Seperti apa bentuk gelombang pergantian untuk motor tanpa sikat?

Saya telah melihat bentuk gelombang untuk mengendarai motor brushless.

Saya kira ini adalah bentuk gelombang yang digunakan untuk pergantian blok sederhana. Tetapi jika saya ingin melakukan bentuk gelombang sinusoidal, seperti apa sinyal PWM sekarang? Apakah ada kebutuhan untuk secara hati-hati menyinkronkan tepi pada tiga fase?

Diagram yang Anda perlihatkan sepertinya akan menghasilkan Back-EMF trapesium yang cukup kasar. Saya berasumsi bahwa gerbang yang 100% berada di bawah jembatan drive motor. Saya tidak dapat memikirkan alasan mengapa Anda ingin melakukan ini. Secara umum Anda ingin tegangan gerbang dari kaki kembali menjadi pelengkap tegangan gerbang kaki pasokan.

Dalam pergantian trapezoid enam langkah, Anda biasanya meningkatkan PWM hingga 100%, membiarkannya di sana untuk sementara waktu (~ 30 derajat rotasi listrik), dan kemudian naikkan kembali ke bawah.

Dalam pergantian sinusoidal, siklus tugas PWM terus bervariasi dalam nilai-nilai sinusoidal. Berikut adalah diagram yang baik yang menunjukkan perbedaan antara drive sinusoidal dan trapezoidal drive PWM dan sinyal fase:

Catatan aplikasi Fairchild ini menunjukkan PWM melalui rotasi 360 ° penuh:

Sangat berguna untuk melihat apa yang terjadi dalam sinyal dari dekat. Apa yang sebenarnya Anda lakukan adalah secara bertahap memvariasikan arus dalam gelombang segitiga sehingga perlahan-lahan menumpuk di stator motor. Anda memiliki kontrol lebih besar atas penumpukan ini jika Anda menggerakkan suplai dan mengembalikan gerbang secara komplementer daripada menahan kaki bagian bawah terbuka.

Menghitung gelombang sinus lebih komputasional secara intensif (kecuali jika Anda menggunakan tabel pencarian) daripada naik sederhana, tahan, turunlah. Tapi itu menghasilkan drive yang jauh lebih halus.

Pergantian ruang-vektor bahkan lebih intensif secara komputasi. Dan meskipun memiliki lebih banyak riak torsi daripada penggerak sinusoidal, ia membuat pemanfaatan tegangan bus lebih tinggi dan karenanya lebih efisien dalam hal daya.

Tegangan fase dalam drive vektor ruang akhirnya tampak seperti ini:

Ini dilakukan dengan memvariasikan siklus tugas PWM di ketiga fase secara bersamaan. Ini bertentangan dengan memiliki hanya satu fase didorong seperti pada drive dua kuadran atau memiliki dua fase didorong pada pasangan yang saling melengkapi seperti pada drive empat kuadran.

Ada banyak literatur tentang penerapan kontrol motor brushless tetapi di sini adalah ikhtisar.

Untuk memahami perbedaan antara bentuk gelombang pergantian, penting untuk memahami bagaimana motor brushless beroperasi.

Motor tiga fase (dua kutub) akan memiliki tiga kumparan di sekitar magnet tunggal di tengah. Tujuannya adalah untuk memberi energi kumparan secara berurutan sehingga poros motor (dan magnetnya) berputar.

Ada dua medan magnet yang penting di sini, bidang rotor (magnet berputar) dan bidang stator (gulungan statis):

Kami merujuk ke arah medan magnet sebagai "vektor fluks" karena kedengarannya sangat keren. Hal yang paling penting untuk dipelajari dari gambar ini adalah Anda ingin kedua medan magnet berada pada sudut yang tepat satu sama lain. Ini memaksimalkan efisiensi dan torsi.

Skema pergantian paling bodoh adalah trapesium. Dengan menggunakan sensor hall atau EMF belakang dari motor, adalah mungkin untuk menentukan apakah motor berada di salah satu dari sejumlah posisi dan menjalankan kontrol on / off pada satu atau dua kumparan untuk memimpin medan magnet di sekitar motor:

Karena mungkin hanya ada enam orientasi terpisah untuk bidang stator, vektor fluks motor bisa berada di mana saja dari 60-120 derajat (bukan 90 yang diinginkan) dan karenanya Anda mendapatkan riak torsi dan efisiensi yang buruk.

Solusi yang jelas di sini adalah beralih ke pergantian sinusoidal dan menghaluskan bentuk gelombangnya:

Jika Anda mengetahui orientasi rotor yang tepat, Anda hanya dapat melakukan beberapa trigonometri untuk menghitung siklus tugas PWM yang tepat untuk diterapkan pada setiap kumparan untuk menjaga vektor fluks pada 90 derajat dan Anda memiliki vektor fluks 90 derajat yang indah. (Orientasi rotor dapat ditentukan melalui encoder, interpolasi, atau estimasi lebih lanjut seperti filter kalman).

Jadi saat ini Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana Anda bisa melakukan lebih baik daripada pergantian sinusoidal. Kelemahan utama dari pergantian sinusoidal adalah bahwa output dikirim langsung ke PWM. Karena induktansi koil, arus (dan karena itu vektor fluks) akan tertinggal di belakang nilai yang diperintahkan dan ketika motor mendekati kecepatan puncaknya, vektor fluks akan berada pada 80 atau 70 derajat daripada 90.

Inilah sebabnya mengapa pergantian sinusoidal memiliki kinerja kecepatan tinggi yang buruk.

Ini akhirnya membawa kita ke kontrol fluks-vektor yang merupakan nama yang diberikan kepada (sering milik) algoritma kontrol yang berusaha untuk memastikan fluks magnet tetap pada 90 derajat bahkan pada kecepatan tinggi. Cara paling sederhana untuk melakukan ini adalah dengan memimpin lapangan dengan, misalnya, 90-120 derajat tergantung pada seberapa cepat Anda pergi, mengetahui bahwa fluks magnet yang sebenarnya akan tertinggal.

Solusi yang lebih kuat melibatkan PID / feedforward untuk secara akurat mengontrol arus yang melalui setiap fase. Setiap pabrikan servo memiliki algoritma in-house sendiri, jadi saya yakin ada beberapa hal yang cukup rumit di sisi pendarahan.

Singkatnya, kontrol vektor fluks adalah kontrol sinusoidal dari arus yang mengalir ke setiap fase (bukan hanya siklus tugas PWM).

Garis antara vektor sinusoidal / fluks cukup samar karena beberapa perusahaan melakukan kontrol lanjutan pada drive "sinusoidal" mereka (yang pada dasarnya membuat mereka fluks vektor). Juga, karena Anda secara teknis dapat memanggil hampir semua vektor fluks untuk mengontrol kualitas implementasi dapat bervariasi.