کنترل کننده موتور بدون برس بدون سنسور: نحوه کار و زمان استفاده از آن

سنسورهای جلوه هال هزینه دارند، فضای داخل موتور را اشغال می کنند و سه یا چند سیم به هر کانکتور اضافه می کنند. در کاربردهای صنعتی و مصرفی که سادگی، هزینه و قابلیت اطمینان اهمیت دارد، مهندسان مدت‌هاست که می‌پرسند: چه می‌شود اگر کنترل‌کننده بتواند موقعیت روتور را به تنهایی تشخیص دهد؟ پاسخ، کنترل موتور بدون جاروبک بدون حسگر است – تکنیکی که اطلاعات موقعیت روتور را مستقیماً از رفتار الکتریکی موتور استخراج می‌کند، بدون نیاز به سخت‌افزار بازخورد اختصاصی.

امروزه، کنترل بدون حسگر راه حل مهمی نیست. این موتور محرکه دوچرخه های الکترونیکی، فن های صنعتی، کمپرسورهای HVAC، ابزارهای برقی و برنامه های روباتیک در سراسر جهان را تامین می کند. برای انتخاب معماری درایو مناسب برای هر برنامه DC بدون براش، درک نحوه عملکرد کنترل‌کننده‌های بدون حسگر – و اینکه در کجا محدودیت‌های واقعی دارند – ضروری است.

کنترل بدون سنسور چگونه کار می کند: خواندن Back-EMF

هر موتور DC بدون جاروبک، با چرخش روتور، ولتاژی در سیم‌پیچ‌های خود ایجاد می‌کند - پدیده‌ای که نیروی الکتروموتور برگشتی یا back-EMF (BEMF) نامیده می‌شود. دامنه این ولتاژ متناسب با سرعت روتور است و رابطه فاز آن با جریان استاتور به طور مستقیم موقعیت روتور را رمزگذاری می کند. یک کنترل‌کننده بدون سنسور شکل موج BEMF را در سراسر سیم‌پیچ‌های فاز بدون انرژی موتور کنترل می‌کند تا مشخص کند که روتور در هر لحظه در کجا قرار دارد.

پرکاربردترین روش تشخیص عبور از صفر است. در یک موتور سه فاز استاندارد BLDC که بر روی کموتاسیون شش مرحله ای (ذوزنقه ای) کار می کند، یک فاز همیشه شناور است – بدون انرژی. کنترل کننده ولتاژ این فاز شناور را اندازه گیری می کند و تشخیص می دهد که BEMF از صفر عبور می کند. هر تقاطع صفر نشان دهنده یک زاویه روتور خاص است که باعث شروع مرحله کموتاسیون بعدی می شود. زمان‌بندی قابل پیش‌بینی و تکرار است و به کنترل‌کننده اجازه می‌دهد تا کموتاسیون را با موقعیت واقعی روتور بدون هیچ سنسور فیزیکی همگام‌سازی کند.

این رویکرد از نظر فنی ساده و از نظر محاسباتی سبک است، به همین دلیل است که بر برنامه‌های حساس به هزینه و با سرعت متوسط ​​تا بالا تسلط دارد. ما سری کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک B2B کنترل بدون سنسور BEMF صفر-تقاطع بهینه شده را در محدوده های مختلف توان برای سیستم های درایو صنعتی و تجاری پیاده سازی می کند.

کنترل بدون حسگر مبتنی بر FOC: دقت بالاتر در پیچیدگی بیشتر

کنترل BEMF با عبور از صفر برای برنامه های با سرعت ثابت به خوبی کار می کند. برای کاربردهایی که به گشتاور صاف در سرعت‌های متغیر، حداقل نویز شنیداری یا عملکرد در محدوده سرعت وسیع نیاز دارند، کنترل میدان‌گرا (FOC) - که کنترل برداری نیز نامیده می‌شود - عملکرد قابل ملاحظه‌ای بهتری ارائه می‌دهد.

در FOC بدون سنسور، کنترل کننده به سادگی عبور از صفر را تشخیص نمی دهد. در عوض، یک مدل ریاضی پیوسته از موتور را اجرا می کند - ولتاژ و جریان استاتور را در زمان واقعی ردیابی می کند - و از الگوریتم هایی مانند مشاهده گر حالت لغزشی (SMO) یا فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) برای تخمین موقعیت و سرعت روتور در هر چرخه PWM استفاده می کند. نتیجه کنترل‌کننده‌ای است که نه‌تنها می‌داند روتور در آخرین رویداد کموتاسیون کجا بوده، بلکه می‌داند در حال حاضر کجاست، تا کسری از درجه.

کنترل بدون حسگر مبتنی بر FOC شکل موج های جریان سینوسی را به جای ذوزنقه ای ارائه می کند. ، که ریپل گشتاور ذاتی در کموتاسیون شش مرحله ای را حذف می کند. در دوچرخه‌های برقی و کاربردهای برقی سبک، این امر مستقیماً به یک سواری آرام‌تر و نرم‌تر تبدیل می‌شود. در اتوماسیون صنعتی به معنای تنظیم سرعت دقیق تر و راندمان بهتر در بارهای جزئی است. را کنترلر موتور DC بدون جاروبک فوق العاده آرام A6-2422 الگوریتم‌های FOC بدون حسگر پیشرفته را به‌طور خاص برای عملکرد کم نویز و با راندمان بالا در محیط‌های درایو سخت بهینه‌سازی شده اعمال می‌کند.

مشکل راه اندازی: رسیدن از صفر به اجرا

BEMF متناسب با سرعت روتور است. در حالت سکون و سرعت های بسیار پایین، BEMF برای شناسایی قابل اعتماد آنقدر ضعیف است - به این معنی که هر کنترل کننده بدون سنسور مبتنی بر BEMF یک چالش اساسی راه اندازی دارد. موقعیت روتور ناشناخته است، و تلاش برای جابجایی بدون اطلاعات موقعیت، خطر عقب افتادن موتور، توقف یا کشیدن جریان بیش از حد را در پی دارد.

کنترلرها با استراتژی راه اندازی دو مرحله ای این موضوع را مدیریت می کنند. اول، یک رمپ حلقه باز کنترل‌شده: کنترل‌کننده یک میدان مغناطیسی دوار را با فرکانس آهسته و از پیش تعیین‌شده اعمال می‌کند، و روتور را مجبور می‌کند تا با آن هماهنگ شود و از آن پیروی کند - اساساً موتور را تا حداقل سرعت می‌کشد که در آن BEMF قابل تشخیص است. هنگامی که BEMF کافی وجود داشت، کنترل کننده به عملکرد بدون حسگر حلقه بسته تبدیل می شود. کیفیت این انتقال تعیین می‌کند که راه‌اندازی صاف چقدر است و موتور چقدر قابل اطمینان است که تحت بار به همگام‌سازی می‌رسد.

کنترل‌کننده‌های پیشرفته بدون حسگر، تکنیک‌های تشخیص موقعیت اولیه روتور (IPD) یا تزریق پالس را اضافه می‌کنند که می‌تواند جهت گیری روتور را در حالت سکون از عدم تقارن القایی تعیین کند، توالی راه‌اندازی هدفمندتری را امکان‌پذیر می‌کند و زمان رمپ حلقه باز را کاهش می‌دهد. را کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با پایداری بالا A8-2209 شامل الگوریتم های راه اندازی پیشرفته طراحی شده برای عملکرد قابل اعتماد شروع سرد حتی در شرایط بارگذاری شده است.

حسگر بدون حسگر در مقابل حسگر اثر سالن: انتخاب معماری مناسب

هیچ یک از این معماری ها برتری جهانی ندارند - انتخاب صحیح به محدوده سرعت برنامه، مشخصات بار و محدودیت های هزینه بستگی دارد.

کنترل‌کننده‌های بدون سنسور برای فن‌ها، پمپ‌ها، کمپرسورها، دوچرخه‌های الکترونیکی، ابزارهای برقی و هر برنامه‌ای که موتور عمدتاً در سرعت‌های متوسط به بالا کار می‌کند و سیم‌کشی اضافی سنسورهای هال باعث افزایش هزینه یا ریسک اطمینان می‌شود، انتخاب ارجح هستند. کنترل‌کننده‌های سنسوری گزینه بهتری برای برنامه‌هایی هستند که به گشتاور راه‌اندازی تحت بار کامل، عملکرد سرعت بسیار آهسته یا کنترل دقیق موقعیت از حالت استراحت نیاز دارند - مانند مکانیسم‌های بالابر مستقیم درایو یا محورهای موقعیت‌یابی به سبک سروو.

را کنترلر موتور DC بدون جاروبک R2-2319 با سازگاری بالا از عملکرد بدون حسگر و حسگر اثر هال پشتیبانی می کند و به طراحان انعطاف پذیری می دهد تا معماری کنترل را با موتور و برنامه بدون تغییر سخت افزار کنترلر مطابقت دهند.

جایی که کنترلرهای بدون براش بدون سنسور بیشترین ارزش را دارند

کنترل بدون سنسور مخصوصاً برای مجموعه‌ای از انواع کاربردها که ویژگی‌های مشترکی دارند، مناسب است: عملکرد مداوم در سرعت‌های متوسط تا بالا، محیط‌هایی که قابلیت اطمینان سنسور یک نگرانی است، و فشار هزینه‌ای که به نفع ساخت موتور ساده‌تر است.

• دوچرخه های الکترونیکی و وسایل نقلیه الکتریکی سبک: سیستم‌های موتور میانی و هاب از FOC بدون سنسور بسیار سود می‌برند. ارائه گشتاور صاف و بی صدا در سطوح کمکی متغیر دقیقاً همان چیزی است که این معماری کنترلی ارائه می کند و حذف سیم کشی سنسور هال حالت های خرابی محصولی را که انتظار می رود در باران، لرزش و دمای شدید کار کند، کاهش می دهد.
• کمپرسورهای تهویه مطبوع و تبرید: درایوهای کمپرسور با سرعت متغیر به طور مداوم در نقاط تنظیم سرعت تعریف شده بدون نیاز به گشتاور سکون کار می کنند. کنترل بدون سنسور این کار را به طور موثر انجام می دهد و در عین حال امکان تعدیل سرعت را برای کنترل ظرفیت و صرفه جویی در انرژی فراهم می کند.
• فن ها و پمپ های صنعتی: راse centrifugal loads have favorable torque-speed curves—low startup torque, rising with speed—that make sensorless startup straightforward. Energy savings from variable speed operation are substantial; a 20% reduction in fan speed typically cuts power consumption by roughly 50% due to the cube law relationship between speed and power.
• ابزار برقی و تجهیزات باغبانی: عملکرد با سرعت بالا، بسته بندی موتور فشرده و حساسیت به هزینه، همگی به نفع طراحی های بدون سنسور هستند. عدم وجود سیم کشی سنسور نیز ساخت موتور را ساده می کند و نقاط ورودی گرد و غبار و رطوبت را کاهش می دهد.
• رباتیک و AGV در سرعت کروز: محرک های مشترک و چرخ های محرک پلت فرم متحرک که بیشتر زمان خود را با سرعت در حال اجرا می گذرانند از کارایی FOC بدون حسگر و صاف بودن گشتاور بهره می برند، اگرچه توالی راه اندازی یا خانه ممکن است به کمک حسگر یا موقعیت یابی حلقه باز نیاز داشته باشد.

برای یک دید گسترده تر از اینکه چگونه الگوریتم های کنترلی تعریف شده توسط نرم افزار عملکرد درایو موتور بدون جاروبک را در این برنامه ها تغییر می دهند، به تحلیل صنعت ما مراجعه کنید. نقش نرم افزار در کنترل کننده های موتور مدرن .

هنگام انتخاب یک کنترل کننده موتور بدون برس بدون سنسور به چه نکاتی توجه کنید

انتخاب یک کنترل کننده بدون سنسور بیش از تطبیق رتبه های ولتاژ و جریان را شامل می شود. پنج پارامتر شایسته توجه دقیق هستند:

1. کیفیت الگوریتم کنترل: تقاطع صفر BEMF برای بارهای با سرعت ثابت کافی است. برای سرعت متغیر، گشتاور صاف یا نیازهای کم نویز، یک کنترلر با FOC سینوسی مشخص کنید. اجرای الگوریتم - نه فقط سخت افزار - عملکرد سیستم را تعیین می کند.
2. قابلیت راه اندازی تحت بار: تأیید کنید که توالی راه‌اندازی کنترل‌کننده می‌تواند موتور را به‌طور قابل‌اطمینانی تحت شرایط اینرسی بار واقعی و گشتاور راه‌اندازی شما به همگام‌سازی کند. در حداقل ولتاژ تغذیه و حداکثر بار تست کنید تا حاشیه را پیدا کنید.
3. محدوده سرعت: هر کنترل کننده بدون سنسور دارای حداقل سرعت عملیاتی است که کمتر از آن تشخیص BEMF غیرقابل اعتماد می شود. این حد پایین‌تر را در برابر حداقل سرعت مورد نیاز برنامه‌تان، از جمله هرگونه خزیدن با سرعت کم یا الزامات موقعیت‌یابی، تأیید کنید.
4. تنظیم خودکار و شناسایی پارامتر: کنترل کننده های بدون سنسور با کیفیت بالا می توانند پارامترهای موتور (مقاومت، اندوکتانس، اتصال شار) را به طور خودکار شناسایی کنند. این کار راه اندازی را ساده می کند و تضمین می کند که الگوریتم تخمین به درستی برای موتور خاصی که در حال حرکت است کالیبره شده است.
5. ویژگی های حفاظتی: اضافه جریان، اضافه ولتاژ، کمبود ولتاژ، دمای بیش از حد، و تشخیص استال الزامات پایه هستند. تشخیص سکون به ویژه در عملکرد بدون سنسور مهم است - اگر موتور همگام سازی را از دست بدهد، کنترل کننده باید به سرعت آن را تشخیص دهد و به جای ادامه دادن به اعمال گشتاور در روتور متوقف شده، تمیز راه اندازی مجدد کند.

ما راهنمای جفت شدن کنترلر و موتور توصیه‌های خاصی را برای تطبیق مدل‌های کنترل‌کننده بدون حسگر با مشخصات موتور در دسته‌های مختلف برنامه ارائه می‌کند. برای حجم‌های سفارشی OEM و الزامات کنترل‌کننده خاص برنامه، ما برنامه کنترل موتور B2B پشتیبانی مهندسی از مشخصات تا تایید تولید را پوشش می دهد.