Перейти к содержанию

Бездатчиковое управление BLDC

Бесколлекторный двигатель можно коммутировать и без датчиков Холла. Положение ротора тогда узнают по самому двигателю — по противо-ЭДС на обмотке, которая в данный момент не подключена.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Бездатчиковое управление (sensorless control) бесколлекторным двигателем — шестиступенчатая коммутация, при которой положение ротора определяют не датчиками Холла, а по противо-ЭДС на обмотке, которая в текущем шаге не подключена к питанию. Метод убирает три датчика и их провода, но работает только тогда, когда двигатель уже вращается.

Переход через ноль

На каждом шаге шестиступенчатой коммутации одна обмотка подключена к плюсу, вторая к минусу, третья свободна. Microchip в AN1160 показывает, что ЭДС свободной фазы колеблется вокруг половины напряжения питания, и момент, когда она пересекает уровень VBUS/2, приходится ровно на середину шага:

СобытиеЭлектрические градусы
Длительность одного шага60°
От коммутации до перехода ЭДС через ноль30°
От перехода через ноль до следующей коммутации30°

Поэтому контроллер измеряет интервал между переходами, вычисляет скорость и планирует следующую коммутацию через половину этого интервала. Уровень сравнения берут от половины напряжения шины или от виртуальной нейтрали из трёх резисторов (AN970); помехи от ШИМ подавляют фильтром — в AN1160 это цифровой фильтр по большинству.

Запуск

Амплитуда ЭДС пропорциональна скорости, частота — механической скорости, умноженной на число пар полюсов. На месте ЭДС нет, поэтому двигатель запускают в разомкнутом режиме: выставляют ротор (в AN1160 — 200 мс), разгоняют по линейной программе и переключаются на обратную связь по ЭДС, когда её уже можно надёжно измерить. Минимальную скорость, на которой это возможно, AN885 предлагает считать по постоянной противо-ЭДС двигателя.

Плюсы и минусы

Без датчиков двигатель проще и дешевле, а AN885 отмечает удобство в пыльной и масляной среде, где датчики Холла приходится чистить. Ограничения тоже названы прямо: нужна минимальная скорость, а резкое изменение нагрузки может сорвать синхронизацию.

Частые вопросы

Почему бездатчиковый двигатель плохо стартует под нагрузкой?

Противо-ЭДС пропорциональна скорости, и на месте её нет совсем. AN885 и AN1160 поэтому запускают двигатель вслепую: ротор выставляют в известное положение (в AN1160 ровно 200 мс), затем разгоняют по заданной программе и только потом переходят на коммутацию по ЭДС. Если нагрузка мешает разгону, ротор не успевает за полем и запуск срывается.

Где брать нулевой уровень для сравнения ЭДС?

В AN970 описаны два способа: сравнивать напряжение свободной фазы с половиной напряжения шины питания или с виртуальной нейтралью — точкой соединения трёх резисторов, подключённых к выводам фаз. AN1160 использует АЦП и цифровой фильтр по большинству вместо аналогового ФНЧ.

Когда всё-таки нужны датчики Холла?

Когда нужен полный момент с места и работа на очень малых скоростях, а также при резких изменениях нагрузки: AN1160 прямо называет минимальную скорость и срыв синхронизации при скачке нагрузки недостатками бездатчикового метода.

Источники

  1. Microchip. AN1160 Sensorless BLDC Control with Back-EMF Filtering Using a Majority Function, DS01160B (2008–2012) — без датчиков положения коммутируют по противо-ЭДС на неподключённой обмотке; недостатки: нужна минимальная скорость для достаточной ЭДС, резкие изменения нагрузки срывают синхронизацию; амплитуда ЭДС пропорциональна скорости, частота — механической скорости, умноженной на число пар полюсов; ЭДС фазы центрирована на половине напряжения питания, переход через VBUS/2 происходит через 30 электрических градусов после прошлой коммутации и за 30° до следующей; скорость считают по интервалу между переходами; фильтр по большинству (majority function) вместо аналогового ФНЧ; запуск: выставление ротора ровно 200 мс, затем линейный разгон с заданной длительностью, конечной скоростью и скважностью
  2. Microchip. AN885 Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals, DS00885A (2003) — разд. Sensorless Control: на каждом шаге одна обмотка подключена к плюсу, другая к минусу, третья свободна; сигнал датчика Холла меняется при переходе ЭДС через ноль, на практике есть задержка, которую компенсирует микроконтроллер; на очень малой скорости ЭДС мала, двигатель запускают в разомкнутом режиме и переходят на ЭДС, когда она достаточна; минимальную скорость считают по постоянной противо-ЭДС; без датчиков проще конструкция, удобно в пыльной и масляной среде
  3. Microchip. AN970 Using the PIC18F2431 for Sensorless BLDC Motor Control, DS00970A (2005) — сравнение ЭДС с половиной напряжения шины компараторами или с виртуальной нейтралью, собранной из резисторной сети

Нашли ошибку?

Смотрите также