Ряд технических вопросов (технические вопросы россыпью).

[Serge V Iz]

В простом случае векторное управление -- это просто бери с датчика положения вала направление магнитного поля ротора и делай в обмотках статора направление поля примерно перпендикулярным, в нужную сторону. ) Вообще ничего сложного.

Сложности там начинаются, когда надо работать без датчика положения, уметь включаться и безопасно отключаться на уже сильно быстро вращающемся двигателе, точно регулировать момент и т.п.

Но, возьмём банальный расчёт: двигатель на 60 тыс мин-1 требует регулировать ток в каждой из трёх своих обмоток так, чтобы получалась синусоида с частотой 1 кГц. Чтобы синусоида выглядела более-менее синусоидой, ее нужно приближать хотя бы парой десятков (а лучше -- побольше  ) дискретных отсчётов-точек этой синусоиды. Это значит, контроллеру двигателя каждые 50 мкс нужно успеть и измерить механические и электрические параметры, и доставить их в вычислитель, и рассчитать управление током и выдать новую уставку для звена коммутации источника питания с обмотками статора. Для многополосных двигателей -- соответственно, это нужно делать в N раз чаще. Из всех перечисленных выше телодвижений, в современном мире только "вычислить" с требуемой скоростью не вызывает проблем.

Итого, довольно модные и дорогие частотники Yaskawa умеют лишь где-то 700 Гц, да то, с некоторыми ограничениями. А обычно люди ограничиваются 400 Гц. )

Очень быстроходные движки обычно вентильные, с довольно тупым т.н. "электронным коллектором", переключающимся лишь шесть раз за электрический оборот. Они везде -- от самых дорогих жёстких дисков до самых дешёвых электросамокатов. Без всякой этой векторщи́ны. )

[nonconvex]

В простом случае векторное управление -- это просто бери с датчика положения вала направление магнитного поля ротора и делай в обмотках статора направление поля примерно перпендикулярным, в нужную сторону. ) Вообще ничего сложного.

Сложности там начинаются, когда надо работать без датчика положения

Ну и зачем усложнять? Датчик положения копеечный, по сравнения с ценой мотора. Расположен под крышкой.

[Дем]

Чтобы синусоида выглядела более-менее синусоидой, ее нужно приближать хотя бы парой десятков (а лучше -- побольше  ) дискретных отсчётов-точек этой синусоиды.

А зачем синусоида, собственно? Даже на древнючем движке с щётками обмотка вдруг включается и вдруг выключается, механически.
И всё отлично работает.
Ну и запросто можно не считать, а брать заранее рассчитанные значения из памяти.

[Serge V Iz]

А зачем синусоида

Затем, чтобы была математика фазора -- вращающегося вектора в векторном управлении (ну, или для плавности, точности позиционирования, точности регулирования скорости или момента и т.д.)

Простой вариант -- в последнем абзаце в моем том же сообщении

[Дем]

Затем, чтобы была математика фазора -- вращающегося вектора в векторном управлении

Так всё равно синусоида делается вот так

[Serge V Iz]

Так всё равно синусоида делается вот так...

Правильно. Только при управлении электродвигателем, представляющим собой реактивную нагрузку, сильно меняющуюся вместе с изменением параметра движения и параметра текущего в данный момент в обмотках тока, ширину каждого импульса тупо требуется вычислить. Вот и вся проблема тут.
(Пока оставим в стороне релейный метод управления с двумя управляемыми компараторами -- там другие свои специфические сложности)

[ExDi]

в синхронном двигателе частота вращения определяется частотой питающего напряжения, а вращающий момент - согласованием фазы вращения ротора с фазой напряжения; в отсутствии нагрузки поля ротора и статора синфазны и вращающий момент (практически) отсутствует, а ток и напряжение в обмотках ортогональны, двигатель обладает (практически) чисто реактивным сопротивлением, что создает проблемы в питающей сети. по мере увеличения нагрузки сдвиг фаз увеличивается, соответственно увеличивается момент на валу, у сопротивления двигателя появляется активная сосавляющая. т.е., при хороших тяговых характеристиках, гибкость и согласование с питающей сетью оставляют желать лучшего.

в коллекторном двигателе сдвиг по фазе между полями ротора и статора всегда оптимален, поэтому двигатель без нагрузки раскручивается до тех пор, пока эдс индукции обмоток ротора не сравняется с эдс источника питания; при этом ток и соответственно вращающий момент минимальны; под нагрузкой обороты снижаются до тех пор, пока разность эдс источника и ротора не обеспечат протекание тока, достаточного для создания соответствующего нагрузке крутящего момента. моментом/мощностью можно управлять посредством изменения напряжения источника питания, но без системы регулирования с обратной связью со стабильностью оборотов при переменной нагрузке будут проблемы. энергоэффективное ШИМ управление им тоже проблемно, поскольку без нагрузки двигатель все равно будет стремиться раскрутиться до частоты вращения, соответствующей амплитуде (а не ширине) импульсов. в сочетании с очевидными проблемами механической коммутации очевидно, что система тоже не айс.

векторное управление позволяет сочетать достоинства той и другой схемы. фазовый угол между полями ротора и статора всегда поддерживается оптимальным, т.е. соответствующим максимумум крутящего момента, двигатель становится практически активной нагрузкой, сам момент задается ШИМ управлением тока через обмотку, частота вращения задается произвольно. в части жесткости тяговой характеристики и отсутствия механической коммутации двигатель становится синхронным, в части гибкости управления и отсутствия проблемы реактивности - коллекторным.

[vlad7308]

После внедрения Векторное управление электродвигателем электропривод по сути сейчас испытывает второе рождение.

Пролистал. Неееет, я это не освою уже Совсем не моя специальность. Мой максимум - это прислушаться к мнению специалиста как Влад7308: можно или нет получить на выходном валу сочетание мощности и обормотов. 

я вовсе не специалист, ни малейших претензий.
Просто, на сколько мне известно, нижняя граница указанного Вами диапазона обеспечивается даже вполне ширпотребным оборудованием, доступным на русском алиекспресс ПЧ (частотный преобразователь) + асинхронник. Кстати, в отличие от турбины, этот комплект дает очень быстрое (почти моментальное) управление частотой и мощностью, с обратной связью и аналоговыми и цифровыми интерфейсами управления и контроля out of the box. Что, возможно, полезно для стендов.

Есть еще двигатели с полностью электронным управлением (типа как в современных авто), с мощностями в сотни кВт, но про них я не в курсе, могут ли они достигать оборотов 10-20т и выше. В принципе, вроде бы "должны мочь". Но "в принципе" - не означает, что так оно и есть.

ЗЫ на самом деле, просто поразительно, какой путь прошла за последние 30 лет силовая электроника, благодаря которой мы и имеем всё вышеперечисленное, причем не в виде "уникальных не имеющих хххх", а в виде масс-продакшн.

[Владимир Шпирько]

Затем, чтобы была математика фазора -- вращающегося вектора в векторном управлении

Так всё равно синусоида делается вот так

Ко всему вышесказанному стоит добавить еще одно не маловажное замечание. Это по поводу синусоиды и метода ШИМ.  Любой периодический (квазипериодический) сигнал можно представить суммой синусоид кратной частоты - ряд Фурье, ну и конечно с различным сдвигом фаз между этими синусоидами.  Это общеизвестно.  А далее тонкости.  Например мы имеем вместо синусоиды просто прямоугольники.  у синусоиды знак + => у прямоугольника +Um, знак - => у прямоугольника -Um. И так на трех фазах.  Разложим прямоугольники в ряд Фурье.  Синусоиды основной частоты - имеют сдвиг между собой 120 град. и создают вращающееся магнитное поле. А синусоиды второй гармоники с напряжением в 2 раза меньшим и сдвигом между собой 240 (-120) град. создадут вращающееся поле в противоположном направлении! А синусоиды третьей гармоники с напряжение в 6 раз меньше и сдвигом между собой 360 град.  создадут неподвижное пульсирующее поле.  Очевидно, что вторая и третья гармоники будут тормозить ротор двигателя => снижая КПД и повышая выделение тепла и естественно снижая управляемость.  А четвертая гармоника даст поле вращающееся в ту же сторону, что и основное.  Поэтому ограничения на ШИМ - не должны присутствовать гармоники до 6...8 , а лучше и больше, которые создают поля как неподвижные так и вращающееся в противоположную сторону. 

[Serge V Iz]

типа как в современных авто

С просторов интернетов, про Tesla Plaid:

Вы не можете просматривать это вложение.

Это показатель, характерный для типичного для промышленности асинхронника.

(При желании его можно раскрутить и быстрее, раза в два, применив хитрый приём управления током ортогональной компоненты. Но ценой падения момента почти в ноль и превращения обмоток в мощный ТЭН )

[vlad7308]

это имхо вообще не про то.
Это скорее про обычный трехфазный асинхронник, рассчитанный на сетевую (50-60Гц) частоту и фикс. обороты (как правило, 900-1400-2700 об мин). С ними да, примерно такая картинка при подключении их к ПЧ.

ЗЫ Сомневаюсь, что это имеет отношение и к тесла.

[Serge V Iz]

...
Сомневаюсь, что это имеет отношение и к тесла.

Так там такой же асинхронник, отличающийся лишь тем, что беличья клетка представляет собой беличью бочку -- сплошной цилиндр. И прогрызены каналы охлаждения из-за сурового нагрева.

А. А вот про Model Y:

https://www.tesla.com/ownersmanual/modely/en_cn/GUID-E414862C-CFA1-4A0B-9548-BE21C32CAA58.html

[vlad7308]

Так там такой же асинхронник

Принципиально - да.
А так - нет

А нас (точнее, С-300) тут интересовала конкретика, а не уравнения Максвелла и не теория электрических машин

У тех шпинделей, про которые я писал выше, 10-20 т оборотов и 400Гц - это номинальные параметры, на которые они изначально и специально рассчитаны. Кривые мощности и момента от частоты питания для них выглядят...несколько иначе, НЯП.

[Serge V Iz]

У тех шпинделей, про которые я писал выше, 10-20 т оборотов и 400Гц

Ну тут тоже, принципиально это самое, а так...

У меня тоже шпиндель на 24 тыс. Это всего лишь немного меньше, чем допустимо двум его подборным парам подшипников. )

Принципиальность заключается в том, что в этом шпинделе существенно меньшая масса металла подвергается перемагничиванию -- он же на постоянных магнитах. Соответственно, раз токи Фуко по нему не елозят, то и тепловыделение сравнительно скромное. Асинхронникам такое себе позволить значительно тяжелее )

[amster]

А так ли уж необходимы электродвижку топливного насоса стендового ЖРД сверхвысокие обороты?

[vlad7308]

А так ли уж необходимы электродвижку топливного насоса стендового ЖРД сверхвысокие обороты?

всякие могут быть стендовые образцы.
Если насоса вообще нет, то да. Нужно обеспечить только напор и расход (и маневр ими, если надо), а что их обеспечивает, вообще пофиг.
Могут быть и такие, где насос уже есть, а ГГ и турбины еще нет. Тогда нужны и обороты\момент, близкие к требуемым.

[amster]

А так ли уж необходимы электродвижку топливного насоса стендового ЖРД сверхвысокие обороты?

всякие могут быть стендовые образцы.
Если насоса вообще нет, то да. Нужно обеспечить только напор и расход (и маневр ими, если надо), а что их обеспечивает, вообще пофиг.
Могут быть и такие, где насос уже есть, а ГГ и турбины еще нет. Тогда нужны и обороты\момент, близкие к требуемым.

Спасибо за содержательный ответ.
Но что мешает использовать недорогой серийный электромотор через антиредуктор/апдуктор/мультипликатор?
Даже так это будет проще, быстрее и дешевле, чем возиться с ДВС и прочими извратами?
(с гоночного ДВС обсуждение и началось )

[Feol]

В институте как-то сказали, что мультипликатор - сложная и неприятная вещь. В отличие от редуктора. Правда, почему так, не знаю. Просто запомнил фразу преподавателя. Не механик по образованию и работе, то был второстепенный курс.

[vlad7308]

В институте как-то сказали, что мультипликатор - сложная и неприятная вещь. В отличие от редуктора. Правда, почему так, не знаю. Просто запомнил фразу преподавателя. Не механик по образованию и работе, то был второстепенный курс.

на это же какбэ намекает то, что в жизни нам силовые мультипликаторы почти не встречаются. За исключением простейших случаев типа одной зубчатой или ременной пары, то есть раза в три.
А вот редукторы - на каждом шагу.

ЗЫ я тоже не знаю почему

[ExDi]

обычно высокооборотный двигатель при той же мощности (как бы не кратно) миниатюрнее и легче низкооборотного. поэтому высокооборотник плюс редуктор часто выгоднее аналогичного низкооборотного. в другую сторону  - обратная ситуация