Brezsenzorsko krmiljenje: kako opazovalec ugane položaj motorja

Veliko krmilnikov zna krmiliti motor brez kakršnih koli senzorjev položaja: govorimo o krmiljenju brez senzorjev oziroma »sensorless«. Krmilnik nato na podlagi tistega, kar že meri, ves čas izračunava, kje se nahaja rotor. Ta izračun se imenuje opazovalec. Ta vodnik pojasnjuje njegovo načelo, prednosti in omejitve.

Načelo: poslušanje dinama

Motor z magneti, ki se vrti, je generator: proizvaja napetost, protielektromotorno silo, ki je sorazmerna njegovi hitrosti in usmerjena glede na položaj magnetov. Če poznamo to napetost, poznamo kot rotorja.

Krmilnik je ne more izmeriti neposredno, ker sam napaja motor. Vendar pozna napetost, ki jo dovaja, in meri tok. Dovedena napetost se porazdeli na tri dele:

• padca napetosti v upornosti navitij, ki je sorazmeren s tokom;
• delež, ki ga absorbira induktivnost in je sorazmeren s spremembami toka;
• protielektromotorno silo, tisto, kar iščemo.

Če od dovedene napetosti odštejemo prva dva dela, ostane tretji. To je celotno delo opazovalca.

Pretočni opazovalec

Razširjena metoda temelji na magnetnem pretoku in ne na napetosti. Z integracijo dovedene napetosti v času, zmanjšane za padec v upornosti, dobimo celotni pretok, ki ga vidijo navitja. Z odstranitvijo dela zaradi toka (induktivnost pomnožena s tokom) ostane pretok magnetov, katerega smer določa kot rotorja.

Integracija ima pomanjkljivost: najmanjša napaka se kopiči in povzroči odklon rezultata. Sodobni opazovalci to nenehno popravljajo s tem, da zahtevajo, da amplituda ocenjenega pretoka ostane enaka znanemu pretoku magnetov. Zato zaznavanje motorja meri ta pretok.

Druga stopnja, pogosto zanka za sledenje fazi (PLL), zgladi dobljeni kot in iz njega izpelje hitrost.

Kar ga zede

• Upornost, ki se spreminja s toploto: vroč baker se bolj upira. Slaba poznana upornost napačno oceni stanje, zlasti pri nizki hitrosti, kjer je protielektromotorna sila šibka. Oglejte si naš vodnik o segrevanju motorja.
• Slabo izmerjena induktivnost: napaka narašča s tokom in hitrostjo spreminjanja toka.
• Magneti, ki oslabijo, ko se segrejejo: dejanski pretok odstopa od znanega pretoka.
• Nepopolne meritve: zamik tokovnih senzorjev, dejansko dovedena napetost se razlikuje od nastavljene vrednosti zaradi mrtvega časa.

Omejitev mirovanja

Ob mirovanju motor ne proizvaja nobene napetosti: opazovalec nima česa opazovati. Pri zelo majhni hitrosti je signal tako šibek, da prevladujejo napake. Zato lahko motor brez senzorjev pri zagonu pod obremenitvijo okleva ali trese, čeprav ko enkrat steče, deluje popolnoma gladko.

Obstajajo tri rešitve:

• zagon v odprti zanki: krmilnik polje vrti na slepo, dokler motor ne doseže hitrosti, pri kateri opazovalec prevzame nadzor;
• visokofrekvenčno vbrizgavanje: krmilnik doda majhen hiter signal in opazuje, kako se induktivnost motorja spreminja s kotom. To deluje ob mirovanju, zlasti pri motorjih z izrazito izrazitostjo, kot so motorji z notranjimi magneti;
• Hallovi senzorji ob zagonu, nato prehod na opazovalca med vožnjo: to je najpogostejša rešitev na skirojih. Oglejte si naš vodnik o senzorjih položaja.

Zakaj je delovanje brez senzorjev tako priljubljeno

• Nobenih senzorjev ni treba namestiti, ožičiti ali zaščititi pred vodo in vročino.
• Ocena je pogosto natančnejša kot pri Hallovih senzorjih, takoj ko se motor začne vrteti.
• Varnostna rešitev, ko se senzor med vožnjo pokvari.