¿Cómo funciona el control orientado al campo sin sensor de un motor BLDC?

Answer 1

Gracias por la pregunta Realmente no estaba seguro, así que me empujaste a hacer la investigación.

Como probablemente sepa, necesitamos tener una forma de detectar la posición del rotor para poder determinar el punto de conmutación correcto, donde cambiamos la corriente del estator al siguiente conjunto de bobinas. Esto generalmente se realiza mediante un disco magnético de cuatro segmentos que gira con el rotor, activando tres sensores de efecto Hall en el estator separados 120 grados. Pero los sensores de efecto Hall pueden ser costosos, y necesita un telar de cables entre los sensores y el tablero de control.

Probablemente también sepa que un motor BLDC trifásico con 6 bobinas de estator, 4 bobinas (2 pares) se accionan a la vez y el otro par no se acciona. Este par de bobinas sin usar tendrá una fem de retorno inducida por los imanes del rotor que pasan, y el controlador BLDC puede configurarse para detectar el punto de cruce por cero de esta fem de retorno para obtener una posición de referencia del rotor.

Este esquema no es ideal por dos razones. En primer lugar, cuando el motor se arranca por primera vez, el rotor no gira, por lo que no se genera una fem inversa. Por lo tanto, es necesario que se haga un “dulce” al controlador para que el rotor gire. En segundo lugar, el punto de conmutación correcto es un ángulo de rotación fijo después de que se detecta el punto de cruce por cero. Entonces el controlador tiene que estimar este ángulo iniciando un temporizador en el cruce por cero. Pero, por supuesto, el temporizador solo puede ser preciso si se conoce la velocidad del rotor, por lo que el esquema solo funciona para un motor de velocidad constante, o si la respuesta a las solicitudes de cambio de velocidad no tiene que ser rápida. Aquí hay un buen video en Youtube que explica todo esto:

Texas Instruments ha desarrollado un controlador que ellos llaman Instaspin BLDC que pretende solucionar los problemas anteriores. Comienza una integración matemática del voltaje de la fem de retorno después de que cae a cero, y cuando alcanza un umbral dependiente de la velocidad, se inicia la conmutación. El enlace de Youtube anterior probablemente conducirá a una explicación bastante buena de esta tecnología.

Answer 2

El control sin sensor de un motor (realmente cualquier motor) funciona mediante la construcción de un “Observador” que proporciona la posición del rotor a partir de los otros parámetros operativos (típicamente voltajes, corriente y frecuencia) y parámetros conocidos del motor (típicamente inductancia y restricción BEMF). solo sin sensor en el sentido (sin juego de palabras) de que no hay sensor de posición del rotor. Se utilizan otros sensores.

Un “Observador” es un término de control para una representación matemática para calcular las variables internas de un sistema a partir de las entradas y salidas. Un observador muy simple sería calcular la temperatura interna de un recipiente bien aislado a partir de la cantidad de calor aplicado.

T = Q / (m * Cp)

Donde T es la temperatura, m es la masa del contenido del recipiente y Q es el calor aplicado. Si desea una temperatura variable en el tiempo, simplemente convierta la ecuación en una ecuación integral y use dQ / dt en lugar de Q: [T = integral (dQ / dt / (m * Cp) * dt)]

En el caso de un motor, el control sin sensor funciona bien a alta velocidad y no a baja velocidad. Esto se debe a que la información sobre la posición del rotor la proporciona el BEMF, que es proporcional a la velocidad. Por lo tanto, a baja velocidad hay poca información o una baja relación señal / ruido. La mayoría de las máquinas de alta velocidad que requieren un control preciso, utilizan controles sin sensores, si no también necesitan un control preciso a baja velocidad.

Existe un método para el control sin sensores de máquinas muy sobresalientes accionadas por VFD (aquellas cuya inductancia varía con la posición del rotor) que utiliza la información adicional de los pulsos PWM para establecer la posición del rotor. Esta técnica se desarrolló en la década de 1990 si no recuerdo mal. Como se conoce el voltaje y el ancho de pulso de los pulsos PWM, midiendo la corriente resultante, se puede medir la inductancia. Al comparar las tres fases con el conocimiento de la prominencia del motor, la posición del rotor se puede determinar con bastante precisión.

Aquí hay un muy buen Libro Blanco de TI sobre el tema:

http://www.ti.com/lit/an/sprabq3 …