Analisi del controllo FOC del motore CC senza spazzole, dell'onda quadra e dell'onda sinusoidale

Il motore DC senza spazzole è sviluppato sulla base del motore DC con spazzole. Presenta i vantaggi della regolazione continua della velocità, dell'ampia regolazione della velocità, della forte capacità di sovraccarico, della buona linearità, della lunga durata, delle dimensioni ridotte, del peso leggero e della grande potenza. Risolve una serie di problemi esistenti nei motori a spazzole ed è ampiamente utilizzato in vari campi come apparecchiature industriali, strumentazione, elettrodomestici, robot e apparecchiature mediche. Poiché i motori brushless non dispongono di spazzole per la commutazione attiva, per la commutazione è necessario un commutatore elettronico. Ciò che svolge il driver del motore CC senza spazzole è la funzione di questo commutatore elettronico.

Metodi di controllo tradizionali dei motori DC brushless:

Ora ci sono tre tipi principali: FOC (noto anche come conversione di frequenza vettoriale, controllo direzionale vettoriale del campo magnetico), controllo dell'onda quadra (noto anche come controllo dell'onda trapezoidale, controllo a 120°, controllo della commutazione a 6 fasi) e controllo dell'onda sinusoidale. Quali sono quindi i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno di questi tre metodi di controllo?

Manipolazione dell'onda quadra:

Il controllo ad onda quadra utilizza un sensore Hall o un algoritmo budget non induttivo per ottenere la posizione del rotore del motore, quindi commuta 6 volte (una commutazione ogni 60°) all'interno di un ciclo elettrico di 360° in base alla posizione del rotore. Ciascun motore azimutale commutato emette una forza in una direzione specifica, quindi si può affermare che la precisione dell'azimut della manipolazione dell'onda quadra è elettrica di 60°. Poiché la forma d'onda della corrente di fase del motore è vicina a un'onda quadra sotto il controllo di questo metodo, viene chiamata controllo dell'onda quadra.

Il vantaggio del metodo di controllo ad onda quadra è che l'algoritmo di controllo è semplice, il costo dell'hardware è basso e si può ottenere un'elevata velocità del motore utilizzando un controller con funzioni ordinarie; lo svantaggio è che la fluttuazione della coppia è ampia, c'è un certo rumore di corrente e la potenza non può raggiungere il valore massimo. . Il controllo dell'onda quadra è adatto per le occasioni che non richiedono un'elevata funzionalità di rotazione del motore.

Manipolazione dell'onda sinusoidale:

Il metodo di controllo dell'onda sinusoidale utilizza l'onda SVPWM, l'uscita è una tensione sinusoidale trifase e anche la corrente corrispondente è una corrente sinusoidale. Questo metodo non ha il concetto di commutazione di controllo ad onda quadra, che può essere considerata come un numero infinito di commutazioni in un ciclo elettrico. Ovviamente, il controllo dell'onda sinusoidale viene confrontato con il controllo dell'onda quadra, la fluttuazione della coppia è minore, le armoniche di corrente sono inferiori e il controllo sembra più "delicato", ma i requisiti funzionali del controller sono leggermente superiori rispetto al controllo dell'onda quadra e la potenza del motore non può essere utilizzata. al valore massimo.

Controllo FOC:

Il controllo dell'onda sinusoidale completa il controllo del vettore di tensione e controlla direttamente la dimensione della corrente, ma non può controllare la direzione della corrente. Il metodo di controllo FOC può essere considerato una versione aggiornata del controllo dell'onda sinusoidale, che completa il controllo del vettore di corrente, ovvero il controllo vettoriale del campo magnetico dello statore del motore.

Poiché la direzione del campo magnetico dello statore del motore è controllata, il tempo tra il campo magnetico dello statore del motore e il campo magnetico del rotore può essere mantenuto a 90° per ottenere la massima coppia erogata con una determinata corrente. I vantaggi del metodo di controllo FOC sono: piccola fluttuazione della coppia, elevata potenza, basso rumore e risposta dinamica rapida; gli svantaggi sono: costo hardware elevato, requisiti elevati per le funzioni del controller e parametri del motore corrispondenti.

Quale metodo è più adatto per lo sviluppo futuro?

Il FOC è ora la scelta migliore per il controllo efficiente di motori CC brushless (BLDC) e motori sincroni a magneti permanenti (PMSM). Il FOC controlla con precisione la dimensione e la direzione del campo magnetico, in modo che il motore abbia una coppia stabile, bassa rumorosità, alta potenza e risposta dinamica ad alta velocità. A causa degli evidenti vantaggi del FOC, ha gradualmente sostituito il metodo di controllo tradizionale in molte applicazioni e ha attirato molta attenzione nella professione del controllo sportivo.

Il tipico diagramma a blocchi di controllo del FOC è il seguente. Per ottenere informazioni come l'orientamento del rotore del motore, la velocità del motore e la dimensione della corrente come risposta, è necessario prima raccogliere la corrente di fase del motore, eseguire su di essa una serie di trasformazioni matematiche e algoritmi di budget, e ottenere una quantità di risposta disaccoppiata e facile da controllare. Quindi, la regolazione dinamica viene eseguita in base all'errore tra la quantità di reazione e il valore target e infine viene emessa un'onda sinusoidale trifase per far rotolare il motore.

Il FOC può essere suddiviso in FOC con sensore e FOC senza sensore a seconda che il motore sia dotato o meno di sensore.

Per quanto riguarda il sensore FOC, poiché il sensore del motore (solitamente l'encoder) può riflettere le informazioni sull'orientamento del rotore del motore, l'algoritmo del budget di orientamento non può essere utilizzato nel controllo. Detto che la funzione di controllo spesso deve essere più elevata.

Per quanto riguarda il FOC senza sensore, poiché il motore non dispone di alcun sensore, le informazioni sulla posizione del rotore del motore non possono essere ottenute semplicemente leggendo il valore di misurazione del sensore. Pertanto, nel controllo, è necessario raccogliere la corrente di fase del motore e utilizzare l'algoritmo del budget di posizione per calcolare la posizione del rotore. Sebbene il controllo del FOC sensorless sia difficile, può prevenire il rischio di guasto del sensore, risparmiare sul costo del sensore e semplificare il cablaggio tra il motore e la scheda driver. Ora, il FOC non induttivo viene utilizzato principalmente nelle occasioni dei fan.

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