120V100AH电动CBR600流水账贴 改到哪儿更新到哪儿 风驰月夜

(原)POWER-RDX

http://www.ddclm.vip/attachments/month_1305/1305151117de471597d319e0cf.jpg

先看加速问题。初步计算了一下。不考虑风阻的前提下，10秒破百需要扭矩为55.81Nm。对应的电流参见上表24行。大约为203A。注意这 ...
shouldbe 发表于 2013-5-15 13:00

有一点问题。电机的扭矩大小是相线电流决定的，与母线电流无关。

(原)风驰月夜

有一点问题。电机的扭矩大小是相线电流决定的，与母线电流无关。
POWER-RDX 发表于 2013-5-15 21:44

没错


我起步540a，中间满把也是540a


那么电流都可以打到最大

而车有肉跟猛之分，这只能说是电机本身的性质决定


k9是母线控制器的，至少在扭矩模式下肯定是这样


那么也就是说电机的想电流最大不会超过560的，或是瞬间超过，马上会被限制住

(原)风驰月夜

风驰太牛逼了，膜拜啊！
zcrb1112 发表于 2013-5-15 19:31

.



理性理性，兄弟hold住

(原)shouldbe

在深入讨论之前我想先和大家讨论一个基本概念：相电流和母线电流（或者说电池母线、控制器主电源线，就是电池正极或者负极流过的电流）到底是一个什么关系？有人说相线是母线电流的3倍。粗看似乎是正确的。但仔细一推敲就不对。这个3倍其实来自于无刷电机三相驱动的概念。既认为每相只工作1/3的时间，所以相电流应该是线电流的3倍。但这是错的。因为驱动算法不同，每相导通的时间也不同。有的算法是每相只导通1/3。但有的算法就是2/3。但无论导通时间多长，每相电流的平均值应该和母线电流是一样的。但瞬时值和峰值却可能相差若干倍，而不一定是3倍。原因很简单，相线是分时的在享用母线提供的电流。享用1/3还是2/3的时间，相线的平均电流必然和母线一样。

打个比方。母线就像是一个水龙头M，相线就像是3个水桶ABC。每分钟里各有20秒钟水龙头M分别向三个水桶ABC灌水。水龙头如果每分钟出水量是6升，即6升/分，那么每个桶在自己那20秒钟内接受水的速度也是60升/分。只是因为只享受了1/3的时间，即20秒，所以接收的水量是20升。但如果你拿这20升去除以20秒，得到的水流速度仍旧是60升/分。即60A的母线电流，对应的相线平均电流也是60A。只是每相承载电流的时间为转子转一圈时间的1/3。

如果水龙头有两个分叉X和Y。每个分叉同时给两个桶AB或者BC或者AC灌水，每个分叉出水量是30升/分，每个桶接受每个分叉的时间是20秒。那么桶A和B在第一个20秒接受了X和Y以30升/分的速度灌入了10升水。下一个20秒桶B和C接受了X和Y的10升水。第三个20秒桶C和A接受了X和Y的10升水。这样一分钟内三个桶各接受X和Y各一次，每次20秒的水，共20升。但这是在40秒内获得，所以平均接受的水流速度为20升/(2/3分钟)=30升/分。即60A的母线电流每个时刻同时分配给两相。对应的相线电流为30A。每相承载电流的时间为转子转一圈时间的2/3。

那么为什么我们说相线电流可能会很高，但母线电流却很低，只有相线电流的十几分之一呢？这里我们其实把相线的平均电流和相线峰值电流搞混了。上面我们讨论的都是相线的平均电流。而这里说的“母线电流是相线电流的十几分之一”中的相线电流并非整个这一相导通的1/3或者2/3的时间内的平均电流，而是在这导通的1/3或者2/3时间内，更小的PWM控制周期内MOS导通的那很小一段时间内的平均电流。

进入正题，扭矩和什么参数有关？前面有车友说是和相线电流成正比。但我说这不准确。应该说是和相线电流的平均值成正比。如果相线电流峰值是540A。但每个PWM周期MOS导通只有1/18的时间。那么平均电流就只有30A。如果控制器按照之前讨论的每相导通1/3的时间的驱动方法来驱动。那么母线电流也是30A。而这时的扭矩不是540A对应的扭矩，而是30A对应的扭矩。或者说在这1/3本该全部导通的时间里，540A对应的扭矩只在这1/3时间的1/18里发挥了驱动电机带着负载转动的作用。因此扭矩，应该说是平均扭矩也只有540A对应扭矩的1/18。假设在0-540A以内扭矩和电流一直成正比关系（实际上是非线性的），那么平均扭矩实际就是30A对应的扭矩。这就是为什么起步很肉。因为平均驱动电流太低。进一步说，为什么平均驱动电流太低？相电流不是可以达到540A吗？那是因为控制器达到540A的相电流后马上就关闭了MOS。然后等待17倍的开启时间，然后再次打开。所以最后相线中的平均电流或者说母线电流只有30A。

大家可能觉得我说的这个17倍的等待时间是我瞎说的或者是倒推的。但下面的分析可以证明我不是。我们可以这样来分析。假设电机起步时转速达到了60RPM。即1转/秒，对应风驰的车的速度就是1.5公里/小时。电机转一圈是一秒钟。如果每相导通时间是1/3，那么每相导通时间就是1/3秒。但PWM的一个周期是多长时间呢？假设K9控制器PWM频率是10kHz。那么每个周期就是100us。每相导通的这1/3秒内要经过33333个PWM周期。由于这时电机转速很低，电压则高达120多V（比如取我之前推算的124V），而绕组线圈的电感很小，比如取1.275uH。那么电流上升到540A只需要5.55us（U/L=di/dt->dt=L/(U*di)）。这时控制器检测到相电流（瞬时值）已经达到540A，马上关闭MOS。然后等待一段时间继续打开。直到1/3秒时，这一相不再有电流流过。这里有一个很关键的参数，控制器在检测到540A关断MOS后等待了多少时间？这是由控制器算法决定的。如果等待的时间很短就再次打开，比如1us，那么就相当于这一相能有5.55/（5.55+1）=84.7%的时间一直有电流流过。而这5.55us的导通时间内相电流（平均电流）是540/2=270A（5.55us内从0线性升高到540A，平均值就是峰值的一半）。进一步折算到整个6.55us的PWM周期内的平均电流就是270*5.55/6.55=228A。对应的扭矩应该在60Nm以上。如果真的是这样，风驰就不会这么郁闷了。现实不是这样。那么问题出在哪里？就在于等待时间不是随便想多短就多短的。控制器的等待时间其实取决于几个因素。第一是MOS的开通时间和关断时间。MOS不是说开就开，说关就关。从MOS栅极接受到开启信号到DS完全导通是有一个时间的。同理关断也是如此。具体不细分析。但可以知道的是这两个时间都是在几个us到十几个us之间。我们取一个中间值10us。那么从MOS关断到重新打开就要经历至少20us的关断时间才会有下一次MOS导通的那5.55us。这样一计算就会发现在每个PWM周期内相电流的平均值就很可怜了。即平均电流=270*5.55/（20+5.55）=58.6A。对应的扭矩大约只有12Nm。考虑到避免控制器上下桥臂传统短路所设置的死区时间至少还有5us，那么这个电流还会更低。如果关断时间长到38.85us，那么平均电流就会下降到270*5.55/（38.85+5.55）=30A。看到这30A的出处了吧？虽然上述这一系列的参数多半是假设的。比如电机电感也许不是1.275uH，而是12.75uH，那么电流上升到540A需要的时间就是55.55us。同样还是20us的关断时间对应的平均相电流就是158A，对应的扭矩就是34Nm了。但现实就是母线电流只有30A。那只能说明或者这电机的绕组电感太小，造成相电流（瞬时值）上升太快！或者控制器的驱动MOS能力有限，只能在将近40us的时间内再次导通，造成MOS打开和关断时间（准确说应该是总的时间）相比太小，平均相电流太小！

大家可能还是不信，因为我自己也知道我只是理论推导。但还有更进一步的证据。K9有90个管子。三相6个桥臂中每个桥臂是15个管子并联。不知K9用的是什么管子，Cgd（栅极到漏极的密勒电容）有多大。但15个管子如果想一起导通和关断是相当困难的。总会有那么几个管子拖后腿。如果从关断到再次开启时间设计的太短，那么就有可能出现上臂的几个管子没有及时关断，而下臂已经开始导通，进而造成上下桥臂穿通短路的危险。所以设计者必须预留足够的间隔，保证15个管子全部关断后才能给MOS打开的信号。这个时间恐怕不是20us就够用的。这个观点我希望能有设计控制器特别是24管以上控制器的商家出来说说。看看我凭空说的这些参数是否靠谱。这恐怕就是起步电流上不去，起步肉的根源。

但还是没完。这一定是控制器的错吗？未必。高尔登的电机也有份儿。为什么？之前说过我们假设电机绕组的电感是1.275uH。这个参数是为了推导那5.55us反推出来的。但这并非不可能。高KV、高转速的电机绕组线圈匝数少，电感就小。这是一个规律。这里无法给出任何实测值，只有请风驰用仪表亲自测量每相绕组的电感才能得到实证。但从起步肉的现象，和上面达到540A限流的时间来推算，这是很有可能的。还有一个推论。就是如果K9的最低关断时间是20us的话，而且PWM频率是10kHz、周期是100us的话，那么可以看出它的最大占空比就只能达到80%。540A峰值相电流对应的最大平均相电流或者说母线电流就是540/2*80%=216A。如果最小关断时间大于20us，那么这个电流会进一步下降。风驰看到问题所在了吗？你不是觉得奇怪为什么这车的最大电流只有180A吗？这就是一种可能的解释。

怎么办呢？办法也不是没有。那就是减小传动比。从目前的1:4.5降低到1:6，极速从138降低到103。同时电机负荷降低到原来的3/4。相电流上升的也就没有那么快（这一点是我的猜测，有什么道理我也没有想明白，还请高人指点），控制器检测相电流（瞬时）达到540A的时间更长，MOS有效导通时间更长。在最小关断时间无法缩短的前提下，MOS导通时间占比提升，平均相电流提升，扭矩增大，电机更快的度过起步的低速重载区段，从而获得更快的加速。你别说这招谁都会，风驰只是舍不得这150的理想极速。如果大家也认同这个看法为啥除了风驰以外没有人提出呢？我看大家还是觉得问题不在于减速比，而是把眼睛放在了其他的地方。另外当然从上面的分析来看，K9控制器也是一个因素。如果用MOS关断速度更快的控制器可能就会改善这个问题。而我之前说的控制器和电机相互掣肘的问题其实也体现在这里。电机KV太高，绕组电感太小，造成相电流（瞬间）上升太快，控制器被迫很早关断。而控制器最小关断时间是固定的。当电机绕组电感小到一定程度，造成MOS导通时间太短，就会造成控制器输出的平均相电流太小，扭矩太小。扭矩小带来的问题就是加速时间慢，也就是电机转速提升的慢。转速提升的慢，则反电动势升高的慢，电机绕组承受的电压（电池电压-反电动势）就无法快速下降，逼迫电机电流总是快速上升，进而又回到开头的相电流小、扭矩小的循环。只有当电机转速上升到一定程度，电机脱离起步的低转速、重载区段后，这个问题才会迅速缓解，电机迅速加速。但这时时间已经飞快的流逝，10秒破百就难保了。而且还有一个问题就是虽然电机平均电流不大，但因为起步时工作在低效率段时间过长，控制器输出的大部分功率变为了热量。这会造成电机温升极快。这同样也是高KV低扭矩电机带过重负载带来的恶果。嘿嘿，肯定有人要骂我了，高尔登是这样的吗？你别胡说！要我说这个“过重负载”是相对而言的。减速比则是衡量是否过重的关键。就上面的分析来看，减速比减小后，比如1:6，电机的负载要下降到原来的3/4，电流上升到540A的时间加上，有效平均相电流加大，扭矩加大，转速增速提高，反电动势增速提高，电机可以更快的度过起步时的“地狱”阶段。更快的进入良性循环。更换控制器也是一条路子。但我觉得其他控制器也未必好到哪里。因为高电流无非就是靠并联多个低Cgd、内阻稍高的小管子或者用少量低内阻、高Cgd的大管子来做。无论哪种方案都无法从数量级上来降低最小关断时间。所以降低齿比，或者更换功率更大，或者低速扭矩更好的电机才是更可行的路子。风驰现在开始找新电机思路不知来自何方。但从上述分析来看，这是一条正确的路。虽然也是一条很麻烦的路。毕竟没有现成的给他用。所以我还是建议：降低齿比!

好了写了这么多了。估计没有人爱看。但对我来说这是一个整理思路的过程。而且如果要想说服大家接受我的观点。这些推理过程是必须的。这样写的细一点也好让人来challenge到底哪里有不对。而且通过分析，我们可以看出解决问题的途径在哪里。开阔大家的思路。避免限于故障的表面现象，靠试错来寻找出路的麻烦。

(原)shouldbe

刚才写的一段。后来发现是题外话，所以单独拿出来。避免分散大家注意力。

我以前了解的三相无刷电机的驱动方法是这样的：三相中有两相通电，一相不通电。两相流过的电流相反，对转子造成一个推、一个拉的效果。然后转子转过120度之后，两相中有一相断开，一相通电方向逆转，对转子的作用力由拉改为推，同时刚才不通电的一相导通，拉动转子转动。如此交替往复形成旋转磁场，推动转子转动。每一相绕组在开始导通时电流并非一下子就上升到峰值，而是在控制器施压的电压（减去反电动势）的作用下，使相电流以（Uc-E）/L（Uc是控制器（瞬时）输出电压，一般可以认为就是电池电压，E是反电动势大小，L是每一相绕组的电感）的斜率攀升。相电流流过绕组时会产生磁场，绕组磁场通过铁芯感应加强后被放大，对转子产生作用力，即扭矩，推动转子带动减速装置，进而驱动车轮运转，使车子前进。随着转子在转速加快，磁钢切割磁力线在定子绕组中产生的反电动势增大，抵消了控制器施加在绕组上的电压，降低相电流攀升的斜率，使得相电流在MOS导通期间的平均电流下降（具体表现就是随着车速的增加，电机的电流会逐步下降）。

(原)shouldbe

这是另一段跑题的想法，供大家娱乐

130V达到6000rpm，KV=46rpm/V。按照4.5的减速比，相当于是一个11rpm/V的轮毂电机的KV值。呵呵，想起电机达人定制电机的参数了没有？9RV、10RV、12RV、15RV。似曾相识吧。但注意这个电机的结构和轮毂电机有很大的差别。之前我对比过这个电机与普通内转子无刷电机的区别。说明这种电机扭矩可能要更低（具体高低要用同外径和长度的电机的实际转子尺寸来计算，我只是个人感觉这种电机要更低）。而如果和外转子电机对比，同样的Kv，这种电机扭矩应该更低（还是推论，有待通过实际电机尺寸参数来计算来证明）！

(原)shouldbe

我起步540a，中间满把也是540a


那么电流都可以打到最大

而车有肉跟猛之分，这只能说是电机本身的性质决定


风驰月夜 发表于 2013-5-15 21:54

看了我上面那段分析风驰有啥想法？车肉还是猛只跟电机有关吗？如果控制器的技术和MOS器件性能提升（更低的Cgd、同时更低的内阻、和更大的电流）能让最小关断时间下降一个数量级，原来肉的电机可能也就不那么肉了。当然电机本身特性仍旧很重要。肉与不肉在控制器开关技术无法改进的情况下，就是决定因素。改进的方法是降低齿比！

嘿嘿。

(原)shouldbe

有人可能觉得我有点疯。这么大段写一些自己也不能每一点都确定的东西有意思？那我要说我和风驰亲自动手做电动大排是一样的。我虽然没有亲自动手，但通过动脑分析，慢慢接近真理。这本身也是一件非常有趣的事情。值得我付出几个小时的时间！知道我为啥签名里要这样写了吧？

(原)shouldbe

明天上午10:30家门口不远的地方开会。9:00的闹钟。现在还有7个小时睡觉。哈哈，可惜我睡不着了。

(原)shouldbe

风驰讨论起步肉这段应该放到电机和控制器板块去。