Разработка и изготовление мощного BLDC-мотора 10-20 КВт

Разработка и изготовление мощного BLDC-мотора 10-20 КВт

Сообщение Timecops » 19 мар 2013, 15:45

Разработка и изготовление мощного BLDC-мотора 10-20 КВт для самолета на электрической тяге.
Development and making powerful BLDC-motor 10-20 KW for electric aircraft.

Видео часть 1
http://www.youtube.com/watch?v=TKjZgAvZAwM

Видео часть 2
http://www.youtube.com/watch?v=0kOMIuP75WU

Видео часть 3 (это второе видео расширенное в конце испытаниями)
http://www.youtube.com/watch?v=ey1ydiGNLDg

Сайт http://www.en.net.ua/diaz/emotor/

Параметры к прототипу (видео 1):

Тип О.С. : бездатчиковый (sensorless)
Несущая частота : 16 KHz
Пик.мощность : 30 KW (400 A)
Питание : 30-76 V
Охлаждение : Воздушное (cooler)
Защиты : К.З., Ток, Температура
Пульт управления : выносной (external)
Индикация : I, U, T, RPM
Масса : 1,8 Kg
Габариты : 250x180x85
Себестоимость : $350
Ресурс : 500 человек/часов
Дата : 31.05.2012


Общие Данные/Common Электрика/Electrical Результаты/Results

Габариты : Высота 210, Диаметр 190
Масса 7 Кг (в сборке)
Крепление : 6 болтов М8
Метериалы : Сталь, Дюраллюминий,
Медь, Неодим, Пластик,
Текстолит, Эпоксидная смола
Подшипники : 2 шт (204/20x47x14)
Ротор : Высота 95, Диаметр 190,
Масса 2,9 Кг (с магнитами)
Статор : Высота 38, Диаметр 164
Масса 2,8 Кг (без обмоток),
Сталь магнитопровода 0,35 мм,
Форма 12 зубов
Магниты : 8/16 шт (от конфигурации),
Размер 50,8x25,4x6,4
Сцепление 16,5 Кг,
Марка N45,
Индукция (Br) 13200 gauss,
Хим.состав NdFeB,
Покрытие Никель-Медь
Конструкция : Вращающийся вал отсутствует,
ступица как одно целое
с ротором
Затрачено : $720
Себестоимость : $400 (мотор+контроллер)
Ресурс : 850 человек/часов

Сайт http://www.en.net.ua/diaz/emotor/

Часто-задаваемые вопросы :

ВОПРОС :
В чём отличие между BLDC-моторами которые использую датчики Холла в своей конструкции
и теми которые работают без датчиков Холла ?

ОТВЕТ :
Данная постановка вопроса не совсем корректна по отношению к BLDC-мотору и ответ очевиден -
в одном есть датчики Холла, а в другом их нет. В остальном моторы имеют абсолютно
одинаковую конструкцию. Этот вопрос скорее относится не к мотору, а к контроллеру,
который управляет мотором. Вот после этого уточнения отвечаю ...

Суть в том, что для управления скоростью вращения ротора мотора микропроцессор контроллера
должен знать в каком положении в каждый момент времени находится ротор. Это осуществляется
с помощью обратной связи. Тоесть, микропроцессор не только посылает сигналы которые заставляют
вращаться ротор, но и принимает сигналы от мотора с помощью которых микропроцессор определяет
когда подать очередной импульс в мотор чтобы его ротор вращался с нужной скоростью.
Таким образом осуществляется синхроная работа микропроцессора и мотора.

В варианте с датчиками (3 шт.) при вращении ротора на выходе датчиков, под воздействием поля
магнитов ротора, образуются кодовые комбинации. Это можно сравнить с трёхразрядным двоичным кодом.
Эта кодовая комбинация подаётся в микропроцессор, а он, обработав сигнал, выдаёт для мотора
питающий импульс. Это упрощенное описание механизма работы мотора с датчиками.

В варианте без датчиков для реализации обратной связи используется сигнал EMF (ElectroMotive Force)
"ЭлектроДвижущая Сила". Суть заключается в следующем...
В основе лежит компаратор. На его отрицательный вход подаётся половина напряжения питания мотора,
полученная с резисторного делителя (два резистора равного сопротивления в пределах 20-200 КОм).
На положительный вход компаратора подается сигнал снятый с другого резисторного делителя,
три резистора которого снимают напряжение с трёх фаз мотора. В результате вращения ротора
на положительном входе компаратора присутствует сигнал треугольной формы, симметричный
по амплитуде относительно половины напряжения питания мотора. Как только этот сигнал превышает
половину напряжения питания - на выходе компаратора возникает положительный импульс
который принимает микропроцессор. Дальше, как и в варианте с датчиками, микропроцессор
выдаёт для мотора питающий импульс.

Из вышесказанного ясно, что алгоритмы программ, прошитых в микропроцессорах,
отличаются друг от друга. Но результат выдают одинаковый - стабильная работа мотора при любой
скорости вращения ротора, при любой нагрузке на валу.

Напрашивается вопрос - зачем использовать датчиковый тип, если без датчиков конструкция мотора проще,
а результат тотже ? Ответ - всё зависит от того в каком устройстве используется выбранная схема.
В варианте с датчиками при запуске мотора микропроцессор заранее знает исходную позицию ротора.
А в варианте без датчиков контроллер сначала не знает позицию ротора и чтобы её узнать он должен
дать случайный (!!!) питающий импульс на мотор чтобы сдвинуть ротор с места. И только когда
в микропроцессор придёт первый импульс сигнала обратной связи (EMF), он будет готов начать
нормальну работу по своему алгоритму управления мотором. Момент старта ротора хорошо виден
на видео первого и второго моторов. В первом моторе - ротор сначала дрожит потом раскручивается.
Во втором моторе - сначала делает небольшой шаг в обратную сторону, а потом раскручивается в нужную.
И чем правильнее изготовлен мотор, тем слабее проявляются "конвульсии" ротора при старте (второй мотор).
Это очень принципиальный, и очень важный момент ! Для тех кто пока не уловил перспективу - объясняю...
Как я сказал ранее - всё зависит от того в каком устройстве используется выбранная схема. Например,
нашим устройством является электромобиль. Механическая нагрузка (через редуктор или напрямую)
передаётся от мотора колесу. Что мы имеем в момент старта электромобиля ? Большую токовую нагрузку
на обмотки мотора, проводники и цепи контроллера. Ведь электромобиль имеет приличную массу
плюс масса пассажира. Теперь по каждому варианту...
Если мы используем вариант с датчиками, то как я сказал ранее, микропроцессор заранее знает
позицию ротора, поэтому при старте электромобиля мотор начинает работу с нормальными (допустимыми)
токовыми перегрузками и входит в нормальный режим работы сразу. А в варианте без датчиков,
как сказано раньше, мотору придется сначала дёрнуть электромобиль с огромной токовой перегрузкой,
а затем, если удастся засинхронизироваться, система продолжит работу в нормальном режиме.
Конечно эту проблему можно обойти если мотор не встроен в колесо, а соединяется с колесом через
механизм сцепления. В этом случае мотор стартует без нагрузки. И после того как ротор наберёт обороты
на него можно подать механическую нагрузку сцеплением. Собственно так и происходит
в современных автомобилях с Д.В.С. Теперь можно сделать вывод...

Мотор с датчиками необходимо использовать в устройствах которые в момент старта мотора держут
под большой механической нагрузкой его ротор. Например электромобили, электромотоциклы.
Мотор без датчиков можно использовать в устройствах где в момент старта мотора на его валу нет большой
механической нагрузки. Например электросамолёты, электроплавательные средства, или просто вентиляторы.

ВОПРОС :
Вы сами пишете алгоритмы для микроконтроллеров которые используете в своих BLDC-контроллерах ?

ОТВЕТ :
Нет, я этим пока не занимался за ненадобностью. Дело в том, что готовые специализированные
микроконтроллеры (прошитые) продаются в интернет-магазинах электронных компонентов.

ВОПРОС :
Какая себестоимость мотора-2 и мотора-3 ?

ОТВЕТ :
На покупку материалов, компонентов, изготовление деталей и т.д. было затрачено ...
Мотор-2 = $500
Мотор-3 = $2200
Стоимость работы по сборке, покраске и т.п. в эти суммы не входит.

ВОПРОС :
Почему кольцо ротора сделано из стали, а не из дюрали ?

ОТВЕТ :
Этого требует принцип работы подобных моторов. Магниты должны размещаться на магнитопроводящем металле,
например сталь. А крышка ротора наоборот, должна быть из магнитоНЕпроводящего металла, например дюраль.
Это относится к конструкциям моторов, размещенных на этом сайте.

ВОПРОС :
Откуда вы взяли чертежи моторов представленных на этом сайте ?

ОТВЕТ :
Эти чертежи моторов я разработал сам. Для того чтобы разработать чертёж любого устройства, достаточно хорошо
представлять принцип его работы и, естественно, иметь определённые навыки в черчении.

ВОПРОС :
Вы продаёте свои моторы ?

ОТВЕТ :
Я не продаю свои моторы. Эти моторы я сделал для своих целей. Конечно, если кто-то закажет у меня мотор
с определёнными параметрами, то я не откажусь поработать за определённую плату. Главное чтобы заказчик
сам понимал какой мотор ему нужен. Ну и естественно имел средства для реализации своей идеи.
Изготовление подобных моторов - процесс длительный и затратный.
Timecops
 
Сообщений: 1843
Зарегистрирован: 25 июн 2011, 15:42

Вернуться в Разное

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2