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Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivalente

Trasformatori, macchine rotanti ed azionamenti

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[1] Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivalente

Messaggioda Foto UtenteGiancaru » 13 giu 2020, 19:00

Salve avrei bisogno di sapere dove posso trovare la descrizione delle equazioni che governano i motori dc brushless trapezoidali, cercando online ho trovato solo tesi molto complicate. Invece cercavo qualcosa di più riassuntivo. Se riuscite a linkarmi pdf o qualsiasi materiale utile sarebbe fantastico. GRAZIE MILLE!
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[2] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 14 giu 2020, 17:55

Cosa intendi per "tesi molto complicate"?
Potresti elencare qualche link, e dirci cosa hai studiato finora, per capire come aiutarti.

In teoria, il modello di un "brushless-DC trapezoidale" è quello di un sincrono a magneti permanenti superficiali, con tensioni indotte (back-EMF) trapezoidali.
Nella realtà, il nome "brushless DC" (che a me non piace) è stato usato per indicare sia un certo tipo di motori che un certo tipo di controllo, con conseguente confusione.
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[3] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto Utentefpalone » 14 giu 2020, 21:00

Salve Foto UtenteGiancaru,
Prova a dare un'occhiata qui.
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[4] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteGiancaru » 15 giu 2020, 17:48

SandroCalligaro ha scritto:Cosa intendi per "tesi molto complicate"?
[...]


https://www.google.com/url?sa=t&source= ... LEY5W5C7-9


Alla fine ho trovato questo link, che credo spieghi in maniera chiara le equazioni interne. Secondo lei sono sufficienti per spiegare in maniera generica il funzionamento del motore brushless?
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[5] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 15 giu 2020, 23:57

Se ti è sufficiente o no, credo che lo debba sapere tu... :-)
Per me, quelle slide sono un po' superficiali, ma immagino siano ottime per dare un'infarinatura, bisogna sempre considerare lo scopo.

Come ti accennavo, i BLDC sono in realtà dei PMSM a magneti superficiali (non nel senso di "poco approfonditi"!).
Il fatto che la back-EMF sia trapezoidale (o quasi) rende i calcoli "elettrotecnici" difficili, a meno di non considerare dei casi particolari e di fare delle approssimazioni.
Il mio consiglio è di studiare i PMSM (con le trasformazioni di coordinate), e poi di ritornare sui "BLDC".

3-Figure3-1[1].png
(da https://www.semanticscholar.org/paper/Analysis-of-position-and-speed-control-of-BLDC-zero-Pindoriya-Mishra/4b11c159945ad8baa0f13f4ab83694146f72d2ba)

Il pilotaggio classico prevede che la corrente coinvolga due fasi per volta, con forma squadrata (vedi forme d'onda qui sopra). In pratica, si approssima una sinusoide con dei tratti positivi e costanti, dei tratti con corrente nulla e dei tratti con corrente negativa e costante. I tratti a corrente costante corrispondono ai tratti dove la back-EMF è costante.
In questo modo, la potenza convertita da elettrica a meccanica (o viceversa, a seconda del segno) su ciascuna fase è a tratti nulla (su una fase, in ogni intervallo di 60°) e a tratti costante (sulle altre due fasi). Se si sommano le potenze sulle tre fasi, si vede che la potenza è costante, e si può facilmente calcolare la coppia, se si divide la potenza per la velocità meccanica.
E' un approccio semplice (forse semplicistico), che però è facile da ricordare.

L'ampiezza della back-EMF (concatenata) è proporzionale alla velocità meccanica:
E = K_e \omega_{m}
Siccome la corrente scorre sempre attraverso due fasi (la terza è aperta), la potenza elettrica istantanea convertita in meccanica è sempre pari a
P_{mech} = E \cdot I
dove I è l'ampiezza della corrente. Da qui si può ricavare la coppia:
T_e = \frac{P_{mech}}{\omega_m} = K_e I
Ovviamente, nella realtà non è possibile far variare la corrente a gradino, quindi la coppia non sarà mai costante. Va considerato, poi, che la back-EMF non è esattamente trapezoidale...

Per il resto (effetto resistivo ed induttivo), il modello elettrico è quello di un PMSM, quindi nel complesso (in prima approssimazione) un R-L-E (con "E" back-EMF non sinusoidale).

Molti motori definiti "brushless DC" hanno in realtà back-EMF quasi sinusoidale, quindi
si possono pilotare come sopra (metodo molto semplice), ma avranno regolazione di coppia scadente
oppure si possono pilotare come dei veri SM-PMSM (ad avvolgimenti concentrati), quali sono, ottenendo potenzialmente coppia costante.

Il primo metodo ha la semplicità dalla sua parte. In alcuni casi, non si fa controllo di corrente, ma si applica solamente la tensione del bus DC, tramite un inverter trifase, alla coppia di fasi "giusta" e con il giusto verso (come tensione fase-fase). Le ventole dei PC funzionano così, e in pratica, visto dall'esterno (a monte dell'inverter), è come avere un motore in continua (da qui il nome).
Per decidere quando commutare, si usando delle sonde di Hall (che indicano la presenza del magnete affacciato ad una certa fase), oppure si applicano tecniche "sensorless". La più semplice, per il pilotaggio "BLDC" è quella di individuare il passaggio per lo zero della tensione sulla fase non interessata dalla corrente, cioè in circuito aperto (quindi corrispondente alla back-EMF).

Il funzionamento sensorless è possibile anche in pilotaggio sinusoidale.
In entrambi i casi, la limitazione è che a bassa velocità la back-EMF è piccola, quindi non si riesce a rilevare.
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[6] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 16 giu 2020, 7:50

Nella figura, la linea tratteggiata rossa non è sovrapponibile a quella gialla né a quella blu, in quanto presenta tempi di conduzione più brevi.
Si riferisce a un transitorio o deve essere proprio così?
EDIT ci sono arrivato.. vabbè, lo lascio (ma il motivo?)
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[7] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 17 giu 2020, 0:26

Sì, hai ragione! Scusatemi, mi ero accorto di questa incongruenza, ma ormai era tardi e ho lasciato quell'immagine.
Mi è capitato spesso che, purtroppo, i diagrammi che uno si immagina più ovvii per spiegare un certo argomento, non si trovino facilmente, mentre se ne trovano molti di fuorvianti o poco logici...

Qui
https://www.ti.com/lit/an/sprabz4/sprabz4.pdf
e qui
https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/papers/v8i8/H7461068819.pdf
si trova qualche disegno migliore e qualche indicazione su modello e funzionamento.
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[8] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteGirogiro » 17 giu 2020, 16:52

..però il circuito equivalente di un motore sincrono non è forse lo stesso di quello di un motore
asincrono ...dove a scorrimento zero essendo infinita la resistenza fittizia di carico, questa però
verrebbe sostituita con un generatore di corrente...

..Insomma nel " brushless" mettendo ai capi del circuito equivalente, una alimentazione ad onda quadra,
o altra, comunque ai capi del generatore di corrente, che simulerebbe la coppia, ne dovremmo considerare una sinusoidale (..pensando in regime di generatore...) ..sommando nei calcoli del motore i due effetti..

...rendendo tutta la cosa più facile da capire... o no...
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[9] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteGiancaru » 17 giu 2020, 18:16

SandroCalligaro ha scritto:Se ti è sufficiente o no, credo che lo debba sapere tu... :-)
Per me, quelle slide sono un po' superficiali, ma immagino siano ottime per dare un'infarinatura, bisogna sempre considerare lo scopo.
[...]
Il funzionamento sensorless è possibile anche in pilotaggio sinusoidale.
In entrambi i casi, la limitazione è che a bassa velocità la back-EMF è piccola, quindi non si riesce a rilevare.


Volevo ringraziarti molto sul approfondimento che mi hai scritto, per l'università dovevo scegliere un argomento a piacere da "approfondire" in sole 4 facciate, quindi puoi capire che è un impresa un po' ardua dovendoci mettere, funzionamento, circuito equivalente , formule che governano il tutto e un esempio numerico. Questo solo per spiegare il motivo della mia domanda. Però leggendo delle tesi di studenti e dottorandi , ho capito che c'è una differenza tra quelli DC e AC , proprio nella forma d'onda , che nei primi è quadra in quelli ac di tipo sinusoidale, invece lei mi sta dicendo che i due i realtà si possono confondere?. A me personalmente non importa sapere quale sia meglio o peggio, ma semplicemente cercare di descrivere nel modo migliore e anche sinteticamente il loro funzionamento, come può ben capire in 4 foglio non posso descrivere sia gli ac che i dc .
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[10] Re: Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivale

Messaggioda Foto UtenteGirogiro » 17 giu 2020, 18:38

..nel frattempo non ti sarai mica dimenticato il titolo..

" Motori Brushless: Equazioni elettriche e schema equivalente"
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