BLDC 모터가 고속으로 동작을 변경하는 이유는 무엇입니까?

배경

작은 50 그램 하비 BLDC 모터 인 KDE 2304XF-2350의 토크 대 속도 성능을 기록했습니다 .

다른 고정 전압에서 ESC (전자 정류자) 및 ESC에 대한 다른 스로틀 설정으로 모터에 전원을 공급합니다. ESC의 스로틀은 기본적으로 고정 전압을 낮 춥니 다. 3 상 전력계를 사용하여 모터에 들어가는 "준 다상"AC 전력을 측정합니다. I는 유사 다상 말 때문에 오직 하나의 특정 시점에서 2 모터 권선을 통한 전류 흐름의 위상.

와전류 브레이크를 사용하여 모터를로드합니다. 알루미늄 디스크가 로터에 연결되고 모터 / 디스크가 두 개의 전자석 위에 매달려 있습니다. 전자석에 대한 전력 증가는 회전 디스크에 더 큰 와전류를 유도하여 더 큰 토크를 생성합니다. 인라인 토크 셀과 홀 센서를 사용하여 다양한 부하 전류에서 정상 상태 토크와 속도를 측정합니다.

여기 8V, 50-100 % 스로틀에서의 데이터가 있습니다. 각 점으로 구분 된 실험 세트에는 간단한 DC 모터 모델과 KDE의 사양을 기반으로 해당 솔리드 예측이 있습니다.

V = 디 V_{디 씨}

$V = dV_{DC}$

V = 나는 아르 자형 + 이자형

$V = IR + E$

V = \frac{티}{{케이}_{티}} 아르 자형 + {케이}_{티} ω

$V = \frac{T}{k_t}R + k_t\omega$

티 = \frac{V {케이}_{티} - {케이}_{티}^{2} ω}{아르 자형}

$T = \frac{Vk_t - {k_t}^{2}\omega}{R}$

어디

$d$ 는 스로틀 설정의 듀티 비
$V_{DC}$ 는 ESC에 들어가는 고정 전압입니다
$R$ (182mΩ)은 모터의 권선 간 저항입니다 (KDE는 91mΩ의 권선 당 저항을 제공함). 이는 모터 단자에 순간적으로인가되는 전압에 의해 보여지는 전체 저항이기 때문입니다.
$k_t$ (0.0041 Nm / A)는 온라인으로 제공됩니다

문제

실험 데이터가 내 모델에서 고속으로, 특히 스로틀이 낮은 이유를 이해하지 못합니다.

나는 처음에 이것이 일종의 "우연한"필드 약화 였지만. 발산은 기울기 변화에서 비롯되며 DC 모터 곡선의 기울기는 및 의 함수 입니다. 고속 / 저 전류에서 은 변하지 않지만 (저 전류 = 저온) 는 인덕턴스 증가로 인해 변경 될 수 있습니다. $k_t$ $R$ $R$ $k_t$

것처럼 실험 경사 이하 제외된다 있었다 이상의 속도를 달성하기 위해 감소하면서도 모터는 여전히 유지 높은 경우에 비해 토크 똑같아을했다. $k_t$ $k_t$

예를 들어, 70 % 스로틀과 10kRPM에서 내 모델은 ~ 20mN-m의 토크를 예측하지만 "현장 약화"모터는 25mN-m의 토크를 생성합니다. 무엇을 제공합니까 ??

이 BLDC의 필드 약화입니까? 그렇다면 왜 토크가 발생하지 않습니까?
이것이 필드 약화가 아닌 경우, 토크 속도 곡선 경사가 속도에 따라 변하게하는 다른 요인은 무엇입니까?

추가

이 고속 발산에 대해 저를 혼동하는 것은 실험적인 모터 효율 이 FW로 향상된다는 것 입니다.

PMSM의 FW를 이해함에 따라 고정자 전류 (Id?) 중 일부는 토크 (Iq)를 생성하지 않고 전기자 필드를 "싸우는"데 소비되므로 실제로 일부 효율성을 잃게됩니다.

그러나 모터가 동일한 토크에서 더 많은 속도 (모델에 비해)를 생성하기 때문에 내 모터의 실험 효율이 내 모델만큼 급격히 떨어지지 않습니다.

Neil_UK가 언급했듯이 ESC는 전기자에서 위상 각을 가진 일종의 트릭을 재생 중일 수 있습니다. 전기자에서 위상 각을 어떻게 측정 할 수 있습니까?

이미 내 전력계를 통해 모터 단자에서 총 위상 각을 측정하고 있습니다 (Φ = acos (∑P / ∑S)).이 위상 각에는 속도 증가 인덕턴스의 전류 지연과 노이즈 스위칭의 고조파 왜곡이 포함됩니다 .

가설

FDC 동안 BLDC 모터는 FW 동안 "일정한"전력을 끌어 오는 비 효율성을 무시하는 PMSM과 달리 FW에서 더 많은 전력을 계속 끌어 오기 때문에 토크는 우발적 인 FW 영역에서 고통받지 않습니다 . 이제 데이터를 확인하겠습니다!

motor brushless-dc-motor

— 기술 술탄
소스

스로틀이란 무엇입니까? 나는 '모터 속도를 제어한다'라는 의미는 아니지만 전기적으로 ESC에 대해 무엇을 의미하며 모델에 어떻게 적용됩니까? 내가보고있는 것은 '회전 수가 증가함에 따라 토크가 떨어질 것으로 예상하지만 스로틀 설정이 낮을 때 예상만큼 떨어지지 않습니다'라고 생각합니다. 다른 배터리 전압으로 브러시 모터를 사용하면 크게 놀랄 것입니다. 그러나 브러시리스를 사용하면 타이밍이 변경 될 때 ESC가 '영리한 일을'할 수있는 몇 가지 기회가 있습니다. 그렇게하고 있습니까? '스로틀'이 무엇을하라고 말하는지 어떻게 알 수 있습니까?

— Neil_UK

모델을 어떻게 도출 했습니까? 어떤 가정이 내장되어 있습니까? 가장 분명한 설명은 속도 컨트롤러가 모델에 내장 된 가정을 따르지 않는다는 것입니다. 다른 스로틀 설정에 따라 속도 컨트롤러는 실제로 무엇을합니까? 아마 당신이 생각하는 것이 아닙니다.

— mkeith

기본적으로 발생하는 상황은 경부 하 조건에서 모터가 예상보다 빠르게 작동한다는 것입니다. 컨트롤러가 모터가로드되지 않았고 그러한 조건에서 필드 약화를 구현하기 위해 위상 전진 또는 이와 유사한 것을 사용하고 있다고 말할 수 있다고 생각합니다. 모터에 과부하가 걸리면 (토크가 높음) 실험 데이터가 모델과 수렴됩니다.

— mkeith

ESC는 비 정현파 드라이브이므로 사용하는 알고리즘이 정현파 드라이브를 사용하는 모델과 다를 수 있습니다. 중간 범위에서 토크가 크게 개선 된 것으로 보입니다.

— Jack Creasey

@DmitryGrigoryev 700mN-m (100oz-in) 등급의 토크 셀을 사용하고 있습니다. 상업용 동력계 (보고서)를 사용하여 군대에서 테스트 한 더 작은 BLDC에서도 동일한 현상 이 발생 했습니다 . 알려진 거리에서 매달린 알려진 무게로 교정했습니다. 내 이론 및 실험 슬로프는 저속에서 일치하므로 측정 오류가 없다고 생각합니다.

— techSultan

현재 사용중인 문제는 사용중인 컨트롤 형식과 관련이 있습니다. 거의 모든 취미 / 쿼드 콥터 지향 BLDC 컨트롤러 (일반적으로 'ESC'라고 함)는 센서리스 사다리꼴 제어를 사용합니다. 이 제어 방식은 질문에서 참조하는 제어 방식과 근본적으로 다릅니다.이를 필드 지향 제어 또는 FOC라고합니다.

이러한 제어 기술의 차이점을 자세히 설명하려면 지나치게 긴 답변이 필요하므로 직접 조사해 보는 것이 좋습니다. 그러나 현재 존재하는 테스트는 모터의 속도 / 토크 특성을 운전자의 속도 / 토크 특성과 올바르게 분리하지 않는 것입니다. 고해상도 엔코더가 없으면 저속에서 모터 성능에 영향을줍니다. 좋은 저속 성능을 원한다면 제어 기술에 관계없이 어떤 형태의 인코더가 필요합니다.

최고 속도 범위에서 이러한 모터를 올바르게 특성화하려면 실제로 센 서식 FOC 드라이버 가 필요합니다 .

— 오카 나스
소스

이제 센서 FOC와 센서리스 6 단계 정류의 차이점을 이해합니다. 사다리꼴 정류 메커니즘에서 FW가 "우연히"발생하고 있다고 포지셔닝했습니다. 제어 알고리즘이 무엇인지 정확히 알지 못하면이 질문에 대답 할 수

— 없다고 생각합니다

간단한 설명은 50 %의 스로틀 설정이 50 % 씩 스텝 다운 된 전압을 의미하지 않는다고 생각할 수 있습니다. 부하가 작 으면 전류가 PWM 펄스 사이에서 0으로 되돌아 가서 출력 전압이 50보다 높기 때문입니다 %. 불연속 전류로 벅 컨버터에서 전압을 찾습니다.

— Jesse_a_b
소스

불연속 전류 모드 (DCM)에서 전압이 어떻게 증가 할 수 있는지 이해하지만, 이것이 토크 속도 곡선의 기울기에 어떤 영향을 미치는지 이해하지 못합니다. 이론적으로 전압은 곡선의 y 절편에만 영향을 미칩니다.

— techSultan