Добрый день. Передо мной встала задача- разработать электрический привод. С электротехникой знаком довольно косвенно, не моя это специальность. Поэтому ищу помощи.

Мощность привода до 1кВт даже поменьше. Высокие стабильные обороты - примерно 10 000-13 000 об/мин. Момент-наверное только пусковой- на валу масса 1-2кг. Тоесть просто должна вращаться масса на высоких оборотах.
Малые габариты - диаметр внешний 50-60 мм, длинна не так принципиальна- 100-150 мм.
Простота изготовления.

Вот. Это то что от меня требуется. Соответственно начал изучать литературу, варианты конструкций. Стандартное решение для таких устройств-асинхронный 3-х фазный двигатель. Впринципе литературы по расчету и проектированию этого типа двигателей достаточно. И с 30-й попытки может и рожу что то достойное.

Но меня привел в смущение один экземпляр-китайский движок, на постоянных магнитах. Причем качественный. И черт меня дернул искать альтернативные конструкции.

Вообщем теперь в голове каша. Прошу помочь хотя бы с определением типа двигателя. Преимущества недостатки асинхронных/вентильных/вентильных реактивных применительно к моим условиям?

Это можно решить на IRAMS10UP60B без особых напрягов. Двигатель асинхронный - вполне нормально, на таких оборотах - это вроде как герц 400-600 ?
Что нужно.
0. Частота ШИМ у Вас будет 19-20 кГц. Двигатель - с базовой частотой повыше. Один мой постоянный заказчик перематывает двигатели под свои нужды, у него на 50Гц крутятся с номинальной мощностью при 60 вольтах, т.е. он обмотки рассчитывает на перем.60В.
1. Определиться с методом останова - выбег либо плавный стоп.
2. Определиться с методом разгона. Тут посложнее.
2.1- разгон плавный - это понятно. Если у Вас фиксированная сетка частот - берете записываете таблицу синуса, желательно чтобы каждый период ШИМ был с новым отсчетом - иначе поимеете проблемы с вибрацией из-за некачественного выхода. В таблицу синуса подмешиваете 3-ю гармонику, так чтобы на рабочих оборотах у Вас был немного пологая верхушка синусоиды, это где-то y(t)= 0.9*sin(f)+0.1*sin(3*f) А, вот скринНажмите для просмотра прикрепленного файла
2.2 Если фиксированная частота, то метод разгона проще и надежнее - по амплитуде. Т.е. За нужное время Вы плавно увеличиваете множитель на выходе.

2.3. Если 2.2 не устраивает, лучше сразу считайте синусы в реальном времени. На настройку DDS-ов у Вас уйдет куча времени. Не забывайте, что Вам нужен очень качественный синус. При этом, скорее всего, Вам нужны будут таблицы резонансных частот для их перескока.

3. Прочие вопросы - необходимость программной компенсации пульсирующего выпрямленного напряжения на электролитах, методика измерения тока в нижнем плече полумоста итд итп - это все по аппликухам.
Удачи.

Непонятно, что значит масса на валу. На каком радиусе, т.е. момент инерции?
И мощность нагрузки на вал 1 кВт при работе на номинальной скорости?
Если на ном. скор. работа без нагрузки, то зачем 1 кВт? Требуется быстрый разгон?
Конечно, асинхронный проще всего. Для стабилизации будет, видимо, датчик скорости.
Тогда по нему и разгонять можно, поднимая частоту или мощность при фикс частоте.

Движок на пост. магнитах (синхронный, бесколлекторный?) тоже можно запитать, будет стабильнее скорость,
но для разгона тут хорошо бы иметь датчик положения.

Возможно, на той же MC3PHAC можно сделать частотник. Не знаю только, получится ли от нее 600 Гц. Ибо не пробовал. Спрячь ее с предложенным Пашей модулем - довольно просто должно получиться. Кста, третьей гармоники положено ок. 0,15 от первой.
И еще в асинхронном моторе есть скольжение, пропорциональное моменту нагрузки. То есть частота ротора слегка отстает от питающей. У 1 кВт мотора при ном. моменте - порядка 2-5%. В ПМСМ, ессно, скольжения нет .
И еще - я или, возможно, Паша, могли бы подпилить наши частотники под Ваши параметры. Если бы возня окупилась.
А еще китайцы продают контроллер мотор-колеса(BLDC). Там в нем регулится не частота, а ограничение тока. Частота же получается сама, в зависимости от нагрузки. Зато дешево и сердито. А уже для рег. частоты придется делать некую обратную связь. Может, Ваш моторчик с пост. магнитами годится как BLDC.

У него куда засад с топологией (PLL капризный).
Кроме того, там обновление PWM асинхронно к его частоте, т.е. сигнал "грязный", и верхняя частота емнип 100Гц.
И самое главное - измерение напряжения на DC и последующая компенсация статическая, относительно 3.5вольт. Это наприемлемо, т.к. имея хронически пониженное напряжение - получаем искажения формы сигнала->повышение вибрации.
2ТС: задумайтесь сразу о вибродиагностике подшипников для Вашего "пациента".

Вот именно. С этого, может, и начинать бы надо? Ещё не касаясь электронки, задуматься: а долго ли протянет мотор, если ему обороты против номинальных в 4-5 раз увеличить? И стоит ли оно того?

Откуда видно, что мотор подразумевается низкооборотный? Есть специальные вещи, динамическая балансировка на порядок лучше, водяное охлаждение итд итп. Цены другие...

Большое спасибо за ответы.
Пока что о системе управления речи не идет. Мне нужно с самим типом привода определиться.
Хотя именно система управления и приводит меня в наибольшее смущение.

Мой двигатель должен раскручиваться за 5-10 сек до номинальных оборотов (10 000-13 000). На номинальном режиме- нагрузка не велика. Ну мощностью до 1кВт. Это примерно. Необходимо просто поддерживать стабильные обороты. При отключении останавливается, ну 5-10 сек.
Момент инерции маленький- масса-2-3кг на радиусе 40-50 мм.

Я так это понимаю- у асинхронных двигателей, частота вращения зависит от частоты тока в первую очередь. Тоесть в принципе система управления нужна для разгона/ вывода на номинальный режим и торможения.

В ступор меня вводит отсутствие каких-либо датчиков в вентильном двигателе китайского производства. Тоесть в книжках пишут про датчики положения, измерение противо-эдс и тд и тп. Тут ничего-просто три провода на питание.

Ну вот вроде бы асинхронный-нормально. Но оптимально? Просто передо мной основной критерий-простота изготовления и стоимость, и я рассуждаю так, что статоры у асинхронного и на постоянных магнитах(бесколлекторного) одинаковые. а вот ротор у магнитного вроде бы и попроще сделать то? "Приклеить" магниты, и делов то. А короткозамкнутый ротор еще сделать надо.
Я к проблемме подхожу с технологической точки зрения. Поэтому важны ваши советы, как специалистов электротехников.

Вы меня пугаете Это уже пусковой ток как минимум 4-х кратный будет.
Но, заметьте, если разгонять повышением амплитуды - то это менее геморройно, чем частотой - уменьшается проблема резонансов. Со мной многие не согласятся, что ж, пусть говорят.



Датчики положения надо для синхронизации BLDC двигателя. Для ОС по частоте лучше резольвер.
Для асинхронных - векторное управление не требует ОС по частоте.

Показалось, что автор о таких ещё не слышал. Он только начал знакомство с двигателями. Может, ошибаюсь?

Вот как раз вопросы охлаждения и баллансировки мне куда ближе и понятнее, здесь я себя чуть увернее чувствую.
А вот системы управления приводят меня в легкое недоумение.

Мне нужно полностью расчитать ротор-статор, для этого хотябы определиться с типом- асинхронный/на постоянных магнитах

С асинхронным я более менее разобрался, хотя если посоветуете хорошей литературы, по проектированию, буду благодарен.
Не до конца понятно. как управлять синхронным. в китайском образце я никаких датчиков не могу найти. Провода от него всего 3.
Возможна ли эксплуатация двигателя на постоянных магнитах, без датчиков и системы управления?

При оборотах 10000-13000 PMSM ротор порвет как тузик грелку центробежными силами. Или понадобится кевларово-углетканевый бандаж. Один такой ротор- уже немалая инженерная задача. Поэтому смотрите в сторону асинхронников. Потом на момент инерции ротора и запасаемую энергию. А потому уже рассчитайте мощности привода для разгона до 13000 за 5 секунд. Сразу скажу- электрические машины тут непотянут (разве что этот система размером со стоматологический микрошпиндель или авиамодельный двигатель). Нужна турбина и пороховой стартет (ПАД).
Поэтому лучше выбрать асинхронник и обычную стабилизацию оборотов по индуктивному датчику. С этим справится любой современный частотный преобразователь для электрошпинделей - мощность от сотен ватт до 5 киловатт, частоты до 1000 Гц. Купите готовый и не изобретайте силовуху сами.
Если же нужно еще и удержание позиции ротора, постоянный момент на валу- т.е классический сервопривод с обратной связью- то урежьте осетра по оборотам. Хотя например двигатель от пылесоса можно переделать в сервопривод постоянного тока, который сможет делать и то и это, но контроллер понадобится очень нетипичный.

Вот фотография китайца, который так меня заинитересовал.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Турбины равно как и датчиков там нету)
Из-за него я упорно смотрю в сторону PMSM, пытаясь найти явные недостатки, потому что с точки зрения производства, на мой взгляд он проще. Чего то я видимо не понимаю, раз все остальные используют стандартный асинхронник. Ну или китайцы уже впереди планеты всей.

Ну вот как я и предсказывал, ротор порвало. Другое дело, что на фотографии я в упор не вижу и сам мотор действительно можно разогнать до 13000 за эти 5 секунд- тут ничего невероятного нет. Ротор композитный с самарий-кобальтовыми магнитам, магниты в виде сегментов. Поскольку этот материал нельзя механически обрабатывать, то придется заказывать прессование сегментов нужного радиуса, потом защищать их гальваникой от коррозии и намагничивать в импульсной установке.
Частотный привод- обычный BLDC sensorless, возможно с ограничением мощности при разгоне и активным торможением.
Теоретически в китайце может быть обратная связь по холлу, но непонятно по проводам- для ясности сделайте крупную фотку со стороны выводов статора. Если остался контроллер этой штуки- то тоже сфотографируйте, будет по нему понятно.

Ротор не порвало)) он пострадал при разборке изделия))

Да, про 2кг я немного напутал)) там менее 500г. и радиусы меньшие, до 30 мм


что это представляет из себя в железе?

Обратной связи нету-с другой стороны выходят 6 проводов
3 из них замкнуты на 3-х фазный термодатчик.
Остальные 3 как я понимаю, питание.
По хорошему надо его полностью сломать, и посмотреть, что там опд этой заливкой, мож чего и скрыто.

Вы сделали мой день!!! 3-х фазный термодатчик это финал апофеоза!!!!
Ладно, а теперь без шуток- мне действительно непонятно назначение этих 3 дополнительных проводов- для холла мало, для термодатчика- много. Теоретически это может быть одиночный холл с питанием- просто датчик оборотов.
Сенсорлесс привод BLDC-алгоритм управления трехфазным мотором с постоянными магнитами, основанный на измерении напряжений самоиндукции на выводах обмоток. Если измерять их в известное время относительно фаз питающего напряжения, то можно получить информацию о положении ротора. Все это описано в куче аппнот по BLDC sensorless control практически у любого производителя микросхем для управления двигателями. Рекомендую аппноты от Microchip, Texas Instruments, ST, итд.

Термодатчик
=)
уж незнаю, может это и вариант, как с китайскими телефонами которые разве что готовить не умеют, но на мой взгляд это устройство на датчик холла вяло смахивает.

Так что, всё-таки, на фото? Ротор или статор? Ротор и статор? Или ещё чего?

в центре вал, слева статор, он залит каким-то полимером, справа ротор, он раскурочен, но в нем виден 1 магнит

Это в керамике оба?

Как раз ротор асинхронного двигателя наиболее технологичен, литье под давлением и все одна операция!
Если коненчо имеется ввиду серийное производство

Чтиво.
Я не большой поклонник ST, но вроде схему демонтралки глянул - ничо так.