HFI στο VESC: εκκίνηση κινητήρα χωρίς αισθητήρες σε μηδενική ταχύτητα
Χωρίς αισθητήρες, ένας ελεγκτής FOC μαντεύει τη θέση του δρομέα από την τάση που παράγει ο κινητήρας καθώς περιστρέφεται. Στην ακινησία, δεν υπάρχει τάση για ανάγνωση: γι' αυτό η εκκίνηση χωρίς αισθητήρες μερικές φορές διστάζει, ειδικά υπό φορτίο. Το HFI (High Frequency Injection, έγχυση υψηλής συχνότητας) παρακάμπτει το πρόβλημα: ο ελεγκτής στέλνει μικρούς παλμούς τάσης στον κινητήρα και συμπεραίνει τη θέση του δρομέα από τον τρόπο με τον οποίο αντιδρά το ρεύματα. Ακόμα πρέπει ο κινητήρας να είναι κατάλληλος.
Τα βασικά
- Το HFI επιλέγεται στο Motor Settings, FOC, General, παράμετρος Sensor Mode.
- Λειτουργεί μόνο σε κινητήρες των οποίων η επαγωγική αντίσταση ποικίλλει ανάλογα με τη θέση του δρομέα (ονομάζεται προεξοχή/salience).
- Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές: HFI, VSS, και οι λεγόμενες αθόρυβες εκδόσεις.
- Το HFI δρα μόνο σε χαμηλή ταχύτητα· πέραν αυτού, ο κλασικός παρατηρητής χωρίς αισθητήρες αναλαμβάνει.
- Σε κινητήρα εξοπλισμένο με αισθητήρες Hall σε καλή κατάσταση, οι αισθητήρες παραμένουν η απλούστερη λύση.
Το πρόβλημα της εκκίνησης χωρίς αισθητήρες
Σε λειτουργία χωρίς αισθητήρες, το VESC χρησιμοποιεί έναν παρατηρητή: έναν υπολογισμό που εκτιμά τη θέση του δρομέα από τις τάσεις και τα ρεύματα, βασιζόμενος στην ηλεκτροκινητική δύναμη, την τάση που παράγει ο κινητήρας καθώς περιστρέφεται. Αυτή η τάση είναι ανάλογη της ταχύτητας: στην ακινησία, είναι μηδενική και ο παρατηρητής δεν έχει τίποτα να παρατηρήσει. Η εκκίνηση γίνεται τότε σε ανοιχτό βρόχο, επιβάλλοντας ένα περιστρεφόμενο πεδία, το οποίο λειτουργεί χωρίς φορτίο αλλά μπορεί να προκαλέσει τινάγματα ή διστάζουσα εκκίνηση υπό φορτίο. Ο οδηγός μας για τον παρατηρητή χωρίς αισθητήρες αναλύει αυτόν τον μηχανισμό.
Η αρχή του HFI
Σε πολλούς κινητήρες, η επαγωγική αντίσταση δεν είναι η ίδια ανάλογα με το αν μετράται στον άξονα των μαγνητών (άξονας D) ή στις 90 μοίρες (άξονας Q). Αυτή η διαφορά, που ονομάζεται προεξοχή, υπάρχει κυρίως σε κινητήρες με εσωτερικούς μαγνήτες. Με την έγχυση μιας μικρής εναλλακτικής τάσης υψηλής συχνότητας και τη μέτρηση του ρεύματος που προκύπτει, ο ελεγκτής εντοπίζει πού βρίσκεται ο άξονας της χαμηλότερης επαγωγικής αντίστασης, άρα και ο δρομέας, ακόμη και στην ακινησία.
Μια δυσκολία παραμένει: αυτή η μέτρηση δεν διακρίνει τον βόρειο πόλο από τον νότιο πόλο. Το HFI μπορεί να κάνει λάθος κατά 180 ηλεκτρικές μοίρες, και ο κινητήρας να ξεκινήσει ανάποδα. Επομένως, αυτή η ασάφεια πρέπει να λυθεί κατά την εκκίνηση, αξιοποιώντας τον μαγνητικό κορεσμό του σιδήρου: αυτός είναι ο ρόλος της ρύθμισης HFI Ambiguity Resolve Mode.
Το VESC Tool αποθηκεύει τη μετρούμενη προεξοχή στην παράμετρο Motor Inductance Difference (Lq - Ld). Η βοήθειά του διευκρινίζει ότι η εντολή measure_ind του τερματικού τη μετρά, καθώς ο κλασικός οδηγός ανίχνευσης δεν την εμφανίζει ακόμη. Μια πολύ μικρή διαφορά προαναγγέλλει ένα δύσκολο HFI.
Οι προτεινόμενες παραλλαγές
| Sensor Mode | Αρχή σύμφωνα με τη βοήθεια του VESC Tool |
|---|---|
| HFI | Παρακολουθεί τη θέση μέχρι τη μηδενική ταχύτητα με έγχυση παλμών τάσης· απαιτεί επαρκή διαφορά μεταξύ Ld και Lq |
| VSS | Vedder Sensorless Start: χρησιμοποιεί το HFI ακριβώς στην εκκίνηση για να βρει την αρχική θέση, στη συνέχεια αφήνει τον παρατηρητή να παρακολουθεί· μπορεί να βοηθήσει κινητήρες με χαμηλή προεξοχή |
| 45 Deg V0V7 HFI (Silent) | Αθόρυβη παραλλαγή εάν η συχνότητα μεταγωγής είναι αρκετά υψηλή, πιο σταθερή υπό υψηλό φορτίο· απαιτεί καλά μετρημένη επαγωγική αντίσταση και διακλαδωτές (shunts) στις φάσεις |
| 45 Deg V0 HFI | Ίδια αρχή, μέτρηση σε ένα μόνο διάνυσμα |
| Coupled V0V7 HFI (Silent) | Εγχέει στον άξονα D και μετρά στον άξονα Q· λιγότερο ευαίσθητη σε σφάλματα επαγωγικής αντίστασης, λιγότερο καλή υπό υψηλό φορτίο |
| Coupled V0 HFI | Ίδια αρχή, μέτρηση σε ένα μόνο διάνυσμα |
Η αρχική λειτουργία HFI παράγει έναν ακουστικό συριγμό: πρόκειται για την ίδια την έγχυση. Οι αθόρυβες παραλλαγές τον εξαλείφουν όταν το υλικό το επιτρέπει.
Οι ρυθμίσεις της καρτέλας HFI
Στο Motor Settings, FOC, η καρτέλα HFI ομαδοποιεί:
- Sensorless ERPM HFI: η ηλεκτρική ταχύτητα κάτω από την οποία χρησιμοποιείται το HFI· επάνω, ο κλασικός παρατηρητής αναλαμβάνει.
- HFI Start Voltage: η τάση που εγχέεται κατά την εκκίνηση για την επίλυση της ασάφειας· πρέπει να δημιουργήσει αρκετό ρεύμα για να εμφανιστεί ο κορεσμός.
- HFI Run Voltage και HFI Max Voltage: η τάση που εγχέεται κατά τη λειτουργία, η οποία αυξάνεται από την πρώτη στη δεύτερη με το ρεύμα του κινητήρα. Περισσότερη τάση βοηθά την παρακολούθηση, αλλά παράγει περισσότερο θόρυβο και απώλειες.
- HFI Samples: ο αριθμός μετρήσεων ανά ηλεκτρική περιστροφή (8, 16 ή 32).
- HFI Start Samples: ο αριθμός μετρήσεων κατά την εκκίνηση· κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το γκάζι δεν δρα.
- HFI Ambiguity Resolve Mode: Six Vectors (η παλιά μέθοδος, γρήγορη, κατάλληλη για τους περισσότερους κινητήρες μοντελισμού), Id Single Pulse ή Id Double Pulse (παλμός ρεύματος στον άξονα D, πιο αξιόπιστος σε μεγάλους δρομείς σιδήρου). Οι λειτουργίες παλμών χρησιμοποιούν το HFI Ambiguity Resolve Current.
- HFI Observer Override Time: μια σύντομη περίοδος κατά την οποία ο παρατηρητής διατηρεί τον έλεγχο κατά τη μετάβαση, για να αποφευχθούν οι εναλλαγές μεταξύ των δύο μεθόδων.
Και σε έναν κινητήρα πατινιού;
Οι κινητήρες-τροχοί πατινιών έχουν τις περισσότερες φορές μαγνήτες κολλημένους στην επιφάνεια του δρομέα. Αυτοί οι κινητήρες έχουν γενικά μικρή προεξοχή, γεγονός που καθιστά το HFI αβεβαιό. Ο οδηγός μας για τους κινητήρες με εσωτερικούς και επιφανειακούς μαγνήτες εξηγεί τη διαφορά. Ωστόσο, σχεδόν πάντα διαθέτουν αισθητήρες Hall, οι οποίοι παρέχουν καθαρή εκκίνηση χωρίς ευαίσθητες ρυθμίσεις. Το HFI δικαιολογείται κυρίως όταν δεν υπάρχει αισθητήρας, όταν οι αισθητήρες αποτελούν πηγή βλαβών (εκτεθειμένα καλώδια, υγρασία) ή σε κινητήρες με εσωτερικούς μαγνήτες. Για να συγκρίνετε τις λύσεις, δείτε τον οδηγό μας για τους αισθητήρες θέσης.
Η μέθοδος δοκιμής
- Κάντε μια καθαρή ανίχνευση FOC, χωρίς αισθητήρες, και βεβαιωθείτε ότι ο κινητήρας περιστρέφεται καλά σε μέτρια ταχύτητα.
- Μετρήστε την προεξοχή με το measure_ind στο τερματικό.
- Με σηκωμένο τον τροχό, επιλέξτε VSS ή HFI στο Sensor Mode και δοκιμάστε εκκινήσεις με χαμηλό ρεύμα.
- Εάν ο κινητήρας ξεκινά μερικές φορές ανάποδα, εργαστείτε στο HFI Ambiguity Resolve Mode και το HFI Start Voltage.
- Αυξήστε το φορτίο σταδιακά: υπό υψηλή ροπή, σε χαμηλή ταχύτητα, το HFI χάνει ευκολότερα τη θέση.
Η συμβουλή του συνεργείου
Μια εκκίνηση που ξεκινά ανάποδα ή τινάζεται υπό φορτίο είναι επικίνδυνη σε ένα όχημα. Μην υιοθετείτε το HFI παρά μόνο μετά από δεκάδες επιτυχημένες εκκινήσεις με σηκωμένο τροχό και στη συνέχεια σε χαμηλή ταχύτητα, υπό φορτίο. Εάν οι αισθητήρες Hall σας λειτουργούν, επισκευάστε τους αντί να τους αντικαταστήσετε με HFI. Για την επισκευή της καλωδίωσης μεταξύ κινητήρων και ελεγκτών, δείτε την υπηρεσία μας παράδοσης Plug & Play κινητήρων σε ελεγκτές, ή την ωριαία εργασία (https://rage-mechanics.com/el/ta-proionta-mas/1529-ergasia-30-lepton.html).
Συχνές ερωτήσεις
Λειτουργεί το HFI σε όλους τους κινητήρες;
Όχι. Απαιτεί διαφορά επαγωγικής αντίστασης μεταξύ των αξόνων D και Q. Οι κινητήρες με επιφανειακούς μαγνήτες συχνά έχουν μικρή· το VSS μπορεί να βοηθήσει μερικούς από αυτούς να ξεκινήσουν.
Γιατί ο κινητήρας μου σφυρίζει με το HFI;
Πρόκειται για την έγχυση τάσης υψηλής συχνότητας. Οι αθόρυβες λειτουργίες μειώνουν αυτόν τον θόρυβο, με την προϋπόθεση ότι το υλικό τις υποστηρίζει, ιδίως οι διακλαδωτές (shunts) στις φάσεις.
Ο κινητήρας ξεκινά μερικές φορές ανάποδα, τι να ρυθμίσω;
Πρόκειται για την ασάφεια των 180 μοιρών. Δοκιμάστε μια άλλη λειτουργία HFI Ambiguity Resolve Mode, ή μια υψηλότερη HFI Start Voltage για να εμφανιστεί ο κορεσμός.
Αντικαθιστά το HFI τους αισθητήρες Hall;
Μπορεί, σε έναν κατάλληλο κινητήρα. Στους περισσότερους κινητήρες πατινιών, οι αισθητήρες Hall σε καλή κατάσταση παραμένουν απλούστεροι και πιο ανθεκτικοί.
Καταναλώνει ενέργεια το HFI;
Ναι, λίγη: η έγχυση δημιουργεί απώλειες. Γι' αυτό η εγχυόμενη τάση είναι ρυθμιζόμενη και γι' αυτό το HFI σταματά πάνω από το Sensorless ERPM HFI.