À quoi ressemblent les formes d'onde de commutation pour un moteur sans balais?

J'ai vu des formes d'onde pour piloter un moteur sans balais.

Je suppose que c'est la forme d'onde utilisée pour la commutation de bloc plus simple. Mais si je veux faire des formes d'onde sinusoïdales, à quoi ressemble le signal PWM maintenant? Est-il nécessaire de synchroniser soigneusement les bords sur les trois phases?

Le diagramme que vous montrez semble produire un Back-EMF trapézoïdal assez rugueux. Je suppose que les portes qui sont à 100% sont les jambes inférieures du pont d'entraînement motorisé. Je ne peux pas penser à une raison pour laquelle vous voudriez faire ça. En général, vous voulez que la tension de grille de la branche de retour soit le complément de la tension de grille de la branche d'alimentation.

Dans la commutation trapézoïdale en six étapes, vous augmentez généralement le PWM jusqu'à 100%, vous le laissez là pendant un certain temps (~ 30 degrés de rotation électrique), puis vous le redescendez.

En commutation sinusoïdale, le rapport cyclique PWM varie continuellement en valeurs sinusoïdales. Voici un bon diagramme montrant la différence entre l'entraînement sinusoïdal et l'entraînement trapézoïdal PWM et les signaux de phase:

Cette note d'application Fairchild montre le PWM à travers une rotation complète à 360 °:

Il est utile de regarder de près ce qui se passe dans le signal. Ce que vous faites vraiment, c'est de faire varier progressivement le courant dans une onde triangulaire afin qu'il s'accumule lentement dans le stator du moteur. Vous avez plus de contrôle sur cette accumulation si vous conduisez les portes d'alimentation et de retour de manière complémentaire plutôt que de maintenir le bas de la jambe ouvert.

Le calcul d'une onde sinusoïdale est plus intensif en termes de calcul (sauf si vous utilisez une table de recherche) qu'une simple montée, descente, descente. Mais cela produit un lecteur beaucoup plus fluide.

La commutation espace-vecteur demande encore plus de calculs. Et bien qu'il ait plus d'ondulation de couple qu'un entraînement sinusoïdal, il permet une utilisation plus élevée de la tension du bus et est donc plus efficace en termes de puissance.

La tension de phase dans le lecteur vectoriel spatial finit par ressembler à ceci:

Cela se fait en variant le cycle de service PWM dans les trois phases en même temps. Ceci est opposé à avoir une seule phase pilotée comme dans un entraînement à deux quadrants ou à avoir deux phases pilotées dans des paires complémentaires comme dans un entraînement à quatre quadrants.

Il existe une abondante documentation sur la mise en œuvre de la commande de moteur sans balais, mais voici un aperçu.

Pour comprendre les différences entre les formes d'onde de commutation, il est important de comprendre le fonctionnement des moteurs sans balais.

Un moteur triphasé (bipolaire) aura trois bobines autour d'un seul aimant au centre. Le but est d'alimenter les bobines en séquence afin que l'arbre du moteur (et son aimant) tourne.

Il y a deux champs magnétiques qui sont importants ici, le champ du rotor (aimant rotatif) et le champ du stator (bobines statiques):

Nous appelons la direction du champ magnétique son "vecteur de flux" car il sonne super cool. La chose la plus importante à apprendre de cette image est que vous voulez que les deux champs magnétiques soient perpendiculaires l'un à l'autre. Cela maximise l'efficacité et le couple.

Le schéma de commutation le plus stupide est trapézoïdal. En utilisant soit des capteurs à effet Hall, soit des CEM arrière du moteur, il est possible de déterminer si le moteur se trouve dans un nombre discret de positions et d'effectuer un contrôle marche / arrêt sur une ou deux bobines pour diriger le champ magnétique autour du moteur:

Étant donné qu'il peut n'y avoir que six orientations distinctes pour le champ du stator, le vecteur de flux du moteur peut être compris entre 60 et 120 degrés (au lieu des 90 souhaités) et vous obtenez donc une ondulation de couple et une faible efficacité.

Une solution évidente ici est de passer à la commutation sinusoïdale et de simplement lisser la forme d'onde:

Si vous connaissez l'orientation exacte du rotor, vous pouvez simplement faire quelques trig pour calculer le rapport cyclique PWM exact à appliquer à chaque bobine afin de maintenir le vecteur de flux à 90 degrés et bam vous avez un beau vecteur de flux à 90 degrés. (L'orientation du rotor peut être déterminée via un codeur, une interpolation ou une estimation plus avancée telle qu'un filtre de Kalman).

En ce moment, vous vous demandez peut-être comment vous pouvez faire mieux que la commutation sinusoïdale. Le principal défaut de la commutation sinusoïdale est que les sorties sont envoyées directement à PWM. En raison de l'inductance de la bobine, le courant (et donc le vecteur de flux) sera en retard sur les valeurs commandées et lorsque le moteur approche de sa vitesse de pointe, le vecteur de flux sera à 80 ou 70 degrés au lieu de 90.

C'est pourquoi la commutation sinusoïdale a de mauvaises performances à haute vitesse.

Cela nous amène enfin au contrôle vectoriel de flux, qui est un nom donné aux algorithmes de contrôle (souvent propriétaires) qui tentent de garantir que le flux magnétique reste à 90 degrés, même à des vitesses élevées. La façon la plus simple de le faire serait de diriger le champ, par exemple, de 90 à 120 degrés selon la vitesse à laquelle vous allez, sachant que le flux magnétique réel sera en retard.

Des solutions plus robustes impliquent PID / feedforward pour contrôler avec précision le courant traversant chaque phase. Chaque fabricant de servomoteurs a son propre algorithme en interne, donc je suis sûr qu'il y a des trucs assez compliqués à la pointe.

Pour le dire plus simplement, le contrôle vectoriel de flux est un contrôle sinusoïdal du courant allant à chaque phase (au lieu du simple rapport cyclique PWM).

La ligne entre le vecteur sinusoïdal / flux est assez vague car certaines entreprises effectuent un contrôle avancé sur leurs entraînements "sinusoïdaux" (ce qui en fait essentiellement un vecteur flux). De plus, comme vous pouvez techniquement appeler presque tout ce qui concerne le contrôle vectoriel de flux, la qualité des implémentations peut varier.