Как выглядят сигналы коммутации для бесщеточного двигателя?

Я видел сигналы для вождения бесщеточного двигателя.

Я предполагаю, что это форма волны, используемая для более простой коммутации блоков. Но если я хочу делать синусоидальные сигналы, как теперь выглядит сигнал ШИМ? Есть ли необходимость тщательно синхронизировать края на трех фазах?

Диаграмма, которую вы показываете, выглядит так, как будто бы она создала довольно грубую трапециевидную обратную ЭДС. Я предполагаю, что ворота, которые находятся на 100%, являются нижними ногами моста моторного привода. Я не могу придумать причину, по которой вы хотели бы сделать это. Как правило, вы хотите, чтобы напряжение затвора ответвления составляло дополнение к напряжению затвора ответвления.

В шести ступенчатой ​​трапециевидной коммутации вы обычно увеличиваете ШИМ до 100%, оставляете его там некоторое время (~ 30 электрических градусов вращения), а затем снова понижаете его снова.

При синусоидальной коммутации рабочий цикл ШИМ постоянно изменяется в синусоидальных значениях. Вот хорошая диаграмма, показывающая разницу между синусоидальным и ШИМ трапецеидальным приводом и фазовыми сигналами:

Это примечание к приложению Fairchild показывает ШИМ с полным вращением на 360 °:

Полезно посмотреть, что происходит в сигнале вблизи. На самом деле вы постепенно изменяете ток в виде треугольной волны, чтобы он медленно накапливался в статоре двигателя. У вас больше контроля над этим накоплением, если вы управляете воротами подачи и возврата дополняющим образом, а не держите голень открытой.

Вычисление синусоиды требует больших вычислительных ресурсов (если вы не используете таблицу поиска), чем простое увеличение, удержание, замедление. Но это производит намного более гладкий двигатель.

Коммутация пространства-вектора еще более вычислительно интенсивна. И хотя он имеет более сильную пульсацию крутящего момента, чем синусоидальный привод, он обеспечивает более высокое использование напряжения шины и, следовательно, более эффективен с точки зрения мощности.

Фазовое напряжение в приводе пространственного вектора в конечном итоге выглядит следующим образом:

Это делается путем изменения рабочего цикла ШИМ на всех трех фазах одновременно. Это противоположно тому, чтобы иметь только однофазное возбуждение, как в двухквадрантном приводе, или иметь две фазы, приводимые во взаимодополняющие пары, как в четырехквадрантном приводе.

Существует довольно много литературы по внедрению бесщеточного управления двигателем, но вот обзор.

Чтобы понять различия между формами коммутационных сигналов, важно понять, как работают бесщеточные двигатели.

Трехфазный (двухполюсный) двигатель будет иметь три катушки вокруг одного магнита в центре. Цель состоит в том, чтобы последовательно включить катушки, чтобы вал двигателя (и его магнит) вращался.

Здесь важны два магнитных поля: поле ротора (вращающийся магнит) и поле статора (статические катушки):

Мы называем направление магнитного поля его «вектором потока», потому что оно звучит очень круто. Самая важная вещь, которую можно извлечь из этого изображения, состоит в том, что вы хотите, чтобы два магнитных поля были под прямым углом друг к другу. Это максимизирует эффективность и крутящий момент.

Самая глупая схема коммутации трапециевидна. Используя датчики Холла или обратную ЭДС от двигателя, можно определить, находится ли двигатель в одном из дискретных положений, и выполнить управление включением / выключением на одной или двух катушках, чтобы провести магнитное поле вокруг двигателя:

Поскольку для поля статора может быть только шесть отдельных ориентаций, вектор магнитного потока двигателя может быть в диапазоне от 60 до 120 градусов (вместо желаемых 90), и, следовательно, вы получите пульсацию крутящего момента и низкую эффективность.

Очевидное решение здесь - переключиться на синусоидальную коммутацию и просто сгладить форму волны:

Если вы знаете точную ориентацию ротора, вы можете просто сделать несколько триггеров, чтобы рассчитать точный рабочий цикл ШИМ для применения к каждой катушке, чтобы вектор потока был равен 90 градусам, а у вас есть прекрасный вектор потока 90 градусов. (Ориентация ротора может быть определена с помощью кодера, интерполяции или более сложной оценки, такой как фильтр Калмана).

Так что прямо сейчас вам может быть интересно, как вы можете добиться большего успеха, чем синусоидальная коммутация. Основным недостатком синусоидальной коммутации является то, что выходы отправляются прямо в ШИМ. Из-за индуктивности катушки ток (и, следовательно, вектор потока) будет отставать от заданных значений, и когда двигатель приближается к своей максимальной скорости, вектор потока будет на 80 или 70 градусов вместо 90.

Вот почему синусоидальная коммутация имеет плохие быстродействующие характеристики.

Это, наконец, подводит нас к управлению вектором потока, которое является названием (часто запатентованным) алгоритмов управления, которые пытаются гарантировать, что магнитный поток остается на 90 градусов даже на высоких скоростях. Простейший способ сделать это - подвести поле, например, на 90-120 градусов в зависимости от скорости движения, зная, что фактический магнитный поток будет отставать.

Более надежные решения включают PID / feedforward для точного контроля тока, проходящего через каждую фазу. Каждый производитель сервоприводов имеет свой собственный алгоритм, поэтому я уверен, что на переднем крае есть довольно сложные вещи.

Проще говоря, управление вектором потока - это синусоидальное управление током, проходящим к каждой фазе (а не только рабочий цикл ШИМ).

Граница между синусоидальным вектором / потоком довольно расплывчата, поскольку некоторые компании осуществляют расширенный контроль над своими «синусоидальными» приводами (что, по сути, делает их вектором потока). Кроме того, поскольку технически можно назвать практически все, что связано с векторным управлением потоком, качество реализаций может различаться.