Здравейте! Като доставчик на безчеткови двигатели с постоянен ток имам справедлив дял от опит, занимаващ се с всякакви технически неща. Една тема, която винаги се появява, са предизвикателствата на безсензорното управление за DC безчетков двигател. Така че реших да споделя някои прозрения по тази трудна тема.
Разбиране на управлението без сензор
Да започнем с основите. Безсензорното управление в DC безчетков двигател е метод, който позволява на двигателя да работи без нужда от физически сензори като сензори с ефект на Хол. Тези сензори обикновено се използват за откриване на позицията на ротора. Когато преминете без сензор, вие разчитате на други техники, за да разберете къде е роторът, което е от решаващо значение за правилната работа на двигателя.
От положителна страна, преминаването без сензор има своите предимства. Това намалява цената на двигателя, защото не е необходимо да инсталирате сензори. Освен това прави двигателя по-надежден, тъй като има по-малко компоненти, които могат да се повредят. Освен това може да бъде по-компактен, което е чудесно за приложения, където пространството е малко.
Но ето каква е сделката – не всичко е слънце и дъги. Има няколко предизвикателства, свързани с безсензорния контрол, за които трябва да говорим.
Стартъп предизвикателства
Едно от първите препятствия, с които се сблъскваме при управлението без сензор, е процесът на стартиране. При мотор с четка стартирането му е сравнително лесно. Но с DC безчетков мотор, използващ безсензорно управление, това е малко главоболие.
Проблемът е, че при стартиране обратната - електродвижеща сила (back - EMF), която често се използва за откриване на положението на ротора, е много ниска или дори нула. Обратно - EMF е напрежението, генерирано от въртенето на магнитното поле на ротора на двигателя, преминаващо през намотките на статора. Без надежден начин за измерване на гърба - EMF, е трудно да се определи точно позицията на ротора.
За да преодолеем това, често използваме методи за стартиране с отворен цикъл. При стартиране с отворена верига двигателят се задвижва с фиксирана последователност от импулси на напрежение. Това кара ротора да се движи, но не е много прецизно. Съществува риск двигателят да не стартира гладко или дори да спре. И ако условията на натоварване се променят по време на стартиране, това може да откачи всичко още повече.
Предизвикателства при работа с ниска скорост
Дори след като двигателят е стартирал успешно, работата на ниски обороти е друга област, в която безсензорното управление се затруднява. При ниски скорости задната ЕМП все още е относително малка. И както всички знаем, слабият сигнал е по-засегнат от шум и смущения.
Шумът може да идва от различни източници, като електромагнитни смущения от други компоненти в системата или електрически шум в захранването. Този шум може да затрудни точното измерване на обратната ЕМП и определяне на позицията на ротора.
За да се справим с това, трябва да използваме усъвършенствани алгоритми за обработка на сигнала. Тези алгоритми се опитват да филтрират шума и да подобрят обратния EMF сигнал. Но дори и с най-добрите алгоритми, все още е предизвикателство да получите точна информация за позицията на ротора при ниски скорости. И без точна информация за позицията, моторът може да не работи ефективно и може да изпита пулсации на въртящия момент, което е нежелана вариация в изходния въртящ момент на двигателя.
Предизвикателства при високоскоростна работа
От друга страна, високоскоростната работа също създава свой набор от проблеми. При високи скорости задната ЕМП е голяма, но интервалът от време между преминаванията през нулата на задната ЕМП (които се използват за определяне на положението на ротора) е много кратък.
Този кратък времеви интервал означава, че системата за управление трябва да бъде много бърза, за да открие точно и обработи пресичанията през нулата. Ако системата за управление не може да се справи, това може да доведе до неправилна оценка на позицията на ротора. И когато положението на ротора е оценено неправилно, производителността на двигателя може да се влоши значително. Може да има проблеми като свръхток, прегряване и намалена ефективност.
Друго предизвикателство при високи скорости е ефектът от индуктивността на двигателя. Индуктивността на намотките на статора може да причини фазово изместване между тока и напрежението, което може допълнително да усложни оценката на положението на ротора.
Предизвикателства при промяна на натоварването
В реални приложения натоварването на DC безчетков двигател може да варира значително. А промените в натоварването са основно главоболие за безсензорните системи за управление.
Когато натоварването на двигателя се промени, токът, скоростта и въртящият момент на двигателя също се променят. Тези промени могат да повлияят на обратния EMF сигнал, което прави още по-трудно точното определяне на позицията на ротора.
Например, ако натоварването внезапно се увеличи, скоростта на двигателя ще намалее, а задната - EMF също ще намалее. Това може да направи задния EMF сигнал по-податлив на шум, както обсъдихме по-рано. И ако системата за управление не може да се адаптира бързо към тези промени, двигателят може да започне да се държи хаотично.
За да се справим с промените в натоварването, имаме нужда от контролни алгоритми, които могат да се адаптират в реално време. Тези алгоритми трябва да могат да коригират задвижващите сигнали на двигателя въз основа на променящите се условия на натоварване. Но разработването на такива алгоритми не е лесна задача, тъй като изисква задълбочено разбиране на динамиката на двигателя и работната среда.
Компенсация за неидеалности
DC безчетковите двигатели не са перфектни. Има неидеалности като съпротивление на статора, нелинейни магнитни свойства и производствени толеранси, които могат да повлияят на управлението без сензор.
Съпротивлението на статора може да причини спад на напрежението, което може да изкриви обратно - EMF сигнала. А нелинейните магнитни свойства на сърцевината на двигателя могат да доведат до вариации в обратната - EMF форма на вълната. Производствените толеранси, като разликите в навивките на намотките или силата на магнитното поле, също могат да въведат грешки в оценката на позицията на ротора.
За да компенсираме тези неидеалности, трябва да използваме техники за калибриране. Тези техники включват измерване на характеристиките на двигателя при различни условия на работа и съответно регулиране на алгоритмите за управление. Но калибрирането е процес, който отнема време и трябва да се извършва внимателно, за да се осигурят точни резултати.
Нашите решения и предложения
В нашата компания работим усилено, за да преодолеем тези предизвикателства. Разработихме усъвършенствани алгоритми за управление, които могат да се справят по-ефективно със стартиране, проблеми с ниска скорост, висока скорост и промени в натоварването. Нашите инженери непрекъснато проучват и тестват нови методи за подобряване на точността на оценката на позицията на ротора.
Ние също така предлагаме широка гама от DC безчеткови двигатели, включително24V безчетков DC мотор-фабрикаи220V безчетков DC мотор-фабрика. Тези двигатели са проектирани да работят добре с нашите безсензорни системи за управление. Ако конкретно търсите a220V безчетков DC мотор, ние също ви покриваме.
Да поговорим за бизнеса
Ако сте на пазара за DC безчеткови двигатели и се интересувате от решения за управление без сензори, ще се радваме да поговорим с вас. Независимо дали работите върху малък мащабен проект или широкомащабно индустриално приложение, ние можем да ви предоставим правилните продукти и техническа поддръжка. Свържете се с нас, за да обсъдим вашите специфични изисквания и да видим как можем да ви помогнем да преодолеете предизвикателствата на безсензорното управление.
Референции
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2013). Анализ на електрически машини и задвижващи системи. Уайли.
- Болтън, У. (2006). Мехатроника: електронни системи за управление в машиностроенето и електротехниката. Newnes.