Snížení magnetického toku (field weakening): Dosahování vyšších rychlostí, než dovoluje napětí
Každý motor s permanentními magnety má maximální "přirozenou" rychlost, která je určena napětím baterie. Oslabování magnetického pole, často nazývané anglickým termínem field weakening>, umožňuje tuto rychlost překročit, aniž by bylo nutné měnit baterii nebo motor. Je to výkonné nastavení, které je oblíbené v závodech, ale má svou cenu a svá rizika, která je třeba znát.
Nejdůležitější
- Motor s permanentními magnety generuje napětí, které se při otáčení nakonec vyrovná napětí baterie, což omezuje maximální rychlost.
- Odsávání proudu (defiluxing) vkládá proud, který oslabuje účinek magnetů, čímž posouvá toto omezení.
- Tento proud nevytváří točivý moment u motoru s povrchovými magnety: způsobuje zahřívání motoru a řídicí jednotky a rychleji vybíjí baterii.
- V případě náhlého zastavení při vysoké rychlosti a při odpojení od zdroje napájení může napětí generované motorem překročit hodnotu, kterou je řídicí jednotka schopna zvládnout.
Proč motor dosahuje maximálního výkonu a přestává zrychlovat?
Motor s permanentními magnety funguje také jako dynamo: při otáčení generuje napětí, konkrétně tzv. protielektromotorickou sílu, která je úměrná jeho rychlosti. Aby se do motoru dostal proud, řídicí jednotka musí na něj přivést napětí vyšší, než je napětí, které motor sám generuje.
Když se zvyšuje rychlost, napětí produkované motorem se přibližuje napětí baterie. Řídicí jednotka už není schopna dodávat proud, a tedy ani točivý moment: rychlost dosahuje svého maxima. Toto maximum se vypočítává na základě konstanty rychlosti motoru, Kv, a napětí baterie. Podívejte se na náš návod o Kv, Kt a pólech.
Princip odstraňování fluxu
Ve vektorové regulaci, proud motoru se rozkládá na dvě složky: proud q, který vytváří točivý moment, a proud d, který je zarovnán s magnety. Obvykle je proud d udržován na nule.
Pro snížení točivého momentu, řídicí jednotka vkládá proud s negativní polaritou. Tím vytváří magnetické pole, které působí proti poli magnetů, což snižuje napětí, které motor produkuje při stejné rychlosti. Řídicí jednotka může následně znovu přivést proud q, a tedy i točivý moment, a motor překoná svůj původní limit.
Termín je zavádějící: magnety se neztrácí svou sílu. Kompenzuje se pouze jejich vliv, jak je vnímán cívkami, a to pouze dokud proud "d" protéká.
Co to stojí
- Proud bez točivého momentu: U motoru s povrchovými magnety proud "d" nevyvolává točivý moment. Přidává se k celkovému proudu, což vede ke zvýšenému zahřívání motoru a řadiče.
- O účinnosti: Při vysokých rychlostech a při plném výkonu se stále větší část energie přeměňuje na teplo. To vede ke snížení dojezdu.
- Sdílený limit proudu: Celkový proud motoru zůstává omezen. Čím více proudu je vyhrazeno pro demagnetizaci, tím méně jich zůstává pro točivý moment.
Motory s vnitřními magnety (IPM) lépe odolávají demagnetizaci, protože proud v nich se také podílí na vytváření točivého momentu. To je jeden z důvodů jejich úspěchu v automobilovém průmyslu: viz náš průvodce motory IPM a SPM.
Hlavní riziko: odpojení při vysoké rychlosti
Při odpojování napájení se motor otáčí rychleji, než je jeho přirozená rychlost: napětí, které by generoval bez proudu "d", překračuje napětí baterie. Pokud regulátor náhle vypne (z důvodu poruchy, ochrany nebo ztráty napájení), proud "d" zmizí a toto napětí se náhle objeví na jeho svorkách.
Motor se v tomto režimu chová jako generátor, který vrací proud zpět do baterie prostřednictvím řídicího obvodu. To může vést k prudkému brzdění a k napětí, které může překročit hodnoty, které snesou tranzistory nebo samotná baterie. Proto je důležité ponechat určitou rezervu v napětí a proto je nastavení odpojení (defluxování) prováděno opatrně.
Tipy pro servisní techniky.
Omezení točivého momentu (defiluxování) se nastavuje postupně, přičemž je důležité sledovat teplotu motoru a řídicí jednotky, a také napětí baterie. Toto nastavení je kritické a platí pouze pro dané podmínky: ztráta trakce nebo prudké brzdění při vysoké rychlosti mohou mít vážné následky.
Odsolování nebo vyšší napětí?
Pro dosažení vyšší rychlosti máme dvě možnosti: snížit odpor (deflow) nebo zvýšit napětí baterie. Vyšší napětí zvyšuje maximální výkon bez dodatečného proudu, a tedy bez zahřívání a ztráty účinnosti, ale vyžaduje baterii, ovladač a často i BMS (Battery Management System), které jsou kompatibilní. Snížení odporu vyžaduje pouze nastavení, ale je kompenzováno zvýšeným zahříváním a sníženou výdrží. U závodních strojů se často kombinují obě metody. Pro baterie, viz naše baterie pro elektrické koloběžky.
Často kladené otázky
O kolik zvyšuje odstraňování vzduchových bublin rychlost?
Záleží na motoru, napětí a proudu, které do něj chcete investovat. Zvýšení výkonu je skutečné, ale rychle se projevuje zvýšenou teplotou; měřte ho přímo na zařízení, sledujte teploty, než se budete dopředu spoléhat na teoretické hodnoty.
Způsobuje odstraňování magnetického toku poškození magnetů?
V rozumných mezích, ne: opačné pole je pouze dočasné. Nicméně, velmi silný proud protékající motorem, který je již velmi horký, může přispět k demagnetizaci magnetů. Proto je důležité sledovat teplotu motoru.
Všechny řídicí jednotky umí provádět defluxáž?
Ne. Je potřeba vektorové řízení a funkce, která je pro to určena. Regulovatelné ovladače, jako například VESC, to nabízejí, a umožňují nastavení maximálního proudu zpětného toku.