Análisis del control FOC, onda cuadrada y onda sinusoidal del motor CC sin escobillas

El motor CC sin escobillas se desarrolla sobre la base del motor CC con escobillas. Tiene las ventajas de regulación de velocidad continua, amplia regulación de velocidad, gran capacidad de sobrecarga, buena linealidad, larga vida útil, tamaño pequeño, peso ligero y gran rendimiento. Resuelve una serie de problemas existentes en los motores con escobillas y se utiliza ampliamente en diversos campos, como equipos industriales, instrumentación, electrodomésticos, robots y equipos médicos. Debido a que los motores sin escobillas no tienen escobillas para la conmutación activa, se requiere un conmutador electrónico para la conmutación. Lo que logra el controlador del motor de CC sin escobillas es la función de este conmutador electrónico.

Métodos de control convencionales de motores CC sin escobillas.:

Ahora hay tres tipos principales: FOC (también conocido como conversión de frecuencia vectorial, control direccional de vector de campo magnético), control de onda cuadrada (también conocido como control de onda trapezoidal, control de 120°, control de conmutación de 6 pasos) y control de onda sinusoidal. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de cada uno de estos tres métodos de control?

Manipulación de ondas cuadradas:

El control de onda cuadrada utiliza un sensor Hall o un algoritmo de presupuesto no inductivo para obtener la posición del rotor del motor y luego conmuta 6 veces (una conmutación cada 60°) dentro de un ciclo eléctrico de 360° según la posición del rotor. Cada motor de azimut conmutado genera una fuerza en una dirección específica, por lo que se puede decir que la precisión del azimut de la manipulación de ondas cuadradas es de 60° eléctricos. Debido a que la forma de onda de la corriente de fase del motor está cerca de una onda cuadrada bajo el control de este método, se llama control de onda cuadrada.

La ventaja del método de control de onda cuadrada es que el algoritmo de control es simple, el costo del hardware es bajo y se puede obtener una alta velocidad del motor utilizando un controlador con funciones ordinarias; la desventaja es que la fluctuación del par es grande, hay un cierto ruido actual y la potencia no puede alcanzar el valor máximo. . El control de onda cuadrada es adecuado para ocasiones que no requieren una alta función de balanceo del motor.

Manipulación de ondas sinusoidales:

El método de control de onda sinusoidal utiliza la onda SVPWM, la salida es un voltaje de onda sinusoidal trifásico y la corriente correspondiente también es una corriente de onda sinusoidal. Este método no tiene el concepto de conmutación de control de onda cuadrada, que puede considerarse como un número infinito de conmutaciones en un ciclo eléctrico. Obviamente, el control de onda sinusoidal se compara con el control de onda cuadrada, la fluctuación del par es menor, los armónicos de corriente son menores y el control se siente más "delicado", pero los requisitos funcionales del controlador son ligeramente más altos que los del control de onda cuadrada. , y no se puede utilizar la potencia del motor. al valor máximo.

control de FOC:

El control de onda sinusoidal completa el control del vector de voltaje y controla directamente el tamaño de la corriente, pero no puede controlar la dirección de la corriente. El método de control FOC puede considerarse como una versión mejorada del control de onda sinusoidal, que completa el control del vector de corriente, es decir, el control vectorial del campo magnético del estator del motor.

Debido a que se controla la dirección del campo magnético del estator del motor, el tiempo entre el campo magnético del estator del motor y el campo magnético del rotor se puede mantener a 90° para lograr la salida de par máxima bajo una determinada corriente. Las ventajas del método de control FOC son: pequeña fluctuación de par, alta potencia, bajo ruido y rápida respuesta dinámica; las desventajas son: alto costo de hardware, altos requisitos para las funciones del controlador y parámetros coincidentes del motor.

¿Qué método es más adecuado para el desarrollo futuro?

FOC es ahora la mejor opción para el control eficiente de motores CC sin escobillas (BLDC) y motores síncronos de imanes permanentes (PMSM). FOC controla con precisión el tamaño y la dirección del campo magnético, de modo que el motor tenga un par estable, bajo nivel de ruido, alta potencia y respuesta dinámica de alta velocidad. Debido a las ventajas obvias del FOC, ha reemplazado gradualmente el método de control tradicional en muchas aplicaciones y ha atraído mucha atención en la profesión de control deportivo.

El diagrama de bloques de control típico de FOC es el siguiente. Para obtener información como la orientación del rotor del motor, la velocidad del motor y el tamaño de la corriente como respuesta, es necesario primero recolectar la corriente de fase del motor, realizar una serie de transformaciones matemáticas y algoritmos de presupuesto en ella, y obtener una cantidad de respuesta desacoplada y fácil de controlar. Luego, el ajuste dinámico se realiza de acuerdo con el error entre la cantidad de reacción y el valor objetivo, y finalmente se genera una onda sinusoidal trifásica para hacer girar el motor.

El FOC se puede dividir en FOC con sensor y FOC sin sensor según si el motor tiene sensor o no.

Con respecto al FOC sensorizado, debido a que el sensor del motor (generalmente el codificador) puede reflejar la información de orientación del rotor del motor, el algoritmo de presupuesto de orientación no se puede utilizar en el control. Dijo que a menudo se requiere que la función de control sea mayor.

Con respecto al FOC sin sensor, debido a que el motor no tiene ningún sensor, la información de posición del rotor del motor no se puede obtener simplemente leyendo el valor de medición del sensor. Por lo tanto, en el control, es necesario recolectar la corriente de fase del motor y usar el algoritmo de balance de posición para calcular la posición del rotor. Aunque el control del FOC sin sensor es difícil, puede evitar el riesgo de falla del sensor, ahorrar el costo del sensor y simplificar el cableado entre el motor y la placa del controlador. Ahora, el FOC no inductivo se usa principalmente en ocasiones para fanáticos.

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