Snímače Hall, enkodér, resolver alebo bez snímačov: ako ovládač vie, v akej polohe sa nachádza motor

Motor s permanentnými magnetmi funguje správne len vtedy, ak riadiaca jednotka posiela prúd na správne miesto, t. j. v závislosti od presnej polohy rotora. Existujú štyri hlavné spôsoby, ako zistiť túto polohu. Každý z nich má inú cenu, inú presnosť a inak reaguje na zastavenie, vysokú rýchlosť, vodu alebo teplo.

Prečo je poloha tak dôležitá?

Krútiaci moment motora s permanentnými magnetmi je maximálny, keďže magnetické pole vytvárané vinutiami je o 90° elektrických stupňov posunuté oproti poli magnetov. Chyba v tomto posunutí o niekoľko stupňov znižuje krútiaci moment; väčšia chyba môže spôsobiť, že motor začne vibrovať, alebo dokonca brzdí namiesto toho, aby poháňal. Náš sprievodca o vektorovej regulácii (FOC) podrobne vysvetľuje tento mechanizmus.

Pozor: tu sa rozprávame o stupňoch elektrických. Motor s viacerými pármi pólov vykonáva viacero elektrických otáčok na jednu mechanickú otáčku. Pri motore zabudovanom v koleso skútra, ktorý má veľa pólov, aj malá mechanická chyba sa prejaví ako veľká elektrická chyba.

Senzory s Hallovým efektom

Tri malé senzory, umiestnené v statore, detekujú prechod magnetov rotora. Každý senzor prepína medzi dvoma stavmi; dohromady rozdelujú každú elektrickú otáčku na šesť sektorov, pričom každý sektor má 60 stupňov.

• Výhody: veľmi nízka cena, jednoduché zapojenie (päť vodičov), známa poloha aj v zastavenom stave, čo zabezpečuje hladký štart.
• `Obmedzenia: hrubá presnosť, citlivosť na vlhkosť, teplo a poškodené káble.`

Toto je štandardné vybavenie motorov pre skútre a bicykle. V režime vektorového riadenia, ovládač interpoluje polohu medzi dvoma zmenami stavu, aby dosiahol plynulý uhol. Chybný Hallov senzor môže spôsobiť príznaky popísané v našom sprievodci motora, ktorý "škube".

Kódovače

Encoder meria uhol rotora s vysokou presnosťou, často s tisíckami krokov na otáčku. Existujú dve bežné kategórie:

• magnetické snímače polohy : čip číta orientáciu malého magnetu umiestneného na konci hriadeľa. Sú kompaktné a lacné, a často poskytujú absolútnu polohu pri zapnutí
• `inkrementálne snímače polohy`, optické alebo magnetické: počítajú impulzy a potrebujú referenčnú hodnotu na určenie absolútnej polohy.

S použitím enkodéra je vektorové riadenie presné od zastavenia až po maximálnu rýchlosť. Enkodéry sa nachádzajú na motoroch motocyklov, kartov, robotov a na závodných strojoch. Vyžadujú starostlivú montáž: ak sa enkodér posúva po hriadeli, posunie sa celá riadiaca jednotka.

Rozpínače

Rozpätový snímač je malý, rotujúci transformátor, ktorý sa nachádza v motore a neobsahuje žiadnu elektroniku. Regulátor ho napája striedavým signálom a číta dva spätné signály, na základe ktorých odvodzuje uhol.

• Výhody: Veľmi odolný voči teplu, vibráciám a elektrickým rušeniam; absolútna poloha.
• `Obmedzenia: je objemnejší a drahší, a vyžaduje si špeciálny čitateľský obvod v ovládači.`

Je to referenčný senzor pre elektromobily, kde motory dosahujú vysoké teploty a otáčky.

Bez senzora

Ovládač môže tiež odhadnúť polohu bez použitia akýchkoľvek senzorov, na základe údajov, ktoré už meria: napätia, ktoré aplikuje, a prúdy, ktoré pretekajú. Výpočet, ktorý sa nazýva pozorvátor, rekonštruuje napätie produkované motorom počas otáčania a na základe toho odvodí uhol.

• Výhody: Žiadne senzory, ktoré by bolo potrebné umiestňovať, káblovať alebo chrániť; veľmi presné pri stredných a vysokých rýchlostiach.
• Obmedzenia: Pri zastavení motor nevytvára žiadne napätie, takže merač nič nezaznamená. Spustenie motora zaťaženej situácie nie je také plynulé.

Pokročilé techniky, ako je vstrekovanie signálu s vysokou frekvenciou, umožňujú odhadnúť polohu aj v stoji, a to využitím malých rozdielov v indukčnosti motora v závislosti od uhla. Fungujú najlepšie, keď má motor výraznú saivanciu, ako napríklad motory s vnútornými magnetmi.

Porovnanie

Najlepšie z oboch svetov

Mnoho ovládačov kombinuje tieto riešenia: používajú Hallové senzory pri štarte a pri nízkej rýchlosti, a potom prechádzajú na odhad bez senzorov, ako soon ako sa motor dostatočne roztočí. Dosahuje sa tak hladký štart a presné ovládanie pri vysokej rýchlosti. Toto je bežný spôsob fungovania ovládača VESC na motore elektrickej kolobežky, ktorý sa nastavuje počas detekcie motora.