Nov Microchip Motor Control Starter Kit (MCSK) je znižal cenovno mejo krmilnikov BLDC motorjev brez senzorjev. Cena je pomembna, zelena energija je dejstvo in električni motorji še naprej poskušajo najti nov prostor v naših življenjih. Med mnogo različnimi vrstami motorjev so brezkrtačni enosmerni motorji (BLDC) tisti, ki stojijo vzravnano in še naprej prevladujejo na trgu. Odlikujejo se po svoji dolgi življenjski dobi, tihem delovanju, enostavnim zahtevam glede nadzora in kar je mogoče še najpomembnejše – BLDC motorje zaradi nizke cene najdemo povsod in njihova uporaba še kar naprej narašča. V BLDC motorjih ni krtačk, ki pri enosmernih motorjih s krtačkami močno skrajšajo njihovo življenjsko dobo. Z odpravo krtačk mora biti BLDC motor aktivno krmiljen, da pride do komutacije navitij in vrtenja rotorja.
Običajno krmilnik BLDC motorja uporablja Hallove senzorje za zaznavanje položaja rotorja in tako ve, kako in kdaj komutirati določeno navitje. Ti senzorji po eni strani predstavljajo strošek, po drugi strani pa tudi dodatno možnost za napake. Z uporabo bolj naprednih algoritmov za nadzor v povezavi z bolj naprednimi krmilniki je mogoče v celoti odpraviti potrebo po senzorjih. V preteklosti so bili za to potrebni dragi krmilniki in draga strojna oprema za razvoj prototipov z algoritmom za krmiljenje BLCD motorjev brez senzorjev. Microchip je vse to postavil na glavo z novim začetnim kitom za nadzor motorjev (MCSK) in dsPIC33FJ16MC102 digitalnim signalnim procesorjem (DSC) z ultra nizko ceno. Učenje novih tehnologij je najboljše, kadar s to tehnologijo praktično delamo. Najboljši način za razumevanje delovanja krmiljenja BLDC motorjev brez senzorjev je eksperimentiranje z njimi. Microchip MCSK kit komplet omogoča prav to, saj ima na ploščici vgrajeno vse potrebno za eksperimentiranje v zvezi s krmiljenjem BLDC motorjev, vključno z motorjem! Z eno samo 9V baterijo ploščica oživi, prek vgrajenega USB razhroščevalnika/programatorja pa je omogočena enostavna povezava z Microchip MPLAB programom za hitro in enostavno programiranje in razhroščevanje. Na ploščici je znana in pogosto uporabljena vezava 3-faznega vezja z diskretnimi gonilniki.
Pri delu s katero koli ploščico je možnost opazovanja pomembnih signalov z osciloskopom zelo dobrodošlo. MCSK ima pripravljene testne točke za priključitev sonde osciloskopa za vse tri faze motorja napetosti in vse PWM signale na nizkonapetostni in visokonapetostni strani. Nazadnje naj omenimo še dsPIC33FJ16MC102, ki je prvi dsPIC z zmožnostjo kapacitivnega zaznavanja dotika. Če želite to izkoristiti, vam MCSK ponuja vgrajen drsnik s kapacitivnim zaznavanjem dotika za nadzor hitrosti motorja. Seveda je vsa ta strojna oprema neuporabna brez ustrezne programske opreme. Glej sliko 1 za sliko MCSK ploščice. V MCSK kit komplet so vključena tudi podrobna navodila v zvezi z aplikacijo, uporabno opombo o krmiljenju in delovanju BLDC motorjev in celotno izvorno kodo za nadzor BLDC motorjev brez senzorjev in za kapacitivno zaznavanje dotika. S strojno opremo gonilnikov motorja, programske opreme za nadzor motorja, programatorjem in že vgrajenim BLDC motorjem vsebuje MCSK resnično vse na enem mestu in je prava platforma za razvoj aplikacij z BLDC motorji brez senzorjev.
Za krmiljenje BLDC motorjev brez senzorjev je treba dobro poznati delovanje samega BLDC motorja. BLDC motorji imajo tri faze, ki napajajo različna navitja v motorju. Trajni magneti na rotorju se obrnejo proti tisti fazi, ki je trenutno pod napetostjo. Vklop in izklop faze v določenem vrstnem redu ob pravem času povzroči, da se rotor vrti. Tukaj se običajno uporabijo senzorji. Senzorji pri BLDC motorjih krmilniku sporočajo položaj rotorja in s tem katero fazo je potrebno vklopiti in katero izklopiti. V sistemih brez senzorjev krmilnik z opazovanjem inducirane napetosti na tisti fazi, ki ni pod napetostjo ugotovi, kdaj vklopiti in izklopiti posamezno fazo.
Inducirana napetost v eni izmed faz BLDC motorja ima trapezoidno obliko z visokim in nizkim vrhom, označena z Vbus + in Vbus-. Vse tri faze so med seboj fazno premaknjene za 120 ° in ko se motor vrti, sta pod napetostjo samo dve od treh faz. Kadarkoli ena od faz motorja prečka ničelno točko med Vbus + in Vbus, mora izvesti komutacijo, oziroma vklopiti ali izklopiti ustrezne faze. To je neposredno povezano s položajem rotorja, tako da krmilnik ob pomoči senzorja določi trenutek komutacije motorja (glej sliko 2). Za odpravo senzorjev mora krmilnik meriti inducirano napetost na vsaki fazi za odkrivanje prehoda skozi ničlo, da dobi informacijo kdaj izvesti komutacijo.
Ker je inducirana napetost v navitju odvisna od hitrosti vrtenja motorja, krmiljenje BLDC motorjev brez senzorjev pri nizkih hitrostih vrtenja ne deluje ravno najbolje, saj je nivo inducirane napetosti zelo majhen. Digitalni signalni procesorji (DSC), na primer dsPIC družina, imajo zelo natančen A/D pretvornik, ki je sposoben zaznavati induciran signal vsakega navitja. Posamezne vzorce povratnega signala je potrebno filtrirati, da bi preprečili motnje zaradi vklapljanja in izklapljanja faz z zagotavljanjem vklopa in izklopa skozi ničelno točko. V digitalnem signalnem procesorju teče glavni algoritem za detekcijo povratnega induciranega signala skupaj z digitalnim filtrom. Z natančnim vzorčenjem induciranega povratnega signala iz vsake faze lahko DSC natančno zazna prehod skozi ničlo in upravlja motor. Microchipov opis te aplikacije ima oznako AN1160 in je priložen MCSK in podrobno opisuje delovanje BLDC motorja in algoritem krmiljenja brez senzorjev.
Obstaja tudi napredni algoritem za nadzor BLDC motorjev brez senzorjev. Imenuje se Field Oriented Control (FOC) in zahteva podrobno poznavanje lastnosti motorja in vrsto matematičnih transformacij za oceno položaja rotorja, kar je osnova za določanje pravega trenutka komutacije. FOC lahko poveča učinkovitost motorja in ustvari boljši odziv navora, vendar je pri tem potreben bolj zapleten algoritem in zato zahteva dražji dsPIC DSC z višjo zmogljivost v MIPS. Za večino aplikacij z BLDC motorji brez senzorjev je metoda z inducirano napetostjo v nepriključenem navitju (back EMF) več kot primerna in običajno ni mogoče opravičiti dodatnih stroškov za uporabo FOC.
Krmiljenje BLDC motorjev brez senzorjev zmanjšuje kompleksnost tiskanega vezja, izboljša zanesljivost in zniža stroške sistema. Microchip MCSK prinaša edinstveno rešitev za krmiljenje BLDC motorjev brez senzorjev na tržišču. Z motorjem, ki je vgrajen na sami ploščici, KIT komplet za eksperimentiranje ne zahteva skoraj nobenih nastavitev razen priključitve na napajanje in USB kabel za povezavo z računalnikom. Krmiljenje motorja s priloženo programsko opremo v kompletu sledi zelo standardnim metodologijam BLDC krmiljenja, zaradi česar je odlično izhodišče za pravi sistem krmiljenja BLDC motorja. S preskusnimi točkami za opazovanje vseh pomembnih signalov ta plošča močno poenostavlja razvoj in eksperimentiranje. Vhod z drsnikom, ki deluje na zaznavanje dotika daje uporabnikom možnost, da se hitro naučijo, kako v izdelek na preprost način vključiti zaznavanje dotika. Končno, dsPIC33FJ16MC102 ponuja DSC z 16MIPS za izjemno nizko ceno in je kot nalašč primeren za BLDC sistem v cenejšem cenovnem razredu. Da bo tudi vaš BLDC projekt čim prej zaživel, naročite Microchip dsPIC Motor Control Starter Kit (MCSK) pri Farnell-u, na spletni strani www.farnell.com/microchip. Pridružite se naši skupini na spletni strani element14.com/groups/motor_control, kjer lahko razpravljate o krmiljenju motorjev.
Krmiljenje brezkrtačnih DC motorjev za vsakogar
2012_SE193_27
