Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла (Sensored brushless motors)
Мы уже ознакомились с устройством бесколлекторного двигателя и теперь разберемся, как ним управлять.
Мостовая схема ключей
Двигатель имеет три вывода (три фазы) на которые нам придется подавать в разные моменты времени "+" или "-" питания. Это реализуется с помощью электронных ключей, включенных по мостовой схеме:
Диаграмма включения ключей
Напряжение на обмотки нужно подавать в зависимости от положения двигателя. Рассмотрим управление двигателем, где в качестве датчиков положения используются датчики Холла. Всего используют 3 датчика с дискретными выходами. Ниже приведена схема, согласно которой нужно подавать напряжение на обмотки в зависимости от сигналов с датчиков.

Таблица включения ключей в зависимости от сигналов датчиков Холла:
Анимированная демонстрация работы 4 полюсного двигателя:
ШИМ (PWM), частота, переходные процессы
При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Т.е. ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью:
Некоторые микроконтроллеры могут аппаратно формировать ШИМ сигнал на нескольких своих выводах. Можно формировать ШИМ для каждого из ключей программно. В этом случае схему можно упростить, и не использовать логических элементов. Частота ШИМ сигнала обычно бывает от 4 до 80 килогерц.
Во время включения и выключения ключей происходят переходные процессы, вследствие чего на ключах выделяется дополнительное тепло. Чем выше частота ШИМ сигнала, тем больше количество переходных процессов за единицу времени, и тем выше потери на ключах. Слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования.
В случае с двигателями без датчиков, которые будут рассматриваться в следующих статьях, выбор частоты ШИМ сигнала играет очень важную роль.
Потери на ключах
Для уменьшения потерь вследствие переходных процессов на ключах ШИМ сигнал можно подавать только на нижние или только на верхние ключи. Прямые потери на ключах (без учета переходных процессов) можно рассчитать по формуле:P=R*I2
где:
P - теряемая мощность, которая выделяется в виде тепла R - прямое сопротивление открытого ключа I - ток, протекаемый через ключ.
Очевидно, что чем меньше сопротивление ключей, тем меньше потери на ключах. Уменьшение сопротивления ключей ведет к повышению общего КПД и уменьшению тепловыделения на ключах.
Уровень потерь на ключах имеет квадратичную зависимость от тока. Уменьшить ток, сохранив при этом общую мощность, можно повысив напряжение питания двигателя. В качестве примера рассмотрим два варианта:
1. Питание: 50В, ток: 100А, сопротивление ключей: 0,001 Ом. Потери на ключах = 0,001 * 1002 = 10 Вт
2. Питание: 100В, ток: 50А, сопротивление ключей: 0,001 Ом. Потери на ключах = 0,001 * 502 = 2,5 Вт
Т.е. снизив ток вдвое потери на ключах падают в 4 раза.
Угол опережения фаз (timing)
При приложении напряжения к обмотке двигателя, ток в обмотке не может вырасти мгновенно, поскольку обмотка двигателя представляет собой индуктивность. От момента подачи напряжения до достижения тока максимального значения пройдет некоторое время. Аналогично при снятии напряжения понадобится некоторое время пока ток будет уменьшаться до нуля. Это время зависит от индуктивности обмотки двигателя и других конструктивных особенностей двигателя. Таким образом, действие обмотки двигателя несколько запаздывает за управляющим сигналом.Чтобы компенсировать эту задержку управляющий сигнал на ключи подают с опережением. Опережение управляющего сигнала выражают в угле опережения. Угол опережения может быть от 0 до 30 градусов. Речь идет об электрических градусах (см. Бесколлекторные двигатели постоянного тока. Устройство бесколлекторного двигателя). Угол опережения может отличаться для каждой модели двигателя. Точность установки угла опережения сильно влияет на работу высоко-оборотистых двигателей. На малых скоростях точность установки угла опережения не столь критична.
Настройка угла опережения (timing) выполняется либо перемещением датчиков (некоторые двигатели оборудованы специальным приспособлением) либо корректируется программно средствами регулятора. Если двигатель имеет реверсивный режим (должен обеспечивать вращение в обе стороны), разумнее прибегнуть к программному методу.
Для лучшего понимания смысла угла опережения можно провести аналогию с двигателем внутреннего сгорания, где после подачи искры проходит некоторое время до воспламенения топлива. За это время вал двигателя успевает провернуться на некоторый угол. Для компенсации такой задержки устанавливают угол опережения зажигания.
Статті по безколекторним двигунам:
- Бесколлекторный мотор постоянного тока. Что это такое?
- Устройство бесколлекторного мотора
- Управление бесколлекторным мотором с датчиками Холла (Sensored brushless motors)
- Управление бесколлекторными моторами без бездатчиков (Sensorless BLDC)
- Запуск бесколлекторного мотора без бездатчиков (Sensorless BLDC)
- Определение положения ротора бесколлекторного мотора в остановленном состоянии
- Регулятор бесколлекторного мотора. Структура (ESC)
- Схема регулятора бесколлекторного мотора (Схема ESC)
- Силова частина регулятора BLDC двигунів
- Література по безколекторним двигунам.
- Безколекторні двигуни. Приклади програм для мікроконтролера
- Схема регулятора BLDC на STM32
- STM32. Приклад. Керування безколекторним двигуном (BLDC)
- STM32. Приклад. Керування PMSM. Приклади програм
- Видео о бесколлекторных моторах. BLDC, PMSM, векторное управление (російською)
Ну когда же будет продолжение?
Через недельку. Лето... сделал себе небольшие каникулы :)
Недавні записи
- FOC - своя реалізація векторного керування. Підбиваю підсумки 2022 року
- Конструктор регуляторів моторів. Підбиваю підсумки 2022 року.
- Чому трифазні мотори стали такими популярними?
- FOC & Polar coordinates
- Конструктор регуляторів PMSM, BLDC двигунів
- Своя бібліотека для векторного керування безколекторними моторами
- Not Allowed
- Адаптивний ПІД регулятор
- Конструктор регуляторів моторів. Структура.
- Конструктор регуляторів моторів. Анонс.
Tags
tim nodemcu encoder pwm solar watchdog atmega mongodb timer ngnix mpu-6050 options docker gps html foc esp8266 barometer bkp examples mpx4115a bldc pmsm programmator wifi bmp280 dht11 stm32 websocket bme280 usb bluetooth flask uart sensors max1674 motor i2c rtc hih-4000 remap flash capture dma rs-232 led mpu-9250 3d-printer eeprom adc books sms web usart battery avr rfid python gpio exti ethernet java-script eb-500 displays smd dc-dc lcd css ssd1331 ssd1306 meteo servo nvic soldering brushless git raspberry-pi st-link piezo
Архіви