کنترل‌کننده‌های سرعت الکترونیکی چگونه کار می‌کنند؟ داخل زنجیره سیگنال ESC

یک بسته باتری 48 ولتی یک ولتاژ DC ثابت را ارائه می دهد. یک موتور روی یک اسکوتر برقی هنوز باید تقریباً 3200 دور در دقیقه را در یک جاده صاف نگه دارد، تا حدود 280 دور در دقیقه در درجه 12 درصد کاهش یابد و در صورت تقاضا معکوس شود. چیزی بین باتری و سیم پیچ ها باید تعیین کند که چه مقدار جریان، در کدام جهت و برای چه مدت جریان دارد.

آن دستگاه کنترل کننده سرعت الکترونیکی است. با تبدیل DC ثابت باتری به خروجی سه فاز و تغییر آن خروجی هزاران بار در ثانیه کار می کند. متوسط ​​ولتاژی که موتور می بیند با چرخه وظیفه بالا و پایین می شود و اندوکتانس خود موتور آن پالس های سریع را به جریان صاف تبدیل می کند. گشتاور از جریان پیروی می کند و سرعت در جایی که گشتاور موتور با گشتاور بار ملاقات می کند، ته نشین می شود. هر چیز دیگری در داخل یک ESC وجود دارد تا آن را به صورت ایمن و تکراری انجام دهد.

چگونه DC تبدیل به چرخش سه فاز می شود

یک موتور براشلس با DC اعمال شده به دو ترمینال کار نمی کند. استاتور آن دارای سیم‌پیچ‌های سه فاز و روتور آن دارای آهن‌رباهای دائمی است، بنابراین جریان باید به ترتیب در فازها حرکت کند تا میدان استاتور به جای نگه داشتن روتور به سمت جلو، روتور را به جلو بکشد.

کموتاسیون: جلوتر ماندن از روتور

کموتاسیون عمل انتخاب زوج فازی است که انرژی داده می شود. در کموتاسیون شش مرحله‌ای، هر چرخش الکتریکی به شش حالت تقسیم می‌شود و کنترل‌کننده در هر حالت یک سوئیچ سمت بالا و یک سوئیچ سمت پایین را روشن می‌کند و میدانی را تولید می‌کند که هر 60 درجه الکتریکی جلو می‌رود. اگر کموتاسیون از روتور عقب بماند، گشتاور سقوط می کند و جریان بالا می رود. اگر بیش از حد منتهی شود، جریان اضافی به جای گشتاور تبدیل به گرما می شود.

بازخورد موقعیت حسگر و بدون سنسور

سه سنسور هال موقعیت روتور مطلق را گزارش می‌کنند، که برای شاسی روباتی که باید از حالت سکون و تحت بار کامل شروع به کار کند، مهم است. طرح‌های بدون حسگر در عوض EMF برگشتی القا شده در فاز بدون انرژی را می‌خوانند و موقعیت را از تقاطع صفر آن تخمین می‌زنند. این سه سیم و یک اتصال دهنده را از هارنس جدا می کند، اما تخمین زیر تقریباً 5 تا 10 درصد سرعت نامی غیر قابل اعتماد می شود. کنترل میدان گرا فراتر می رود و جریان های فاز اندازه گیری شده را به یک قاب مرجع دوار تبدیل می کند و مولفه تولید کننده گشتاور را مستقیماً تنظیم می کند.

زنجیره سیگنال از ورودی دریچه گاز تا گیت درایو

بین ورودی دریچه گاز و پایانه های موتور چهار بلوک کاربردی قرار دارد. هر کدام حالت خرابی و محدودیت خاص خود را در عملکرد سیستم دارند.

میکروکنترلر و حلقه کنترل

میکروکنترلر جریان فاز، ولتاژ باس، موقعیت دریچه گاز و موقعیت روتور را اغلب 8000 تا 20000 بار در ثانیه در یک پیاده سازی میدان گرا نمونه برداری می کند. ابتدا حلقه جریان سریع را اجرا می کند، یک حلقه سرعت یا گشتاور آهسته تر را دور آن می پیچد و نتیجه را به سه مقدار چرخه کاری تبدیل می کند. نقشه دریچه گاز، محدودیت های جریان، قدرت ترمز احیا کننده و آستانه خطا همگی در این لایه زندگی می کنند.

درایور گیت و پل ماسفت

درایور گیت منطق ولتاژ پایین را به نوسان 10 تا 15 ولتی تبدیل می کند که یک ماسفت برق نیاز دارد و از هدایت همزمان هر دو سوئیچ در یک پایه جلوگیری می کند. زمان مرده، فاصله خالی کردن عمدی بین خاموش شدن در سمت بالا و روشن شدن سمت پایین، معمولاً 0.3 تا 1 میکروثانیه است. خیلی کوتاه و جریان عبوری پل را خراب می کند. گشتاور و راندمان بیش از حد طولانی و کم سرعت هر دو آسیب می بینند.

شش ماسفت پل سه فازی را تشکیل می‌دهند که در آن مقیاس‌های تلفات رسانایی با مقاومت روشن و جریان مجذور می‌شود، در حالی که مقیاس‌های تلفات سوئیچینگ با فرکانس سوئیچینگ، ولتاژ باس و شارژ گیت تغییر می‌کنند. دستگاه‌های موازی مقاومت روی را کاهش می‌دهند، اما فقط زمانی که حلقه‌های دروازه با هم مطابقت داشته باشند. در غیر این صورت یک دستگاه جریان بیشتری نسبت به همسایگان خود دارد و ابتدا از کار می افتد.

سنجش و حفاظت جریان

مقاومت‌های شنت یا سنسورهای اثر هال جریان فاز را اندازه‌گیری می‌کنند تا حلقه کنترل چیزی واقعی برای تنظیم داشته باشد و همان سیگنال‌ها حفاظت از جریان اضافه، ولتاژ و دمای بیش از حد را تغذیه می‌کنند. یک کنترل‌کننده با رفتار خوب، به‌جای اینکه موتور را در میانه‌ی مانور قطع کند، جریان را با افزایش دما به تدریج برمی‌گرداند.

چرخه وظیفه، PWM، و اعدادی که مهم هستند

کنترل سرعت کنترل چرخه وظیفه است. اگر گذرگاه روی 48 ولت باشد و چرخه کار 50 درصد باشد، موتور به طور متوسط ​​24 ولت می‌بیند. فرکانس سوئیچینگ به اندازه‌ای بالا انتخاب می‌شود که موج جریان را در یک باند عملی نگه دارد و به اندازه‌ای کم است که تلفات سوئیچینگ قابل کنترل باشد. در یک درایو 48 ولت با چند صد میکروهنری اندوکتانس فاز، 16 کیلوهرتز تا 20 کیلوهرتز معمولا ریپل را نزدیک به 10 تا 20 درصد جریان نامی نگه می دارد.

جدول را به‌عنوان مجموعه‌ای از معاوضه‌ها به جای مشخصات بخوانید. افزایش فرکانس سوئیچینگ ریپل را کوچک می کند و درایو را آرام می کند، اما تلفات سوئیچینگ و حرارت را نیز افزایش می دهد. افزایش زمان مرده از پل محافظت می‌کند، با این حال ولتاژ خروجی را در چرخه کاری کم تحریف می‌کند، که به‌عنوان راه‌اندازی خشن و گرمایش با سرعت بسیار پایین نشان داده می‌شود.

تطبیق کنترلر با موتور بدون حدس و گمان

رایج ترین خطای اندازه گیری، انتخاب یک کنترلر با توجه به قدرت برچسب موتور است. موتورها بر اساس خروجی مکانیکی رتبه بندی می شوند. کنترل کننده ها توسط جریان فاز و دمای محل اتصال محدود می شوند. یک موتور 1 کیلوواتی می تواند 40 آمپر جریان فاز را در 48 ولت در حین استارت سخت از حالت سکون بکشد، حتی اگر جریان کروز آن به 12 آمپر نزدیکتر باشد. اندازه برای شروع، نه کروز، و سه عدد را با هم بررسی کنید:

• جریان فاز پیوسته در دمای محیط مورد انتظار، نه در دمای 25 درجه سانتیگراد.
• محدوده ولتاژ اتوبوس با فضای سر برای سنبله ترمز احیا کننده.
• مسیر حرارتی: منطقه هیت سینک، جریان هوا، و مدت زمان پیک جریان می تواند پایدار بماند.

جداول جفت‌سازی منتشر شده بیشتر این حدس‌ها را حذف می‌کنند، زیرا بیان می‌کنند که کدام کنترل‌کننده و ترکیبات موتور قبلاً برای جریان، ولتاژ و نصب مشخص شده‌اند.

کنترلر APT و طرح جفت شدن موتور توصیه جفت‌سازی B2B برای تطبیق کنترل‌کننده‌ها و موتورهای APT در قدرت، گشتاور، سرعت و کارایی، با ملاحظات پروتکل برای وسایل نقلیه الکتریکی. مشاهده محصول →

سفت‌افزار، پروتکل‌ها و تنظیم

دو کنترلر با مراحل قدرت یکسان می توانند بسیار متفاوت رفتار کنند. پروتکل ورودی اولین تفاوت است: ورودی های PWM و آنالوگ ساده و کم تأخیر هستند، UART برای تنظیم پارامتر و تله متری مناسب است، و گذرگاه CAN برای وسایل نقلیه ای که کنترلر، سیستم مدیریت باتری و واحد کنترل خودرو نیاز به اشتراک گذاری وضعیت دارند، مناسب است.

تفاوت دوم فریمور است. منحنی‌های دریچه گاز، رمپ‌های جریان، پروفیل‌های ترمز احیاکننده، تضعیف میدان برای حداکثر سرعت، و رفتار بازیابی خطا، همگی تصمیم‌های نرم‌افزاری هستند و نقش نرم‌افزار در کنترل‌کننده‌های موتور مدرن رشد کرده است تا با مرحله قدرت مطابقت داشته باشد. قبل از اینکه به یک پلتفرم متعهد شوید، تنظیم پارامتر را بخواهید، نه بعد از توقف اولین نمونه اولیه روی تپه.

واقعیت حرارتی و محدودیت های قابلیت اطمینان

درجه‌بندی‌های جریان داده‌ها معمولاً دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و یک کیس ماسفت را در دمای 80 درجه سانتی‌گراد فرض می‌کنند. تلفات رسانایی با افزایش دما افزایش می‌یابد زیرا مقاومت در برابر افزایش می‌یابد، که دوباره تلفات را افزایش می‌دهد. بدون کاهش، آن حلقه فرار می کند. کاهش عملی برای یک کنترل کننده با خنک کننده غیرفعال اغلب 30 تا 40 درصد کمتر از جریان اصلی است. خازن ها مستحق توجه یکسان هستند، زیرا رتبه بندی جریان موج دار و عمر نامی آن ها در 105 درجه سانتیگراد، بازه سرویس واقعی را تعیین می کند، نه شماره قطعه MOSFET.

برای برنامه‌هایی که نمی‌توانند سفرهای مزاحم را تحمل کنند، پایداری در دما و بار بیشتر از یک رقم اوج در صفحه اول اهمیت دارد.

کنترلر موتور DC بدون جاروبک با پایداری بالا APT A8 یک کنترلر موتور DC بدون جاروبک با پایداری بالا با FOC، CAN، بلوتوث، و حداکثر 30 کیلووات برای هواپیماهای بدون سرنشین، رباتیک، و خودروهای الکتریکی سبک. مشاهده محصول →

قبل از خرید چه چیزی را بررسی کنید

1. جریان فاز در بدترین شرایط: شروع با بار کامل، حداکثر درجه، بالاترین محیط.
2. پنجره ولتاژ اتوبوس، از جمله جهش احیا کننده که باتری شما واقعاً می بیند.
3. رابط کنترل: آیا وسیله نقلیه قبلاً CAN صحبت می کند یا PWM این کار را انجام می دهد؟
4. طراحی حرارتی: منطقه هیت سینک، مسیر جریان هوا، و جهت نصب.
5. حفاظت و گزارش: جریان اضافه، اضافه ولتاژ، دمای بیش از حد، و اینکه آیا خطا ثبت شده است یا فقط علامت داده شده است.
6. پشتیبانی: مستندات پارامتر، مسیر به روز رسانی سیستم عامل، و اینکه آیا تامین کننده موتور شما را با کنترلر خود مشخص می کند یا خیر.

تامین کنندگانی که الف محدوده کنترل کننده مشخص شده و راهنمایی تطبیق، تأیید آخرین نکته را قبل از متعهد شدن ابزار آسان تر می کند.

کنترلر موتور DC بدون برس پاسخ سریع APT R5 یک کنترلر DC/PMSM بدون براش با واکنش سریع مشخصه با 5 کیلووات امتیاز، پیک 12 کیلووات، CAN و FOC برای روباتیک، اتوماسیون، و مینی EV. مشاهده محصول →

نسخه کوتاه

• یک ESC DC ثابت را به یک خروجی سه فاز سوئیچ تبدیل می کند و چرخه وظیفه میانگین ولتاژ و در نتیجه سرعت را تعیین می کند.
• کموتاسیون میدان استاتور را جلوتر از روتور نگه می دارد. سنسورهای هال سرعت کم را کنترل می‌کنند، تخمین EMF پشت سر هم کروز را کنترل می‌کند.
• میکروکنترلر، درایور گیت، پل ماسفت و حسگر جریان هر کدام محدودیت خاص خود را بر سیستم تحمیل می کنند.
• اندازه به فاز جریان در بدترین حالت، سپس برای دمای محیطی که محصول واقعاً می بیند، کاهش یابد.
• سفت‌افزار و دسترسی به پارامتر رفتار درایو را بسیار بیشتر از شماره‌های قطعه سوئیچ شکل می‌دهند.