Hall სენსორები, ენკოდერი, რეზოლვერი თუ სენსორის გარეშე: როგორ იგებს კონტროლერი ძრავის პოზიციას
მაგნიტური ძრავა კარგად მუშაობს მხოლოდ მაშინ, როდესაც კონტროლერი დენს სწორ ადგილას აგზავნის, ანუ როტორის ზუსტი პოზიციის მიხედვით. ამ პოზიციის გასაგებად ოთხი ძირითადი გზა არსებობს. მათ აქვთ განსხვავებული ფასი, სიზუსტე და რეაქცია გაჩერებისას, მაღალი სიჩქარისას, წყლის ან სიცხის ზემოქმედებისას.
ძირითადი ინფორმაცია
- Hall სენსორები: მარტივი და იაფი, ისინი პოზიციას განსაზღვრავენ 60° ელექტრული ნაბიჯებით, რაც საკმარისია თავდაჯერებული სტარტისთვის.
- ენკოდერი: ზუსტი და უწყვეტი პოზიცია, იდეალურია ვექტორული მართვისთვის ყველა სიჩქარეზე.
- რეზოლვერი: ძალიან გამძლეა სიცხისა და ვიბრაციის მიმართ, ავტომობილების არჩევანი.
- სენსორის გარეშე (sensorless): პოზიცია გამოითვლება ძაბვისა და დენის მიხედვით; იდეალურია მოძრაობისას, უფრო რთულია გაჩერებისას.
რატომ არის პოზიცია ასე მნიშვნელოვანი
მაგნიტური ძრავის ბრუნვის მომენტი მაქსიმალურია, როდესაც ხვეულების მიერ შექმნილი ველი მაგნიტების ველის მიმართ 90° ელექტრულ კუთხეზეა. რამდენიმე გრადუსიანი შეცდომა იწვევს ბრუნვის მომენტის მცირე დანაკარგს; დიდი შეცდომა იწვევს ძრავის წყვეტილ მუშაობას, ან თუნდაც დამუხრუჭებას წინსვლის ნაცვლად. ჩვენი გზამკვლევი ვექტორული მართვის შესახებ დეტალურად აღწერს ამ მექანიზმს.
ყურადღება: აქ საუბარია ელექტრულ გრადუსებზე. ძრავას, რომელსაც აქვს რამდენიმე წყვილი პოლუსი, აქვს რამდენიმე ელექტრული ბრუნი ერთ მექანიკურ ბრუნზე. სკუტერის ჰაბ-ძრავაში, რომელსაც ბევრი პოლუსი აქვს, მცირე მექანიკური შეცდომა ხდება დიდი ელექტრული შეცდომა.
Hall ეფექტის სენსორები
სამი პატარა სენსორი, რომელიც მოთავსებულია სტატორში, აღმოაჩენს როტორის მაგნიტების გავლას. თითოეული მათგანი გადაირთვება ორ მდგომარეობას შორის; სამივე ერთად ყოფს თითოეულ ელექტრულ ბრუნს ექვს 60°-იან სექტორად.
- უპირატესობები: ძალიან იაფი, მარტივი დასაკავშირებელი (ხუთი სადენი), პოზიცია ცნობილია გაჩერების დროსაც, შესაბამისად სტარტი არის თავდაჯერებული.
- შეზღუდვები: უხეში სიზუსტე, მგრძნობიარეა ტენიანობის, სიცხისა და დაზიანებული სადენების მიმართ.
ეს არის სკუტერისა და ველოსიპედის ძრავების სტანდარტული აღჭურვილობა. ვექტორული მართვისას, კონტროლერი ახდენს პოზიციის ინტერპოლაციას მდგომარეობის ორ ცვლილებას შორის, რათა მიიღოს უწყვეტი კუთხე. გაუმართავი Hall სენსორი იწვევს სიმპტომებს, რომლებიც აღწერილია ჩვენს გზამკვლევში ძრავის წყვეტილი მუშაობის შესახებ.
ენკოდერები
ენკოდერი ზომავს როტორის კუთხეს ზუსტად, ხშირად ათასობით ნაბიჯით თითო ბრუნზე. ორი ოჯახი არის გავრცელებული:
- მაგნიტური ენკოდერები: ჩიპი კითხულობს ლილვის ბოლოში დამაგრებული პატარა მაგნიტის ორიენტაციას. კომპაქტური და იაფი, ისინი ხშირად იძლევიან აბსოლუტურ პოზიციას ჩართვისთანავე;
- ინკრემენტული ენკოდერები, ოპტიკური ან მაგნიტური: ისინი ითვლიან იმპულსებს და სჭირდებათ მითითება აბსოლუტური პოზიციის გასაგებად.
ენკოდერით, ვექტორული მართვა ზუსტია გაჩერებიდან მაქსიმალურ სიჩქარემდე. მათ ვხვდებით მოტოციკლების, კარტინგების, რობოტებისა და სატურნირო მანქანების ძრავებზე. ისინი საჭიროებენ ფრთხილ მონტაჟს: ენკოდერი, რომელიც სრიალებს ლილვზე, ცვლის მთელ მართვის სისტემას.
რეზოლვერები
რეზოლვერი არის პატარა მბრუნავი ტრანსფორმატორი, ძრავში ელექტრონიკის გარეშე. კონტროლერი მას კვებავს ალტერნატიული სიგნალით და კითხულობს ორ უკუკავშირის სიგნალს, საიდანაც გამოაქვს კუთხე.
- უპირატესობები: ძალიან გამძლეა სიცხის, ვიბრაციისა და ელექტრული ჩარევების მიმართ; აბსოლუტური პოზიცია.
- შეზღუდვები: უფრო მოცულობითი და ძვირი, საჭიროებს სპეციალურ საკითხავ წრედს კონტროლერში.
ეს არის ელექტრომობილების საცნობარო სენსორი, სადაც ძრავები ძლიერად ცხელდება და სწრაფად ბრუნავს.
სენსორის გარეშე (sensorless)
კონტროლერს ასევე შეუძლია პოზიციის შეფასება ყოველგვარი სენსორის გარეშე, იმის საფუძველზე, რასაც ის უკვე ზომავს: ძაბვა, რომელსაც ის აწვდის და დენი, რომელიც ცირკულირებს. გამოთვლა, რომელსაც ეწოდება დამკვირვებელი (observer), აღადგენს ძრავის მიერ ბრუნვისას წარმოქმნილ ძაბვას და მისგან გამოაქვს კუთხე.
- უპირატესობები: არ არის საჭირო სენსორის განთავსება, დაკავშირება ან დაცვა; ძალიან ზუსტია საშუალო და მაღალ სიჩქარეზე.
- შეზღუდვები: გაჩერებისას ძრავა არ გამოიმუშავებს ძაბვას, ამიტომ დამკვირვებელს არაფერი აქვს გასაზომი. მძიმე დატვირთვის ქვეშ სტარტი ნაკლებად თავდაჯერებულია.
მოწინავე ტექნიკა, როგორიცაა მაღალი სიხშირის სიგნალის ინექცია, საშუალებას იძლევა შეფასდეს პოზიცია გაჩერების დროსაც, ძრავის ინდუქციურობის მცირე განსხვავებების გამოყენებით კუთხის მიხედვით. ისინი მით უკეთ მუშაობენ, რაც უფრო მეტად აქვს ძრავას გამოკვეთილი სალიენტობა, როგორიცაა შიდა მაგნიტების მქონე ძრავები.
შედარება
| Hall | ენკოდერი | რეზოლვერი | სენსორის გარეშე | |
|---|---|---|---|---|
| სიზუსტე | დაბალი (60° ელექტრული) | მაღალი | მაღალი | მაღალი მოძრაობისას |
| გაჩერებისას | დიახ | დიახ | დიახ | რთულია |
| გამძლეობა | საშუალო | საშუალოდან კარგამდე | შესანიშნავი | არაფერია გასაფუჭებელი |
| ღირებულება | ძალიან დაბალი | დაბალიდან საშუალომდე | მაღალი | ნულოვანი |
| ტიპიური გამოყენება | სკუტერი, ველოსიპედი | მოტოციკლი, კარტინგი, რობოტი, რბოლა | ავტომობილი | დრონები, ვენტილატორები, ტუმბოები |
ორივე სამყაროს საუკეთესო მხარე
ბევრი კონტროლერი აერთიანებს გადაწყვეტილებებს: ისინი იყენებენ Hall სენსორებს სტარტზე და დაბალ სიჩქარეზე, შემდეგ კი გადადიან სენსორის გარეშე შეფასებაზე, როგორც კი ძრავა საკმარისად სწრაფად ბრუნავს. ჩვენ ვიღებთ თავდაჯერებულ სტარტს და ზუსტ მართვას მაღალ სიჩქარეზე. ეს არის VESC კონტროლერის ჩვეულებრივი მუშაობის პრინციპი სკუტერის ძრავზე, რომელიც რეგულირდება ძრავის დეტექციის დროს.
ხშირად დასმული კითხვები
შესაძლებელია თუ არა სკუტერის ძრავზე ენკოდერის დამატება?
ეს რთულია ჰაბ-ძრავზე: ღერძი ფიქსირებულია და ბრუნავს რგოლი, რაც ართულებს კლასიკური ენკოდერის დაყენებას. Hall სენსორები, სენსორის გარეშე შეფასებასთან ერთად მოძრაობისას, უკვე იძლევა ძალიან კარგ შედეგებს.
რატომ იწყებს ჩემი ძრავა ცუდად მუშაობას Hall სენსორების გარეშე?
რადგან გაჩერებისას ძრავა არ გამოიმუშავებს ძაბვას: კონტროლერს არ შეუძლია მისი პოზიციის გამოთვლა. მან უნდა აბრუნოს ის ცოტათი "ბრმად", რათა იპოვოს პოზიცია, რაც იწვევს ყოყმანით სტარტს დატვირთვის ქვეშ.
შეიძლება თუ არა Hall სენსორი აირიოს?
ის შეიძლება გაუარესდეს სიცხის ან ტენიანობის გამო, ან გადაადგილდეს, თუ წებო დაზიანდება. სენსორი, რომელიც არასწორ დროს ირთვება, იწვევს ხმაურიან, ნაკლებად ეფექტურ და გადახურებულ ძრავას.