Späť EMF motora BLDC: Ako ho vypočítať z rýchlosti, Kv a toku

48 V BLDC motor ventilátora beží pri 3 000 ot./min. a osciloskop ukazuje 30 V špičkovú vlnovú krivku. Prah bezsenzorového prechodu nulou ovládača je nastavený v blízkosti polovice zbernice DC. Spustí sa motor spoľahlivo a je namerané napätie skutočne zadným EMF? Odpoveď závisí od toho, ako je definovaná zadná konštanta EMF, či je hodnota fázová alebo riadková a či je špičková alebo efektívna. Ak sa tieto definície pomýlia, môže sa jednoduchý výpočet zmeniť na nesprávne nastavenie regulátora alebo nezhodné poradie motora.

Krátka odpoveď je: vypočítajte späť EMF z E = Ke × ω , kde Ke je zadná konštanta EMF a ω je mechanická uhlová rýchlosť. Použite rovnakú fázu/čiaru a vrchol/RMS základ ako konštanta. Ak je k dispozícii iba Kv, najskôr ho skonvertujte. Ak je motor už na skúšobnom zariadení, zmerajte priebeh a vypočítajte Ke zo známej rýchlosti. Nižšie uvedené časti zobrazujú každú metódu, prevody jednotiek, ktoré spôsobujú väčšinu chýb, a kontroly, ktoré sa oplatí vykonať pred vydaním objednávky.

Základný vzorec a čo každý symbol znamená

Na výpočet prvého prechodu použite mechanický formulár:

E _{fáza, vrchol} = Ke _{fáza, vrchol} × ω _m

Tu, ω _m je rýchlosť hriadeľa v radiánoch za sekundu: ω _m = 2πn / 60, s n v otáčkach za minútu. Ke musí byť vo V na rad/s. Ak údajový list uvádza Ke v V/kot./min, V/rpm alebo Kv v rpm/V, pred vynásobením ho preveďte. Rovnaká rovnica funguje pre lichobežníkový motor BLDC a sínusový stroj PM, ale interpretácia tvaru vlny sa mení: pre lichobežníkové motory použite amplitúdu s plochým vrchom; pre sínusové motory používajte dôsledne špičkovú alebo efektívnu hodnotu.

Pre sínusový stroj so známym prepojením toku je fyzická forma:

E _{fáza, vrchol} = p × λ _m × ω _m

kde p je počet pólových párov a λ _m je spojenie vrcholového toku na fázu vo Wb-závitoch. RMS hodnota fázy je E _{fáza, vrchol} / √2. Pre sínusové napätie medzi jednotlivými vedeniami vynásobte fázovú efektívnu hodnotu √3. V prípade šesťstupňového lichobežníkového motora je plochý vrchol medzi jednotlivými vedeniami často blízko dvojnásobku hodnoty plochého vrcholu fázy, ale potvrdzuje tvar vlny, pretože presný vzťah závisí od komutácie a usporiadania vinutia.

Konverzia jednotiek Kv, Ke a údajových listov bez nákladných chýb

Kv sa zvyčajne uvádza v otáčkach za minútu na volt. Pre výpočet v štýle jednosmerného prúdu bez zaťaženia je zadná konštanta EMF vo V/(rad/s):

Ke = 60 / (2π × Kv) = 9,549 / Kv

Ak je Kv 100 ot./min., Ke je približne 0,0955 V/(rad/s). Pri 3 000 ot./min., ω _m je 314,16 rad/s, takže vypočítaná spätná EMF je približne 30,0 V. Ak údajový list definuje Kv na báze riadkov k riadku, týchto 30,0 V je hodnota medzi riadkami. Ak je Kv fázová, ide o fázovú hodnotu. Číslo je rovnaké len vtedy, keď je základ rovnaký.

Pre priemyselné motory sa Ke často uvádza vo V/krpm. Preveďte ho delením 104,72, pretože 1 000 otáčok za minútu sa rovná 104,72 rad/s. A Ke 12 V/krpm je teda 0,1146 V/(rad/s). Pri 1 500 ot./min. je zadná EMF 0,1146 × 157,08 = 18,0 V na rovnakom princípe fáza/linka ako v údajovom liste.

Bežným nákupným rizikom je dodávateľ, ktorý uvádza „Ke = 0,12“ bez jednotiek. Je to V/rpm, V/(rad/s), V/krpm, fázový vrchol alebo RMS medzi linkami? V tomto jedinom čísle môže byť skrytý faktor 2 alebo √3. Požiadajte o písomnú definíciu a opýtajte sa na priebeh a testovaciu rýchlosť použitú na jej získanie. Ak je motor určený na bezsenzorové riadenie, požiadajte aj o spätné EMF pri minimálnych prevádzkových otáčkach, nielen pri menovitých otáčkach.

Výpočet z fyzických rozmerov a väzby toku

Ak prototyp nemá žiadny užitočný údajový list, najpriamejšou cestou je prepojenie toku. Ak dizajnérsky tím pozná spojenie špičkového toku na fázu, použite E _{fáza, vrchol} = p × λ _m × ω _m . Napríklad p = 4, A _m = 0,05 Wb-otáčky a n = 1 500 otáčok za minútu dáva ω _m = 157,08 rad/s. Maximálny fázový spätný EMF je 4 × 0,05 × 157,08 = 31,4 V. RMS hodnota fázy je 22,2 V a sínusová RMS hodnota je 38,5 V.

Ak prepojenie toku nie je k dispozícii, ale vinutie a magnetický obvod sú známe, výpočet možno zostaviť zo závitov na fázu, faktora vinutia, toku vzduchovej medzery na pól a rýchlosti. V praxi je neistota hustoty toku vzduchovej medzery, koeficientu vrstvenia a účinkov koncového vinutia dostatočne veľká na to, aby sa vypočítaná hodnota považovala za odhad návrhu. Naviňte vzorku, roztočte ju bezpečnou rýchlosťou a zmerajte tvar vlny. Toto meranie je tiež najrýchlejším spôsobom, ako potvrdiť, či je zamýšľaný tvar vlny bližšie k sínusovému alebo lichobežníkovému tvaru. Pre pozadie komutácie a správania sa tvaru vlny, Článok o princípe fungovania BLDC je užitočná referencia.

Metóda merania: Rozsah, vŕtanie a bezpečné otáčanie bez zaťaženia

Na lavičke odpojte ovládač a roztočte motor pomocou vŕtačky, sústruhu alebo iného motora. Zmerajte medzifázové napätie diferenciálnou sondou alebo izolovaným vstupom osciloskopu. Neprekračujte povolenú hodnotu bežného režimu sondy a nepripájajte uzemnenú sondu osciloskopu k trojfázovému mostu pod napätím. Pri známej rýchlosti zachyťte priebeh a zaznamenajte buď amplitúdu s plochým vrcholom, alebo sínusový vrchol a hodnoty RMS, v závislosti od typu motora.

Z nameraného napätia a rýchlosti vypočítajte Ke: Ke = E _merané / ω _m . Potom overte elektrickú frekvenciu pomocou f _e = p × n / 60. Štvorpólový párový motor otáčajúci sa rýchlosťou 1 200 otáčok za minútu by mal vykazovať elektrickú frekvenciu 80 Hz alebo periódu 12,5 ms. Ak je frekvencia nesprávna, skontrolujte počet pólov alebo skutočnú rýchlosť hriadeľa. Ak je amplitúda nižšia, ako sa očakávalo, skontrolujte útlm sondy, pripojenie vinutia a či je meranie fázované alebo medzi linkami.

Pre rýchlu kontrolu výroby odstreďte pri nízkej pevnej rýchlosti, zaznamenajte vrcholové napätie v sieti a porovnajte ho so vzorkou, o ktorej viete, že je dobrá. Toto nenahrádza úplný test motora, ale zachytáva nesprávne otáčky vinutia, obrátené fázy a problémy s magnetom predtým, ako motor dosiahne montážnu linku. Skúšobnú rýchlosť udržujte výrazne pod maximálnou menovitou rýchlosťou a používajte chránené skúšobné zariadenie.

Prečo koncové napätie nie je zadným EMF pri zaťažení

Pri prázdnom zaťažení je svorkové napätie blízko k zadnej časti EMF, pretože prúd je malý. Pri zaťažení musí použité napätie prekonať spätné EMF, odporový pokles a indukčný pokles: V _fázy = E _fázy I × R L × di/dt. Motor s fázovým odporom 0,5 Ω nesúci 10 A má 5 V odporový úbytok predtým, ako sa zohľadní akákoľvek indukčnosť alebo strata meniča. To je dôvod, prečo výpočet zo samotnej zbernice DC môže nadhodnotiť dostupnú rýchlosť alebo podhodnotiť prúd pri danej záťaži.

Operácia PWM pridáva ďalšiu vrstvu. Menič privádza prerušované napätie a zvlnenie prúdu motora závisí od spínacej frekvencie a indukčnosti. Poklesy diódy, mŕtvy čas a odpor kábla tiež odstraňujú napäťovú rezervu. Pri bezsenzorovom riadení vidí komparátor s prechodom nulou koncový tvar vlny, nie ideálny spätný zdroj EMF. Filtre používané na odstránenie šumu PWM zavádzajú fázové oneskorenie a oneskorenie sa stáva dôležitejším, keď elektrická frekvencia stúpa. Vypočítajte očakávané spätné EMF pri minimálnych a maximálnych rýchlostiach, potom skontrolujte prah komparátora a oneskorenie filtra oproti týmto hodnotám.

Uvedenie výpočtu do dopytu po motore

Užitočný dotaz uvádza požadované spätné EMF pri definovanej rýchlosti, rozsah DC zbernice, fázový/linkový základ a prijateľnú toleranciu. Napríklad: „Pri 2 400 otáčkach za minútu musí byť medzi linkami špičkové spätné EMF 42 V ± 5 %, merané s motorom pri 25 °C a poháňané externým hnacím motorom.“ To je oveľa jasnejšie ako žiadať o „motor 0,2 Ke“, pretože to odstraňuje nejednoznačnosť jednotky pred vytvorením vzoriek. Ak je motor na použitie s ventilátorom alebo vzduchovým chladičom, uveďte aj krivku zaťaženia a minimálne otáčky, pri ktorých musí fungovať bezsenzorové štartovanie.

Pre prevádzku vzduchového chladiča môže BLDC motor s vonkajším rotorom zjednodušiť mechanické balenie, pretože ventilátor sa dá namontovať priamo na rotor. Reprezentatívnou možnosťou je DC149 220V 600W externý motor BLDC vzduchového chladiča Motor BLDC s vonkajším rotorom 220 V 600 W pre vzduchové chladiče, ponúka priamu montáž ventilátora, krytie IP55 a bezúdržbový dizajn vhodný pre priemyselné chladenie. Zobraziť produkt → 600W motor externého vzduchového chladiča BLDC. Pre väčšie ventilačné systémy môže byť vhodnejší EC motor ventilátora; a ECF160 380V 1500W EC motor ventilátora Vysokoúčinný EC motor ventilátora pre odparovacie chladiče vzduchu s výkonom 380 V 1500 W, krytím IP55 a nízkou hlučnosťou vhodný pre väčšie ventilačné systémy. Zobraziť produkt → Jedným príkladom je EC motor ventilátora s výkonom 1 500 W. The stránka aplikácie priemyselného ventilátora ukazuje, ako sa tieto rodiny motorov mapujú na zaťaženia ventilátorov. Pomocou spätného výpočtu EMF skontrolujte rezervu riadenia pri nízkych otáčkach, nielen menovitý výkon.

Spracované príklady a záverečná kontrola zdravého rozumu

Príklad 1 – Kv prevod. Kv = 100 ot./min., n = 3 000 ot./min. Ke = 9,549 / 100 = 0,0955 V/(rad/s). ω _m = 314,16 rad/s. E = 30,0 V na rovnakom základe ako Kv. Ak je Kv riadok k riadku, výsledok je riadok k riadku.

Príklad 2 — technický list Ke. Ke = 0,12 V/(rad/s) vrchol medzi čiarami, n = 3000 ot./min. E _{LL, vrchol} = 0,12 × 314,16 = 37,7 V. Pri 48 V zbernici je ideálna rezerva asi 10,3 V pred poklesom odporu a meniča.

Príklad 3 – prepojenie toku. p = 4, λ _m = 0,05 Wb-otáčky, n = 1 500 ot./min. E _{fáza, vrchol} = 31,4 V, E _fázy,rms = 22,2 V a E _LL,rms = 38,5 V pre sínusový stroj.

Pred prijatím výsledku spustite tento kontrolný zoznam:

1. Zapíšte si, či je napätie fázové alebo linkové.
2. Zapíšte si, či je hodnota vrchol, vrchol po vrchol alebo RMS.
3. Preveďte rýchlosť na mechanické rad/s, nie na elektrické rad/s.
4. Preveďte Ke na V/(rad/s) a ponechajte rovnaký základ.
5. Skontrolujte výsledok v porovnaní s meraním pri nízkej rýchlosti bez zaťaženia.
6. Ponechajte rezervu napätia pre odpor, indukčnosť, diódy a oneskorenie ovládania.

Toto záverečné meranie je tým najcennejším krokom. Vypočítaný spätný EMF je len taký dobrý, ako sú jeho definície jednotiek; nameraný priebeh pri známej rýchlosti okamžite odhalí chyby fázy, polarity a tvaru vlny.