Moottoriohjain sisältää: kolifaasisen siltaan, transistoreita ja virranmittauslaitteen

Ulkoisesti ohjain on kotelo, jossa on paksuja johtoja toisella puolella, ohuempia toisella ja jäähdytyslevy. Sisällä on kaksi erillistä osaa: teho-osa, joka käsittelee satoja ampeereita, ja ohjausosa, joka laskee, mitä tehon tulisi tehdä. Tämä opas avaa kotelon, eikä käsittele mitään tiettyä tuotetta.

Kolivaiheinen silta

Jokainen moottorin vaihe on kytketty kahteen kytkimeen: toinen akun positiiviseen napaan ("yläkytkin") ja toinen negatiiviseen napaan ("alakytkin"). Kolme vaihetta, joten kuusi kytkintä: tämä on kolmivaiheinen silta, eli invertteri.

Yhden vaiheen yläkytkimen sulkemalla vaihe yhdistetään positiiviseen napaan; alakitkimen sulkemalla negatiiviseen napaan. Vaihtamalla nopeasti näiden kahden välillä, käyttäen muuttuvaa aikasuhtetta, saadaan keskimäärin mikä tahansa jännite nollasta akun jännitteeseen. Tätä tekniikkaa kutsutaan pulssinleveysmodulaatioksi (MLI, tai PWM englanniksi). Moottorin kelat tasoittavat näitä pulsseja, ja niissä kulkeva virta muuttuu lähes sinimuotoiseksi.

Älä koskaan sulje molempia kytkimiä samanaikaisesti samasta vaiheesta: se aiheuttaisi suoran oikosulun akulta.

Tehovahvistimet

Sähköpotkulautoissa, -pyörissä tai kevyissä moottoripyörissä käytettävissä ohjaimissa kytkimet ovat yleensä MOSFET-transistoreita. Suljettuna tila on kuin hyvin pieni vastus; avattuna tila estää akun jännitteen. Sähköautoissa, joissa on korkeampia jännitteitä, käytetään yleensä IGBT-transistoreita tai piikarbiditransistoreita.

Jotta virran kulku olisi suurempi, usein sijoitetaan useita transistoreja rinnakkain jokaiseen kytkentäkohtaan. Niiden maksimijännitteen on oltava huomattavasti suurempi kuin akun täysi jännite, jotta ne kestävät jännitepiikit jokaisen kytkennän ja jarrutuksen aikana.

Mistä lämpö johtuu?

Transistori lämpenee kahdella tavalla:

• johtavassa tilassa : virta kulkee sen läpi olevan pienen vastuksen. Tämä häviö kasvaa virran neliön mukaisesti: virran kaksinkertaistaminen nelinkertaistaa lämmön;
• kytkennässä: Lyhyen ajan, jonka kuluessa se siirtyy avoimesta tilaan suljettuun, se kestää sekä jännitettä että virtaa. Mitä useammin kytkentä tapahtuu, sitä merkittävämpi tämä häviö on.

Siksi ohjain, jonka tiedot lupaavat erittäin suuren virran, toimii vain muutaman sekunnin, jos sitä ei ole jäähdytetty riittävästi.

Ohjausjärjestelmät ja seisonta-ajat

MOSFET-transistori ohjataan sen portilla, jota on ladattava ja purettava erittäin nopeasti, jotta se kytkeytyy kunnolla. Mikrokontrollerilla ei ole riittävästi tehoa suorittaa tätä suoraan: erikoispiirit, eli porttiohjaimet, hoitavat tämän tehtävän. Ne hallitsevat myös yläkytkintä, jonka jännite "vaihtelee" vaiheen mukana.

Avausviiveen ja toisen kytkimen sulkeutumisviiveen välillä on lyhyt aika, jolloin molemmat ovat auki: tämä on kuollut aika. Jos se on liian lyhyt, se voi aiheuttaa oikosulun siirtymävaiheessa; jos se on liian pitkä, se vääristää jännitettä ja lisää häviöitä. Sen säätö riippuu transistoreista ja niiden ohjauspiireistä.

Virran mittaus

Pour la commande vectorielle comme pour les protections, le contrôleur doit connaître précisément le courant dans les phases. Deux méthodes dominent :

• shuntit : erittäin pieniä, tarkkoja vastuksia, jotka on sijoitettu virtapiirin reitille, ja joiden pientä jännitettä mitataan;
• Hall-anturit, jotka mittaavat virran luomaa magneettikenttää ilman, että ne ovat virran kulkureitillä, ovat yleisempiä suurilla virroilla.

Mittauksen on oltava tehty oikealla hetkellä katkaisusyklin aikana, kaukana kytkentähetkistä, jolloin se voisi häiriintyä.

Bussin kondensaattorit

Kytkentäpiiri ottaa akulta virran pulssimaisesti, katkaisutaajuudella. Liian pitkät ja liian induktiiviset akunkytkentäjohdot eivät pysty toimittamaan näitä pulsseja. Akun lähellä olevat kondensaattorit toimivat varastona: ne syöttävät virran piikkejä ja tasoittavat akun näkemää virtaa. Ne lämpenevät myös, ja niiden valinta vaikuttaa ohjaimen käyttöikään.

Myös heidän takiaan korkeajännitteinen ohjain tarvitsee esilatauspiirin tai kipinöinnin estävän liittimen: kun laite kytketään, tyhjät kondensaattorit aiheuttavat äkillisen suuren virran.

Ohjausjärjestelmä

Mikrokontrolleri ohjaa moottoria jokaisessa syklissä: se lukee virrat, laskee roottorin asennon, säätää toimintaa ja generoi ohjauskäskyt moottoriohjainpiirille. Sen ympärillä on:

• moottorin antureiden, kaasuttimen ja jarrun ohjaussignaalit;
• Yhteydet näyttöön, toiseen ohjaimeen tai säätöohjelmaan;
• Akun jännitteen ja lämpötilojen (transistorit ja usein moottori) mittaukset;
• Matala jännite otetaan akusta sähköjärjestelmän ja mahdollisesti lisävarusteiden käyttöön.

Suojukset

Jäähdytys on todellinen rajoittava tekijä ohjaimelle

Transistorit on asennettu pintaan, joka johtaa niiden lämpöä koteloon ja edelleen ilmaan tai runkoon. Tämän lämmönjohtokyvyn laatu määrittää sen, kuinka paljon virtaa ohjain voi pitkällä aikavälillä siirtää. Kahdella samankaltaisella transistorilla varustetulla ohjaimella voi olla hyvin erilaiset suorituskyvyt riippuen niiden lämmönhallintasuunnittelusta ja kiinnityksestä laitteeseen.