Comandă sensorless a motoarelor BLDC

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

I.1 GENERALITĂŢI

Motoarele electrice sunt o componentă esenţială a societăţii actuale (puternic industrializată), cu nu mai puţin de 5 bilioane de motoare electrice construite anual.. Motoarele de curent continuu fără perii (BLDC – BRUSHLESS DC ) înlocuiesc motoarele cu perii (colector) în numeroase aplicaţii datorită consumului scăzut de energie, a fiabilităţii mărite şi a mentenanţei scăzute. Motoarele BLDC au fost cerute în acţionările electrice de mică putere dar complexitatea controlului pentru game largi de viteză şi costul ridicat al circuitelor specializate de comandă au limitat răspândirea acestora pe plan mondial. În ultimile decade, dezvoltarea continuă a tehnologiei în diverse domenii şi producţia de motoare BLDC cu magneţi permanenţi a condus la apariţia unor soluţii efective din punct de vedere economic pentru o gamă răspândită de aplicaţii cu viteză reglabilă.

Pentru controlul motoarelor BLDC este necesară cunoaşterea cu precizie în orice moment a poziţiei rotorului. Informaţia necesară determinării poziţiei rotorului faţă de stator este dată de senzorii de poziţie (senzori Hall). Pe baza acestei informaţii vom şti cum să comandăm tranzistoarele invertorului care alimentează fazele motorului.

Pentru a fi comandat şi controlat eficient, motorul BLDC trifazic necesită un invertor trifazic (în semipunte) care generează un semnal sinusoidal (comandă în 6 paşi). Totodată necesită ca, comutaţia electronică a fazelor motorului să respecte şi să păstreze sincronismul dintre fluxul statoric şi fluxul rotoric(flux magnetic).

În mod general circuitul de comandă a acestor motoare folosesc unul sau mai mulţi senzori de poziţie care dau informaţia necesară determinării poziţiei rotorului şi astfel se păstrează în sincronism cele două fluxuri. Acest tip de control implică costuri ridicate datorită implementarii senzorilor în construcţia motorului şi totodată acesta are restricţii de funcţionare în anumite condiţii de mediu (căldură şi umiditate mărită). În aceste condiţii din motive financiare şi tehnice, controlul fără senzori (sensorless) este o capacitate esenţială a unui controller pentru motoarele BLDC.

Motoarele BLDC sunt deja utilizate în construcţia hard-disk-urilor şi multe alte aplicaţii industriale; piaţa lor de desfacere creşte astfel signifiant în automatizări. Motoarele BLDC penetrează piaţa aplicaţiilor electrocasnice, industria auto, datorită eficienţei mărite, a funcţionării silenţioase şi a construcţiei compacte, a fiabilităţii mărite şi a mentenanţei scăzute.

Aplicaţiile casnice sunt de aşteptat a fi una din pieţele de desfacere cu o dezvoltare rapidă pentru circuitele de comandă a motoarelor electrice în următorii 5 ani. Principalele aplicaţii în acest domeniu includ maşinile de spălat automate, instalaţiile de aer automat, congelatoare, aspiratoare, frigidere etc.

În mod normal aceste motoare prezintă o comutaţie în 6 paşi controlată de informaţia dată de senzorii de poziţie. Pentru a reduce costul şi complexitatea sistemului de control este de preferat să utilizăm o comandă fără senzori (sensorless). Metodele de comandă sensorless existente, bazate pe detectarea tensiunii electromotoare raportate la neutrul motorului au totuşi câteva dezavantaje care îi limitează aplicaţiile.

În această lucrare este prezentată o metodă directă de detectare a tensiunii electromotoare pentru comanda motoarelor BLDC. Pentru această metodă punctul neutru nu este necesar pentru măsurarea tensiunii electromotoare. Adevărata tensiune electromotoare din înfăşurarea nealimentată poate fi detectată pe durata de ”0” logic a semnalului PWM deoarece tensiunile de fază ale motorului sunt direct proporţionale cu tensiunile electromotoare pe faze în acel interval. Totodată tensiunea electromotoare este raportată la nul fără a fi astfel influenţată de perturbaţii, nefiind necesară o filtrare sau atenuare în detectarea acesteia. Această metodă unică de detectare a tensiunii electromotoare are performanţe superioare faţă de metodele existente care se bazează pe informaţia dată de potenţialul punctului neutru, furnizând astfel game largi de viteză la un cost redus.

Bazată pe conceptul fundamental al detectării directe a tensiunii electromotoare, sunt propuse circuite îmbunătăţite pentru aplicaţii la viteze mici/tensiune joasă şi înaltă tensiune, care mai departe vor extinde aplicaţiile pentru controlul sensorless a motoarelor BLDC.

Pornirea motorului este critică şi uneori dificilă pentru un sistem sensorless la motoarle BLDC. O procedură practică de pornire pentru un sistem sensorless este cu ajutorul unui tahometru de c.c. Această metodă oferă o acceleraţie maximă la pornire şi poate fi utilizată pentru toate tipurile de aplicaţii.

Este de aşteptat ca cererea pentru o eficienţă mărită, performanţe mai bune, va împinge limitele tehnologiei şi asfel se vor realiza sisteme de comandă la viteze reglabile şi totodată mai mari ca niciodată.