¡Hola! Como proveedor de motores CC sin escobillas, he tenido una buena cantidad de experiencias en el manejo de todo tipo de aspectos técnicos. Un tema que siempre surge son los desafíos del control sin sensores para un motor DC sin escobillas. Entonces, pensé en compartir algunas ideas sobre este complicado tema.
Comprender el control sin sensores
Empecemos por lo básico. El control sin sensores en un motor de CC sin escobillas es un método que permite que el motor funcione sin la necesidad de sensores físicos como los sensores de efecto Hall. Estos sensores se utilizan normalmente para detectar la posición del rotor. Cuando no utiliza sensores, depende de otras técnicas para determinar dónde está el rotor, lo cual es crucial para el funcionamiento adecuado del motor.
En el lado positivo, no tener sensores tiene sus ventajas. Reduce el coste del motor porque no es necesario instalar sensores. También hace que el motor sea más confiable ya que hay menos componentes que puedan fallar. Además, puede ser más compacto, lo que resulta fantástico para aplicaciones en las que el espacio es reducido.
Pero aquí está el trato: no todo es sol y arcoíris. Hay varios desafíos asociados con el control sin sensores de los que debemos hablar.
Desafíos de inicio
Uno de los primeros obstáculos que enfrentamos con el control sin sensores es el proceso de inicio. En un motor con escobillas, arrancarlo es relativamente sencillo. Pero con un motor de CC sin escobillas que utiliza control sin sensores, es un dolor de cabeza.
El problema es que al arrancar, la fuerza electromotriz inversa (EMF inversa), que a menudo se utiliza para detectar la posición del rotor, es muy baja o incluso nula. Atrás: EMF es el voltaje generado por la rotación del campo magnético del rotor del motor que pasa a través de los devanados del estator. Sin una forma confiable de medir la fuerza electromagnética posterior, es difícil determinar con precisión la posición del rotor.
Para superar esto, a menudo utilizamos métodos de inicio de bucle abierto. En un arranque de bucle abierto, el motor se acciona con una secuencia fija de pulsos de voltaje. Esto hace que el rotor se mueva, pero no es muy preciso. Existe el riesgo de que el motor no arranque suavemente o incluso se cale. Y si las condiciones de carga cambian durante el inicio, todo puede desequilibrarse aún más.
Desafíos de operación a baja velocidad
Incluso después de que el motor haya arrancado con éxito, el funcionamiento a baja velocidad es otra área en la que el control sin sensores tiene dificultades. A bajas velocidades, la fuerza electromagnética trasera sigue siendo relativamente pequeña. Y como todos sabemos, una señal pequeña se ve más afectada por el ruido y las interferencias.
El ruido puede provenir de diversas fuentes, como interferencias electromagnéticas de otros componentes del sistema o ruido eléctrico en la fuente de alimentación. Este ruido puede dificultar la medición precisa de la fuerza electromagnética posterior y la determinación de la posición del rotor.
Para solucionar esto, tenemos que utilizar algoritmos avanzados de procesamiento de señales. Estos algoritmos intentan filtrar el ruido y mejorar la señal EMF trasera. Pero incluso con los mejores algoritmos, sigue siendo un desafío obtener información precisa sobre la posición del rotor a bajas velocidades. Y sin información de posición precisa, es posible que el motor no funcione de manera eficiente y podría experimentar una fluctuación del par, que es una variación no deseada en la salida de par del motor.
Desafíos de operación de alta velocidad
Por otro lado, el funcionamiento a alta velocidad también presenta su propia serie de problemas. A altas velocidades, la FEM trasera es grande, pero el intervalo de tiempo entre los cruces por cero de la FEM trasera (que se utilizan para determinar la posición del rotor) es muy corto.
Este corto intervalo de tiempo significa que el sistema de control tiene que ser muy rápido para detectar y procesar con precisión los pasos por cero. Si el sistema de control no puede seguir el ritmo, puede provocar una estimación incorrecta de la posición del rotor. Y cuando la posición del rotor se estima incorrectamente, el rendimiento del motor puede degradarse significativamente. Podría haber problemas como sobrecorriente, sobrecalentamiento y eficiencia reducida.
Otro desafío a altas velocidades es el efecto de la inductancia del motor. La inductancia de los devanados del estator puede provocar un cambio de fase entre la corriente y el voltaje, lo que puede complicar aún más la estimación de la posición del rotor.
Desafíos de variación de carga
En aplicaciones del mundo real, la carga de un motor CC sin escobillas puede variar ampliamente. Y las variaciones de carga son un gran dolor de cabeza para los sistemas de control sin sensores.
Cuando la carga en el motor cambia, la corriente, la velocidad y el par del motor también cambian. Estos cambios pueden afectar la señal EMF trasera, lo que dificulta aún más determinar con precisión la posición del rotor.
Por ejemplo, si la carga aumenta repentinamente, la velocidad del motor disminuirá y la EMF trasera también disminuirá. Esto puede hacer que la señal EMF posterior sea más susceptible al ruido, como comentamos anteriormente. Y si el sistema de control no puede adaptarse rápidamente a estos cambios, el motor podría empezar a comportarse de forma errática.
Para manejar las variaciones de carga, necesitamos algoritmos de control que puedan adaptarse en tiempo real. Estos algoritmos deberían poder ajustar las señales de accionamiento del motor en función de las condiciones cambiantes de carga. Pero desarrollar tales algoritmos no es una tarea fácil, ya que requiere una comprensión profunda de la dinámica del motor y del entorno operativo.
Compensación por no idealidades
Los motores DC sin escobillas no son perfectos. Existen idealidades no ideales, como la resistencia del estator, las propiedades magnéticas no lineales y las tolerancias de fabricación, que pueden afectar el control sin sensores.
La resistencia del estator puede provocar una caída de voltaje, lo que puede distorsionar la señal EMF trasera. Y las propiedades magnéticas no lineales del núcleo del motor pueden provocar variaciones en la forma de onda EMF posterior. Las tolerancias de fabricación, como las diferencias en las vueltas de los devanados o la intensidad del campo magnético, también pueden introducir errores en la estimación de la posición del rotor.
Para compensar estas no idealidades, necesitamos utilizar técnicas de calibración. Estas técnicas implican medir las características del motor en diferentes condiciones operativas y ajustar los algoritmos de control en consecuencia. Pero la calibración es un proceso que requiere mucho tiempo y debe realizarse con cuidado para garantizar resultados precisos.
Nuestras soluciones y ofertas
En nuestra empresa, hemos estado trabajando duro para superar estos desafíos. Hemos desarrollado algoritmos de control avanzados que pueden manejar problemas de arranque, baja velocidad, alta velocidad y variación de carga de manera más efectiva. Nuestros ingenieros investigan y prueban constantemente nuevos métodos para mejorar la precisión de la estimación de la posición del rotor.
También ofrecemos una amplia gama de motores CC sin escobillas, incluidosFábrica de motores de CC sin escobillas de 24 VyFábrica de motores de CC sin escobillas de 220 V. Estos motores están diseñados para funcionar bien con nuestros sistemas de control sin sensores. Si estás buscando específicamente unMotor CC sin escobillas de 220 V, también lo tenemos cubierto.
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Referencias
- Krause, PC, Wasynczuk, O. y Sudhoff, SD (2013). Análisis de maquinaria eléctrica y sistemas de accionamiento. Wiley.
- Bolton, W. (2006). Mecatrónica: sistemas de control electrónico en ingeniería mecánica y eléctrica. Newnes.