Îmbunătățirea acurateței controlului motorului a devenit necesară datorită electrificării masive a consumatorilor industriali și casnici, dar și a transportului auto. Servodirecția electronică, sistemul automat de frânare, sistemul electronic de control al stabilității, conducerea automată - toate dispozitivele electrice ale sistemelor listate necesită un control foarte precis, deoarece siguranța și eficiența întregii mașini depind direct de acestea.
În această lucrare vom analiza problemele de măsurare a curentului de fază al mașinilor electrice folosind diferite tehnici și dispozitive. Vom încerca, de asemenea, să analizăm modul în care îmbunătățirea eficienței controlului motorului poate fi îmbunătățită prin îmbunătățirea măsurării curentului de fază.
De ce măsurarea curentului este atât de importantă pentru sistemul de comandă electrică?
Măsurătorile curentului în circuitul motorului sunt efectuate din două motive principale:
- Protecție împotriva scurtcircuitului;
- Construirea unui algoritm pentru controlul unei mașini electrice;
De asemenea, este important feedbackul asupra curentului și pentru monitorizarea supraîncărcărilor curente din lanț care depășesc limita și timpul admisibil, ceea ce permite identificarea și repararea unei defecțiuni în sistem. Un astfel de sistem este utilizat pentru a identifica starea de blocare a arborelui motor, diagnosticarea parametrilor mașinii și alte funcții. Dacă se detectează o stare de suprasarcină curentă, sistemul de control automat poate lua măsuri pentru a preveni eventualele deteriorări. Schemele unor astfel de protecții pot fi foarte diferite, de la cele primitive la sistemele automate de control complexe.
Microcontrolerul care controlează motorul utilizează în principal valorile curente ale mașinii pentru a calcula cuplul sau viteza de rotație a arborelui. Dar calculul vitezei este cel mai adesea bazat pe feedback-ul vitezei.
Controlul motorului în trei faze
În acest articol, principala atenție va fi acordată măsurătorilor în dispozitivele trifazate. Datorită tehnologiei moderne, motoarele supape (BLDC) sunt utilizate pe scară largă. Ei au un sistem complex de control și susțin patru metode de măsurare a curentului:
- Pe partea pozitivă a terminalului DC;
- Pe partea terminal negativă a legăturii DC;
- Etapa de fază în circuitul PWM al regulatorului;
- Curentul de fază în circuitul motorului;
Acest lucru este prezentat în figura de mai jos:
Măsurătorile privind mărimea curentului pe partea polului pozitiv al tensiunii DC sunt utilizate în general numai pentru detectarea defecțiunilor în circuitul motorului. Mărimea tensiunii DC va depinde în mod direct de puterea mașinii electrice, ceea ce o poate face prea mare pentru unele dispozitive de măsură simple. În plus, curentul măsurat în acest mod va fi total pentru toate cele trei faze.
Măsurarea mărimii curentului pe partea polar negativă a tensiunii DC este folosită de obicei numai pentru detectarea defecțiunilor în circuit. Pe baza circuitului, tensiunea pe acest senzor ar trebui să fie zero, ceea ce va extinde în mod semnificativ gama de dispozitive care pot fi utilizate pentru această măsurătoare. Ca și în cazul polului pozitiv, această locație a senzorului de curent nu poate măsura curentul unei faze a mașinii. Pentru ao măsura, trebuie să implementați algoritmi complexe în microcontroler, ceea ce va duce la o scădere a performanței totale a sistemului.
Prin măsurarea curentului de fază din convertizor, obținem valoarea cea mai apropiată de curentul de fază al motorului electric, dar acest lucru nu este chiar așa. Astfel, se introduce o eroare cu privire la valoarea reală a curentului de fază. Senzorul de fază este conectat la porțiunea de împământare a circuitului, care nu este în întregime caracteristică sistemului trifazat.
Această metodă de măsurare are avantajul că tensiunea la amplificatoare este în esență egală cu tensiunea de masă, ceea ce face posibilă utilizarea amplificatoarelor de joasă tensiune pentru măsurători. Cu toate acestea, în legătură cu natura curentului prin tranzistori, amplificatorul cu o rată ridicată de creștere a tensiunii de ieșire trebuie să reacționeze la o schimbare dinamică a curentului în fiecare braț. În multe cazuri, se utilizează o metodă de măsurare a curentului în numai două faze, valoarea din a treia fază fiind calculată de către microcontroler.
Și ultima opțiune este de a măsura curentul direct în faza mașinii electrice pentru a implementa algoritmul de control al motorului. Sarcina principală este aceea că tensiunea de ieșire a invertorului este generată de modularea PWM, ceea ce duce la o discretă a semnalului de ieșire. Aceasta, la rândul său, conduce la creșterea cerințelor pentru un amplificator de măsurare a curentului, care trebuie să aibă o atenuare foarte bună a modului comun (COSS).
Măsurarea curentului de fază
Frecvența semnalului măsurat de amplificatorul de măsurare a curentului are două componente:
- Semnal diferențial (util), bandă relativ îngustă și amplitudine mică;
- Common-mode PWM (dăunător) semnal, bandă largă și amplitudine mare;
Un amplificator ideal de curent ar trebui să proceseze doar un semnal diferențial, filtrarea restului. Iar această tensiune înaltă, combinată cu viteza ΔV / ΔT, pune o provocare serioasă proiectantului și limitează semnificativ gama de amplificatoare care pot fi aplicate acestui sistem. Astfel de măsurători includ, de regulă, numai acele aplicații care necesită măsurarea cea mai precisă a curentului de fază, de exemplu pentru servodirecția electronică.
Minimizarea efectului PWM asupra semnalului de ieșire
Un semnal PWM în mod obișnuit are ca rezultat o intrare dezechilibrată a amplificatorului, care, la rândul său, duce la o distorsionare a semnalului de ieșire al amplificatorului de măsurare a curentului. Sistemul ideal ar trebui să "poată ignora" distorsiunea semnalului de intrare și să aibă o intrare echilibrată. Majoritatea amplificatoarelor actuale utilizate pentru implementarea controlului motorului continuu utilizează capacitatea ridicată de a reduce efectele interferențelor:
Pe de altă parte, frecvențele mai mari PWM îmbunătățesc eficiența motorului. Noul Texas Instruments INA240 utilizează un design îmbunătățit de respingere PWM pentru a minimiza timpul de închidere necesar, mărind astfel eficiența realizabilă a sistemului de control al motorului:
Dacă valoarea curentului de fază este crucială pentru buna funcționare a sistemului, atunci măsurarea curentului direct în faza motorului va fi cea mai bună soluție. Măsurarea curentului direct în fază oferă un răspuns mai rapid și o precizie mai mare, mărind astfel eficiența sistemului de comandă a acționării.
Cu toate acestea, semnalul PWM în mod comun creează probleme pentru amplificatorul de măsurare curent. Atunci când alegeți un amplificator, acest factor trebuie luat în considerare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: