Як виглядають сигнали комутації для безщіткового двигуна?

Я бачив сигнали для керування безщітним мотором.

Я думаю, це форма хвилі, яка використовується для більш простої комутації блоків. Але якщо я хочу зробити синусоїдальні форми хвиль, як виглядає сигнал ШІМ зараз? Чи потрібно ретельно синхронізувати ребра на трьох фазах?

Діаграма, яку ви показуєте, виглядає так, що це призведе до досить грубої трапецієподібної ЕРС. Я припускаю, що ворота, які знаходяться на 100%, - це нижні ніжки моста приводу мотора. Я не можу придумати причину, по якій ти хотів би це зробити. Як правило, ви хочете, щоб напруга на затворі, що повертається, була доповненням напруги затвора на нозі живлення.

За допомогою шестиступеневої трапецієподібної комутації ти, як правило, піднімаєш ШІМ до 100%, залишаєш її на деякий час (~ 30 електричних градусів обертання), а потім знову відкидаєш її назад.

У синусоїдальній комутації робочий цикл ШІМ постійно змінюється в синусоїдальних значеннях. Ось гарна діаграма, що показує різницю між синусоїдальним приводом та ШІМ-трапеційним приводом та фазовими сигналами:

Ця примітка додатка Fairchild показує ШІМ, хоча поворот на 360 °:

Корисно дивитися, що відбувається в сигналі впритул. Те, що ти насправді робиш, поступово змінює струм у трикутній хвилі, щоб він повільно накопичувався в статорі двигуна. Ви маєте більше контролю над цим нарощуванням, якщо керуєте воротами подачі та повернення додатково, а не тримайте гомілку відкритою.

Обчислення синусоїди є більш обчислювально обчислювальним (якщо ви не використовуєте таблицю пошуку), ніж простий пандус вгору, утримуйте, змикайте вниз. Але це робить набагато плавніший привід.

Комутація космічного вектора є ще більш обчислювальною. І хоча він має більше пульсації крутного моменту, ніж синусоїдальний привід, він робить більш високим коефіцієнт використання напруги шини і, отже, є більш ефективним з точки зору потужності.

Фазова напруга в космічному векторі закінчується таким чином:

Це робиться шляхом зміни робочого циклу ШІМ у всіх трьох фазах одночасно. Це протилежне тому, щоб мати тільки однофазний привід, як у двоквадратному приводі, або мати дві фази, керовані комплементарними парами, як у чотириквадратному приводі.

Існує велика кількість літератури щодо впровадження безщіткового управління двигуном, але ось огляд.

Щоб зрозуміти відмінності між комутаційними формами хвиль, важливо зрозуміти, як працюють безщіткові двигуни.

Трифазний (двополюсний) мотор матиме три котушки навколо одного магніту в центрі. Мета - зарядити котушки послідовно, щоб вал мотора (і його магніту) обертався.

Тут важливі два магнітні поля, поле ротора (обертовий магніт) і поле статора (статичні котушки):

Ми називаємо напрямок магнітного поля його "вектором потоку", оскільки воно звучить дуже круто. Найголовніше, що потрібно дізнатися з цього зображення, - це те, щоб ви хотіли, щоб два магнітних поля знаходилися під прямим кутом один до одного. Це забезпечує максимальну ефективність та крутний момент.

Найбільш тупа схема комутації є трапецієподібною. Використовуючи датчики Холла або задній ЕРС від двигуна, можна визначити, чи двигун знаходиться в одному з дискретного числа положень і виконувати управління ввімкнення / вимкнення на одній або двох котушках для проведення магнітного поля навколо двигуна:

Оскільки для поля статора може бути лише шість окремих орієнтацій, вектор потоку двигуна може бути від 60-120 градусів (замість бажаних 90), і тому ви отримуєте пульсацію крутного моменту та низьку ефективність.

Очевидним рішенням тут є перехід до синусоїдальної комутації та просто згладжування форми хвилі:

Якщо ви знаєте точну орієнтацію ротора, ви можете просто зробити якийсь триггер, щоб обчислити точний робочий цикл ШІМ, щоб застосувати до кожної котушки, щоб підтримувати вектор потоку на 90 градусах і бам, у вас прекрасний вектор потоку 90 градусів. (Орієнтацію ротора можна визначити за допомогою кодера, інтерполяції або більш розширеної оцінки, наприклад, фільтр кальмана).

Тому зараз вам може бути цікаво, як ви можете зробити краще, ніж синусоїдальна комутація. Ключовим недоліком синусоїдальної комутації є те, що виходи направляються прямо на ШІМ. Через індуктивність котушки струм (а отже, вектор потоку) буде відставати від заданих значень, і коли двигун наближається до своєї максимальної швидкості, вектор потоку буде на рівні 80 або 70 градусів замість 90.

Ось чому синусоїдальна комутація має низьку швидкість роботи.

Це, нарешті, приводить нас до управління векторним потоком, що називається алгоритмами управління (часто фірмовими), які намагаються забезпечити перебування магнітного потоку на 90 градусах навіть при високій швидкості. Найпростішим способом це було б провести поле, наприклад, на 90-120 градусів залежно від того, наскільки швидко ви їдете, знаючи, що фактичний магнітний потік буде відставати.

Більш надійні рішення передбачають PID / подачу вперед для точного контролю струму, що проходить через кожну фазу. У кожного виробника сервоприладів є свій власний власний алгоритм, тому я впевнений, що на кров’яній кромці є деякі досить складні речі.

Простіше кажучи, управління потоком вектора - це синусоїдальний контроль струму, що йде до кожної фази (замість просто робочого циклу ШІМ).

Межа між синусоїдальним / потоковим вектором досить невиразна, оскільки деякі компанії здійснюють розширений контроль над своїми «синусоїдальними» накопичувачами (що по суті робить їх вектором потоку). Крім того, оскільки ви можете технічно викликати практично будь-який контроль векторного потоку, якість реалізації може відрізнятися.