Для управления бесщеточным двигателем для точной коммутации требуется управляющая электроника. Однако это работает только в том случае, если управляющая электроника всегда «знает» положение ротора. Классически установленные датчики - например, датчики Холла - предоставляют эту информацию. Но есть и другой способ. Методы управления без датчиков напрямую используют информацию о токе и напряжении от двигателя для определения положения ротора. Скорость, которая может использоваться для дополнительного управления скоростью, может быть получена из изменения положения ротора. Более сложные элементы управления без датчиков могут даже контролировать ток (крутящий момент) и положение. Упущение датчиков имеет свои преимущества: снижение затрат и экономия места. Потому что кабели, вилки,но чувствительные электронные схемы также лишние. Контроллеры Maxon без датчиков используют три основных принципа, специально разработанных для двигателей Maxon BLDC.
Картинная галерея
ЭДС метод с пересечением нуля
Метод ЭДС пересечения нуля использует индуцированное напряжение (или ЭДС) в обесточенной фазе для коммутации блоков. Пересечение нуля происходит в середине интервала коммутации. Временная задержка до следующей точки коммутации может быть оценена из предыдущих шагов коммутации.
Метод ЭДС с пересечением нуля работает только на достаточно высокой скорости - ЭДС исчезает, когда двигатель остановлен. Запуск двигателя требует особого процесса запуска, аналогичного управлению шаговым двигателем, и должен устанавливаться отдельно. Фактическая коммутация без датчика возможна только при скоростях двигателя 500-1000 оборотов в минуту. Частота шагов коммутации используется для контроля скорости. Динамика ограничена из-за ограниченной информации обратной связи, но может быть улучшена путем интеграции методов оценки в алгоритм управления (наблюдатель, фильтр Калмана …). Однако метод ЭДС пересечения нуля также имеет свои преимущества. В основном это работает со всеми типами бесщеточных двигателей. Он надежен, экономичен и используется во многих стандартных продуктах,как в модуле Maxon-ESCON 50/4 EC-S.
Пользователь встречает промышленные редукторы Как механический компонент, редуктор является элементарным элементом в трансмиссии. Как правильно выбрать коробку передач и как интеграция работает без ошибок, показано на нашей встрече с промышленными коробками передач.
Дополнительная информация: встреча пользователей промышленных редукторов
Метод ЭДС, основанный на наблюдателе
Методы ЭДС, основанные на наблюдателе или модели, используют информацию из тока двигателя для определения положения ротора и скорости. Модельный подход приводит к гораздо более высокому разрешению положения ротора. Это делает возможным синусоидальную коммутацию (или FOC, ориентированное на поле управление) со всеми ее преимуществами: более высокая эффективность, меньший нагрев, меньше вибраций и шумов. Тем не менее, для наблюдателя необходим метод ЭДС, минимальная скорость в несколько сотен мин -1, чтобы работать хорошо.
Методы, основанные на магнитной анизотропии, определяют положение ротора по индуктивности двигателя, которая минимальна, если магнитные потоки статора и ротора параллельны в выводе.
Методы магнитной анизотропии
Для этого используются короткие импульсы тока, но они не вызывают движения двигателя. По сравнению с методами, основанными на ЭДС, этот метод также работает в состоянии покоя или на очень низких скоростях и допускает синус-коммутацию. Измеренные сигналы сильно зависят от типа двигателя. Определение положения ротора основано на модели двигателя, которая должна быть параметризована и адаптирована для каждого двигателя. Поэтому контроллеры, основанные на магнитной анизотропии, являются высокоспецифичными продуктами - просто «включай и работай» невозможно. Вычислительные усилия для оценки положения ротора ограничивают максимально возможные скорости.
Почему без датчика?
В приложениях, чувствительных к цене, использование двигателей без датчиков может снизить затраты. Датчики Холла, энкодеры, кабели и вилки больше не нужны. Типичные области применения в этой области - это вентиляторы, насосы, сканеры, фрезы, дрели и другие высокоскоростные приложения с довольно низкими характеристиками управления и там, где контролируемый запуск не является критичным. В случае больших количеств целесообразно адаптировать контроллер на основе ЭМП для удовлетворения требований заказчика.
Экономия средств - не единственная причина, по которой стоит выбрать контроль без датчиков. Такие приложения, как приводы дверей или велосипедов, требуют высокого качества управления. Важно плавное управление двигателем с нулевой скоростью, но также высокая динамика и синусоидальная коммутация, чтобы избежать шума. Все это должно быть достигнуто без использования дорогого кодера. В последние годы были созданы высококачественные безсенсорные элементы управления на основе метода анизотропии. Например, новый высокопроизводительный элемент управления без датчика (HPSC) от Maxon (см. Вставку). Инженерные усилия по адаптации параметров модели, однако, оправданы только от нескольких сотен штук.
Книга «Практическое руководство по проектированию привода» помогает в выборе основных компонентов систем электропривода: двигателя, коробки передач, привода, сетевого питания и их дополнительных компонентов. Расчет также ведется интенсивно.
Также выгодно в суровых условиях
Бессенсорное управление также может быть необходимо в ситуациях, когда следует избегать чувствительной электроники датчика на двигателе. Подумайте о применении при очень высоких или низких температурах окружающей среды, методах очистки и стерилизации в медицинской среде, а также об ионизирующем излучении в космосе, на атомных станциях или в медицине. Уменьшенное количество соединений двигателя упрощает интеграцию в ограниченном пространстве.
Требуемое качество контроля варьируется в зависимости от применения. Какой метод без датчика подходит лучше, зависит от каждого конкретного случая - например, высокая скорость в ручных стоматологических устройствах для сверления и шлифования, или, скорее, низкие скорости и контролируемые моменты затяжки для фиксации винтов в хирургии.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРАМ Участники базового семинара «Сервоприводы» изучают основы оптимальной параметризации сервоприводов и управления и регулирования функций в контроллерах движения.
Дополнительная информация
Дополнительная информация о контроллерах без датчиков от Maxon
Новая разработка от Maxon - это модуль 24/5 HPSC (высокопроизводительное бессенсорное управление), платформа, состоящая из аппаратного обеспечения и специализированного программного обеспечения. HPSC - это всегда индивидуальное решение и, следовательно, не каталог продукции. Особенность этой разработки: в состоянии покоя и при низкой скорости используется только технология управления, основанная на магнитной анизотропии (принцип 3). Затем на более высоких скоростях происходит плавный переход к основанному на наблюдателе методу ЭДС (принцип 2). Прошивка модуля согласована для каждой системы привода. Используя специальный процесс настройки, более 120 параметров автоматически адаптируются к «отпечаткам пальцев» каждого двигателя. Примером использования HPSC является ручной инструмент для медицинской области, недавно разработанный Maxon. Модуль Escon 50/4 EC-S - единственный контроллер без датчиков от Maxon, который указан в каталоге продукции (коммутация блоков с использованием метода ЭДС с определением пересечения нуля). Бессенсорный контроллер 24/1 является альтернативой самым маленьким ЕС-двигателям (диаметром до 10 мм), но не указан в каталоге или интернет-магазине.
Три веские причины для технологии
Существуют три основные причины отсутствия контроля датчиков: экономия затрат, экономия места и неблагоприятная среда для датчиков. Метод ЭДС с определением пересечения нуля широко используется в чувствительных к затратам приложениях, работающих на высоких скоростях. Бессенсорное управление из состояния покоя и на низких скоростях требует более сложных методов. Усилия для реализации больше и включают в себя моделирование и параметризацию. Экономия средств имеет второстепенное значение. Полевое управление обеспечивает более высокую эффективность и меньший нагрев, а также более низкий уровень вибрации и шума. Это все преимущества, которые особенно важны в медицинских портативных устройствах. (Уд)
Ганновер Мессе 2019: зал 15, стенд D09
Мехатронный привод
От двигателя до системы привода
КПД
Как повысить эффективность компонентов привода
Обновление: Ганновер Мессе 2019
Все, что вам нужно знать о Hannover Messe 2019
* * Урс Кафадер является руководителем технической подготовки в Maxon Motor.