HFI en VESC: arrancar un motor sin sensores a velocidad cero
Sin sensores, un controlador FOC adivina la posición del rotor a partir de la tensión que el motor produce al girar. En parado, no hay tensión que leer: por eso un arranque sin sensores a veces duda, especialmente bajo carga. El HFI (High Frequency Injection, inyección de alta frecuencia) evita el problema: el controlador envía pequeños impulsos de tensión al motor y deduce la posición del rotor a partir de cómo reacciona la corriente. Aún así, el motor debe ser apto para ello.
Lo esencial
- El HFI se selecciona en Motor Settings, FOC, General, parámetro Sensor Mode.
- Solo funciona en motores cuya inductancia varía con la posición del rotor (lo que se denomina saliencia).
- Existen varias variantes: HFI, VSS y versiones llamadas silenciosas.
- El HFI solo actúa a baja velocidad; por encima, el observador sin sensores clásico toma el relevo.
- En un motor equipado con sensores Hall en buen estado, los sensores siguen siendo la solución más sencilla.
El problema del arranque sin sensores
En funcionamiento sin sensores, VESC utiliza un observador: un cálculo que estima la posición del rotor a partir de las tensiones y corrientes, basándose en la fuerza contraelectromotriz, la tensión que el motor genera al girar. Esta tensión es proporcional a la velocidad: en parado, es nula y el observador no tiene nada que observar. El arranque se realiza entonces en bucle abierto, imponiendo un campo giratorio, lo que funciona en vacío pero puede provocar tirones o un arranque vacilante bajo carga. Nuestra guía sobre el observador sin sensores detalla este mecanismo.
El principio del HFI
En muchos motores, la inductancia no es la misma según se mida en el eje de los imanes (eje D) o a 90 grados (eje Q). Esta diferencia, llamada saliencia, existe sobre todo en los motores de imanes interiores. Al inyectar una pequeña tensión alterna de alta frecuencia y medir la corriente resultante, el controlador localiza dónde se encuentra el eje de menor inductancia, y por tanto el rotor, incluso en parado.
Una dificultad persiste: esta medición no distingue el polo norte del polo sur. El HFI puede equivocarse en 180 grados eléctricos y el motor arrancaría al revés. Por tanto, hay que resolver esta ambigüedad en el arranque, explotando la saturación magnética del hierro: este es el papel del ajuste HFI Ambiguity Resolve Mode.
VESC Tool almacena la saliencia medida en el parámetro Motor Inductance Difference (Lq - Ld). Su ayuda precisa que el comando measure_ind del terminal la mide, ya que el asistente de detección clásico aún no la muestra. Una diferencia muy pequeña anuncia un HFI difícil.
Las variantes propuestas
| Sensor Mode | Principio según la ayuda de VESC Tool |
|---|---|
| HFI | Sigue la posición hasta velocidad cero mediante inyección de impulsos de tensión; requiere una diferencia suficiente entre Ld y Lq |
| VSS | Vedder Sensorless Start: utiliza el HFI solo en el arranque para encontrar la posición inicial, luego deja que el observador siga; puede ayudar a motores con poca saliencia |
| 45 Deg V0V7 HFI (Silent) | Variante silenciosa si la frecuencia de conmutación es lo suficientemente alta, más estable bajo carga fuerte; requiere una inductancia bien medida y shunts en las fases |
| 45 Deg V0 HFI | Mismo principio, medición en un solo vector |
| Coupled V0V7 HFI (Silent) | Inyecta en el eje D y mide en el eje Q; menos sensible al error de inductancia, menos bueno bajo carga fuerte |
| Coupled V0 HFI | Mismo principio, medición en un solo vector |
El modo HFI original produce un silbido audible: es la inyección en sí misma. Las variantes silenciosas lo eliminan cuando el hardware lo permite.
Los ajustes de la pestaña HFI
En Motor Settings, FOC, la pestaña HFI agrupa:
- Sensorless ERPM HFI: la velocidad eléctrica por debajo de la cual se utiliza el HFI; por encima, el observador clásico toma el relevo.
- HFI Start Voltage: la tensión inyectada en el arranque para resolver la ambigüedad; debe crear suficiente corriente para que aparezca la saturación.
- HFI Run Voltage y HFI Max Voltage: la tensión inyectada en funcionamiento, que aumenta de la primera a la segunda con la corriente del motor. Más tensión ayuda al seguimiento, pero genera más ruido y pérdidas.
- HFI Samples: el número de mediciones por vuelta eléctrica (8, 16 o 32).
- HFI Start Samples: el número de mediciones en el arranque; durante este tiempo, el acelerador no actúa.
- HFI Ambiguity Resolve Mode: Six Vectors (el método antiguo, rápido, adaptado a la mayoría de motores de aeromodelismo), Id Single Pulse o Id Double Pulse (impulso de corriente en el eje D, más fiable en rotores grandes de hierro). Los modos de impulso utilizan HFI Ambiguity Resolve Current.
- HFI Observer Override Time: un corto periodo donde el observador mantiene el control en la transición, para evitar idas y venidas entre los dos métodos.
¿Y en un motor de patinete?
Los motores-rueda de patinete suelen tener imanes pegados en la superficie del rotor. Estos motores generalmente tienen poca saliencia, lo que hace que el HFI sea incierto. Nuestra guía sobre los motores de imanes interiores y de superficie explica la diferencia. Sin embargo, casi siempre tienen sensores Hall, que proporcionan un arranque franco sin ajustes delicados. El HFI se justifica sobre todo cuando no hay sensores, cuando los sensores son una fuente de averías (cables expuestos, humedad), o en motores de imanes interiores. Para comparar las soluciones, consulte nuestra guía sobre los sensores de posición.
El método para probar
- Realice una detección FOC limpia, sin sensores, y verifique que el motor gira bien a velocidad media.
- Mida la saliencia con measure_ind en el terminal.
- Con la rueda levantada, elija VSS o HFI en Sensor Mode y pruebe arranques a baja corriente.
- Si el motor a veces arranca al revés, trabaje en HFI Ambiguity Resolve Mode y HFI Start Voltage.
- Aumente la carga progresivamente: es bajo par fuerte, a baja velocidad, donde el HFI pierde más fácilmente la posición.
El consejo del taller
Un arranque que sale al revés o que da tirones bajo carga es peligroso en un vehículo. No adopte el HFI hasta después de decenas de arranques exitosos con la rueda levantada y luego a baja velocidad, bajo carga. Si sus sensores Hall funcionan, repárelos en lugar de sustituirlos por HFI. Para una reparación del cableado entre motores y controladores, consulte nuestro servicio de entrega Plug & Play de motores a controladores, o la mano de obra por hora (https://rage-mechanics.com/es/nuestros-productos/1529-mano-de-obra-30-minutos.html).
Preguntas frecuentes
¿Funciona el HFI en todos los motores?
No. Exige una diferencia de inductancia entre los ejes D y Q. Los motores de imanes en superficie a menudo tienen poca; VSS puede ayudar a algunos de ellos a arrancar.
¿Por qué mi motor silba con el HFI?
Es la inyección de tensión de alta frecuencia. Los modos silenciosos reducen este ruido, siempre que el hardware los soporte, especialmente shunts en las fases.
¿El motor a veces arranca al revés, qué ajustar?
Es la ambigüedad de 180 grados. Pruebe otro HFI Ambiguity Resolve Mode, o una HFI Start Voltage más alta para hacer aparecer la saturación.
¿El HFI sustituye a los sensores Hall?
Puede, en un motor que sea apto. En la mayoría de los motores de patinete, unos sensores Hall en buen estado siguen siendo más sencillos y robustos.
¿El HFI consume energía?
Sí, un poco: la inyección crea pérdidas. Por eso la tensión inyectada es ajustable y por eso el HFI se detiene por encima de Sensorless ERPM HFI.