Ehilà! In qualità di fornitore di motori DC brushless, ho avuto la mia giusta dose di esperienze nell'affrontare tutti i tipi di aspetti tecnici. Un argomento che emerge sempre sono le sfide del controllo sensorless per un motore brushless CC. Quindi, ho pensato di condividere alcuni spunti su questo argomento complicato.
Comprendere il controllo senza sensori
Cominciamo dalle basi. Il controllo sensorless in un motore brushless CC è un metodo che consente al motore di funzionare senza la necessità di sensori fisici come i sensori a effetto Hall. Questi sensori vengono solitamente utilizzati per rilevare la posizione del rotore. Quando passi al sensore, ti affidi ad altre tecniche per capire dove si trova il rotore, il che è fondamentale per il corretto funzionamento del motore.
Il lato positivo è che passare al sensorless ha i suoi vantaggi. Riduce il costo del motore perché non è necessario installare sensori. Inoltre rende il motore più affidabile poiché ci sono meno componenti che possono guastarsi. Inoltre, può essere più compatto, il che è ottimo per le applicazioni in cui lo spazio è limitato.
Ma ecco il punto: non è tutto sole e arcobaleni. Ci sono diverse sfide associate al controllo sensorless di cui dobbiamo parlare.
Sfide di avvio
Uno dei primi ostacoli che dobbiamo affrontare con il controllo sensorless è il processo di avvio. In un motore a spazzole, avviarlo è relativamente semplice. Ma con un motore DC brushless che utilizza il controllo sensorless, è un po' un grattacapo.
Il problema è che all'avvio, la forza controelettromotrice (back-EMF), che viene spesso utilizzata per rilevare la posizione del rotore, è molto bassa o addirittura pari a zero. Indietro - EMF è la tensione generata dalla rotazione del campo magnetico del rotore del motore che passa attraverso gli avvolgimenti dello statore. Senza un modo affidabile per misurare la forza elettromagnetica posteriore, è difficile determinare con precisione la posizione del rotore.
Per superare questo problema, utilizziamo spesso metodi di avvio a ciclo aperto. In un avviamento ad anello aperto, il motore viene azionato con una sequenza fissa di impulsi di tensione. Questo fa muovere il rotore, ma non è molto preciso. Esiste il rischio che il motore non si avvii correttamente o addirittura si blocchi. E se le condizioni di carico cambiano durante l'avvio, il tutto può peggiorare ulteriormente.
Sfide operative a bassa velocità
Anche dopo che il motore si è avviato correttamente, il funzionamento a bassa velocità è un'altra area in cui il controllo sensorless presenta difficoltà. A basse velocità, la forza elettromotrice posteriore è ancora relativamente piccola. E come tutti sappiamo, un segnale piccolo è più affetto da rumore e interferenze.
Il rumore può provenire da diverse fonti, come interferenze elettromagnetiche provenienti da altri componenti del sistema o disturbi elettrici nell'alimentatore. Questo rumore può rendere difficile la misurazione accurata della forza elettromotrice posteriore e la determinazione della posizione del rotore.
Per far fronte a questo, dobbiamo utilizzare algoritmi avanzati di elaborazione del segnale. Questi algoritmi cercano di filtrare il rumore e migliorare il segnale EMF posteriore. Ma anche con i migliori algoritmi, ottenere informazioni precise sulla posizione del rotore a basse velocità è ancora una sfida. Inoltre, senza informazioni precise sulla posizione, il motore potrebbe non funzionare in modo efficiente e potrebbe verificarsi un'ondulazione della coppia, ovvero una variazione indesiderata della coppia erogata dal motore.
Sfide operative ad alta velocità
D’altro canto, anche il funzionamento ad alta velocità presenta una serie di problemi. Alle alte velocità, la forza elettromotrice posteriore è ampia, ma l'intervallo di tempo tra i passaggi per lo zero della forza elettromagnetica posteriore (utilizzati per determinare la posizione del rotore) è molto breve.
Questo breve intervallo di tempo significa che il sistema di controllo deve essere molto veloce per rilevare ed elaborare con precisione i passaggi per lo zero. Se il sistema di controllo non riesce a tenere il passo, ciò può portare a una stima errata della posizione del rotore. E quando la posizione del rotore viene stimata in modo errato, le prestazioni del motore possono peggiorare in modo significativo. Potrebbero verificarsi problemi come sovracorrente, surriscaldamento e riduzione dell'efficienza.
Un'altra sfida alle alte velocità è l'effetto dell'induttanza del motore. L'induttanza degli avvolgimenti dello statore può causare uno sfasamento tra la corrente e la tensione, che può complicare ulteriormente la stima della posizione del rotore.
Caricare le sfide di variazione
Nelle applicazioni del mondo reale, il carico su un motore brushless CC può variare notevolmente. E le variazioni di carico rappresentano un grosso grattacapo per i sistemi di controllo sensorless.
Quando cambia il carico sul motore, cambiano anche la corrente, la velocità e la coppia del motore. Questi cambiamenti possono influenzare il segnale EMF posteriore, rendendo ancora più difficile determinare con precisione la posizione del rotore.
Ad esempio, se il carico aumenta improvvisamente, la velocità del motore diminuirà e anche la forza elettromotrice posteriore diminuirà. Ciò può rendere il segnale EMF posteriore più suscettibile al rumore, come abbiamo discusso in precedenza. E se il sistema di controllo non riesce ad adattarsi rapidamente a questi cambiamenti, il motore potrebbe iniziare a comportarsi in modo irregolare.
Per gestire le variazioni di carico, abbiamo bisogno di algoritmi di controllo in grado di adattarsi in tempo reale. Questi algoritmi dovrebbero essere in grado di regolare i segnali di azionamento del motore in base alle mutevoli condizioni di carico. Ma sviluppare tali algoritmi non è un compito facile, poiché richiede una profonda comprensione della dinamica del motore e dell'ambiente operativo.
Compensazione delle non-idealità
I motori DC brushless non sono perfetti. Esistono valori non ideali come la resistenza dello statore, le proprietà magnetiche non lineari e le tolleranze di produzione che possono influenzare il controllo senza sensori.
La resistenza dello statore può causare una caduta di tensione che può distorcere il segnale EMF posteriore. E le proprietà magnetiche non lineari del nucleo del motore possono portare a variazioni nella forma d'onda EMF posteriore. Anche le tolleranze di produzione, come le differenze nelle spire dell'avvolgimento o nell'intensità del campo magnetico, possono introdurre errori nella stima della posizione del rotore.
Per compensare queste non-idealità, dobbiamo utilizzare tecniche di calibrazione. Queste tecniche implicano la misurazione delle caratteristiche del motore in diverse condizioni operative e la regolazione di conseguenza degli algoritmi di controllo. Ma la calibrazione è un processo che richiede tempo e deve essere eseguita con attenzione per garantire risultati accurati.
Le nostre soluzioni e offerte
Nella nostra azienda, abbiamo lavorato duramente per superare queste sfide. Abbiamo sviluppato algoritmi di controllo avanzati in grado di gestire in modo più efficace i problemi di avvio, bassa velocità, alta velocità e variazione del carico. I nostri ingegneri ricercano e testano costantemente nuovi metodi per migliorare la precisione della stima della posizione del rotore.
Offriamo anche una vasta gamma di motori DC brushless, tra cuiFabbrica di motori CC senza spazzole da 24 VEFabbrica di motori CC senza spazzole da 220 V. Questi motori sono progettati per funzionare bene con i nostri sistemi di controllo sensorless. Se stai cercando specificatamente unMotore CC senza spazzole da 220 V, abbiamo coperto anche te.
Parliamo di affari
Se sei nel mercato dei motori brushless CC e sei interessato a soluzioni di controllo sensorless, ci farebbe piacere parlare con te. Che tu stia lavorando su un progetto su piccola scala o su un'applicazione industriale su larga scala, possiamo fornirti i prodotti e il supporto tecnico giusti. Mettiti in contatto con noi per discutere le tue esigenze specifiche e vedere come possiamo aiutarti a superare le sfide del controllo sensorless.
Riferimenti
- Krause, PC, Wasynczuk, O. e Sudhoff, SD (2013). Analisi di macchine elettriche e sistemi di azionamento. Wiley.
- Bolton, W. (2006). Meccatronica: sistemi di controllo elettronico nell'ingegneria meccanica ed elettrica. Novità.