ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ทำงานอย่างไร? ภายในห่วงโซ่สัญญาณของ ESC

ชุดแบตเตอรี่ 48 V ให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่หนึ่งค่า มอเตอร์ของสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้ายังคงต้องรักษาความเร็วไว้ประมาณ 3,200 รอบต่อนาทีบนถนนเรียบ และลดลงเหลือประมาณ 280 รอบต่อนาทีที่ระดับ 12 เปอร์เซ็นต์ และหมุนกลับตามความต้องการ บางสิ่งระหว่างแบตเตอรี่กับขดลวดต้องตัดสินใจว่ากระแสไฟฟ้าจะไหลไปเท่าใด ทิศทางไหน และนานเท่าใด

อุปกรณ์นั้นคือตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ ทำงานโดยการแปลงกระแสตรงคงที่ของแบตเตอรี่ให้เป็นเอาต์พุตสามเฟส และสลับเอาต์พุตนั้นหลายพันครั้งต่อวินาที แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยที่มอเตอร์มองเห็นขึ้นลงตามรอบการทำงาน และความเหนี่ยวนำของมอเตอร์เองจะเปลี่ยนพัลส์เร็วเหล่านั้นให้เป็นกระแสที่ราบรื่น แรงบิดตามกระแส และความเร็วจะตัดสินเมื่อแรงบิดของมอเตอร์พบกับแรงบิดของโหลด สิ่งอื่นๆ ภายใน ESC มีอยู่เพื่อทำให้สิ่งนั้นเกิดขึ้นอย่างปลอดภัยและทำซ้ำได้

DC กลายเป็นการหมุนแบบสามเฟสได้อย่างไร

มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านจะไม่ทำงานบนกระแสตรงที่ใช้กับขั้วต่อทั้งสอง สเตเตอร์มีขดลวดสามเฟสและโรเตอร์มีแม่เหล็กถาวร ดังนั้นกระแสจึงต้องเคลื่อนที่ผ่านเฟสตามลำดับเพื่อให้สนามสเตเตอร์ดึงโรเตอร์ไปข้างหน้าแทนที่จะยึดอยู่กับที่

การแลกเปลี่ยน: อยู่ข้างหน้าโรเตอร์

การแลกเปลี่ยนคือการเลือกคู่เฟสที่จะรับพลังงาน ในการสับเปลี่ยนหกขั้นตอน การปฏิวัติทางไฟฟ้าแต่ละครั้งจะถูกแบ่งออกเป็นหกสถานะ และตัวควบคุมจะเปิดสวิตช์ด้านสูงและด้านต่ำหนึ่งสวิตช์ต่อสถานะ ทำให้เกิดสนามที่ก้าวไปข้างหน้าทุกๆ 60 องศาทางไฟฟ้า หากการสลับสับเปลี่ยนล่าช้าหลังโรเตอร์ แรงบิดจะพังทลายและกระแสจะไต่ขึ้น หากนำไปไกลเกินไป กระแสส่วนเกินจะกลายเป็นความร้อนแทนที่จะเป็นแรงบิด

การตอบสนองตำแหน่งแบบเซ็นเซอร์และแบบไม่มีเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ฮอลล์สามตัวรายงานตำแหน่งโรเตอร์สัมบูรณ์ ซึ่งสำคัญสำหรับโครงหุ่นยนต์ที่ต้องเริ่มจากการหยุดนิ่งภายใต้ภาระเต็มพิกัด รูปแบบไร้เซนเซอร์จะอ่าน back-EMF ที่เกิดขึ้นในเฟสที่ไม่มีพลังงานแทน และประมาณตำแหน่งจากการข้ามเป็นศูนย์ ซึ่งจะถอดสายไฟสามเส้นและขั้วต่อออกจากชุดสายไฟ แต่การประมาณการจะไม่น่าเชื่อถือหากต่ำกว่าประมาณ 5 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วที่กำหนด การควบคุมแบบภาคสนามดำเนินต่อไปอีกขั้น โดยเปลี่ยนกระแสเฟสที่วัดได้ให้เป็นกรอบอ้างอิงแบบหมุน และควบคุมส่วนประกอบที่สร้างแรงบิดโดยตรง

ห่วงโซ่สัญญาณจากอินพุตคันเร่งไปยังเกตไดรฟ์

ระหว่างอินพุตปีกผีเสื้อและขั้วต่อมอเตอร์จะมีบล็อกการทำงานสี่บล็อก แต่ละโหมดมีโหมดความล้มเหลวของตัวเองและขีดจำกัดประสิทธิภาพของระบบของตัวเอง

ไมโครคอนโทรลเลอร์และลูปควบคุม

ไมโครคอนโทรลเลอร์จะสุ่มตัวอย่างกระแสเฟส แรงดันบัส ตำแหน่งปีกผีเสื้อ และตำแหน่งโรเตอร์ ซึ่งมักจะ 8,000 ถึง 20,000 ครั้งต่อวินาทีในการใช้งานภาคสนาม โดยจะรันลูปกระแสเร็วก่อน พันรอบความเร็วหรือแรงบิดที่ช้ากว่ารอบๆ และแปลงผลลัพธ์เป็นค่ารอบการทำงานสามค่า แผนที่คันเร่ง ขีดจำกัดกระแส แรงเบรกที่สร้างใหม่ และเกณฑ์ความผิดปกติ ล้วนอยู่ในเลเยอร์นี้

ไดรเวอร์เกตและสะพาน MOSFET

ตัวขับเกตแปลลอจิกแรงดันต่ำเป็นกระแส 10 ถึง 15 V ที่ MOSFET ต้องการ และป้องกันไม่ให้สวิตช์ทั้งสองตัวที่ขาข้างเดียวทำงานพร้อมกัน เวลาตาย ช่วงเวลาเว้นว่างโดยเจตนาระหว่างการปิดด้านสูงและการเปิดด้านต่ำ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.3 ถึง 1 ไมโครวินาที กระแสไฟที่สั้นเกินไปและทะลุทำลายสะพาน แรงบิดและประสิทธิภาพที่ยาวเกินไปและความเร็วต่ำเกินไปต้องทนทุกข์ทรมานทั้งคู่

MOSFET หกตัวสร้างบริดจ์สามเฟส โดยที่การสูญเสียการนำไฟฟ้าจะปรับขนาดตามความต้านทานออนและกระแสไฟฟ้ากำลังสอง ขณะเดียวกันก็เปลี่ยนสเกลการสูญเสียด้วยความถี่สวิตช์ แรงดันไฟฟ้าบัส และประจุเกต อุปกรณ์ที่ขนานกันจะลดความต้านทานออนลง แต่จะเกิดขึ้นเมื่อลูปเกตตรงกันเท่านั้น มิฉะนั้นอุปกรณ์ตัวหนึ่งจะมีกระแสไฟมากกว่าอุปกรณ์ข้างเคียงและล้มเหลวก่อน

การตรวจจับและการป้องกันปัจจุบัน

ตัวต้านทานแบบสับเปลี่ยนหรือเซนเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์จะวัดกระแสเฟส ดังนั้นลูปควบคุมจึงมีสิ่งที่ควบคุมได้จริง และสัญญาณเดียวกันนี้จะป้อนกระแสไฟเกิน แรงดันไฟเกิน และการป้องกันอุณหภูมิเกิน ตัวควบคุมที่ประพฤติตัวดีจะค่อยๆ พับกระแสกลับเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แทนที่จะตัดมอเตอร์ระหว่างการเคลื่อนที่

รอบการทำงาน, PWM และตัวเลขที่มีความสำคัญ

การควบคุมความเร็วคือการควบคุมรอบการทำงาน ถ้าบัสอยู่ที่ 48 V และรอบการทำงานอยู่ที่ 50 เปอร์เซ็นต์ มอเตอร์จะมองเห็นไฟเฉลี่ย 24 V ความถี่ในการสวิตชิ่งจะถูกเลือกให้สูงพอที่จะเก็บกระแสกระเพื่อมไว้ภายในแถบความถี่ที่ใช้งานจริง และต่ำพอที่จะทำให้สามารถจัดการการสูญเสียการสวิตชิ่งได้ บนไดรฟ์ 48 V ที่มีความเหนี่ยวนำเฟสไม่กี่ร้อยไมโครเฮนรี โดยปกติแล้ว 16 kHz ถึง 20 kHz จะคงการกระเพื่อมไว้ใกล้ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด

อ่านตารางเป็นชุดของการแลกเปลี่ยนมากกว่าข้อกำหนด การเพิ่มความถี่ในการสลับจะช่วยลดการกระเพื่อมและทำให้ไดรฟ์เงียบลง แต่ยังเพิ่มการสูญเสียการสลับและความร้อนอีกด้วย เวลาหยุดทำงานที่เพิ่มขึ้นจะช่วยปกป้องบริดจ์ แต่จะบิดเบือนแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตที่รอบการทำงานต่ำ ซึ่งจะแสดงเป็นการสตาร์ทที่หยาบและการทำความร้อนที่ความเร็วต่ำเป็นพิเศษ

การจับคู่คอนโทรลเลอร์กับมอเตอร์โดยไม่ต้องคาดเดา

ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับขนาดที่พบบ่อยที่สุดคือการเลือกตัวควบคุมตามกำลังฉลากของมอเตอร์ มอเตอร์ได้รับการจัดอันดับตามเอาท์พุตทางกล ตัวควบคุมถูกจำกัดด้วยกระแสเฟสและอุณหภูมิทางแยก มอเตอร์ขนาด 1 kW สามารถดึงกระแสเฟส 40 A ที่ 48 V ในระหว่างการสตาร์ทอย่างหนักจากการหยุดนิ่ง แม้ว่ากระแสไฟคงที่จะอยู่ใกล้ 12 A ก็ตาม ขนาดสำหรับการสตาร์ท ไม่ใช่การล่องเรือ และตรวจสอบตัวเลขสามตัวด้วยกัน:

• กระแสเฟสต่อเนื่องที่อุณหภูมิแวดล้อมที่คาดหวัง ไม่ใช่ที่ 25 C
• ช่วงแรงดันไฟบัสพร้อมพื้นที่ว่างด้านบนสำหรับเดือยเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่
• เส้นทางความร้อน: พื้นที่ฮีทซิงค์ การไหลเวียนของอากาศ และระยะเวลาที่กระแสไฟสูงสุดสามารถคงอยู่ได้ยาวนาน

ตารางการจับคู่ที่เผยแพร่จะช่วยขจัดการคาดเดาส่วนใหญ่ออกไป เนื่องจากจะระบุว่าชุดควบคุมและมอเตอร์ชุดใดที่กำหนดลักษณะเฉพาะสำหรับกระแส แรงดันไฟฟ้า และการติดตั้งอยู่แล้ว

APT Controller และโครงการจับคู่มอเตอร์ คำแนะนำในการจับคู่ B2B สำหรับการจับคู่ตัวควบคุม APT และมอเตอร์สำหรับกำลัง แรงบิด ความเร็ว และประสิทธิภาพ โดยคำนึงถึงโปรโตคอลสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า ดูผลิตภัณฑ์ →

เฟิร์มแวร์ โปรโตคอล และการปรับแต่ง

ตัวควบคุมสองตัวที่มีระดับพลังงานเท่ากันสามารถทำงานแตกต่างกันมากได้ โปรโตคอลอินพุตคือข้อแตกต่างประการแรก: อินพุต PWM และอะนาล็อกนั้นเรียบง่ายและมีเวลาแฝงต่ำ UART เหมาะกับการปรับพารามิเตอร์และการวัดและส่งข้อมูลทางไกล และ CAN บัสเหมาะกับยานพาหนะที่ตัวควบคุม ระบบจัดการแบตเตอรี่ และหน่วยควบคุมยานพาหนะจำเป็นต้องแชร์สถานะ

ข้อแตกต่างที่สองคือเฟิร์มแวร์ เส้นโค้งคันเร่ง ทางลาดปัจจุบัน โปรไฟล์การเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่ สนามอ่อนลงเพื่อความเร็วสูงสุด และพฤติกรรมการกู้คืนข้อผิดพลาด ล้วนเป็นการตัดสินใจของซอฟต์แวร์ และบทบาทของซอฟต์แวร์ในตัวควบคุมมอเตอร์สมัยใหม่ก็เติบโตขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับระดับกำลัง สอบถามการตั้งค่าพารามิเตอร์ก่อนที่คุณจะตัดสินใจใช้แพลตฟอร์ม ไม่ใช่หลังจากแผงต้นแบบแรกบนเนินเขา

ความเป็นจริงเชิงความร้อนและขีดจำกัดความน่าเชื่อถือ

การจัดอันดับปัจจุบันของเอกสารข้อมูลมักจะถือว่าอุณหภูมิโดยรอบอยู่ที่ 25 C และเคส MOSFET นั้นมีอุณหภูมิใกล้ 80 C ภายในตู้ที่ปิดสนิทในช่วงบ่ายฤดูร้อน ไม่มีเงื่อนไขใด ๆ เกิดขึ้น การสูญเสียการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิเนื่องจากความต้านทานออนเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้การสูญเสียเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ห่วงนั้นก็จะวิ่งหนีไปโดยไม่ลดทอนลง การลดพิกัดในทางปฏิบัติสำหรับคอนโทรลเลอร์ที่มีการระบายความร้อนแบบพาสซีฟมักจะต่ำกว่ากระแสพาดหัวข่าวประมาณ 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ตัวเก็บประจุสมควรได้รับความสนใจเท่าเทียมกัน เนื่องจากพิกัดกระแสกระเพื่อมและอายุการใช้งานที่ 105 C เป็นตัวกำหนดช่วงเวลาการบริการจริง ไม่ใช่หมายเลขชิ้นส่วน MOSFET

สำหรับการใช้งานที่ไม่สามารถทนต่อการสะดุดที่น่ารำคาญ ความเสถียรของอุณหภูมิและน้ำหนักบรรทุกมีความสำคัญมากกว่าตัวเลขสูงสุดในหน้าแรก

APT A8 ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านความเสถียรสูง ตัวควบคุมมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านที่มีความเสถียรสูงโดดเด่น พร้อม FOC, CAN, Bluetooth และกำลังสูงสุด 30 kW สำหรับโดรน หุ่นยนต์ และ EV แบบเบา ดูผลิตภัณฑ์ →

สิ่งที่ควรตรวจสอบก่อนตัดสินใจซื้อ

1. กระแสเฟสในสภาวะกรณีที่แย่ที่สุด: สตาร์ทเต็มโหลด, เกรดสูงสุด, สภาพแวดล้อมสูงสุด
2. หน้าต่างแรงดันไฟฟ้าของบัส รวมถึงระดับพลังงานหมุนเวียนที่แบตเตอรี่ของคุณมองเห็นได้จริง
3. อินเทอร์เฟซการควบคุม: ยานพาหนะพูด CAN ได้แล้ว หรือ PWM จะทำงานหรือไม่
4. การออกแบบการระบายความร้อน: พื้นที่ฮีทซิงค์ เส้นทางการไหลของอากาศ และการวางแนวการติดตั้ง
5. การป้องกันและการรายงาน: กระแสไฟเกิน แรงดันไฟเกิน อุณหภูมิเกิน และระบุว่าข้อผิดพลาดได้รับการบันทึกหรือส่งสัญญาณเท่านั้น
6. การสนับสนุน: เอกสารพารามิเตอร์ เส้นทางการอัปเดตเฟิร์มแวร์ และซัพพลายเออร์จะกำหนดลักษณะเฉพาะของมอเตอร์ของคุณด้วยตัวควบคุมหรือไม่

ซัพพลายเออร์ที่เผยแพร่ก ช่วงตัวควบคุมที่โดดเด่น และคำแนะนำที่ตรงกันทำให้จุดสุดท้ายนั้นง่ายต่อการตรวจสอบก่อนที่จะดำเนินการใช้เครื่องมือ

APT R5 ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านตอบสนองรวดเร็ว ตัวควบคุม DC/PMSM แบบไร้แปรงถ่านที่ตอบสนองเร็วเป็นพิเศษซึ่งมีพิกัด 5 kW, สูงสุด 12 kW, CAN และ FOC สำหรับหุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติ และ EV ขนาดเล็ก ดูผลิตภัณฑ์ →

เวอร์ชันสั้น

• ESC จะแปลง DC คงที่เป็นเอาต์พุตสามเฟสแบบสวิตช์ และรอบการทำงานจะตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยและความเร็ว
• การเปลี่ยนค่าจะทำให้สนามสเตเตอร์อยู่ข้างหน้าโรเตอร์ เซ็นเซอร์ฮอลล์จัดการความเร็วต่ำ การประมาณค่า EMF ด้านหลังจัดการการล่องเรือ
• ไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวขับเกต สะพาน MOSFET และการตรวจจับกระแส แต่ละตัวจะกำหนดขีดจำกัดของตัวเองในระบบ
• ขนาดตามเฟสกระแสในสภาวะกรณีที่เลวร้ายที่สุด จากนั้นจึงลดอุณหภูมิแวดล้อมที่ผลิตภัณฑ์มองเห็นได้จริง
• ลักษณะการทำงานของไดรฟ์รูปร่างการเข้าถึงเฟิร์มแวร์และพารามิเตอร์มากกว่าหมายเลขชิ้นส่วนของสวิตช์