что в BLDC двигателях индуктивность рассеяния мала, и даже просто отношение индуктивности обмотки к её сопротивлению составляет порядка единиц миллисекунд для рабочих скоростей 5-15 тыс об/мин, это нужно для обеспечения приличных моментов и мощности (активной из источника) на повышенных оборотах. Поэтому Ls/(Rобм) находится примерно в сотнях микросекунд , а это такая величина , что для макс.эффективного отбора мощности из Ls с "дополнительным резистором" Ls/(Rобм+Rвнеш), нужна частота вращения десятки тысяч об/мин. На выбеге частота вращения поля ротора снижается и для ситуации топикстартера увеличение внешнего R дополнительно к обмоткам только уменьшит мощность потерь (тут Вы конечно правы!), из за того что ωLs станет очень сильно меньше R . Необходимо активное торможение. ТС писал в 29 сообщении , что на больших оборотах ломается муфта при КЗ, поэтому введен ШИМ с ограничением тока в начальный промежуток выбега. т.е. эквивалентное сопротивление нагрузки обмоток искусственно завышается в начале выбега , и не с целью увеличения момента торможения а как раз наоборот, плюс ко всему легче ключам .

Велосипедные же генераторы на лампочку от фонаря, с нарочно завышенной Ls , действительно можно сильнее тормозить в широком диапазоне оборотов повышением сопротивления нагрузки, но к теме ТС это не имеет прямого отношения.

Есть такое дело. В таких генераторах даже используют закоротку обмоток для регулирования мощности. При замыкании, отбираемая механическая мощность (в среднем) оказывается минимальной, при допустимом нагреве обмоток и замыкающих ключей...
В случае двигателя, введение дополнительного резистора снижает эффективность торможения. Но оно позволяет ограничить мгновенный ток и перераспределить выделяемое тепло с обмоток, ключей и подводящих проводов в основном на тормозной резистор. Использование ШИМ при корочении обмоток без резистора такого перераспределения не производит...
Вообще-то, решение такой задачи надо бы начинать с анализа имеющейся механической системы (двигатель + соединенная с ним механика) и оценке мощностей, с которыми придется иметь дело при торможении. Например, если киловатный движок на максимальной мощности разгоняется до номинальных оборотов за 10 сек, а тормозить мы желаем за 0,1 сек - то будем иметь дело с мощностями порядка 100кВт при торможении. И первое, что нужно оценить - способна ли имеющаяся электрическая и механическая система отбирать подобные мощности, и как долго, и как часто? И куда девать отбираемую энергию и/или где рассеивать выделяемое тепло?
В связи с этим и выбирать тот или иной способ торможения: от замыкания обмоток - в самых простых случаях, рекуперации и рассеяния тепла на тормозном резисторе - в более сложных, до использования отдельного механического тормоза - в совсем безнадежных...

Не правильно.
В режиме (свободного!) выбега ток КЗ обмоток BLDC двигателя (генератора), активным сопротивлением которых можно пренебречь, будет определяться его ЭДС, поделённой на суммарное индуктивное сопротивление рассеяния и эквивалентное индуктивное сопротивление реакции якоря.
О последней я писал чуть раньше. Делить нужно правильно.


Выделение моё. Простите.
Итак, индуктивность рассеяния единичной обмотки таки существует. Верно?

Да, говорилось. Некоторые не понимают, но чтож поделать...

Посему, считаю своим долгом слегка поправить.
Вы не ясно представляете, из каких составляющих складывается выходное сопротивление генератора в режиме КЗ и свободного выбега (подчёркиваю).
В первую очередь, оно определяется реакцией якоря, имеющей индуктивный характер. О чём я и писал ранее: до подхода к полюсу индуктора якорь тормозится, а после прохода - разгоняется. Явление может быть минимизировано в многополюсных движках.
Во вторую - индуктивностью рассеяния обмотки. Она-то определяет по факту пиковый ток обмотки при быстром вращении с постоянной скоростью, когда активным её сопротивлением можно пренебречь.

------------------------
Якорь и муфту движка Автора темы колбасит именно потому, что он тупо замкнул обмотки. Ускорения и тряска при этом могут составлять значительную величину. Вместо того, чтоб синхронизировать вращение тормозящего поля со скоростью вращения якоря.
Самам простым синхронизатором является диодный многофазный мост с таки резистором... Или, лучше, с параллельной RC- цепью, где кондёр изначально заряжен до противо-ЭДС обмоток, и потом разряжается через подключаемый резистор. Но это может показаться сложным...
Более продвинутая идеология подразумевает синхронизацию скорости вращения тормозящего поля со скоростью вращения якоря.
Наверное, в данном режиме его корректнее называть ротором...

-----------------------------
Собственно, данных в теме достаточно, чтобы подумать, и сделать систему торможения правильно. Т.е., не подвергая механику черезмерным перегрузкам, минимизируя при этом период торможения.

---------------------------------------------------------

Не верно.
См. выше.

Первая часть верна, вторая - нет.
Использование правильной коммутации обмоток способно сделать угловое торможение якоря соответствующим любой заданной заранее фунуции при существующих ограничениях на механическую, электрическую, магнитную и тепловую прочность системы.

Верно.

Нет правильно.
Расмотрите модель трансформатора где поле вместо первичной обмотки задаётся полем магнитов якоря. Ток замкнутой вторичной обмотки создает противо поле в результате магнитное поле в катушке нулевое или бликое к тому. Э.д.с определяется нескомпенсированостью полей. И равна соответсвено величине необходимой для обеспечения тока через все сопротивления вторички(как активные так и реактивные).

Торможение двигателя будет осуществляться пока мгновенный ток в обмотках нарастает при спадании наведеного мгновенного тока ротор будет ускорятся.

Рекомендую хорошо подумать о том, что Вы пишете. И дать более удобоваримое обоснование.
Трансформаторы большая просьба оставить в покое.

Вас не устраивает обЪяснение на пальцах. Решите систему дифференциальных уравнений для магнита и короткозамкнутой катушки. И убедитесь.

Вы не поняли сути того, о чём говорилось выше.
А говорилось о выходном сопротивлении генератора. Которое на свободном выбеге есть "векторная сумма" активного сопротивления обмотки, индуктивного сопротивления её рассеяния и эквивалентного индуктивного сопротивления реакции якоря, который движется "рывками" при закоротке обмоток.

Речь шла о том, что эта индуктивность будет определять верхний предел тока КЗ обмотки при её замыкании при условии быстрого вращения даже с постоянной скоростью.
При свободном выбеге ток будет куда меньше. Эквивалентный импеданс реакции якоря будет больше всего остального на порядок.


Тут вы не правы, обои.

Не понимаю, в чём нужно убедиться?