چالش های کنترل بدون سنسور برای موتورهای براشلس DC چیست؟

سلام! به‌عنوان تامین‌کننده موتورهای بدون جاروبک DC، من تجربیات خود را در مورد انواع مسائل فنی داشته‌ام. یکی از موضوعاتی که همیشه مطرح می شود، چالش های کنترل بدون سنسور برای موتورهای براشلس DC است. بنابراین، فکر کردم که بینش هایی را در مورد این موضوع پیچیده به اشتراک بگذارم.

درک کنترل بدون سنسور

بیایید با اصول اولیه شروع کنیم. کنترل بدون سنسور در موتور بدون جاروبک DC روشی است که به موتور اجازه می دهد بدون نیاز به حسگرهای فیزیکی مانند سنسورهای اثر هال کار کند. این سنسورها معمولاً برای تشخیص موقعیت روتور استفاده می شوند. هنگامی که بدون سنسور حرکت می کنید، به تکنیک های دیگری برای تعیین محل قرارگیری روتور تکیه می کنید که برای عملکرد صحیح موتور بسیار مهم است.

از جنبه مثبت، بدون حسگر بودن مزایای خود را دارد. هزینه موتور را کاهش می دهد زیرا نیازی به نصب سنسور ندارید. همچنین موتور را قابل اطمینان تر می کند زیرا قطعات کمتری وجود دارد که ممکن است خراب شود. بعلاوه، می تواند جمع و جورتر باشد، که برای کاربردهایی که فضا کم است، عالی است.

اما مسئله اینجاست - همه چیز آفتاب و رنگین کمان نیست. چندین چالش در ارتباط با کنترل بدون حسگر وجود دارد که باید در مورد آنها صحبت کنیم.

چالش های راه اندازی

یکی از اولین موانعی که در کنترل بدون حسگر با آن روبرو هستیم، فرآیند راه اندازی است. در یک موتور برس، راه اندازی آن نسبتاً ساده است. اما با استفاده از یک موتور براشلس DC با استفاده از کنترل بدون سنسور، کمی سردرد است.

مشکل این است که در هنگام راه اندازی، نیروی الکتروموتور برگشتی (back - EMF) که اغلب برای تشخیص موقعیت روتور استفاده می شود، بسیار کم یا حتی صفر است. برگشت - EMF ولتاژی است که از چرخش میدان مغناطیسی روتور موتور که از سیم پیچ های استاتور عبور می کند، ایجاد می شود. بدون یک روش قابل اعتماد برای اندازه گیری پشت - EMF، تعیین دقیق موقعیت روتور دشوار است.

برای غلبه بر این، ما اغلب از روش های راه اندازی حلقه باز استفاده می کنیم. در راه اندازی حلقه باز، موتور با یک توالی ثابت از پالس های ولتاژ هدایت می شود. این باعث حرکت روتور می شود، اما خیلی دقیق نیست. این خطر وجود دارد که موتور به آرامی روشن نشود یا حتی از کار بیفتد. و اگر شرایط بار در هنگام راه اندازی تغییر کند، می تواند همه چیز را حتی بیشتر از بین ببرد.

چالش های عملیات کم سرعت

حتی پس از اینکه موتور با موفقیت راه اندازی شد، عملکرد با سرعت پایین یکی دیگر از مواردی است که کنترل بدون سنسور در آن مشکل دارد. در سرعت های کم، پشت - EMF هنوز نسبتا کوچک است. و همانطور که همه ما می دانیم، یک سیگنال کوچک بیشتر تحت تأثیر نویز و تداخل قرار می گیرد.

نویز می تواند از منابع مختلفی مانند تداخل الکترومغناطیسی از دیگر اجزای سیستم یا نویز الکتریکی در منبع تغذیه باشد. این صدا می تواند اندازه گیری دقیق EMF و تعیین موقعیت روتور را دشوار کند.

برای مقابله با این، باید از الگوریتم های پیشرفته پردازش سیگنال استفاده کنیم. این الگوریتم‌ها سعی می‌کنند نویز را فیلتر کرده و سیگنال EMF را افزایش دهند. اما حتی با بهترین الگوریتم‌ها، هنوز هم دستیابی به اطلاعات دقیق موقعیت روتور در سرعت‌های پایین یک چالش است. و بدون اطلاعات دقیق موقعیت، موتور ممکن است به طور کارآمد عمل نکند، و ممکن است موج گشتاور را تجربه کند، که یک تغییر ناخواسته در خروجی گشتاور موتور است.

چالش های عملیاتی با سرعت بالا

از طرف دیگر، عملیات با سرعت بالا نیز مجموعه ای از مشکلات خود را ایجاد می کند. در سرعت های بالا، پشت - EMF بزرگ است، اما فاصله زمانی بین صفر - عبور از پشت - EMF (که برای تعیین موقعیت روتور استفاده می شود) بسیار کوتاه است.

این فاصله زمانی کوتاه به این معنی است که سیستم کنترل باید برای تشخیص دقیق و پردازش گذرگاه های صفر بسیار سریع باشد. اگر سیستم کنترل نتواند ادامه دهد، می تواند منجر به تخمین نادرست موقعیت روتور شود. و هنگامی که موقعیت روتور به اشتباه تخمین زده شود، عملکرد موتور می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد. ممکن است مسائلی مانند جریان بیش از حد، گرمایش بیش از حد و کاهش راندمان وجود داشته باشد.

چالش دیگر در سرعت های بالا تاثیر اندوکتانس موتور است. اندوکتانس سیم‌پیچ‌های استاتور می‌تواند باعث تغییر فاز بین جریان و ولتاژ شود که می‌تواند تخمین موقعیت روتور را پیچیده‌تر کند.

چالش های تغییر بار

در کاربردهای دنیای واقعی، بار روی یک موتور بدون جاروبک DC می‌تواند بسیار متفاوت باشد. و تغییرات بار یک سردرد بزرگ برای سیستم های کنترل بدون حسگر است.

هنگامی که بار روی موتور تغییر می کند، جریان، سرعت و گشتاور موتور نیز تغییر می کند. این تغییرات می تواند بر سیگنال پشت - EMF تأثیر بگذارد و تعیین دقیق موقعیت روتور را دشوارتر می کند.

به عنوان مثال، اگر بار به طور ناگهانی افزایش یابد، سرعت موتور کاهش می یابد، و عقب - EMF نیز کاهش می یابد. همانطور که قبلاً در مورد آن صحبت کردیم، این می تواند سیگنال پشت - EMF را مستعد نویز کند. و اگر سیستم کنترل نتواند به سرعت با این تغییرات سازگار شود، ممکن است موتور شروع به رفتار نامنظم کند.

برای مدیریت تغییرات بار، به الگوریتم‌های کنترلی نیاز داریم که بتوانند در زمان واقعی وفق دهند. این الگوریتم ها باید بتوانند سیگنال های درایو موتور را بر اساس تغییر شرایط بار تنظیم کنند. اما توسعه چنین الگوریتم‌هایی کار ساده‌ای نیست، زیرا به درک عمیقی از دینامیک موتور و محیط کار نیاز دارد.

جبران غیر ایده آل ها

موتورهای براشلس DC کامل نیستند. ایده‌آل‌هایی مانند مقاومت استاتور، خواص مغناطیسی غیرخطی، و تحمل‌های ساخت وجود دارند که می‌توانند بر کنترل بدون حسگر تأثیر بگذارند.

مقاومت استاتور می تواند باعث افت ولتاژ شود که می تواند سیگنال پشت - EMF را مخدوش کند. و خواص مغناطیسی غیرخطی هسته موتور می تواند منجر به تغییرات در شکل موج پشت - EMF شود. تلورانس‌های ساخت، مانند تفاوت در پیچ‌های سیم‌پیچ یا قدرت میدان مغناطیسی نیز می‌تواند باعث ایجاد خطا در تخمین موقعیت روتور شود.

برای جبران این غیر ایده آل ها، باید از تکنیک های کالیبراسیون استفاده کنیم. این تکنیک‌ها شامل اندازه‌گیری ویژگی‌های موتور در شرایط عملیاتی مختلف و تنظیم الگوریتم‌های کنترل بر این اساس است. اما کالیبراسیون فرآیندی زمان بر است و باید با دقت انجام شود تا از نتایج دقیق اطمینان حاصل شود.

راه حل ها و پیشنهادات ما

در شرکت ما، برای غلبه بر این چالش ها سخت کار کرده ایم. ما الگوریتم‌های کنترلی پیشرفته‌ای را توسعه داده‌ایم که می‌توانند مسائل مربوط به راه‌اندازی، سرعت کم، سرعت بالا و تغییرات بار را به طور مؤثرتری مدیریت کنند. مهندسان ما به طور مداوم در حال تحقیق و آزمایش روش های جدید برای بهبود دقت تخمین موقعیت روتور هستند.

ما همچنین طیف گسترده ای از موتورهای براشلس DC را ارائه می دهیم، از جملهموتور 24 ولت براشلس DC-کارخانهوموتور 220 ولت براشلس DC-کارخانه. این موتورها طوری طراحی شده اند که با سیستم های کنترل بدون سنسور ما به خوبی کار کنند. اگر شما به طور خاص به دنبال یکموتور 220 ولت براشلس DC، ما شما را نیز تحت پوشش قرار داده ایم.

بیایید کسب و کار صحبت کنیم

اگر در بازار موتورهای براشلس DC هستید و به راه حل های کنترل بدون سنسور علاقه مند هستید، مایلیم با شما گپ بزنیم. چه در حال کار بر روی یک پروژه در مقیاس کوچک یا یک برنامه صنعتی در مقیاس بزرگ باشید، ما می توانیم محصولات و پشتیبانی فنی مناسب را برای شما ارائه دهیم. با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خاص خود صحبت کنید و ببینید چگونه می توانیم به شما در غلبه بر چالش های کنترل بدون حسگر کمک کنیم.

مراجع

• Krause، PC، Wasynczuk، O.، و Sudhoff، SD (2013). تجزیه و تحلیل ماشین آلات الکتریکی و سیستم های محرکه. وایلی.
• بولتون، دبلیو (2006). مکاترونیک: سیستم های کنترل الکترونیکی در مهندسی مکانیک و برق. نیونز.