perchè negli esc è scritto non usare a bassi regimi?

[max_ferra]

Originalmente inviato da Archi

Qui mi sembra che sia stata fatta parecchia confusione.

1. I mosfet non vanno mai in conduzione continua (teoricamente potrebbero andarci solo al 100% con il motore a pieni giri, altrimenti devono commutare al 10% come al 99%, quindi le perdite per commutazione sono un problema costante indipendentemente dal regime di rotazione.

E' esattamente quello che succede, oltre una certa percentuale di pwm (io di solito oltre il 95%) si va al 100% e basta!

2. Fare un driver veloce per un mosfet non è assolutamente un problema, si fanno per qualunque frequenza anche per potenze molto maggiori e per semiconduttori molto più micragnosi di un mosfet.

Nessuno ha detto il contrario: sta di fatto che praticamente tutti i regolatori per aerei SOTTO i 30A i driver manco li hanno.

Un azionamento ben realizzato deve scaldare meno ai bassi regimi che non agli alti. Il fatto che gli esc utilizzati su aerei ed elicotteri non rispettino questa regola la dice lunga sulla qualità del loro firmware.

Questo in linea di massima è vero, fatto salvo il caso dei regolatori piccoli/economici, fatto salvo magari quella modalità "freewheeling" discussa prima che dipende molto dal firmware e fatto salvo il fatto che col pwm al 100% è normale che scaldino tutti meno che al 95%...

Se a basso regime si scaldano, vuol dire che stanno alimentando di merda il motore, vuol dire che a fronte di una potenza attiva bassa, viene prodotta una quantità enorme di potenza reattiva che rimbalza tra motore ed esc.

Qui potresti essere un po' più preciso, non mi è chiarissimo cosa intendi e dove rimbalza l'energia...

[Archi]

Originalmente inviato da max_ferra

E' esattamente quello che succede, oltre una certa percentuale di pwm (io di solito oltre il 95%) si va al 100% e basta!



Nessuno ha detto il contrario: sta di fatto che praticamente tutti i regolatori per aerei SOTTO i 30A i driver manco li hanno.


Questo in linea di massima è vero, fatto salvo il caso dei regolatori piccoli/economici, fatto salvo magari quella modalità "freewheeling" discussa prima che dipende molto dal firmware e fatto salvo il fatto che col pwm al 100% è normale che scaldino tutti meno che al 95%...



Qui potresti essere un po' più preciso, non mi è chiarissimo cosa intendi e dove rimbalza l'energia...

Per quanto riguarda la percentuale di PWM, 100% vuol dire 100% di coppia, quindi non potresti avere differenza tra 95% e 100%.
Se il valore di PWM lo leggi da log, allora non puoi dire se i semiconduttori vadano in conduzione continua oppure no, l'unico modo per verificarlo è l'oscilloscopio. In ogni caso anche fosse (e continuo a dubitarne) questo varrebbe solo per il 100%, qualunque valore inferiore richiederebbe una parzializzazione della tensione e quindi un numero di commutazioni pari a quelle che avresti al 10%. Già questo dimostra che i problemi di un maggior riscaldamento non derivano certo dalle commutazioni, quelle ci sono, scaldano, ma scaldano costantemente indipendentemente dal regime.

Per quanto riguarda la storia dei driver, è una scelta progettuale, un normale microcontrollore può dare 20 mA su una porta, per un mosfet da pochi A possono essere più che sufficenti per riempire e vuotare il gate, come ho scritto la velocità di commutazione è un parametro di progetto e viene scelta come compromesso tra perdite di commutazione e produzione di disturbi.

La modalità freeweeling vuol dire solo che l'esc non frena il motore da solo coppia positiva o 0, non c'entra con le modalità di modulazione dell'esc. Negli inverter (gli esc sono inverter a tutti gli effetti) la modulazione è sempre fatta in modo che nel ramo di conduzione la corrente scorra sempre nei mosfet e non nei diodi, in essi scorre solamente la corrente di ricircolo provocata dal transitorio di commutazione.

Infine se non sai cosa sia la potenza reattiva, mi spiego perchè tu non abbia capito quale sia il vero problema.

In tutti sistemi a corrente alternata (vale anche per il DC brushless) la potenza che circola tra 2 sistemi (esc e motore) si divide in potenza attiva e potenza reattiva, quella attiva è quella che realmente fa girare il motore, quella reattiva invece non fa niente, resta lì produce un aumento di corrente e quindi un surriscaldamento dei conduttori e dei mosfet. Nei fatti questa potenza reattiva rimbalza tra l'induttanza dispersa del motore ed i condensatori del filtro dell'esc.
Se il motore viene male alimentato il valore di questa potenza aumenta enormemente provocando i surriscaldamenti che conosciamo senza dare risultati apprezzabili sul motore.

Non solo, siccome questa potenza continua a rimbalzare lì, non viene fornita nemmeno dalla batteria, di fatto la batteria fornisce solamente le perdite che essa produce.

Per concludere quindi, se un esc scalda troppo a bassi giri, il problema è un modulatore (la parte del firmware deputata a generare l'alimentazione del motore) grezzo, che può funzionare solo quando il motore gira forte.

In definitiva, non c'è alcuna ragione valida per cui un esc che alimenta correttamente un motore scaldi di più ai bassi regimi che agli alti, se questo accada è perchè viene meno proprio la parola "correttamente" e questo vuol dire che il modulatore non è fatto bene e che di fatto l'esc fa girare il motore utilizzando la clava.

Ciao.

[max_ferra]

Originalmente inviato da Archi

Per quanto riguarda la percentuale di PWM, 100% vuol dire 100% di coppia, quindi non potresti avere differenza tra 95% e 100%.
Se il valore di PWM lo leggi da log, allora non puoi dire se i semiconduttori vadano in conduzione continua oppure no, l'unico modo per verificarlo è l'oscilloscopio. In ogni caso anche fosse (e continuo a dubitarne) questo varrebbe solo per il 100%, qualunque valore inferiore richiederebbe una parzializzazione della tensione e quindi un numero di commutazioni pari a quelle che avresti al 10%. Già questo dimostra che i problemi di un maggior riscaldamento non derivano certo dalle commutazioni, quelle ci sono, scaldano, ma scaldano costantemente indipendentemente dal regime.

Per prima cosa da quanto scrivi è evidente che non hai mai guardato un regolatore da modellismo con l'oscilloscopio... sennò il 100% l'avresti visto coi tuoi occhi e non staresti qui a discuterne.
Seconda cosa, le perdite per commutazione dipendono ANCHE dalle correnti in gioco: se lavori al 20% di pwm, in genere le correnti medie, di picco ed efficaci in gioco sono tutte più basse delle correnti che hai al 90% e al 100%.

La modalità freeweeling vuol dire solo che l'esc non frena il motore da solo coppia positiva o 0, non c'entra con le modalità di modulazione dell'esc. Negli inverter (gli esc sono inverter a tutti gli effetti) la modulazione è sempre fatta in modo che nel ramo di conduzione la corrente scorra sempre nei mosfet e non nei diodi, in essi scorre solamente la corrente di ricircolo provocata dal transitorio di commutazione.

I regolatori per modellismo sono degli inverter semplificati: non sono sinuosidali o vettoriali, sono per BLDC!
Nei regolatori per modellismo in genere NON c'e' un sistema serio di misura della corrente, pertanto non è cosi' banale stimare la corrente (e la coppia, col suo verso).
Tutti i regolatori piccoli NON usano il pilotaggio sincrono, punto. Pertanto la corrente di ricircolo circola nel diodo di body col mos spento. Di nuovo, basta avere un oscilloscopio a più canali e qualche regolatore in mano per rendersene conto, io l'ho fatto.
Nel momento in cui non si usa un pilotaggio sincrono dei mos, specie con motori veloci (che in genere hanno bassa induttanza), PWM dell'ordine degli 8 KHz, utilizzando un carico viscoso come è quello dell'elica, è altamente probabile trovarsi a duty cycle medi e bassi con correnti discontinue dai picchi istantanei anche elevati a causare perdite relativamente elevate soprattutto nei diodi body.

Forse solo in quelli per macchine e probabilmente nei soli modelli per aereo più prestanti, l'utilizzo di driver migliori (ribadisco, fino agli Jeti da 70A e similari di qualche anno fa per certo si usavano IRF da 200mA per otto mosfet in parallelo) e di un firmware più raffinato.
Considera che comunque sono tutti fatti con micro tipo ATMega8 o similari, non è che ci cavi il sangue.

Infine se non sai cosa sia la potenza reattiva, mi spiego perchè tu non abbia capito quale sia il vero problema.

In tutti sistemi a corrente alternata (vale anche per il DC brushless) la potenza che circola tra 2 sistemi (esc e motore) si divide in potenza attiva e potenza reattiva, quella attiva è quella che realmente fa girare il motore, quella reattiva invece non fa niente, resta lì produce un aumento di corrente e quindi un surriscaldamento dei conduttori e dei mosfet. Nei fatti questa potenza reattiva rimbalza tra l'induttanza dispersa del motore ed i condensatori del filtro dell'esc.
Se il motore viene male alimentato il valore di questa potenza aumenta enormemente provocando i surriscaldamenti che conosciamo senza dare risultati apprezzabili sul motore.

Non solo, siccome questa potenza continua a rimbalzare lì, non viene fornita nemmeno dalla batteria, di fatto la batteria fornisce solamente le perdite che essa produce.

Per concludere quindi, se un esc scalda troppo a bassi giri, il problema è un modulatore (la parte del firmware deputata a generare l'alimentazione del motore) grezzo, che può funzionare solo quando il motore gira forte.

In definitiva, non c'è alcuna ragione valida per cui un esc che alimenta correttamente un motore scaldi di più ai bassi regimi che agli alti, se questo accada è perchè viene meno proprio la parola "correttamente" e questo vuol dire che il modulatore non è fatto bene e che di fatto l'esc fa girare il motore utilizzando la clava.

Ciao.

Non ho detto di non sapere cosa sia la potenza reattiva, solo non ho capito cosa intendevi TU.

Concludo con una piccola lustratina di medaglie, se me lo consenti: guarda il mio avatar, quello è il regolatore più piccolo che ho fatto (10A, 3S, dimensioni 20x25mm). Ne ho fatti altri per droni militari da simile potenza ma con parametri completamente diversi (apposta per lavorare bene a regimi intermedi), ne ho fatti filati su millefori oltre dieci anni fa, ne ho fatto uno resistente fino a 100V e 200A circa per l'avviamento di un drone a scoppio, ho lavorato su un paramotore elettrico... tutti BLDC.
Questo per dire che qualche conto sui tempi di commutazione lo so fare.
Probabilmente tu sarai un massimo esperto di inverter industriali, se ne hai progettato qualcuno buon per te ma sappi che negli ESC BL tradizionalmente si fa un po' diversamente.

[galaxy]

volevo chiedere 2 cose:

1) alcuni mettono in parallelo all'alimentazione ulteriori condensatori ovviamente da 105°, "dicono" che abbassa le temperature e protegge dai picchi in frenata negli automodelli. ho visto foto con decine di condensatori tutti in parallelo. ma è vero? serve davvero?

2) nella foto che allego del tekin rx8 si vedono dei mosfet sotto il pcb dal lato opposto a dove si trovano quelli di pilotaggio del motore, ovvero quelli a diretto contatto con il dissipatore. nella foto se ne vedono 2, ma in realtà ed in totale ce ne sono 6 (gli altri sono sotto il biadesivo) a due a due disposti. perchè questi non sono alettati? è forse per il discorso del ricircolo di corrente? sono stati messi dei mosfet al posto dei diodi per migliorare l'efficienza/temperatura?

[max_ferra]

Originalmente inviato da galaxy

volevo chiedere 2 cose:

1) alcuni mettono in parallelo all'alimentazione ulteriori condensatori ovviamente da 105°, "dicono" che abbassa le temperature e protegge dai picchi in frenata negli automodelli. ho visto foto con decine di condensatori tutti in parallelo. ma è vero? serve davvero?

Al solito, nei regolatori per aereo comuni i condensatori di ingresso sono sempre tanto sottodimensionati. Ci si salva giusto perché, in genere, i cavi sono corti e le batterie relativamente robuste... ma i regolatori fumati per questo motivo non si contano...
Per le macchine (non ho abbastanza esperienza diretta...) può essere che siano nativamente meglio dimensionati, aggiungerne non fa male alcuno al regolatore anzi (però dubito che aiutino a ridurre le temperature di motore e regolatore in modo sensibile, a parte la riduzione di temperatura dei condensatori stessi).
L'unico svantaggio che mi viene in mente è il picco di corrente erogato dalla batteria alla connessione se non si usa un anti-spark.

2) nella foto che allego del tekin rx8 si vedono dei mosfet sotto il pcb dal lato opposto a dove si trovano quelli di pilotaggio del motore, ovvero quelli a diretto contatto con il dissipatore. nella foto se ne vedono 2, ma in realtà ed in totale ce ne sono 6 (gli altri sono sotto il biadesivo) a due a due disposti. perchè questi non sono alettati? è forse per il discorso del ricircolo di corrente? sono stati messi dei mosfet al posto dei diodi per migliorare l'efficienza/temperatura?

Mi sa che non sono alettati per questioni di... spazio!
Comunque quei tipi di mosfet si dissipano poco e male con alette aggiunte, la dissipazione maggiore (la resistenza termica minore) si ha verso il circuito stampato che di solito usa rame più spesso e parecchi fori passanti. L'ideale sarebbe montarli su circuiti stampati su supporto rame o alluminio (i grossi schulze tipo 40.160 erano cosi') anziché vetronite, ed alettare il circuito stampato...

[galaxy]

Ok grazie. Mi piace..., sto imparando molte cose che desideravo sapere da molto tempo

[Archi]

Originalmente inviato da max_ferra

Per prima cosa da quanto scrivi è evidente che non hai mai guardato un regolatore da modellismo con l'oscilloscopio... sennò il 100% l'avresti visto coi tuoi occhi e non staresti qui a discuterne.
Seconda cosa, le perdite per commutazione dipendono ANCHE dalle correnti in gioco: se lavori al 20% di pwm, in genere le correnti medie, di picco ed efficaci in gioco sono tutte più basse delle correnti che hai al 90% e al 100%.



I regolatori per modellismo sono degli inverter semplificati: non sono sinuosidali o vettoriali, sono per BLDC!
Nei regolatori per modellismo in genere NON c'e' un sistema serio di misura della corrente, pertanto non è cosi' banale stimare la corrente (e la coppia, col suo verso).
Tutti i regolatori piccoli NON usano il pilotaggio sincrono, punto. Pertanto la corrente di ricircolo circola nel diodo di body col mos spento. Di nuovo, basta avere un oscilloscopio a più canali e qualche regolatore in mano per rendersene conto, io l'ho fatto.
Nel momento in cui non si usa un pilotaggio sincrono dei mos, specie con motori veloci (che in genere hanno bassa induttanza), PWM dell'ordine degli 8 KHz, utilizzando un carico viscoso come è quello dell'elica, è altamente probabile trovarsi a duty cycle medi e bassi con correnti discontinue dai picchi istantanei anche elevati a causare perdite relativamente elevate soprattutto nei diodi body.

Forse solo in quelli per macchine e probabilmente nei soli modelli per aereo più prestanti, l'utilizzo di driver migliori (ribadisco, fino agli Jeti da 70A e similari di qualche anno fa per certo si usavano IRF da 200mA per otto mosfet in parallelo) e di un firmware più raffinato.
Considera che comunque sono tutti fatti con micro tipo ATMega8 o similari, non è che ci cavi il sangue.



Non ho detto di non sapere cosa sia la potenza reattiva, solo non ho capito cosa intendevi TU.

Concludo con una piccola lustratina di medaglie, se me lo consenti: guarda il mio avatar, quello è il regolatore più piccolo che ho fatto (10A, 3S, dimensioni 20x25mm). Ne ho fatti altri per droni militari da simile potenza ma con parametri completamente diversi (apposta per lavorare bene a regimi intermedi), ne ho fatti filati su millefori oltre dieci anni fa, ne ho fatto uno resistente fino a 100V e 200A circa per l'avviamento di un drone a scoppio, ho lavorato su un paramotore elettrico... tutti BLDC.
Questo per dire che qualche conto sui tempi di commutazione lo so fare.
Probabilmente tu sarai un massimo esperto di inverter industriali, se ne hai progettato qualcuno buon per te ma sappi che negli ESC BL tradizionalmente si fa un po' diversamente.

Più che inverter industriali ho progettato e realizzato inverter per autotrazione.

Mi sono però reso conto che di una cosa mi devo scusare, ho parlato di potenza reattiva, ma in realtà le perdite per cattivo pilotaggio vanno in corrente magnetizzante (la corrente che va al motore anche BLDC, si divide in magnetizzante e di coppia) che ovviamente in un motore a magneti permanenti non serve a niente.

Per quel che dici che gli esc sono fatti in maniera diversa, non vuol dire niente.
So anche io che la corrente è misurata come è misurata e che non c'è certo dietro un modulatore vettoriale.

Però a parità di costi le cose volendo si possono fare bene (infatti per le auto lo fanno).

Forse con un Atmega8 non si può fare un buon modulatore, ma con un pic a 16 bit di costo e dimensioni simili si può fare benissimo e questo vale per tantissimi altri microcontrollori.

Quello che volevo sottolineare è che il problema è sempre nella determinazione della posizione del rotore (e questo vale per qualunque tipo di motore elettrico in alternata). Se canni la posizione si scalda tutto perchè il bilancio tra corrente di coppia e magnetizzante va a farsi benedire. Tutto quanto il resto, perdite di commutazione tempi di commutazione e quant'altro sono effetti di ordine superiore.

Infine un piccolo appunto sulla conduzione continua.
Non dubito che nella tua esperienza habbia visto degli inverter andare in conduzione continua, lo fanno anche alcune metropolitane (ma per problemi di frequenze massime di commutazione e non per problemi di surriscaldamento). Però quando vai in conduzione continua sei per forza al 100%, perchè in quel momento stai dando tutto quello che il sistema può dare, di sicuro invece al 95% devi parzializzare e quindi commutare.

Ciao.

[max_ferra]

Originalmente inviato da Archi

Più che inverter industriali ho progettato e realizzato inverter per autotrazione.

Ecco, avevo inteso che ti riferivi a roba ben più grande dei piccoli ESC

[...]
Però a parità di costi le cose volendo si possono fare bene (infatti per le auto lo fanno).

Forse con un Atmega8 non si può fare un buon modulatore, ma con un pic a 16 bit di costo e dimensioni simili si può fare benissimo e questo vale per tantissimi altri microcontrollori.

Non ho detto che non si possa fare, solo che è difficile (io l'ho fatto, PWM a 32KHz sincrono, ed anche con un DsPic ma li' è più semplice). I primi regolatori di largo consumo per aerei risalgono a 15 anni fa e, almeno quelli piccoli o economici, sono rimasti identici. Parliamo di ESC che costano una decina di euro oggi come oggi: i componenti usati allora costavano dal 100 al 500% in più dei gli attuali!
In larga diffusione all'inizio esisteva solo Jeti: i vari hacker, electronicmodels etc erano prodotti da mister Jeti; gli schulze hanno sempre fatto schifo soprattutto come firmware (ed usavano comunque gli stessi componenti degli Jeti), rimaneva poco altro...
I regolatori per auto si sono affermati solo qualche anno dopo, usando comunque una tecnologia (ed evidentemente un firmware) migliore.

Quello che volevo sottolineare è che il problema è sempre nella determinazione della posizione del rotore (e questo vale per qualunque tipo di motore elettrico in alternata). Se canni la posizione si scalda tutto perchè il bilancio tra corrente di coppia e magnetizzante va a farsi benedire. Tutto quanto il resto, perdite di commutazione tempi di commutazione e quant'altro sono effetti di ordine superiore.

Qui centri un punto interessante: i regolatori per auto generalmente sono per bassa tensione, 2 o 3S. I regolatori per aereo citati dall'autore di questo thread sono o roba economica (con pilotaggio scarso) o - se ho ben inteso - regolatori grossi presumo da 6S: in quest'ultimo caso la sensibilità alla BEMF (che è misurata tramite partitori resistivi) è ridotta rispetto ad alimentatori dimensionati per massimo 3S; questo potrebbe contribuire, con basse tensioni e a bassi regimi, ad aumentare l'errore di posizione e peggiorare i rendimenti.

[Archi]

Originalmente inviato da max_ferra

Ecco, avevo inteso che ti riferivi a roba ben più grande dei piccoli ESC

Non ho detto che non si possa fare, solo che è difficile (io l'ho fatto, PWM a 32KHz sincrono, ed anche con un DsPic ma li' è più semplice). I primi regolatori di largo consumo per aerei risalgono a 15 anni fa e, almeno quelli piccoli o economici, sono rimasti identici. Parliamo di ESC che costano una decina di euro oggi come oggi: i componenti usati allora costavano dal 100 al 500% in più dei gli attuali!
In larga diffusione all'inizio esisteva solo Jeti: i vari hacker, electronicmodels etc erano prodotti da mister Jeti; gli schulze hanno sempre fatto schifo soprattutto come firmware (ed usavano comunque gli stessi componenti degli Jeti), rimaneva poco altro...
I regolatori per auto si sono affermati solo qualche anno dopo, usando comunque una tecnologia (ed evidentemente un firmware) migliore.

Qui centri un punto interessante: i regolatori per auto generalmente sono per bassa tensione, 2 o 3S. I regolatori per aereo citati dall'autore di questo thread sono o roba economica (con pilotaggio scarso) o - se ho ben inteso - regolatori grossi presumo da 6S: in quest'ultimo caso la sensibilità alla BEMF (che è misurata tramite partitori resistivi) è ridotta rispetto ad alimentatori dimensionati per massimo 3S; questo potrebbe contribuire, con basse tensioni e a bassi regimi, ad aumentare l'errore di posizione e peggiorare i rendimenti.

Un motore a bassa tensione avrà una BEMF più bassa di uno ad alta tensione, quindi i problemi sono grosso modo gli stessi indipendentemente dalla tensione di alimentazione.

Al limite potrebbe funzionare male a bassa tensione un esc fatto per l'alta (a causa della risoluzione del canale di tensione).

Ciao.

[max_ferra]

Originalmente inviato da Archi

Un motore a bassa tensione avrà una BEMF più bassa di uno ad alta tensione, quindi i problemi sono grosso modo gli stessi indipendentemente dalla tensione di alimentazione.

Al limite potrebbe funzionare male a bassa tensione un esc fatto per l'alta (a causa della risoluzione del canale di tensione).

Ciao.

Appunto quello che ho detto. Ho fatto riferimento ai test fatti dall'autore di questo thread: stesso motore, stessa elica, stesse batterie, provando regolatori per auto (a bassa tensione) e regolatori per aereo (che suppongo o scarsi o quantomeno per maggior tensione)!