elek. remmen/genereren

hey iedereen,

ik hoop dat mijn topic hier juist staat om te beginnen.
ik heb al vanalles afgezocht maar krijg precies toch niet het juiste antwoord te pakken.

ik moet voor school een elektrisch voertuig gaan programmeren zodanig dat de batterij kan bijgeladen worden bij van een helling rijden of remmen. nu heb ik een motor borstelloze DC motor van 350W en een batterij van 20 Ah. zouden jullie mij wat op weg kunnen helpen met het feit hoe ik dit juist gaan aanpakken?

ik snap de werking van deze DC motor, in generator werking zal deze een 3-fasige wisselspanning opwekken die ik dan gelijk moet richten om de batterij op te laden.

is deze opgewekte spanning gelijk aan E=k.n.flux of nog eens maal 3?
hoe kan ik nu juist de stroom bepalen die naar mijn batterij moet vloeien? en klopt het dat als ik elektrisch ga remmen (dus de draairichting v/h statorveld tegenovergesteld is aan de rotor draairichting) ik mijn laadstroom kan vergroten? aangezien mijn EMK dan gelijk is aan Ustator + EMK? of zit ik hier fout?
en dan als laatste: of is mijn laadstroom gewoon mijn EMK/Xl ?

khoop dat jullie me een beetje verder kunnen helpen, ergens heb ik ook et gevoel dat ik te weinig gegevens heb mss. (gelieve niet met dingen af te komen van "je kan beter een zo een motor of zo'n batterij gebruiken, dit is wat ik heb gekregen...)

alvast bedankt!

Om te beginnen moet je de elementaire fysica begrijpen. Vergeet even het brushless gedoe en denk aan een klassieke DC-motor. Laat de verliezen even buiten beschouwing. Als je een spanning aanlegt over de motor, dan gaat er initieel een stroom lopen gelijk aan die spanning gedeeld door de koperweerstand van de windingen: ook wel kortsluitstroom of startstroom. Die stroom genereert een mechanisch koppel, recht evenredig met de stroom.

Door het koppel gaat de motor draaien. Hierdoor onstaat in de rotor een spanning, de tegen-EMK. De stroom is gelijk aan de aangelegde spanning, min de tegen-EMK, gedeeld door de koperweerstand: de stroom daalt bij toenemend toerental. Na een tijdje bereik je het maximale onbelaste toerental: bij een ideale motor is de tegen-EMK dan even groot als de aangelegde spanning, en de stroom nul.

Stel dat je nu wil remmen op de motor. Je motor heeft een bepaald toerental, en wekt daarbij een bepaalde tegen-EMK op. Door nu een spanning aan te leggen die lager is dan de tegen-EMK, gaat de stroom in omgekeerde richting lopen. Het koppel is recht evenredig met de stroom, en loopt dus ook in de andere richting: de motor remt af!

Dus:
- onbelast toerental is recht evenredig met de spanning
- koppel is recht evenredig met de stroom
- stroom = (spanning - tegen-emk gedeeld door koperweerstand)

In de praktijk zal je bij regeneratief remmen altijd een (veel) lagere motorspanning hebben dan bij het rijden. Als je topsnelheid 12kmh is bij 12V (zonder verliezen), dan heb je een spanning < 12V nodig om te remmen. Om te remmen bij halve snelheid zakt die spanning zelfs al tot < 6V.

Om een accu te kunnen bijladen moet je dus een flinke step-up converter hebben, die de lage motorspanning oppompt tot een bruikbare spanning om de accu te laden. Je moet een regeling bouwen die de motorstroom regelt: hoe dieper je het rempedaal indrukt, hoe meer stroom je uit de motor trekt. (want: koppel = stroom)

Het brushless-verhaal kan een probleem vormen, gebruik je een kant-en-klare controller of wil je zelf iets bouwen?

Zoals Subsonic al zei, het brushless verhaal gaat het er niet makkelijker op maken. Brushless motoren vergen een eigen sturing (brushless AC of DC) en dat zijn niet meteen de eenvoudigste dingen.

Het grote verschil tussen een gewone DCmotor (met borstels) en een brushless motor (zonder borstels dus) is de opbouw. Bij een gewone DCmotor met permanente magneten zitten die magneten in de stator, en de rotor krijgt de energie toegevoerd, via een collectorring met borstels die dan de commutatie uitvoert, anders kan het ding niet draaien.

Bij een brushless laten ze die borstels weg en is de opbouw omgekeerd: de rotor is permanente magneet en de stator wordt de spoel met de toegevoerde energie. Aangezien de stator geen enkele mechanische vorm meer heeft voor de commutatie wordt dit elektronisch gedaan door de drive.

Hoe het passief remmen bij deze drives gaat kan ik je wel vertellen, bij servodrives wordt het 3 fasenet gelijkgericht naar een brugDCspanning van +-560V. Deze wordt door de uitgangstrap gebruikt om de servomotor te sturen. Bij het remmen gaat de teruglopende stroom, volgens het principe dat Subsonic al vertelde, deze brugspanning optrekken naar een hogere spanning. Op deze spanning zitten elco's, hoe groter deze capaciteiten hoe minder de spanning oploopt (Q=U*C) Op zo'n drive kan je ook remweerstanden aansluiten voor het geval dat de spanning toch te hoog oploopt. In de drive zit ook een remchopper, die intermitterend die remweerstand op die DCbrugspanning plaatst (kan met PWM) om deze terug naar beneden te trekken. De energie van de remmende motor wordt hier dus opgestookt in warmte.
Je zou een circuit kunnen maken dat gaat detecteren wanneer die brugspanning boven een bepaalde spanning gaat komen (ten teken dat je motor aan het remmen is) en deze energie met een schakelende voeding omzet naar het laden van bvb. een accu; maar ik denk absoluut niet dat het simpel wordt.

- - big bang - -

Aangezien het een schoolvraag is, ga ik het niet helemaal voorkauwen.

Wat zijn de onderdelen van een boost converter? Welke onderdelen daarvan vind je ook al in een borstelloze motor en regelaar? Zou je daar iets slims mee kunnen doen?

De grote vraag is: hoeveel controle heb je over de regelaar? Kun je daar de programmacode van aanpassen?

Heb je al geprobeerd wat er gebeurd als je de motor aandrijft, en aan de regelaar een negatief koppel vraagt?

gho alvast bedankt voor de snelle reacties,
en eindelijk eens antwoorden waar ik iets mee ben :)

ja ik had al zo een idee dat het niet al te gemakkelijk ging zijn met een brushless daarom dat ze in de automotive veelal synchrone of aynchrone motoren gebruiken. het had ook gemakkelijker geweest kon ik mijn cursussen wat raadplegen maar ben op erasmus in porto dus ja... ik heb een volledige controle over de controller, deze moet namelijk met labview geprogrammeerd worden.

goed dit was gewoon al even een bedankje :) als ik nog een vraag heb zal ik ze er gewoon bijzetten?

Bedankt!

ik heb een volledige controle over de controller, deze moet namelijk met labview geprogrammeerd worden.

veel suc6 dan maar, volgens mij is labview veel te traag voor het aansturen van een brushless motor

Inderdaad, dat ga je nooit redden met labview.

Een brushless motor is ook een synchrone motor, en die worden in de automotive wereld juist wel veel gebruikt, vanwege het ontbreken van de borstels. Ze worden gebruikt voor aandrijvingen van hybride voertuig, en voor brandstofpompen en dergelijke.

Als je een bestaande controller gebruikt, ben je afhankelijk van de mogelijkheden van deze controller; vooral of deze een goede koppelregeling heeft, waarbij je ook een negatief koppel kunt vragen.

Zo niet, dan ben je toch aangewezen op een gelijkrichter brug, waarvan de je uitgang via een schakelende regelaar kunt terugvoeren naar de accu.

Als de vragen gerelateerd zijn aan dit topic, kun je ze beter hier posten dan hier een nieuw topic voor te openen.

Moet dat ding ook optrekken op die brushless motor, of is jou opdracht alleen het rem-gedeelte?

Als je niet hoeft op te trekken met dat ding, en het voornamelijk gaat om het remmen, dan kies je de overbrengings verhouding zodanig dat je zolang je regeneratief wilt remmen, een spanning boven de 12V krijgt. Je kunt dan niet (regeneratief) afremmen totdat je stilstaat. Voor een schoolopdracht lijkt me dat een accpetabele beperking. (voor TH of TU komt: en hoe verandert het als je wel tot bijna stilstand elektrisch wilt remmen? En implementeer dat).

Als je dan de drie fasen gelijkricht, (niet afvlakken!) en dan met een PWM schakeling (hier op de site!) de accu laat laden, denk ik dat je een heel stuk komt!.

hey mensen, kzal even te goei uitleggen wat ik moet doen.
ik heb een elektrische tricycle gekregen die moet omgebouwd worden. momenteel kun je er alleen mee elek rijden of manueel (trappen).
hier moet ik om te beginnen een hybride van gaan maken (met een planetair tandwielstel fzo) zodat motor en mens same vermogen kunnen leveren of in gewone rijtoestand de mens rustig de batterij wat kan bijladen. en dan natuurlijk het regeneratief remmen er meetussen.

en hoe bedoelen jullie dat labview te traag is? we hebben het niet over overdreven snelheden. ik heb e max. snelheid van 50km/h. ik heb toch nog al aansturingen gezien van 'motortjes' met labview.

grtz

Standaard motortjes aan en uitzetten werkt vast wel met labview.

Het aansturen van een brushless motor is hele andere koek en een afstudeer opdracht opzich.

Because the controller must direct the rotor rotation, the controller needs some means of determining the rotor's orientation/position (relative to the stator coils.) Some designs use Hall effect sensors or a rotary encoder to directly measure the rotor's position. Others measure the back EMF in the undriven coils to infer the rotor position, eliminating the need for separate Hall effect sensors, and therefore are often called sensorless controllers. Like an AC motor, the voltage on the undriven coils is sinusoidal, but over an entire commutation the output appears trapezoidal because of the DC output of the controller.

The controller contains 3 bi-directional drivers to drive high-current DC power, which are controlled by a logic circuit. Simple controllers employ comparators to determine when the output phase should be advanced, while more advanced controllers employ a microcontroller to manage acceleration, control speed and fine-tune efficiency. Controllers that sense rotor position based on back-EMF have extra challenges in initiating motion because no back-EMF is produced when the rotor is stationary. This is usually accomplished by beginning rotation from an arbitrary phase, and then skipping to the correct phase if it is found to be wrong. This can cause the motor to run briefly backwards, adding even more complexity to the startup sequence.

Bron:

http://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op (76%)]

Op 24 februari 2010 11:37:56 schreef Roland van Leusden:
Standaard motortjes aan en uitzetten werkt vast wel met labview.

Het aansturen van een brushless motor is hele andere koek en een afstudeer opdracht opzich.

[...]

Bron:

http://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor

ja de werking en aansturing wetek voor de brushless(heb een goede bron gevonden) maar ik heb denk ik heus wel een snel genoeg werkende controller, ik gebruik de cRIO-9073 (8 slot integrated 266 MHz real time controller and 2M gate FPGA) ik denk dat 266 MHz hoog genoeg is om e brushless'ke te laten draaien? hierbij heb ik nog een 8 kanaals analoge input van 800 kS/s (waar kS voorstaat?) een 8 kanaals 100 ns TTL digital I/O, een A/D converter en wat tussenstukjes.

grtz

ah, ok, daar zou het waarschijnlijk wel mee moeten lukken. Over het algemeen wordt labview gebruikt in combinatie met remote-I/O boards, waarbij de PC dus al het werk moet doen.

Desalniettemin is het implementeren van zo'n regeling (afhankelijk van het exacte type motor) al een hele uitdaging. Als je begrijpt hoe zo'n motor werkt, en wat de besturing precies moet doen, kun je heel eenvoudig beredeneren wat je moet doen om te kunnen regenereren.

ja daar ligt hem momenteel nog het probleem, het enigste dat ik weet is dat het een brushless motor is, is deze eenfasig,twee,... ster of driehoek, aantal magneten op de rotor,... allemaal gegevens waar ik nog niets van afweet. maar kben al blij dat het toch zou moete lukken met labview. had al wa schrik gekregen :D hopelijk kan ik vandaag de motor eens uiteen halen voor de gegevens te pakke te krijgen. zijn er hier op circuitsonline mensen die goed met labview overweg kunnen?

grtz

[Bericht gewijzigd door Henry S. op (29%)]

brushless motoren hebben bijna altijd 3 wikkelingen, aangezien dit het minimum is om de draairichting te kunnen bepalen, en meer wikkelingen de aansturing veel ingewikkelder maakt, en eigenlijk nauwelijks voordelen oplevert.

Ik heb ze eigenlijk nog niet anders gezien dan in ster schakeling, maar het is mogelijk om ze in driehoek te schakelen. Bij netgekoppelde synchrone motoren wordt dat wel eens gedaan.

Het belangrijkste om te weten, is de manier waarop de motor gewikkeld is; met gedistribueerde polen of niet.

Eigenlijk hoef je de motor helemaal niet uit elkaar te halen; als je de motor aan kunt drijven, en de spanning over de fasen kunt bekijken met een scope, kun je daar bijna alle gegevens uit halen.

Wat je wilt weten, is het volgende: de weerstand, inductie, en flux linkage constanten, en de vorm van de tegen-EMK.

Is het een motor met hall-sensoren o.i.d., of is hij sensorloos? In het laatste geval kun je er redelijk veilig vanuit gaan dat het een BLDC motor is, dus met trapezium vormige tegen-EMK. Dit type is relatief eenvoudig aan te sturen, en daar is ook veel informatie over te vinden op internet. Vooral Microchip heeft daar goede application notes over.

Als het een motor is met een sinusvormige tegen-EMK, wens ik je veel succes; dat zul je nodig hebben.

Op 24 februari 2010 14:36:18 schreef SparkyGSX:

Is het een motor met hall-sensoren o.i.d., of is hij sensorloos? In het laatste geval kun je er redelijk veilig vanuit gaan dat het een BLDC motor is, dus met trapezium vormige tegen-EMK. Dit type is relatief eenvoudig aan te sturen, en daar is ook veel informatie over te vinden op internet. Vooral Microchip heeft daar goede application notes over.

Als het een motor is met een sinusvormige tegen-EMK, wens ik je veel succes; dat zul je nodig hebben.

zou je me eventueel even kunnen uitleggen waarom ik in het ene geval een sinus zou hebben en het andere geval een trapezium? alle gewoon het verband tussen met hall sensor of sensorloos. ik weet dat bij de sensorloze ze de tegen EMK gaan meten in de niet gestuurde spoel. maar zie niet in hoe dit effect kan hebben op de opgewekte EMK (aangezien dit wel/niet gewoon een sensor is). en als het een sinus is, is het dan geen BLDC maar een BLAC (denk van niet ma vo de zekerheid).

grtz en wederom bedankt :)

Een BLAC wordt meestal een PMSP (permanent magnet synchronous motor) genoemd.

Bij BLDC heb je steeds een fase die niet aangestuurd wordt, waarin je vrij gemakkelijk de nuldoorgang van de tegen-EMK meten. Bij een PMSM heb je nooit een onaangestuurde fase, waardoor het meten van de tegen-EMK veel moeilijker is. Dat type motoren wordt dan ook meestal met sensoren aangestuurd.

Het verschil tussen een BLDC en een PMSM zit in de manier van wikkelen; een PMSM geeft over het algemeen een beter rendement en minder koppelrimpel, maar is dus moeilijker om aan te sturen.

In tractie toepassingen, zoals bij fietsen, is het opstarten van een sensorloze motor een uitdaging, omdat je die niet zomaar blind kunt commuteren, tot de tegen-EMK groot genoeg is om betrouwbaar te meten. Totdat je genoeg tegen-EMK hebt, kun je nauwelijks koppel leveren, omdat je niets weet over de rotor positie en snelheid, en je kunt niet eens garanderen dat de motor bij het starten de goede kant op loopt.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (27%)]

Op 24 februari 2010 14:36:18 schreef SparkyGSX:
Ik heb ze eigenlijk nog niet anders gezien dan in ster schakeling, maar het is mogelijk om ze in driehoek te schakelen.

Een kennis van mij is zelf een motor aan het bouwen. Die hebben we eens in driehoek gezet en dan is ie ineens een stuk krachtiger. Hij haalt zomaar 8000 RPM op een 11.1V LIPO, terwijl de helft van de magneten nog niet aanwezig is....

(het nadeel van driehoek is dus grotere stromen.)

Met sensors heb je aan een 8 bits mcu al genoeg:

If you are not familiar with how a brushless DC motor works, this is a good place to start. ... Sensor-based applications can also be served with our 8-bit MCUs ... This tends to reduce the MIPS (and cost) required for motor control ...

http://www.appliancedesign.com/microchip/HTML/BNP_GUID_9-5-2006_A_1000…

Zonder sensors een grotere uitdaging:

This reference design is a 3-phase brushless DC (BLDC) motor sensorless drive for fans, ... is a closed-loop speed-controlled BLDC drive, with no need for position or speed sensors. ... Uses 56F8013 32 MIPS Digital Signal Controller

http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=RDDSCSE…

Ondanks dat je controller waarschijnlijk krachtig genoeg is zou ik voor een brushless met sensors gaan om de door SparkyGSX genoemde reden:

je kunt niet eens garanderen dat de motor bij het starten de goede kant op loopt.

Een BLDC met sensors is niet zo moeilijk te regelen in een 8-bit microcontroller, want aan de hand van de sensorwaarden kun je zonder omwegen de commutatie van de spoelen bepalen, en dan moet je nog even de gewenste PWM waarde naar de juiste uitgangen sturen.

Een PMSM, aan de andere kant, is bijna niet te regelen met zo'n kleine microcontroller, als je dat goed wilt doen, heb je een redelijke DSP nodig.

hallo iedereen,

hier ben ik weer met een vraagje.
even een update, ik heb wat metingen uitgevoerd en het is dus zoals verwacht een BLDC met hall sensoren. en ik heb een sinusvormige tegen emk. dit maakt dat het dus een PMSM is.

een PMSM is dus een synchrone motor, in de artikels die ik heb gelezen uit de links die jullie gegeven hebben, zeggen ze dat de snelheid geregeld word door de amplitude te wijzigen. maar om bij synchrone motor de snelheid te regelen, regelen ze de frequentie. dus ja waar zit mijn redeneringsfout? moet ik nu de frequentie regelen of de spanning?

grtz en bedankt

[Bericht gewijzigd door kapoew op (50%)]

Op 26 februari 2010 11:36:29 schreef rew:
[...]Die hebben we eens in driehoek gezet en dan is ie ineens een stuk krachtiger. Hij haalt zomaar 8000 RPM op een 11.1V LIPO, [...]

Ik heb hier een borstelloze-ventilator die (volgens sticker) 6500 toeren per minuut haalt. Een schroef kan ik er desondanks niet mee in de muur krijgen.

Je begrijpt: toerentallen zeggen helemaal niets over kracht: aan een opgave van het koppel kun je veel meer afleiden...

Het is niet voor niks dat een prius een automaat heeft dat is namelijk makelijker ontwerpen om daar zeg maar de electronica aan te koppel die de electromotor/dynamo bestuurd.
Bij een handbak is dat een stuk lastiger.
Met remmen de accu opladen is piece of cake gewoon een schakelaar op het rempedaal.
Van een helling af is wat lastiger als input voor de laad regeling heb je nodig de gastand en b.v de snelheid van het voertuig.
Ik bouw alles analoog als het even kan maar een micorcontroller met twee adc is meschien wat mooier, je moet dan wel kunnen programmeren met b.v basic.
Vast gegeven is bij die gasstand gaat het voertuig zo hard, gaat hij sneller dan ga je hopelijk berg af :-)

Brushless met een permanente magneet is niet moeilijk je kan de 3 fases denk ik wel omzetten met diodes naar gelijkspanning. je hebt dan 3 realis nodig die schakelen tussen aandrijven en laden.
Een auto dynamo heeft volgensmij ook 3 fases, sloop je daar een brug uit....
Je moet even een fase diagram (oscilloscope)van zo'n zelfde "soort" motor zien te vinden.
En dan kijken wat je ermee kan snap je.
Beetje zonde als je een motor koopt en het lukt niet dan had je beter een borstel ding kunnen kopen.
Ik denk dat het wel kan met brushless.

Op 24 maart 2010 01:11:07 schreef turboturbine:
[...] je hebt dan 3 realis nodig die schakelen tussen aandrijven en laden.

Succes met het vinden van een relais voor dergelijke stromen: die gaan het niet leuk vinden om zo vaak te schakelen denk ik...

De oplossing heeft inmiddels ook al vaker op de pagina gestaan.

350 watt is niks.
Ben trouwens zelf ook bezig met zo iets een borstelmotor van 1 pk deze is alleen wel ruim 15 kg zwaar LOL komt op een mt5
achter tandwiel 68 tands voor 11, heb ik zonder te rekenen gekozen zal wel goed zitten.
Top zal idd wel gerelateerd aan 1 pk zijn maar koppel...

Maar het is wel allemaal inductief spul: je hebt goede kwaliteit relais nodig om ze heel te houden, want die dingen gaan wel vaak schakelen.