Principe van de besturingen*
Besturing van BLDC-motorcontrollers: principes en bedieningsmodi
De motorcontrollers zorgen voor de precieze besturing van BLDC (Brushless DC) en PMSM (permanente magneet synchroon) motoren door de gelijkstroom (DC) van een batterij of voeding (vaak 24 tot 51,2 V) om te zetten in wisselstroomsignalen (AC) die gesynchroniseerd zijn met de positie van de rotor.
De kwaliteit van de besturing hangt af van de gebruikte besturingsmodus, het type positieterugkoppeling, en de gekozen regelparameters.
PWM – Pulsbreedtemodulatie
PWM (Pulsbreedtemodulatie) is de basis van elke moderne besturing.
Het bestaat uit het hakken van de gelijkspanning op een hoge frequentie (meestal tussen 10 en 20 kHz) om de gemiddelde spanning die op de motorfasen wordt toegepast aan te passen.
Door de breedte van de pulsen te moduleren, reguleert men:
De gemiddelde spanning → dus de snelheid van de motor,
De stroom → dus het koppel dat geleverd wordt.
Dit principe zorgt voor een effectieve besturing terwijl het de opgenomen stroom beperkt, wat de efficiëntie verbetert en de verwarming vermindert.
Six-step / Trapeziumvormig: de eenvoudige en robuuste besturing
De six-step (of trapeziumvormige) modus is de meest voorkomende vorm van besturing voor eenvoudige BLDC-motoren.
De controller voedt achtereenvolgens de drie fasen van de motor volgens zes combinaties verdeeld over een volledige rotatie van de rotor.
Deze schakeling gebeurt op basis van:
Hall-sensoren, die de positie van de rotor detecteren,
Of, in sensorloze versie, via de meting van de tegen-elektromotorische kracht (back-EMF).
Voordelen:
Eenvoudige en economische elektronica,
Snelle respons, weinig berekeningen nodig,
Voldoende voor toepassingen met constante snelheid.
Beperkingen:
Licht golvend koppel (trillingen bij lage snelheid),
Minder geschikt voor zeer lage snelheden of precisietoepassingen.
FOC – Veldgerichte besturing (Vectorbesturing)
FOC, of vectorbesturing, is de meest geavanceerde methode om BLDC/PMSM-motoren aan te sturen.
Het bestaat uit het ontleden van de motorstroom in twee componenten:
As d: magnetisch veld van de rotor,
As q: motorkoppel.
De controller beheert deze twee stromen afzonderlijk, wat een perfect regelmatig koppel en een betere efficiëntie mogelijk maakt, zelfs bij variabele snelheid of wisselende belasting.
Deze techniek vereist:
Een positiesensor (Hall, encoder, resolver)
Of een sensorloze schatting door realtime berekeningen.
Voordelen:
Vloeiend en stil koppel,
Uitstekende energie-efficiëntie,
Precieze controle van snelheid en koppel.
Nadelen:
Complexere berekeningen,
Vereist een krachtigere controller en zorgvuldige afstelling.
Regellus: snelheid en koppel
Moderne controllers integreren meerdere gesloten regelkringen, meestal van het type PID (Proportioneel – Integraal – Afgeleid):
Stroomlus (koppel): reguleert onmiddellijk de kracht die door de motor wordt geproduceerd.
Snelheidslus: behoudt de gewenste rotatie ongeacht de belasting.
Positielus (optioneel): gebruikt in gerobotiseerde of geautomatiseerde systemen.
De instelling van de controller bestaat uit het definiëren van:
De PID-versterkingen (reactiviteit en stabiliteit),
De limieten van stroom, koppel of snelheid,
De versnellings- en remhellingen,
En soms de bewegingsprofielen (S-ramp, gecontroleerd remmen, positiebehoud).
Samenvatting
| Besturingsmodus | Principe | Voordelen | Beperkingen |
| PWM | Hakken van de DC-spanning | Eenvoud, efficiëntie, stroombeperking | Vereist een schakelschema |
| Six-step / Trapeziumvormig | Schakeling per sectoren (6 stappen) | Economisch, robuust | Golvend koppel, geluid, beperkte precisie |
| FOC (Veldgerichte besturing) | Vectorbesturing op d–q assen | Vloeiend koppel, hoge efficiëntie, precisie | Complexiteit, behoefte aan sensor of sensorloze berekening |
Conclusie
De keuze van de besturingsmodus hangt vooral af van het gewenste prestatieniveau:
Voor eenvoudige of robuuste toepassingen → Six-step is voldoende.
Voor een vloeiende, precieze en energiezuinige controle → FOC is vereist.
In alle gevallen zorgen een goede afstelling van de regelkringen en een geschikte instelling voor een stabiele, performante en duurzame werking van de motor.
*: De technische informatie in dit artikel wordt ter informatie verstrekt. Ze vervangen niet de officiële handleidingen van de fabrikanten. Raadpleeg voor installatie, manipulatie of gebruik de productdocumentatie en volg de veiligheidsinstructies. De site Torque.works kan niet verantwoordelijk worden gehouden voor oneigenlijk gebruik of onjuiste interpretatie van de verstrekte informatie.