Stroombegrenzing in een ESC...

Het is niet de bedoeling dat de stroom zoveel varieert gedurende een pwm periode.
Ik zou de frequentie een stuk hoger kiezen bij zo'n kleine motorinductantie. De fabrikant van mijn motor adviseert 20 kHz.

Met enigszins redelijke gate drivers kun je prima op 20kHz PWM'en, waarbij de schakelverliezen niet groter worden dan 10% van de geleidingsverliezen. Als je een heleboel MOSFETs parallel gaat zetten, zoals ze vaak doen in ESCs, wordt dat natuurlijk wel wat lastiger.

Het gemakkelijkste lijkt me om steeds de stroom te meten, en bij het opstarten langzaam de pulsbreedte te verhogen tot je op de gewenste stroom zit. Andere opties zijn ingewikkelde berekeningen met motormodellen en zo, of hardwarematige stroomregelingen. Kijk even hoe dat werkt bij schakelende LED drivers, daar wil je ook een constante stroom door een spoel (en een LED) hebben. In jouw geval is de LED weg en de stroom iets groter, maar dat maakt voor het principe niet uit.

Maar ik hoor hints dat de inductie van zo'n motor toch behoorlijk klein is

Wat noemt je "behoorlijk klein"?...Behoorlijk klein, dat is geen technische gesprek. Meet eerst de waarde van deze inductie of kijk in datasheet van de motor welke is de waarde van deze inductie.
Je zal dan kunnen rekenen welke is de waarde van de stroom na 6,25µs (= 5% van PWM van 8Khz)
Zeker niet 1000A...

Ik heb de test-motor nog niet, kan er niet aan meten. Die is onderweg.

De nog grotere motor is nog niet eens besteld.

Jullie stelling is dus: De tijdsconstante van de motor zal wel langer zijn dan 10-20kHz, dus dan komt het goed....

Hmm. Omdat ik niet opgelet heb welke pootjes van mijn chipje ik de fets op aangesloten heb, zullen ze wel niet op de hardware-PWM modules aangesloten zijn. Daarom doe ik nu software PWM op 16kHz. Iedere periode is ie OF aan OF uit. Worst case, bij 1% PWM (ik heb nu 100 stapjes) doet hij dus 1 periode aan op 160 Hz.

Dat de stroom dan weer terugzakt naar vrijwel nul is niet zo'n probleem, maar de stroom moet niet oplopen tot meer dan iets van 2x Inom....

De tijdsconstante is L/R, dus met kleine R wordt dat groter. Dat is gunstig. Maar of de L niet onevenredig afneemt weet ik niet....

[edit]De echte technische specs van deze motoren zijn niet te krijgen.

[edit2] Ik zit nog even na te denken over het meten van de inductie.... Als ik een wisselspanning op de aansluitingen zet, dan kan ik de stroom en spanning meten en daaruit de inductie uitrekenen. (ik heb geen RCL-meter). Maar een spanning op zo'n 0.005 ohm wikkeling zetten is al snel lastig: bij 1V gaat er 200A lopen... Dus moet je met miniscule spanningen gaan werken.... En die zijn weer lastig te meten.

[Bericht gewijzigd door rew op maandag 11 oktober 2010 12:12:01 (17%)]

Een kleine rekening om te bewijzen hoe verkeerd je bent.
Voor kleine tijdperk is de stroomcurve bijna lineair.
Men kan dus de formula U = L x di/dt gebruiken.
Laten we denken dat anker phase spoel van je motor een inductie van 1mH heeft.
1000A in 6,25 µs, dat is 160A/µs of 160.000.000A/s
Dus, E= 0,001H x 160.000.000A/s = 160KV...!!!

Die stroomrimpel is dus wel echt een probleem; door de tegen-EMK kan de stroom zelfs negatief worden t.o.v. de stroom die je zou willen hebben, en door die enorme fluctuaties zal de RMS stroom veel groter zijn dan de gemiddelde, en de motor veel meer opwarmen dan nodig is voor dat specifieke koppel en mechanische vermogen.

@rew: brushless motor is een 3 fasen wisselspanning asincrone motor.
Je zou dus eerst een beetje leren hoe een asincrone motor werkt.
Er zijn genoeg informaties daarop op Internet.

Emilien, ik weet ondertussen heel redelijk hoe een brushless motor werkt. Bovendien is ie niet asynchroon (en ook niet asincrone).

Als ik even aanneem dat de inductie 1 nH is, en ik 20V over m'n motor-wikkeling zet, dan geldt U = L x di/dt, oftewel I = U.dt/L. dan is de stroom na 6 microseconden: 20*6*10^-6 / 10^-9 = 120000 A. Omdat de weerstand de stroom op 1kA zal beperken zal ie nooit zo groot worden, maar zit ik dus nog wel met een probleem.

Vraag is dus een beetje... Wien's gok naar de waarde van de inductie zit meer in de richting: Die van Emilien (1 mH) of die van mij (1 nH)?

Als ik m'n motor heb, hoe kan ik die inductie meten zonder de boel kapot te maken?

Er is geen electronica binnen deze motor en het heeft 3 wikkelingen, dus werkt met 3 fasen ac spanning en kan alleen asynchroon of synchroon motor zijn.
Of dan ben ik benieuwd te weten welke andere technologie wel zou kunnen gebruiken zijn.
NB: ik ben franstalig, dus neem me niet kwalijk als ik geen beschaafde nederlands schrijf...Zou het in het frans zijn, schrijf ik absoluut zonder fout.

Een motor met een inductie van 1 nH?
Dat is helemaal onzinnig, een stukje 20cm draad heeft al z'on inductie, zonder wikkeling.

Om inductie te meten, kan je de spoel met 500Hz voeden.
Meet stroom en spanning.

Omdat de rotor permanente magneten bevat, zijn het synchrone motoren.

Als ik de motor met 500Hz ga proberen te voeden, verwacht ik dat ik in de eerste instantie een "kortsluiting" ga meten. Als ik dan gevoelig genoeg kan meten, of genoeg power in de motor kan stoppen, zal ie zich gedragen als een weerstand. Dat is wat ik verwacht. Ik zal eens kijken of ik iets kan maken om het te testen. Met wat power-electronica en een microcontroller een (zeer) kort pulsje proberen te maken, en dan de exponentiele curve proberen op een scope te krijgen....

[Bericht gewijzigd door rew op maandag 11 oktober 2010 16:00:24 (78%)]

Als ik de motor met 500Hz ga proberen te voeden, verwacht ik dat ik in de eerste instantie een "kortsluiting" ga meten.

Dat klopt niet, of dan zou je motor nul inductie hebben.
Z = 2 x pi x frequentie x L
Voor 500Hz (sinusvormige spanning) Z = 3141 x L (H) of L(H) = Z/3141
Z = U/I
U(V) = spanning op een fase van de motor.
I(A) = stroom in deze fase.

@REW: ik heb hier ooit een topic gestart over het meten van inducties met een scope en functiegenerator, dat kun je ook gebruiken om de inductie van zo'n motor te meten.

Voor de inductie zou ik minimaal iets in de orde van grootte van 5uH verwachten. Het hangt natuurlijk samen met het doel van de motor; een hoogtoerige motor (voor RC propellorvliegtuigjes of zo) heeft waarschijnlijk veel minder windingen, en daarmee een veel lagere inductie, dan een motor die bedoelt is voor tractie toepassingen.

@Emilien: een BLDC motor wordt niet met 3 sinussen gevoed, maar met blokgolven, waarbij er steeds 1 fase stroomloos is, en daar wordt de tegen-EMK gemeten (specifiek, het moment dat deze het virtuele nulpunt kruist). Dit is dus echt iets totaal anders dan een BLAC motor, oftewel een synchrone 3-fase motor. Het ding heeft ook 3 draden en permanente magneten, maar de manier van wikkelen is vaak anders.

Mij even mengen in de discussie:
Emilien heeft ook wel recht om te zeggen dan 10nH naast de kwestie is, paracitaire strooi inducties door bedrading en pootjes van je MOSFETs liggen meestal al in die orde of zelfs groter.

Het kunnen dan wel dikke wikkelingen zijn maar ik denk toch ook dat het meer richting µH gaat gaan.
Inductie meten? Een seriekring bouwen met je spoel en een condensator, een weerstandje in serie en dan de toongenerator eraan. Hoe laagohmiger de spoel hoe beter, ze benadert dan een ideale spoel.
Spanningsopslingering over de capaciteit meten, frequentie bepalen en L uitrekenen in de formule van de resonantiefrequentie.
Het geeft een benadering, geen exact resultaat, maar dan weet je waar je aan toe bent.

Verder, waar haal je 1000A of meer vandaan om dat dingetje te voeden? En je vergeet in je weerstandspad ook nog de inwendige weerstand van de bron, bekabeling etc.
Als je een echt dikke sturing wil bestaan er ook nog zware IGBT/MOSFET modules die bakken stroom kunnen hebben, kijk maar eens bij fabrikanten zoals IXYS/SEMIKRON etc.

- - big bang - -

@SparkyGSX: U heeft mijn post niet goed gelezen: ik heb nooit geschreven dat deze motoren door 3 sinussen gevoed moet worden, maar wel dat de TS moet een fase door 500Hz sinus voeden, dan stroom en spanning meten om inductie van deze fase te kunnen berekenen.
Lees de vorige post...
5µH, dat is maar enige wikkelingen op een kleine ferriet...dat klopt ook niet...inductie van een fase van deze motor is zeker hoger.

@big bang: heeft u al comerciele uitvoeringen van ESC gezien?
http://www.castlecreations.com/products/phoenix_ice.html
Deze controllers zijn heel ingewikkeld en kosten maar tussen 25 en een hondertal euros...Is dat zinnig zichzelf proberen te ontwikkellen en te bouwen?
U is aan zwaar en peperduur IGT/MOSFET modules te spreken...Gewicht van een ESC van 50A is maar....48gr !

Ter referentie: op de verkoopsite van deze motor, wordt een ESC van 80A aanbevolen. In die richting zou je het dus wel ongeveer moeten zoeken. Ik ben benieuwd naar de uitkomst van de metingen.

Heb je hier iets aan mischien:
http://www.allegromicro.com/en/Products/Part_Numbers/0755/0755-100.pdf

De uitgangsspanning verloopt lineaire met de stroom die er loopt.

Die 1nH is wel erg weinig. Voor PCB spoor reken je normaal met 10nH per cm als vuistregel. Aangezien je al snel 10cm draad (2x) aan die motor hebt zitten zit je sowieso al aan de 200nH. Daarnaast heb je nog zeker enkele microhenries in je motor zitten (daar is zelfs om kernmateriaal heengewikkeld).

16kHz pwm met een degelijke resolutie moet zonder problemen kunnen. Als de motor ook nog begint te draaien (waar we maar wel even vanuit gaan) zal er ook nog spanning over de spoelen komen te staan waardoor je er geen stroom meer doorheen krijgt.

Kortom, geen angst maar de current limit op de voeding en er zal niet zomaar iets fout gaan.

Overigens geloof ik de stromen waarmee gegooid wordt bij die ESC's niet echt de continue te leveren stromen zijn. Ik denk dat ze continue de helft kunnen leveren.

Op 11 oktober 2010 15:42:05 schreef Emilien:
Er is geen electronica binnen deze motor en het heeft 3 wikkelingen, dus werkt met 3 fasen ac spanning en kan alleen asynchroon of synchroon motor zijn.

Met AC impliceer je een beetje (naar mijn idee) dat het 3 sinussen moeten zijn.

Daarbij: het ding loopt wel of niet op een vaste verhouding tussen het toerental en de aangelegde frequentie, dus synchroon of asynchroon, meer opties zijn er niet.

@Mr. SnuGGelS: een labvoeding met stroombegrenzing is leuk, maar vaak worden borstelloze motoren gebruikt in combinatie met accu's, en het lijkt me sowieso niet handig om een schakeling te maken waarbij je perse een labvoeding nodig hebt.

Op 11 oktober 2010 19:56:26 schreef maartenbakker:
Ter referentie: op de verkoopsite van deze motor, wordt een ESC van 80A aanbevolen.

Ik heb nu een +/- 100W ESC zelf gemaakt.

Voor de motor die nu onderweg is en hierboven gelinkt werd kan ik zomaar een ESC kopen. Sterker nog, ik heb er 1 liggen die dat wel ongeveer zou moeten kunnen (misschien net niet met de heftigste prop er op). Maar daar gaat het niet om. Deze motor wil ik kunnen aansturen met mijn ESC. Want daarna wil ik de zooi nogmaals een factor tien (in vermogen) opschalen: 10 kW.

Daar komt geen prop aan te hangen. Wat dan van belang is dat ie ongeacht het toerental dezelfde kracht gaat leveren. Het toerental kan zelfs negatief worden! En dan nog moet de kracht geregeld kunnen worden. Dit alles kan ik niet betaalbaar in een koop-ESC vinden. Maar om nu direct met FETs te gaan spelen die dat soort dingen aankunnen lijkt mij niet verstandig.

Je ziet hier op CO vaak mensen die meteen met beide benen in het diepe willen springen. Ik heb ondertussen geleerd dat dit niet verstandig is. Kleine stapjes. Of "een factor 10 groter kwa vermogen, maar eigenlijk hetzelfde" een klein genoege stap is, moet nog worden bezien.

Op 11 oktober 2010 16:49:43 schreef Emilien:
[...]Dat klopt niet, of dan zou je motor nul inductie hebben.

Meet eens een normale weerstand door er een 500Hz sinus op te zetten. Dan meet je toch ook gewoon dat ie zich gedraagt als een weerstand? Jij zegt dat 1 of 10nH een stuk draad van 20cm is. Mij best. Dus meet die weerstand eens met meetdraden van 10 of 20cm. Meet je verschil? Bij 500Hz? Ik verwacht nog steeds dat de verschillen met of zonder inductie bij 500Hz niet meetbaar zullen zijn. Of de verschillen bij mijn motor meetbaar zullen zijn valt nog te bezien.

Ik heb geen toon-generator. Ik denk dat ik eens wat maak met een fetje die direct door een microcontroller op een geselecteerde frequentie aan en uit gezet wordt.

Op 11 oktober 2010 18:05:52 schreef big bang:
Emilien heeft ook wel recht om te zeggen dan 10nH naast de kwestie is, paracitaire strooi inducties door bedrading en pootjes van je MOSFETs liggen meestal al in die orde of zelfs groter.

Tof dat te weten. Thanks. Ik weet zelf weinig van dat soort vuistregels omdat ik me er nooit mee bezig heb gehouden. Dus voor mij is 1nH net zo uit de lucht gegrepen als 1 mH.

Verder, waar haal je 1000A of meer vandaan om dat dingetje te voeden?

Daar gaat het hier om. Ik WIL Helemaal geen 1000A hebben. Dan gaat er veel te veel energie verloren in allerlei dingen waar ik die energie niet wil of kan hebben.

Ik zal moeten leven met 50A en de verliezen die daarbij horen. Want DAT moet ie gaan gebruiken. Pieken van het dubbele, ok dan. Maar 1000A gaat echt te ver.

Voor de stroomvoorziening zat ik te denken aan 40C LIPOs. Nu om te testen 3000mAh. Dus max 120A continue (= 1.5 minuten: dan is ie leeg ). Straks worden het 5000mAh packs. Waarschijnlijk hebben we daaraan niet genoeg en moeten we er nog minstens twee parallel zetten om genoeg capaciteit te hebben.

Kortom, de batterijen zullen "makkelijk" het dubbele van de nominale stroom kunnen leveren. Het probleem zit hem er in dat ze mogelijk problemen hebben met 20x de nominale stroom. (uiteindelijk 70V, 1mOhm fets, 5 mOhm motor-> 10kA!, terwijl de batterijen officieel 400A kunnen hebben.... )

Nog even verder denkend over inductie. Als 1 draad van 20cm een inductie van 1nH heeft, en ik zet er 2 parallel, dan wordt volgens mij de inductie ook 2x kleiner.... Deze motoren worden gemaakt met een zwik kleinere draadjes parallel. Dus die inductie zal ook lekker klein zijn.

Het goede nieuws is dat L/R van de combinatie van die twee draden gelijk is gebleven aan die van de enkele draad. Dus als het met een klein motortje te doen is om met 16kHz te choppen, dan verwacht je dit ook bij een grotere motor.

Op 11 oktober 2010 20:52:23 schreef Mr. SnuGGelS:
Als de motor ook nog begint te draaien (waar we maar wel even vanuit gaan) zal er ook nog spanning over de spoelen komen te staan waardoor je er geen stroom meer doorheen krijgt.

Foute aanname. Het moet straks gaan werken bij alle snelheden.... Vanaf -10000RPM tot 10000RPM. Het meest zullen we de 4000-8000RPM gaan gebruiken, maar van het weekend hebben we op de ouderwetse verbrandingsmotor nog te maken gehad met wat op de nieuwe motor met -7000 RPM overeen zou komen.........

Zoals gezegd, dan kan je niet met back-emf werken, dus zullen we met sensors moeten werken. Zo is dat nu eenmaal.....

@rew:

Ik verwacht nog steeds dat de verschillen met of zonder inductie bij 500Hz niet meetbaar zullen zijn.

U verwacht verkeerd...Waarom zoveel babbelen ? Meet eerst !

Want daarna wil ik de zooi nogmaals een factor tien (in vermogen) opschalen: 10 kW.

Een 10KW (of 10 KVA's?) frequentie regelaar met (a)synchroon motor?
De wiel weer uitvinden?

Gezien de genoemde toerentallen en het vermogen zou ik denken dat het om een tractie toepassing gaat. Dan is een asynchrone motor niet interessant, omdat de vermogensdichtheid en koppeldichtheid daarvan veel te laag is.

500Hz is wel erg weinig om zo'n spoeltje te willen meten, afhankelijk van de andere gekozen componenten kom ik meestal ergens tussen de 50kHz en 500kHz uit.

TURNIGY 50-65C 320kv Outrunner
320 rpm/V
Max Voltage 29V
Dus max rpm = 29 x 320 = 9280 rpm.
Aantal polen = 12
Dus max frequentie = 9280 x 6/60 = 928Hz
Jullie schijnen niet begrijpen het verschil tussen PWM frequentie (omgeveer 16Khz in meestal van de ESC) en frequentie van de modulatie van deze PWM

Ik begrijp waar je naartoe wilt met je ESC. Ik neem aan dat het hier over een parapentlier gaat. Je zit al wel aan meer vermogen, 160daN bij 15m/s = 24kW aan mechanische energie. Bij een rendement van 80% zit je dus aan 30kW wat je elektrisch aan de uitgang wilt hebben.

Er zijn bij een dergelijk systeem zul je wel moeten regelen op stroom door de spoelen (koppel) i.p.v. spanning (toerental). En je zult wat meer spanning ter beschikking moeten hebben om de verliezen te beperken en voldoende stroom door de spoelen te kunnen sturen bij een "negatief" toerental. Ik denk dan aan 500VDC of meer.

Ik denk overigens dat je het bij die vermogens kunt vergeten om een ongefilterde blokvormige spanning op die spoelen te zetten als je nog andere elektronische apparaten wilt gebruiken in de omgeving.

Ik ben bang dat het makkelijker en goedkoper is om een 30kW brushless controller te kopen dan om er een zelf te maken, tenzij je erg veel verstand/ervaring hebt van/met power electronics.

SnuGGelS, je hebt me door...

Anyway. Om kleine/lichte personen op te lieren om te kijken of het princiepe werkt, gaan we eerst tot een max kracht en vermogen van ongeveer de helft. Als dat werkt gaan we een extra motor er bij plaatsen.

Je hebt gelijk dat er best wel wat storing zal ontstaan. We zullen het moeten leren........

Geef eens een URL voor een 30kW brusless controller.... Liefst betaalbaar...

@ emilien, dank voor het uitrekenen van de commutatie frequentie (commutatie dus op 6* 928Hz = 5kHz ongeveer...) Maar dat had ik ook zelf uit kunnen rekenen en ik weet het verschil tussen dit en de PWM frequentie.

[Bericht gewijzigd door rew op dinsdag 12 oktober 2010 22:02:02 (21%)]