Нужна модель изменения сопротивления для коллекторника переменного тока

Это тоже интересно, но немного не то. У них DC моторы выключается транзистором при ненулевом токе, отсюда выброс который они измеряют. У нас мотор «отключается» симистором в момент, когда ток равен нулю, и выброса нет.

возникающее от потерь на перемагничивание сердечника. А потери на перемагничивание в теории зависят от величины, частоты и формы тока.

Вообще, учет этого будет сложноватым. Я думаю, что для начала надо расписать разложение сигнала (обрезанной синусоиды). Вот, например, есть документ,

Prof. Mack Grady. Understanding Power System Harmonics

На странице 2-10 (название раздела) Light Dimmer Current как раз рассмотрен такой сигнал (fig 1.2 в начале) и запись коэффициентов разложения по гармоникам. Уже помощь, надо только проверить.

Ну а дальше надо подумать. Например, мощность потерь на вихревые токи пропорциональна квадрату частоты f^2 и B_пик^2.

Может быть, потом достаточно будет перейти на THD (см. раздел 3.2 по ссылке выше). THD будет меняться в зависимости от фазы и потери будут меняться:

http://www.electrical-installation.org/enwiki/Effects_of_harmonics_-_Increase...

Да, так и думал делать.

Нет, я не сдвиг тока имел в виду. У тебя фазовый метод управления. Симистор. Чтобы регулировать скорость он работает на разной фазе полуволны (от 0 до 180). Вот в точке 0.4 (на самом деле в районе вот этой просадки в точке 0.4) на какой фазе происходит переключение? Ну и да, интересно, что с током в это же время.

Ну на графике по оси X «постоянное напряжение», от 0 до 1 (100%). Т.к. в сети синус - значит надо взять арксинус от него. На глаз, 0.4 будет соответствовать 70-80 градусам.

Вот скрипт который табличку генерит https://github.com/speedcontrols/ac_sc_grinder/blob/master/scripts/build_sinu...

Просто нам эта фаза нафик не вперлась ни в формулах ни в коде. Поэтому контроллер тиристора благополучно засунули в отдельный класс и забыли. А снаружи остались удобные линейные попугаи.

Ну на графике по оси X «постоянное напряжение», от 0 до 1 (100%). Т.к. в сети синус - значит надо взять арксинус от него. На глаз, 0.4 будет соответствовать 70-80 градусам.

У меня с самого начала, когда спросил, подозрение было, что если симистор работает на фазе 90° (то есть половина полуволны), то лес нечетных гармоник вырастает максимально, а до и после 90° уменьшается, но по неодинаковым законам. Это как раз проверите, я это чисто умозрительно говорю. По ссылке в статье есть таблица как раз случая 90°. Там первая гармоника 1.0 (относительно первой), а третья гармоника — 0.537 (!), пятая и седьмая — по 0.179.

Ага, на researchgate много интересных статей, там еще в референсах много.

По-моему ребята перебарщивают. Перед тем как нырять в такие изыски, надо убедиться что стандартные методы плохо работают.

Пока корень проблем в том, что у AC-коллекторника характеристика полное говно. А так как у DC такой проблемы скорее всего не возникнет, то там надо будет заняться более актуальными вопросами:

- как убрать здоровые банки конденсаторов после выпрямителя (питать пульсирующим напряжением).
- как запитать мелкие дешевые 48-вольтовые моторы от сети.

Грубо говоря - для DC-моторов было бы интересно сделать совсем компактный девайс с питанием от сети.

Хм. Надо посмотреть. Но выглядит не очень правдоподобно. Гармоники же актуальны только для переходного процесса (коммутации ключа). А у нас частота всего 50 герц, на этом фоне длительность переходного процесса «пренебрежимо мала».

Дело не в переходном процессе, а в том, что вырастают потери в двигателе. Наприер, мощность потерь на гистерезис (пропорциональны B и f), мощность потерь из-за вихревых токов (eddy currents, пропорциональны B^2 и f^2). Может, еще какие. Каждая гармоника f, 3f, 5f, 7f, ... вносит свой вклад. При изменении фазы управления картина с гармониками меняется.

Да, при нашем методе точность вычисления скорости связана с точностью вычисления потерь активной мощности. То есть «активное сопротивление» которое мы вычитаем и измеряем при калибровке это не просто тупо сопротивление провода обмотки, а такое эквивалентное сопротивление, создаваемое потерями в проводе, в магнитопроводе, в щетках, и т.д.

Видимо такая терминология вносит некоторую путаницу, пока не вникнешь, но такие понятия в электромеханике применяются постоянно. Как для асинхронника вводят сопротивление потерь в стали R_mu, которое вообще чисто абстракция, но во всех учебниках есть и названо сопротивлением.

И если активное сопротивление меди обмотки реально зависит, можно сказать, только от температуры, то «эквивалентные» составляющие могут зависеть очень много от чего. Но нам нужно их учитывать, иначе не определить backEMF у этого двигателя. А учесть точно крайне сложно. Сейчас просто вычитается постоянная величина, и в принципе точность это дает достаточную для нормальной работы сверлилки.

Но есть нехороший эффект - при изменении напряжения на двигателе вычисленная скорость меняется, при том что реальная скорость не меняется. Это заметно мешает работе ПИДа, он думает что скорость поплыла и начинает раскачивать двигатель.

Надо как-то прикинуть на глаз, может ли индуктивность мотора быть настолько говеного качества по частоте, чтобы потери от гармоник набирали те самые 10-20%, которые нам мешают.

Если дело именно в этом - теоретически можно сопротивление померить серией импульсов 0-90 градусов и пересчитать коррекцию для фазы.

Надо как-то прикинуть на глаз, может ли индуктивность мотора быть настолько говеного качества по частоте, чтобы потери от гармоник набирали те самые 10-20%, которые нам мешают.

лол

школьная физика хочет, чтобы ты её повторил

Сделай доброе дело, избавь тему от своих тупых постов.

Мои посты умные, это твои тупые. Активное сопротивление измеряется постоянным током, а не импульсами

Дружок, тупорылость постов определяется не твоим личным мнением, а полезностью написанного. Здесь не пятый класс с законом ома. Поэтому просто свали отсюда, чтобы не мешать другим.

Активное сопротивление измеряется постоянным током, а не импульсами

Чушь. Активное сопротивление можно импульсом любой формы измерить, используя уравнение баланса активной мощности например.

Если у нас R-L цепь, без противоЭДС и потерь в сердечнике катушки, для простоты.

То сколько ватт пришло в цепь минус сколько ушло обратно за период напряжения, ровно столько будет рассеяно на R. Отсюда мы можем элементарно найти R, не зная величины L вообще и подавая напряжение постоянное, переменное синусоидальное, пилообразное, импульсы, в форме задницы, какое угодно.

Вот тебе и школьная физика. Это такие азы. Так что сходи-ка в 7 класс почитай про закон сохранения энергии, и открой учебник по ТОЭ и почитай про баланс мощностей. А потом возвращайся.

Что ж вы за люди, не понимая азов лезете и высказываете свое крайне ценное мнение. Попробуйте для начала букварь почитать. Достали уже, честное слово.

Угу. Вот, например, как раз про это и про фазу 90 градусов.

http://www.stmicroelectronics.com.cn/resource/en/application_note/cd00003975.pdf

только тут почему-то написано even, а на картинке odd. Опечатались.

3.3 HARMONICS AND POWER DRAWN FROM THE MAINS

The low frequency harmonics content generated on the mains strongly depends on the kind of motor control used (phase angle or chopper). For example, a vacuum cleaner operating in phase angle mode at reduced speed (i.e. conduction phase angle at around 90°), produces a very high level of even harmonics (Figure 5.). The harmonics do not represent real or active power, but nevertheless they lead to substantial copper and iron losses. Consequently, the power supplied to the vacuum cleaner for the same mechanical output power is twice as high using phase angle control as it is when the chopping control method is used.

И другие источники про это https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00004291.pdf

(а вот тут правильно - odd)

A universal motor operating at reduced speed (i.e firing angle at around 90 degree) produces very high level of odd harmonics. In experiments with a 1500kW vacuum cleaner at 230V/ 50Hz with the same load, harmonic currents were found to be outside the limits when running at reduced power levels from 470W to 1200W. Practical experience shows that 3rd harmonic currents are determined not only by the motor current amplitude, but also by the conduction time.

Consequently, the power supplied to the vacuum cleaner for the same mechanical output power is twice as high using phase angle control as it is when the chopping control method is used.

Ох ничего себе, я не думал что так все плохо. Если действительно гармоники создают такой величины потери, то не удивительно что у нас колбасит вычислитель скорости.

Это объясняет завышение скорости на низких напряжениях.

Но тут есть еще странность - у все того же провала скорости около 0.4. Провал - это значит что упали потери. Если бы они возросли, скорость бы завышалась, а не занижалась. Вот как так не понятно.

Еще там последовательно с двигателем подключены дроссели, а параллельно - искрогасящие конденсаторы. И если эта LC цепь имеет резонанс на одной из гармоник при определенном значении угла, то может резко возрастать ток этой гармоники, и как следствие - вычислитель занизит скорость.

Провал на графике как раз похож на резонанс.

Если дело именно в этом - теоретически можно сопротивление померить серией импульсов 0-90 градусов и пересчитать коррекцию для фазы.

Я тоже так думал сделать, если это не полностью устранит проблему, то сильно уменьшить должно.

О, вот тут есть очень интересный момент - ассиметричное управление симистором.

При этом заметно меньше гармоники, судя по тому что написано, особенно при половинном напряжении, на котором у нас и проблемы.

Возможно, нам надо попробовать измерить скорость при этом зловещем напряжении 0.4, получив его несимметричным путем - одну из полуволн оставить почти не обрезанной. И посмотреть, будет ли провал. Если дело в том, что вредит определенная гармоника, то при другом гармоническом составе эффект может пропасть.

При этом заметно меньше гармоники, судя по тому что написано, особенно при половинном напряжении, на котором у нас и проблемы.

Только тут попытка уменьшить только третью гармонику. Это их критерий. Они ее уменьшают для соответствия стандарту IEC61000-3-2. У них критерий сделать так, чтобы 3-я гармоника не превышала значений, указанных в этом стандарте. Остальные нечетные и так не превышают. Но эффект сам не исчезнет. Он станет меньше. Возможно, вы это заметите на результатах, но не факт, что останетесь довольными.

Провал на графике как раз похож на резонанс.

Наличие вообще каких-то резонансов можно измерить или просто тупо поменять параметры реактивных компонентов. Или просто их убрать и посмотреть.

...то лес нечетных гармоник вырастает максимально, а до и после 90° уменьшается, но по неодинаковым законам.

По ссылке в статье есть таблица как раз случая 90°. Там первая гармоника 1.0 (относительно первой), а третья гармоника — 0.537 (!), пятая и седьмая — по 0.179.

Вот кто-то построил картинку 1, 3, 5 и 7 гармоники в зависимости от фазы (теоретический случай).

https://player.slideplayer.com/74/12381755/slides/slide_11.jpg

Видно, что основная гармоника все время уменьшается, а вот нечетные гармоники имеют несколько максимумов. Третья и седьмая гармоника на 90° в максимуме и довольно значительные.

Кстати, при уменьшении основной гармоники взаимные соотношения между нечетными гармониками и основной тоже велики. Это может быть одной из причин бардака на низких скоростях.

С ШИМ-регулятором явно меньше было бы проблем такого плана, но пока решили делать на симисторе, потому что очень мало места в дрели и такой регулятор намного проще по силовой части.

Если у нас R-L цепь, без противоЭДС и потерь в сердечнике катушки, для простоты.

но ведь в сабжевом случае это не так

Еще там последовательно с двигателем подключены дроссели, а параллельно - искрогасящие конденсаторы. И если эта LC цепь имеет резонанс на одной из гармоник при определенном значении угла, то может резко возрастать ток этой гармоники, и как следствие - вычислитель занизит скорость.

Можно убрать. Хотя Дроссели там просто колечки в десятком витков. Сомневаюсь что он внесут вклад на фоне остального.

Конденсаторов искрогасящих вроде не было. Был по питанию, на гибких выводах.

Очень годная ссылка, спасибо. Никогда б не подумал, что разница в КПД такая большая.

Мне почему-то казалось, что ощутимые потери в стали начинаются на более высоких частотах, а тут «всего лишь 150 и 250 герц».

Еще по теме. То же, что и вы делаете. Но не ясно при очень беглом просмотре, ловят ли они проблемы, которые ловите вы. Во втором AN речь еще идет компенсации на малых скоростях.

(AN416) ST6 - Sensorless motor drive with the ST62 MCU and TRIAC

(AN863) Improved sensorless control with the ST62 MCU for universal motor

В первом AN мне кажется, что они просто до маленьких скоростей просто не доводят (я не вчитывался), а во второй успокаиваются достижением точности определения скорости в 10%. Также речь идет о том, о чем выше говорили - зависимость скорости от нагрузки.

Не факт. Есть еще нагрев меди. Надо как-то грубую оценку построить, чтобы убедиться что профит от учета гармоник будет существенно выше и перекроет косяки с нагревом и другие эффекты. Иначе нет смысла начинать. Если бормашинка будет из-за нагрева сходить с ума - юзеры не поймут.

Можно конечно попробовать градусник воткнуть, и надеяться что благодаря обдуву он покажет реальную температуру обмоток, но это уже совсем торсионщина.

но ведь в сабжевом случае это не так

В сабжевом случае сопротивление калибруется при неподвижном роторе, когда нет противоЭДС. Конечно, в результате получается не чистое сопротивление меди проводов обмотки, а увеличенное потерями в сердечнике. Но в сабжевом случае нам это и надо. Отдельно сопротивление проводов не нужно, оно ничего не дает.

Температура меняется слишком медленно, чтобы это нарушило стабильность ПИДа. Так что максимум скорость при том же положении ручки чуть отъедет.

С ШИМ-регулятором явно меньше было бы проблем такого плана,

С PWM AC Chopper control вполне может быть, что было бы и получше. Но с точки зрения перспективы измерения скорости без датчика, не ясно, что получится. Нечетных гармоник точно меньше будет и появится составляющая частоты ШИМ.

Вот кстати, они описывают процесс измерения скорости так же как и мы

The back electromotive force (b.e.m.f.) of the motor is a function of the speed and of the current. In the first approach it behaves as a resistance proportional to speed

У нас в программе как раз вычисляется это resistance proportional to speed.

Ещё же щётки от трения нагреваться могут

Могут, но там активное сопротивление только самой обмотки 85 Ом, вряд ли щетки тут какой-то заметный вклад вносят.

Вот кстати, они описывают процесс измерения скорости так же как и мы

Но мощности не считают. У них идея стабилизации скорости - стабилизация мгновенного значения тока в момент zero-crossing. При этом напряжение не измеряют, я так понял, а просто по прерыванию при пересечении им нуля. Ток измеряют только.

IMHO есть более приземленные соображения. Если просто выпрямить переменное напряжение, чтобы ключ воткнуть, то на моторе амплитуда напряжения уменьшится в два раза. Это может прокатить когда мотор выбирается под задачу, но не когда меняем плату с сохранением старого мотора.

Ну а городить шим без выпрямителя - это совсем ад.

At first order, we will neglect the inductive term

О как. А меня тут учебники посылали за это читать, хотя на самом деле то мы как раз не отбрасываем индуктивность, а применили метод где она на расчет не виляет. Как в целом и они, только в их формуле с учетом индуктивности есть интересный момент - индуктивность меняется раза в два в зависимости от силы тока. И это замучаешься учитывать.

Но наш метод интегральный, скорость вычисляется на основе суммы отсчетов по всему периоду и усреднения, что заметно убирает влияние шума. Если измерить ток только в одной точке, как предлагают они, то блин вычисленное значение скорости будет мотать бешено. Может они RC фильтром все задавили, или у них ток не так сильно шумит, или они просто забили болт.

Они пишут о проблеме роста скорости под нагрузкой на низких оборотах - такая же проблема есть у нас, и она заметно уменьшается при переходе к нашему методу, от более упрощенного который мы пробовали раньше (близкий в чем-то к их).

То есть в итоге сам метод вычисления скорости у нас одинаковый - вычисляется сопротивление, пропорциональное скорости. Только разный метод измерения этого сопротивления.

В целом вот они Нужна модель изменения сопротивления для коллекторника переменного тока (комментарий) идут очень похожим путем, и тоже пишут о том что таблицами нелинейности устраняли, и ПИ-регулятор применяли, и результат по стабильности поддержания скорости и быстродействию судя по графикам у них сходный с нашим, но у нас все-таки лучше получается вроде.

То есть мы не изобретаем какую-то дичь, как некоторые пытаются нас очернить тут, а идем правильным путем, раз независимо пришли к очень похожим решениям с другими разработчиками.

О как. А меня тут учебники посылали за это читать, хотя на самом деле то мы как раз не отбрасываем индуктивность,

Они вроде как не отбрасывают индуктивность. В Annex 1 есть и с учетом индуктивности. Просто кода у них нет (где-то он есть все же). Возможно что они учитывают.

На самом деле, ее можно отбросить и рассматривать двигатель как резистор вопреки негодованию здешней «профессуры». Будет хуже, но не кардинально, работать и регулироваться будет вполне приемлимо, потому что у этого двигателя индуктивное сопротивление не столь большое по сравнению с аактивным, особенно на средней и высокой скорости. Мы сначала так и делали, но потом отошли от этого и пришли к формуле с учетом индуктивности, вот как у них, только не по одной точке а по нескольким усреднялся результат.

Проблемы - формула с учетом индуктивности содержит производную тока, которая из-за шумов просто бешено пляшет. Дифференцирование то усиливает шумы. И - индуктивность меняется очень сильно при изменении тока, даже в пределах одного периода для верхушки тока она будет заметно меньше. И фиг знает как это учесть.

Поэтому мы перешли к рассчетам через мощность, где нет упрощений и нет проблем с индуктивностью в то же время.

Я сначала и думал, что вы так делаете, что считается по мгновенным значениям. Сразу в чужой метод не въедешь, так как он чужой . :) Вот тут я посетовал, что индуктивности нет:

https://www.linux.org.ru/forum/science/14596287?cid=14601396

Но если ты измеряешь напряжение питания, то модель V_пит=V_bemf+I*R_armature здесь не учитывает индуктивность.

Вот так мы делали сначала, и оно в целом даже работало, а то что сейчас уже третья версия метода.

Я не нашел там ничего интересного, кроме идеи стабилизировать ток для zero cross. Выглядит конечно заманчиво, но сомневаюсь что будет заметно лучше нашего.

Они тупо обмеряют мотор на стенде в таблички, и забивают болт на причины. Причем еще и требуют нагрузку на вал давать.

А у нас настоящая магия :)

Они по сути пишут то же что и у нас - на низких частотах активное сопротивление все больше влияет на результат вычисляемой скорости. Просто у них табличка вместо модели.

Но у них вдобавок своя табличка для каждого каждого диапазона оборотов. Наверное это неявным образом компенсирует приключения с гармониками. Ни каких явных упоминаний про гармоники я там не нашел, к сожалению.

А насчет индуктивности - можешь на гитхабе залезть в ветку бакапа и отыскать там аналогичные формулы, которые мы похоронили из-за фиговой точности.

Просто у них табличка вместо модели.

У них тоже модель: i(t) = k.Ω + r и они ток в момент zero-crossing стабилизируют на разных нагрузках (Fig 3). ток пересекает вертикальную линию в одной точке на разных нагрузках.

Они тупо обмеряют мотор на стенде в таблички, и забивают болт на причины. Причем еще и требуют нагрузку на вал давать.

Они пишут, что табличка только на малых оборотах нужна, где они компенсируют (лучше ничего не придумали), а так только ПИ-регулятор перенастраивать:

The adaptation of the program to a specific motor type can be done by adjusting the coefficients KI and KP, and the contents of compensation table table(td). The table is necessary only for the largest firing delays (slow speed). The slower the motor should be able to run, the more attention should be given to the elaboration of this table.

У вас пока та же проблема есть с малыми скоростями, насколько я понимаю, и она не решена. И пока у вас тоже табличка.

Может они RC фильтром все задавили, или у них ток не так сильно шумит, или они просто забили болт.

Фильтром как минимум + ПИ-регулятор к шуму менее чувствителен:

The larger the voltage on the ADC input, which is the op-amp output after some noise filtering by R6 and C5, the better the resolution on measured current i(t0), which will be used latter in the speed regulation algorithm.

Но результаты у них Figures 7, 8, 9. По горизонтали ток (по сути это рост нагрузки), а по вертикали скорость. Продемонстрированы три скорости. Ну, так себе, конечно. У вас как?

У них тоже модель: i(t) = k.Ω + r и они ток в момент zero-crossing стабилизируют на разных нагрузках (Fig 3). ток пересекает вертикальную линию в одной точке на разных нагрузках.

Ты не на то внимание обратил. Понятно что формулы по-разному раскрыты. Но суть проблемы та же - есть «сопротивление», которое вносит заметный вклад на низкой частоте. Просто у нас оно вычитается на ходу. Но у нас это константа, поэтому похоже на разных фазах компенсации не хватает.

У вас пока та же проблема есть с малыми скоростями, насколько я понимаю, и она не решена. И пока у вас тоже табличка.

Та табличка, которую ты у нас видел - на другую тему. Она линеаризует rpm/volts характеристику мотора, чтобы ПИ(Д) лучше работал. Грубо говоря, это аналог простенького observer-а. То есть, она решает проблему кривого мотора, но не решает проблему кривого «датчика» скорости.

По ощущениям - юзабельно. Низкие обороты держит хорошо. А так чтобы на ходу сидеть с тахометром, тормозить вал и мерять ток - никто не занимался. Гиморно очень.

https://github.com/speedcontrols/ac_sc_grinder/tree/master/doc/data - вот тут можешь заценить файлы «r_l_calibration-*». Измерение сопротивления для разных фаз. Кстати, там еще и индуктивность есть, в память о предыдущих алгоритмах.

Обрати внимание, что сопротивление плывет в полтора раза. Мы-то думали, что это какая-то неведомая херня, и пытались отбиться табличкой для выпрямления rpm/volts. А похоже что дело и правда в гармониках, как ты предположил. И тогда надо для сопротивления тоже строить табличку, и брать нужное значение при обсчете скорости.

Надо будет проверить, закроет компенсация проблему или нет. Чем черт не шутит, может и сплущенный график в районе 0.4 выпрямит.

Надо будет проверить, закроет компенсация проблему или нет. Чем черт не шутит, может и сплущенный график в районе 0.4 выпрямит.

Да, обязательно надо. Но у меня пока ощущение, что провал на 0.4 другую природу имеет. Надо проверить, и узнаем.

Я не нашел там ничего интересного, кроме идеи стабилизировать ток для zero cross. Выглядит конечно заманчиво, но сомневаюсь что будет заметно лучше нашего.

С таким уровнем шумов как у нашего двигателя будет точно хуже.

Ну а городить шим без выпрямителя - это совсем ад.

Вот еще статья про triac vs chopper.

https://www.edn.com/Home/PrintView?contentItemId=4214636

И тут

The universal motor operates as an AC motor with a current non- sinusoidal waveform to the motor, due to the sharp distortions from the triac turning on, when the line voltage is not at the zero-cross. The resulting harmonics invoke large iron and copper losses due to eddy currents and hysteresis. With DC Chopper control, the universal motor is operated as a DC motor, and the current waveforms are essentially DC, invoking less iron and copper losses.

То есть вот еще пинок в том же направлении поиска проблемы в области потерь на гистерезис и вихревые токи. (Я выше ошибся и написал, что потери на гистерезис пропорциональны B. Они пропорциональны B^a). В общем, теоретическую модель все равно надо подумать. Хотя бы для того, чтобы примерно аналитическую зависимость увидеть.