Control de velocidad del motor BLDC

<p>El control de velocidad del motor BLDC es esencial para hacer que el motor funcione a la velocidad deseada. La velocidad de un motor de CC sin escobillas se puede controlar controlando la tensi贸n/corriente de CC de entrada. Cuanto mayor sea el voltaje m谩s es la velocidad.

Se han utilizado muchos algoritmos de control diferentes para controlar los motores BLDC. El voltaje del motor se controla mediante un transistor de potencia que funciona como un regulador de voltaje lineal. Esto no es pr谩ctico cuando se manejan motores de mayor potencia. Los motores de alta potencia deben usar control PWM y requieren un microcontrolador para proporcionar funciones de arranque y control.

El algoritmo de control debe proporcionar tres cosas:

  • Voltaje PWM para controlar la velocidad del motor
  • Mecanismo para conmutar el motor.
  • M茅todo para estimar la posici贸n del rotor utilizando los sensores Hall o EMF posterior

La modulaci贸n de ancho de pulso se utiliza para aplicar un voltaje variable a los devanados del motor. El voltaje efectivo es proporcional al ciclo de trabajo PWM. Cuando se conmuta correctamente, las caracter铆sticas de par-velocidad del motor BLDC son id茅nticas a las de un motor de CC. El voltaje variable se puede utilizar para controlar la velocidad del motor y el par disponible.

La conmutaci贸n de los transistores de potencia energiza los devanados apropiados en el estator para generar un par 贸ptimo dependiendo de la posici贸n del rotor. En un motor BLDC, la MCU debe conocer la posici贸n del rotor y conmutar en el momento apropiado.

El control de velocidad puede ser de bucle cerrado o de bucle abierto.

Control de velocidad de bucle abierto 鈥 Implica simplemente controlar el voltaje de CC aplicado a los terminales del motor cortando el voltaje de CC. Sin embargo, esto da como resultado alguna forma de limitaci贸n de corriente.

Control de velocidad de bucle cerrado 鈥 Implica el control de la tensi贸n de alimentaci贸n de entrada a trav茅s de la realimentaci贸n de velocidad del motor. Por tanto, la tensi贸n de alimentaci贸n se controla en funci贸n de la se帽al de error. El control de velocidad de bucle cerrado consta de tres componentes b谩sicos.

Un circuito PWM para generar los pulsos pwm requeridos. Puede ser un microcontrolador o un temporizador IC.

Un dispositivo de detecci贸n para detectar la velocidad real del motor. Puede ser un sensor de efecto hall, un sensor de infrarrojos o un codificador 贸ptico.

Índice de contenidos

Conmutaci贸n trapezoidal del motor BLDC:

Uno de los m茅todos m谩s simples de control para motores de CC sin escobillas utiliza lo que se denomina conmutaci贸n trapezoidal. En este esquema, la corriente se controla a trav茅s de los terminales del motor, un par a la vez, con el tercer terminal del motor siempre el茅ctricamente desconectado de la fuente de alimentaci贸n.

Los tres dispositivos Hall integrados en el motor se utilizan normalmente para proporcionar se帽ales digitales que miden la posici贸n del rotor dentro de sectores de 60 grados y proporcionan esta informaci贸n al controlador del motor. Debido a que, en cualquier momento, las corrientes en dos de los devanados son de igual magnitud y el tercero es cero, este m茅todo solo puede producir vectores espaciales de corriente que tienen una de seis direcciones diferentes. A medida que el motor gira, la corriente que va a los terminales del motor se conmuta (conmuta) el茅ctricamente cada 60 grados de rotaci贸n, de modo que el vector espacial de la corriente est茅 siempre dentro de los 30 grados m谩s cercanos a la direcci贸n de cuadratura. La forma de onda de corriente para cada devanado es, por lo tanto, una escalera de cero a corriente positiva, a cero y luego a corriente negativa. Esto produce un vector espacial actual que se aproxima a una rotaci贸n suave a medida que avanza entre seis direcciones distintas a medida que gira el rotor.

En aplicaciones de motores, como acondicionadores de aire y refrigeradores, el uso de sensores de efecto Hall no es una opci贸n viable. Los sensores de EMF posterior que detectan el EMF posterior en el devanado no conectado se pueden usar para lograr los mismos resultados.

Los sistemas de accionamiento de corriente trapezoidal son populares debido a la simplicidad de sus circuitos de control, pero sufren un problema de ondulaci贸n del par durante la conmutaci贸n.

Conmutaci贸n sinusoidal para motores BDLC:

La conmutaci贸n trapezoidal es inadecuada para proporcionar un control suave y preciso del motor de los motores de CC sin escobillas, particularmente a bajas velocidades. La conmutaci贸n sinusoidal resuelve este problema.

Esto se debe a que el par producido en un motor trif谩sico sin escobillas (con una fuerza contraelectromotriz de onda sinusoidal) se define mediante la siguiente ecuaci贸n:

Torque del eje = Kt [IRSin(未) + IY Sin(未 +120) + IB Sin(未 o+240)]

donde:

未 es el 谩ngulo el茅ctrico del eje,

Kt es la constante de par del motor y

IR, IY e IB son las corrientes de fase.

Suponiendo corrientes de fase sinusoidales: IR = I0Sin未; IY = I0Sen (未 +120); IB = I0Sen (未 +240)

Por lo tanto,

Torque del eje = 1.5I0xKt

Los controladores de motor sin escobillas conmutados sinusoidales intentan impulsar los tres devanados del motor con tres corrientes que var铆an suave y sinusoidalmente a medida que gira el motor. Las fases relativas de estas corrientes se eligen de modo que den como resultado un vector espacial de corriente de rotaci贸n suave que siempre est谩 en la direcci贸n de cuadratura con respecto al rotor y tiene una magnitud constante. Esto elimina la ondulaci贸n del par y los picos de conmutaci贸n asociados con la conmutaci贸n trapezoidal.

La conmutaci贸n sinusoidal da como resultado una suavidad de control que generalmente no se puede lograr con la conmutaci贸n trapezoidal. Sin embargo, aunque es muy efectivo a bajas velocidades del motor, tiende a desmoronarse a altas velocidades del motor. Esto se debe a que, a medida que aumenta la velocidad, los controladores de bucle de corriente deben seguir una se帽al sinusoidal de frecuencia creciente. Al mismo tiempo, deben superar la fuerza contraelectromotriz del motor, que tambi茅n aumenta en amplitud y frecuencia a medida que aumenta la velocidad.

Esta degradaci贸n contin煤a a medida que aumenta la velocidad. En alg煤n momento, el cambio de fase de la corriente del motor cruza los 90 grados. Cuando esto sucede, el par se reduce a cero. Con la conmutaci贸n sinusoidal, las velocidades por encima de este punto dan como resultado un par negativo y, por lo tanto, no se pueden alcanzar.

驴Es un motor BLDC bidireccional?

S铆, porque los motores BLDC funcionan mediante conmutaci贸n electr贸nica. La conmutaci贸n electr贸nica significa que el campo magn茅tico, al que el rotor tiende a alinearse, gira electr贸nicamente.

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