Skocz do zawartości
slawek7

Sterowanie silnikami BLDC

Pomocna odpowiedź

Cześć.

Poszukuję informacji na temat sterowania silnikami BLDC. Chciałbym się Was podpytać o kilka spraw, bo trochę się w tym pogubiłem.

Chciałbym zacząć od paru takich rzeczy.

1. Czy sterowanie silnikiem BLDC przebiegiem sinus również wymaga informacji o położeniu. O ile zdaję sobie sprawę że nie da się w tym przypadku wykorzystać BEMF (chyba jeśli nie to sprostujcie) to czy w takim razie konieczne jest zastosowanie jakiegoś enkodera lub czujników Halla?

2. W nawiązaniu do punktu 1. czy zasilając silnik przebiegiem 3-faz sinusoidalnym można po prostu go zasilić z falownika 3 fazowego?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Warto zacząć od ujednolicenia nazewnictwa, jest to strasznie namieszane. Silnik BLDC ma trapezoidalny przebieg BEMF, natomiast sinusoidalny przebieg ma silnik PMSM (czasem nazywany BLAC). 

image.thumb.png.f3846ff69c2e5e6321dabe70593ae9a3.png

Optymalny sposób sterowania jest zgodny z przebiegiem BEMF, tzn. dla BLDC będzie to sterowanie 6-step, a dla PMSM sterowanie z wykorzystaniem FOC. W sterowaniu 6-step można bez problemu wykorzystać obserwację BEMF i na tej podstawie ustalać moment przełączenia. Świetnie to Dondu opisał na swojej stronie. W sterowaniu FOC wykorzystuje się obserwację przebiegów prądów fazowych na podstawie których ustala się położenie wirnika i oblicza wysterowanie wyjść sterujących na kolejny cykl. Sygnały sinusoidalne uzyskuje się poprzez odpowiednie wysterowanie wyjść PWM.

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

I kolejna ważna rzecz: silnik BLDC musi być zasilany w fazie z położeniem wirnika, tj. komutacje w zewnętrznym falowniku muszą następować w ściśle określonych momentach/położeniach wału. To zupełnie inaczej niż w typowym silniku AC, gdzie na stojan dajesz jakąś częstotliwość np. 20 czy 40Hz, wał kręci się zawsze trochę wolniej niż wirujące pole a moment powstaje właśnie dzięki poślizgowi jednego względem drugiego, bo tylko to generuje prąd w klatce wirnika. Jeśli bardziej obciążysz taki silnik to falownik nic nie musi o tym wiedzieć, wirnik zwalnia, moment wzrasta i wszyscy są zadowoleni. Przykład: zasilanie wprost z sieci AC 50-Hz. Tam przecież częstotliwość się nie zmienia i pole stojana zawsze wiruje tak samo szybko. W silnikach BLDC jest co do zasady bardziej jak w krokowych: wirnik musi kręcić się albo tak szybko jak pole albo wcale. Odwracając przyczynę i skutek: to falownik musi tak sterować polem by zawsze trochę wyprzedzać obecne położenie wału. Tylko tak powstanie quasi-stały moment obrotowy z którego chcesz skorzystać na wyjściu. Dlatego nie da się sensownie sterować silnika BLDC z głupiego falownika generującego na ślepo jakieś sygnały faz. Tak można zrobić tylko w przypadku małych obciążeń, małych (lub prawie zerowych) obrotów i sporego "przewatowania" sterowania czyli wtedy gdy masz pewność, że bez sprawdzania jego położenia wirnik robi to co mu każesz. Przykład: gimbale do kamer.Przy tak niskich obrotach (lub w zatrzymaniu) do sterowania w zamkniętej pętli musiałbyś mieć silnik oczujnikowany, bo back-EMF ze stojących uzwojeń nie wyciągniesz.

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dzięki za wytłumaczenie, lecz drążę dalej, chodzi mi w dalszym ciągu o sterowanie tego BLCD sinusem.

W siec i jest parę przykładów gotowych sterników nazywają to SIn Wave BLCD Controller np jak tu:

 

 

inaczej mówiąc co się stanie po podpięciu przebiegu sinusowego 3 faz do takiego silnika

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
(edytowany)

Jeśli akurat jakimś cudem trafisz w dobry stosunek napięcia do częstotliwości to MOŻE silnik ruszy. Istnieje algorytm sterowania U/f w którym stosunek napięcia do częstotliwości musi być stały w całym zakresie prędkości. Na papierze wygląda to fajnie, w praktyce trochę gorzej. Podczas rozpędzania należy wykonać wyjątek od reguły i podać stałe napięcie, żeby w ogóle ruszyć silnikiem. Ponadto silnik pobiera zdecydowanie więcej prądu niż podczas sterowania optymalnym algorytmem. Natomiast jeśli nie trafisz ze stosunkiem U/f to silnik będzie buczał, brał dużo prądu i może się coś spalić.

W sterowaniu silnikami BLDC/PMSM to one narzucają jak należy nimi sterować i kiedy trzeba robić odpowiednie przełączenia. A jak nie to silnik stanie i odmówi posłuszeństwa 🙂

Edytowano przez Luuke
  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

To jakim kształtem sygnału sterujesz silnik BLDC jest rzeczą drugorzędną. Typowy trapez nie odbiega przecież bardzo od kształtu sinusoidy, więc jedyne co stracisz to trochę sprawności (czyli mniejszy moment/moc lub większa temperatura przy tych samych osiągach). Na filmie jest jakiś sterownik od roweru lub skutera elektrycznego - widać manetki z kierownicy a silnik jest oczujnikowany (cienki kabelek na dole). To oczywiście będzie działać a czy jest tam sinusoida czy trapez? Ani nie jesteś tego w stanie sprawdzić ani na filmie nic o tym nie mówią. Ja tam z resztą niczego nie rozumiem co ten gość mruczy. Nie wiadomo także jaki to silnik (oprócz tego, że trojfazowy) ani jaki konkretnie sterownik i jego algorytm. Nawet robiąc samodzielnie jakiś projekt z sieci nie wiesz do końca co dostaniesz na końcu, chyba że naprawdę ma pojęcie o tym co robił i zawarł to w dokumentacji. Na pewno łatwiej zrobić komutację na 6 punktów czyli sterować silnik prostokątem/trapezem niż generować trzy sinusoidy, ale dziś jest to tylko kwestia kilku linijek w kodzie, elektronika pozostaje taka sama.

Na pewno zwykły falownik 3-fazowy - taki jak do silników AC, generujący ładną sinusoidę, do BLDC kompletnie się nie nada i to wcale nie z powodu kształtu przebiegu a z powodu braku wejść na czujniki położenia wału i/lub braku możliwości detekcji back-EMF. Jedna z tych rzeczy jest po prostu konieczna.

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
(edytowany)

To powiem Wam że jeszcze bardziej zamotaliście mnie. Poszukałem trochę na ten temat i nawet są noty Microchipa o sterowaniu trapezoidalnym i sin wave silnika BLDC. Porównują obie metody: zalety i wady m.in. płynny ruch w sinusie.

Jeszcze inny przykład

 

Edytowano przez slawek7

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Hm, trudno odpowiadać na niezadane pytanie. Co Cię tak zamotało? To, że sygnał odkształcony ma więcej harmonicznych niż ten zbliżony do sinusoidy? Naprawdę? I że te harmoniczne słychać i w rdzeniu i w uzwojeniach i w elementach elektroniki drivera (kondensatory np)? Przecież to oczywiste. Silnik jest także głośnikiem. Ma magnesy, uzwojenia i metalowy rdzeń więc wszystko co potrzeba by robić dźwięk. To Cię zaskoczyło? Wolę nie zgadywać, jeśli chcesz się czegoś dowiedzieć to zapodawaj pytania zamiast zdań oznajmujących. A "stabilność" pracy w sensie o jakim tu mówimy określana jest przez wykres momentu w funkcji kąta obrotu wału w zakresie 0-360 stopni. Im ten przebieg jest łagodniejszy (bardziej płaski) tym silnik płynniej (także ciszej) pracuje, mniej zużywają się łożyska i mniej stresów widzi obciążenie, cokolwiek tam jest podpięte. W przypadku BLDC będzie to trapez, bo taki jest wykres jego back-EMF przy pokręcaniu ośki palcem. Kształt ten wynika wprost konstrukcji mechanicznej takiego silnika: kształtu nabiegunników, rozmieszenia magnesów stałych i sposobu nawinięcia uzwojeń. Jeśli "odpowiesz" silnikowi w taki sposób to odpłaci Ci się płynnym przebiegiem momentu w funkcji kąta obrotu - to proste, bo to działa w dwie strony. Oczywiście nie jest to czysty trapez znany z lekcji matematyki a właśnie takie coś jak widzimy na filmie w przykładzie pokazanym jako drugi - w miarę równo nachylone zbocza i wypłaszczenie na górze/dole. W odróżnieniu od całkiem ładnej sinusoidy dla silników PMSM.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

No to w takim razie pytania. Poczytałem trochę dalej na ten temat. Natrafiłem na ruską stronę opisującą sterowanie BLDC. Pokazuje tą bo na niej są opisy zarówno BLDC i jak i PMSM choć te informacje się powtarzają w większej liczbe.

O co mi chodzi. Mam wrażenie że na zagranicznych stronach jest pewne niedopowiedzenie. Jak Wy rozumiecie silniki PMSM, bo dla mnie to taki silnik energetyczny jak w generatorach. Popatrzcie na pierwszą o BLDC, dlaczego tam stosuje do sterowania PWM i wytwarza sinusoidę na uzwojeniach a potem opisując silnik PMSM też robi to samo z tym samym silnikiem i mówi że to silnik PMSM?

http://www.avislab.com/blog/stm32-bldc_ru/

http://www.avislab.com/blog/stm32-pmsm_ru/

 

Proponuje translatora, dość dobrze sobie radzi.

 

Juz mam jakąś jasność ale chciałbym jeszcze to uporządkować.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Oba typy silników można sterować wykorzystując 6-step lub FOC, ale nieodpowiednie dobranie sterowania spowoduje spadek jakości sterowania i wspomniane już wcześniej efekty uboczne.

Różnica w sygnałach BEMF wynika ze sposobu nawinięcia uzwojeń (po lewej BLDC, po prawej PMSM).

image.thumb.png.8013d6499a721b68739b7785f613ff41.png

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Gość
Napisz odpowiedź...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.


×
×
  • Utwórz nowe...