Анализ бесщеточного двигателя постоянного тока FOC, прямоугольной и синусоидальной волны

Бесщеточный двигатель постоянного тока разработан на основе коллекторного двигателя постоянного тока. Он обладает преимуществами бесступенчатого регулирования скорости, широкого регулирования скорости, высокой перегрузочной способности, хорошей линейности, длительного срока службы, небольшого размера, легкого веса и большой производительности. Он решает ряд проблем, существующих в коллекторных двигателях, и широко используется в различных областях, таких как промышленное оборудование, приборостроение, бытовая техника, роботы и медицинское оборудование. Поскольку бесщеточные двигатели не имеют щеток для активной коммутации, для коммутации требуется электронный коммутатор. Драйвер бесщеточного двигателя постоянного тока выполняет функцию электронного коммутатора.

Основные методы управления бесщеточными двигателями постоянного тока:

Сейчас существует три основных типа: FOC (также известный как векторное преобразование частоты, векторное управление направлением магнитного поля), управление прямоугольной волной (также известное как управление трапециевидной волной, управление 120 °, 6-ступенчатое управление коммутацией) и синусоидальное управление. Так каковы преимущества и недостатки каждого из этих трех методов управления?

Манипулирование прямоугольными волнами:

Управление прямоугольными импульсами использует датчик Холла или неиндуктивный бюджетный алгоритм для определения положения ротора двигателя, а затем коммутирует 6 раз (одно переключение каждые 60°) в пределах электрического цикла на 360° в зависимости от положения ротора. Каждый коммутируемый азимутальный двигатель выдает силу в определенном направлении, поэтому можно сказать, что точность азимута при манипуляции прямоугольными волнами равна электрическим 60°. Поскольку при использовании этого метода форма сигнала фазного тока двигателя близка к прямоугольной, его называют прямоугольным.

Преимущество метода управления прямоугольной волной заключается в том, что алгоритм управления прост, стоимость оборудования невелика, а высокая скорость двигателя может быть достигнута с помощью контроллера с обычными функциями; Недостатком является то, что колебания крутящего момента велики, существует определенный шум тока, и мощность не может достичь максимального значения. . Управление прямоугольной волной подходит для случаев, когда не требуется высокая функция вращения двигателя.

Манипулирование синусоидой:

В методе синусоидального управления используется волна SVPWM, выходное напряжение представляет собой трехфазное синусоидальное напряжение, а соответствующий ток также является синусоидальным током. В этом методе отсутствует концепция коммутации управления прямоугольной волной, которую можно рассматривать как бесконечное число коммутаций в электрическом цикле. Очевидно, что синусоидальное управление сравнивается с прямоугольным управлением, колебания крутящего момента меньше, гармоники тока меньше, а управление кажется более «деликатным», но функциональные требования к контроллеру немного выше, чем при прямоугольном управлении. , и мощность двигателя не может быть использована. до максимального значения.

контроль ВОК:

Синусоидальное управление завершает управление вектором напряжения и напрямую управляет величиной тока, но не может контролировать направление тока. Метод управления ВОК можно рассматривать как модернизированный вариант синусоидального управления, завершающий управление вектором тока, то есть векторное управление магнитным полем статора двигателя.

Поскольку направление магнитного поля статора двигателя контролируется, время между магнитным полем статора двигателя и магнитным полем ротора может поддерживаться на уровне 90° для достижения максимального выходного крутящего момента при определенном токе. Преимуществами метода управления FOC являются: небольшие колебания крутящего момента, высокая мощность, низкий уровень шума и быстрый динамический отклик; Недостатками являются: высокая аппаратная стоимость, высокие требования к функциям контроллера и согласованию параметров двигателя.

Какой метод больше подходит для будущего развития?

FOC теперь является лучшим выбором для эффективного управления бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC) и синхронными двигателями с постоянными магнитами (PMSM). FOC точно контролирует размер и направление магнитного поля, благодаря чему двигатель имеет стабильный крутящий момент, низкий уровень шума, высокую мощность и высокоскоростную динамическую реакцию. Из-за очевидных преимуществ FOC он постепенно заменил традиционный метод управления во многих приложениях и привлек большое внимание специалистов по спортивному контролю.

Типичная блок-схема управления ВОК выглядит следующим образом. Чтобы получить в качестве ответа такую ​​информацию, как ориентация ротора двигателя, скорость двигателя и величина тока, необходимо сначала собрать фазовый ток двигателя, выполнить над ним ряд математических преобразований и бюджетных алгоритмов, а затем получить несвязанную, легко контролируемую величину ответа. Затем выполняется динамическая регулировка в соответствии с ошибкой между величиной реакции и целевым значением, и, наконец, выводится трехфазная синусоидальная волна, приводящая двигатель в движение.

FOC можно разделить на FOC с датчиком и FOC без датчика в зависимости от того, имеет ли двигатель датчик или нет.

Что касается сенсорного FOC, поскольку датчик двигателя (обычно энкодер) может отражать информацию об ориентации ротора двигателя, алгоритм бюджета ориентации не может использоваться в управлении. Сказал, что функция управления часто требуется быть выше.

Что касается бездатчикового FOC, поскольку двигатель не имеет датчика, информацию о положении ротора двигателя невозможно получить, просто считывая значение измерения датчика. Поэтому при управлении необходимо собирать фазный ток двигателя и использовать алгоритм бюджета положения для расчета положения ротора. Хотя управление бездатчиковым FOC затруднено, оно может предотвратить риск отказа датчика, сэкономить на стоимости датчика и упростить проводку между двигателем и платой драйвера. Сейчас неиндуктивный FOC в основном используется на фанатских мероприятиях.

Если вы не понимаете содержание приведенной выше статьи, вы можете напрямую связаться с профессиональной технической командой BG Motor, и они дадут вам нужный ответ в течение 1 часа! Ждем Вашего ответа!