Hall-anturit, enkooderi, resolver tai anturiton järjestelmä: miten ohjain tietää moottorin asennon

Sähkömoottori toimii parhaiten, jos ohjain välittää virran oikeaan paikkaan, eli roottorin tarkan asennon perusteella. On olemassa neljä pääasiallista tapaa määrittää tämä asento. Nämä menetelmät eivät ole yhtä kalliita, eivätkä ne ole yhtä tarkkoja, eivätkä ne reagoi samalla tavalla pysähdyksiin, korkeisiin nopeuksiin, veteen tai lämpöön.

Miksi asennolla on niin suuri merkitys?

Magneettimoottorin vääntömomentti on suurin, kun kelojen luoma magneettikenttä on 90 asteen sähköisessä kulmassa suhteessa magneettien kenttään. Muutaman asteen virhe heikentää vääntömomenttia hieman; suurempi virhe voi aiheuttaa moottorin nykimistä tai jopa saada sen hidastumaan sen sijaan, että se työntäisi eteenpäin. Oppaamme vektoriohjauksesta selittää tämän mekanismin tarkemmin.

Huomio: Tässä puhutaan sähköisistä asteista. Moninapaisessa moottorissa on useita sähköisiä kierroksia mekaanista kierrosta kohti. Sähköpotkulautamoottorissa, jossa on paljon napoja, pienikin mekaaninen virhe voi johtaa suureen sähköiseen virheeseen.

Hall-anturit

Kolme pientä anturia, jotka on sijoitettu staattoriin, havaitsevat roottorin magneettien liikkeen. Jokainen anturi vaihtelee kahden tilan välillä; yhdessä ne jakavat jokaisen sähköisen kierroksen kuuteen 60 asteen sektorin osaan.

• `Edut: erittäin edullinen, helppo kytkeä (viisi johdinta), sijainti tiedossa myös pysähdyksen aikana, mikä mahdollistaa tasaisen käynnistyksen.`
• Rajoitukset: karkea tarkkuus, herkkyys kosteudelle, lämmölle ja vaurioituneille johdoille.

Tämä on vakio varuste sähköpotkulautojen ja -pyörien moottoreissa. Vektorikäytössä ohjain arvioi moottorin asennon kahden tilanmuutoksen välillä, jotta saadaan jatkuva kulma. Viallinen Hall-anturi aiheuttaa oireita, jotka on kuvattu ohjeessamme "moottorin nykiminen".

Kooderit

Anturi mittaa roottorin kulman tarkasti, usein tuhansilla askelilla kierrosta kohti. Kaksi yleistä anturityyppiä on:

• Magneettikooderit: Pieni siru lukee pienen magneetin asennon, joka on kiinnitetty akselin päähän. Ne ovat kompakteja ja edullisia, ja ne antavat usein absoluuttisen asennon heti virran kytkemisen jälkeen;
• `Inkrementaalikooderit, optiset tai magneettiset: ne laskevat pulsseja ja tarvitsevat referenssin tietääkseen absoluuttisen sijainnin. `

Kooderin avulla vektoriohjauksessa saavutetaan tarkka toiminta sekä pysähdyksestä että maksiminopeuteen. Niitä löytyy moottoripyörien, karting-ajoneuvojen, robottien ja kilpailukalustojen moottoreista. Asennus vaatii huolellisuutta: jos kooderi liukuu akselilla, se vaikuttaa koko ohjaukseen.

Resoluutioanturit

Resolver on pieni, pyörivä muuntaja, joka sijaitsee moottorissa ilman sisäänrakennettua elektroniikkaa. Ohjain syöttää sille vaihtovirtaista signaalia ja lukee kaksi palautesignaalia, joiden perusteella se päättelee kulman.

• **Edut:** Erittäin kestävä lämmölle, tärinälle ja sähköhäiriöille; absoluuttinen asento.
• Rajoitukset: suurempi koko ja korkeampi hinta, vaatii erillisen lukupiirin ohjaimessa.

Tämä on alan standardi anturi sähköautoissa, joissa moottorit kuumenevat voimakkaasti ja pyörivät nopeasti.

Ilman anturia

Ohjain voi myös arvioida sijainnin ilman sensoreita, perustuen siihen, mitä se jo mittaa: jännitteet, joita se syöttää, ja virrat, jotka kulkevat. Laskenta, jota kutsutaan "observaattoriksi", rekonstruoi moottorin tuottaman jännitteen, kun se pyörii, ja sen perusteella se päättelee kulman.

• **Edut:** Ei vaadi erillisiä antureita, joita pitäisi asentaa, kytkeä tai suojata; erittäin tarkka keski- ja suurilla nopeuksilla.
• Rajoitukset: Kun laite on pysähtyneenä, moottori ei tuota jännitettä, joten mittauslaitteella ei ole mitään mitattavaa. Käynnistys raskaalla kuormalla voi olla epätasaisempaa.

Keinut, kuten korkeataajuussignaalin injektointi, mahdollistavat sijainnin arvioinnin jopa pysähdyksessä hyödyntämällä moottorin pientä induktanssin vaihtelua kulman mukaan. Ne toimivat erityisen hyvin, kun moottorilla on selkeä sairaus, kuten sisämagneettimoottoreilla.

Vertailu

Kahden parhaan puolen yhdistelmä

Monet ohjaimet yhdistävät nämä ratkaisut: ne käyttävät Hall-antureita käynnistyksessä ja alhaisilla nopeuksilla, ja siirtyvät sitten anturittomaan arviointiin, kun moottori pyörii riittävän nopeasti. Tämä mahdollistaa pehmeän käynnistyksen ja tarkan ohjauksen korkeilla nopeuksilla. Tämä on tyypillinen tapa, jolla VESC-ohjain toimii sähköpotkulautamoottorilla, ja se määritetään moottorin tunnistuksen aikana.