Конструирование высокооборотного мотора аутраннера для скутера

[Combatos]

Посмотрим.. Я не мог три раза криво намотать.

[TOM]

У меня было 3 варианта мотора. на подходе четвертый. Первый был на одном статоре от генератора (толщина статора 13мм), обмотка в 4 жилы 0.93мм, магниты 20х10х5мм по 2 шт. (всего 20 шт.), второй - на двух статорах от генератора (толщина статора 26мм), обмотка таким же сечением, магниты те же. Третий соответственно на трех статорах от генератора (толщина статора 39мм), обмотка в 5 жил 0,93мм, магниты 40х20х3мм. В последнем варианте kV было около 140. Ток ХХ меньше всего был во втором варианте, примерно в 2 раза меньше, чем в первом и третьем..

А какое количество витков было в каждом из вариантов?

[Combatos]

Первый - 15, второй - 14, третий - 9 витков.

[Alex75]

Полагаю, что один из трёх статоров бракованый и портит всю картину. Во втором варианте(с магнитами толщиной 5мм) какой зазор был?

[Combatos]

В первом и втором варианте зазор был 1 мм, в третьем - 0.5 мм.

[Alex75]

В первом и втором вариантах 1мм зазора мало. Минимум 2мм. Даже надо 2,5-3мм, учитывая толшину пластин и большие обороты. У вас сразу упадёт раза в 1,5-2  Iх.х.

[Combatos]

Ток то упадет, а момент? Он и так очень небольшой

[SolarRay]

И максимальный момент упадёт и Km. Это больше на вредный совет похоже (при таком диаметре, делать возд. зазор больше мм).

[zap]

Но, главное, ток ХХ-то упадёт
Тут ещё такая штука, мотать можно хоть по 100 витков на зуб, но надо следить чтобы при максимальных токах железо не уходило в насыщение. Это актуально, учитывая небольшую массу статора.
Впрочем, причина высокого тока ХХ вовсе не в этом, сначала надо с ним разобраться. Может, действительно, один из статоров "горелый" и потерял магнитные свойства.

[Alex75]

При 1мм зазора и таких сильных магнитах у вас часть полезной энергии уходит в разогрев статора(т.е.преодоление паразитного момента). Увеличивая, зазор вы устраняете эти потери, практически, не изменяя полезный момент. Я уже это проходил, но с пластинами 0,5мм. Так что зазоры для стали 0,7мм могут быть ещё круче.
Вот фото двигателя от ручной цепной электропилы:

Толщина стали 0,5мм. Можете оценить магнитный зазор.

[Combatos]

Есть такое понятие:  габаритная мощность трансформатора, то есть электрическая мощность трансформатора ограничена площадью поперечного сечения магнитопровода. Думаю, что по аналогии это справедливо и для BLDC. Если остаточная индукция магнитов допустим 1 Тл, то в моем статоре индукция наверняка на порядок меньше из-за малого сечения железа. В итоге мотор не может побороть сам себя. Я так думаю.

[TOM]

Если железо входит в насыщение, можно считать, что магнитопровода нет. Такая ситуация может быть при недостаточном количестве витков.

[zap]

Наоборот, железо насыщается при избыточном количестве витков. Поэтому нельзя сделать электродвигатель "сверхтяговым", бесконечно увеличивая кол-во витков.

Габаритная мощность завязана на частоту. Если увеличить частоту, можно прокачать через сердечник бОльшую мощность. В случае с электродвигателем частота зависит от оборотов, и мощность тоже. Так что определённое сходство есть, да.

Можно попробовать проверить наличие насыщения, закорачивая свинцовый аккумулятор (или что-то другое, что способно дать требуемый ток) на обмотку двигателя через шунт (я использовал стандартный шунт 75мВ/20А, т.е. 3.75 мОм). Для замеров осциллограф подключают параллельно шунту и фиксируют график возрастания тока (ток возрастает не мгновенно из-за индуктивности). При отсутствии насыщения график будет выглядеть как-то так.

Спойлер

Если же в какой-то момент ток резко возрастает до максимума, значит статор при этом токе насыщается.

[TOM]

Насыщение магнитопровода зависит от тока обмотки и количества витков. Под спойлером неплохая статья, как определить момент насыщения.

Спойлер

Способ измерения тока насыщения сердечника катушки индуктивности, трансформатора или дросселя

Методика проверки дросселя или индуктивности на насыщение

Способ тестирования дросселя чрезвычайно прост.

На сердечник наматывается две обмотки, содержащие произвольное количество тонкого провода диаметром 0,2-0,3 мм (что под руку подвернётся), соотношение витков должно быть около 10 - собственно тоже не важно.

Пример. Намотана вторичная обмотка. Витки считать не нужно - произвольно. А вот первичная обмотка - число витков очень важно. Входное напряжение регулируется от 0-до 20-25 вольт. Балластный резистор - мощный и рассчитан по мощности на полный ток и напряжение источника питания. Коммутационный транзистор - мощный полевой или IGBT транзистор без обратного диода. По напряжению - не менее 10 крат должен превышать источник питания.

Испытания.

Включаем генератор прямоугольных импульсов 2-3 Гц. При работе с такой низкой частотой витки первичной обмотки создадут установившуюся на одном уровне индукцию в сердечнике. Избыток тока - рассеивается на резисторе. Когда транзистор закрывается, то во вторичной обмотке наводится импульсное напряжение, амплитуда которого выделяется на конденсаторе до определённого значения. Чем выше индукция в сердечнике - тем выше выходное напряжение. Включение вторичной обмотки должно быть обратноходовым, т.е. всплеск напряжения на выходе должен быть тогда, когда транзистор закрывается. нагрузочный резистор конденсатора - разрядный, не должен потреблять значительный ток, скажем 10-15 мА, выбирается произвольно.

Метод измерения тока насыщения магнитопровода

Постепенно повышая входное напряжение от источника питания (т.е. увеличивая ток через первичную обмотку) - добиваемся момента прекращения роста выходного напряжения. Все. наступило насыщение сердечника. Дальнейший рост тока не даёт результата. Транзистор переводится кратковременно в открытое положение на 3-5 секунд и записываем показания амперметра.

Пример. первичная обмотка намотана из 20 витков толстого провода. Ток в цепи был 22 А.
Считаем 20 витков* 22 А = 440 Ампер/виток.
Следовательно этот магнитопровод можно насытить до предела либо одним витком с током 440А, либо 40 витков 11 А, или 440 витков с током 1А. Несмотря на предельную простоту метода - он даёт предельно точные результаты.
Таким методом рассчитываются магнитные усилители с обратной связью - амплистаты. Для ферритовых дросселей частоту можно повысить.

Источник (недоступен)

[Combatos]

[user]TOM[/user], спасибо, читал эту статью ранее. 

[Combatos]

[user]zap[/user], спасибо, буду знать на будущее. В моем случае не буду пока заморачиваться, т. к. мой новый статор в данный момент уже режется лазером, скоро буду мотать и пробовать. Учусь чаще всего именно на своих ошибках..

[zap]

Под спойлером неплохая статья, как определить момент насыщения.

Мой способ проще Всё делается в один заход любым достаточно мощным источником питания (подойдёт даже дохлая свинина).
Единственное, что замыкать контакты надо в вытянутых руках, чтобы расплавленный металл не капал на казённые сапоги

P.S. Вот не поленился, проверил свой метод.
Взял известный индуктор со следующими параметрами:
Индуктивность - 220 мкГн
Сопротивление - 0.36 ом
Ток насыщения - 2.43А

Спаяв стенд по очень сложной схеме

Спойлер

я нагло замкнул контакты на выводы какой-то случайно оказавшейся на столе банки 18650, в расчёте что уж что-что, а три-четыре ампера на КЗ она легко даст
В результате получил следующую осциллограмму:

Учитывая, что сопротивление шунта было взято 0.1 ом, то одно вертикальное деление 100 мВ соответствует току в 1А.
Как отчётливо видно, на графике имеется перелом после которого ток начинает расти быстрее чем раньше.
Этот перелом находится чуть ниже середины третьего деления по вертикали, что соответствует току ~2.4А.
Совпадение? Не думаю! 

Кстати, по тангенсу угла наклона начала кривой (там где она боль-мень линейна) можно определить и индуктивность, если нет RLC-метра.

[Gostya]

Про насыщение...Вы знаете, что магнитное поле создаваемое неодимовыми магнитами практически полюбому вводит статор в насыщение? И магнитное поле создаваемое обмотками, лишь немного влияет на это "внешне наводимое магнитное поле"? Индукция от магнитов сколько? 1+Тесла...сечение по магнитам 75-80% площади кольца ротора? А какое сечение зубов статора? <50% итого 1.5 Т там (в зубьях статора) минимум...Нет?