600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Часто задаваемые вопросы: Что такое синусоидальная коммутация для двигателей постоянного тока?

Преобразователи частоты

Хотя форма обратной ЭДС бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) теоретически трапециевидна, в действительности индуктивность в двигателе сглаживает обратную ЭДС до более синусоидальной формы. Вот почему двигатели BLDC могут использовать либо трапециевидные или методы синусоидальной коммутации. Хотя трапециевидная коммутация является более простым из двух методов, она создает значительную пульсацию крутящего момента на каждом шаге коммутации (каждые 60 градусов). Синусоидальная коммутация устраняет пульсации крутящего момента, присущие трапециевидной коммутации, и обеспечивает плавное движение и точное управление двигателем.

Основная предпосылка синусоидальной коммутации заключается в обеспечении каждой из обмоток двигателя токами, которые изменяются синусоидально при вращении двигателя. Токи сдвинуты по фазе на 120 градусов, чтобы соответствовать ориентации обмоток статора. Вектор текущего пространства имеет постоянную величину и всегда ортогональен ротору. (Напомним, что максимальный крутящий момент создается, когда магнитные поля статора и ротора ортогональны друг другу или расположены под углом 90 градусов.) Ключом к достижению синусоидальной коммутации является возможность точного определения положения ротора. Поскольку устройства Холла обеспечивают лишь приблизительное измерение положения ротора, для получения информации о положении ротора обычно используется энкодер.

В зависимости от положения ротора создаются две синусоидальные формы сигнала, сдвинутые по фазе друг от друга на 120 градусов. Умножение этих сигналов на команду крутящего момента приводит к получению амплитуд, пропорциональных желаемому крутящему моменту. Эти команды подаются на контроллер, который регулирует ток в обмотках двигателя. Согласно с Действующий закон Кирхгофа, сумма трех токов должна быть равна нулю, поэтому ток в третьей обмотке двигателя является отрицательной суммой первых двух (для поддержания нулевой суммы трех) и, следовательно, не может управляться напрямую.

Чтобы понять, как это работает, давайте посмотрим на уравнение крутящего момента для трехфазного двигателя:

T = Kt * [IA * Грех(θ) + ЯB * Грех(θ +120) + IC * Грех(θ +240)]

Где:

T = крутящий момент

Kt = постоянный крутящий момент

ЯA, яB, яC = фазные токи

θ = электрический угол вала

Потому что фазные токи синусоидальны:

ЯA = M * Sin(θ)

ЯB = M * Sin(θ+120)

ЯC = M * Sin(θ+240)

Где EM = команда тока двигателя относительно угла θ

Подставляя, мы получаем:

T = Kt * M * [(sin2(θ) + грех2(θ+120) + грех2(I+240)]

Решение тригонометрических функций* дает нам:

T = Kt * M * 1,5 * [sin2(θ) + cos2(I.)]

С без2(θ) + cos2(i) = 1, уравнение упрощается до:

T = 1,5 * Кт * М

Это показывает, что крутящий момент не зависит от угла поворота вала, что устраняет пульсацию крутящего момента.

Тригонометрия для решения этого уравнения становится довольно сложной, но если вас интересует полный вывод, ознакомьтесь с приложением А к этому Примечание по применениюот Galil Motion Control.

Недостатком синусоидальной коммутации является то, что она становится неэффективной на высоких скоростях. Чем быстрее вращается двигатель, тем выше частота синусоидальных сигналов, и контроллерам трудно отслеживать эти высокочастотные сигналы. Более высокие частоты вращения двигателя также приводят к увеличению обратной ЭДС как по амплитуде, так и по частоте, что затрудняет преодоление двигателя.

Оба эти условия приводят к нарушениям в контуре управления током и вызывают запаздывание по фазе и ошибки в токах. Результатом является то, что пространственный вектор тока отклоняется от идеального (ортогонального) положения относительно ротора, и при заданной величине тока создается меньший крутящий момент.