Sensoren en terugkoppelingsmodi voor BLDC/PMSM motoren*
Om een BLDC (Brushless DC) of PMSM (permanente magneet synchrone) motor correct te kunnen aansturen, moet een controller voortdurend de positie van de rotor kennen.
Deze informatie is essentieel voor het synchroniseren van de fasecommutatie, het regelen van het koppel, de snelheid en in sommige gevallen de absolute positie.
Er bestaan verschillende terugkoppelingstechnologieën, elk geschikt voor een ander prestatieniveau of precisie.
Hall-sensoren: eenvoud en robuustheid
Het meest voorkomende systeem is gebaseerd op drie Hall-effect sensoren, direct geïntegreerd in de motor.
Deze sensoren detecteren de passage van de magnetische polen van de rotor en geven een digitale informatie (0 of 1) aan de controller.
De drie gecombineerde signalen definiëren zes commutatiesectoren per elektrische omwenteling.
De controller schakelt de motorfasen bij elke verandering van toestand, wat voldoende is om een stabiel koppel en een vloeiende snelheid bij een gematigd toerental te behouden.
Voordelen:
Economische en zeer betrouwbare oplossing.
Voldoende voor de meeste toepassingen in tractie, cilinders of eenvoudige automatiseringen.
Werkt zelfs bij zeer lage snelheid (in tegenstelling tot sensorloze systemen).
Beperkingen:
Beperkte resolutie (6 elektrische posities per omwenteling).
Lichte koppelrimpel merkbaar bij lage snelheid.
Hall-sensoren zijn dus een uitstekende compromis van eenvoud / robuustheid / kosten voor motoren gevoed met 24 tot 51,2 V in mobiele of industriële toepassingen.
Encoder (incrementeel of absoluut): precisie en geavanceerde controle
Voor toepassingen die een nauwkeurige controle van positie, snelheid of beweging vereisen, zijn de motoren uitgerust met een encoder.
Het kan gaan om:
een incrementele encoder (die A/B pulsen en een Z-referentie genereert),
of een absolute encoder, die direct de hoekpositie van de rotor levert.
Sommige encoders geven sin/cos signalen af, waardoor een zeer fijne interpolatie van de positie mogelijk is, met resoluties van duizenden punten per omwenteling.
Voordelen:
Zeer nauwkeurige controle van het koppel, de snelheid en de positie.
Onmisbaar voor gerobotiseerde, gesynchroniseerde of multi-as systemen.
Maakt een krachtige en vloeiende vectorbesturing (FOC) mogelijk.
Beperkingen:
Hogere kosten.
Vereist een striktere bedrading en instelling.
Dit type terugkoppeling wordt geprefereerd in hoogprecisie elektrische cilinders, machinestangen of landbouwrobots, waar de reproduceerbaarheid van beweging essentieel is.
Sensorloos: aansturing zonder sensor
Het is ook mogelijk om een BLDC-motor zonder fysieke sensoren aan te sturen.
De controller schat dan de positie van de rotor door de tegen-elektromotorische kracht (back-EMF) te meten die door de wikkelingen wordt gegenereerd op het moment van schakelen.
Voordelen:
Vermindering van de kosten en complexiteit van de motor (geen sensoren).
Verhoogde betrouwbaarheid in bepaalde moeilijke omgevingen (stof, trillingen).
Beperkingen:
Inefficiënt bij zeer lage snelheid of bij het starten, omdat de back-EMF te zwak is om te meten.
Minder robuust bij hoge koppels of snelle belastingvariaties.
Sensorloze oplossingen zijn geschikt voor toepassingen waar de motor voornamelijk op constante snelheid werkt, en waar een ondersteunde start (mechanisch of softwarematig) mogelijk is.
Synthetische vergelijking
| Type terugkoppeling | Principe | Voordelen | Beperkingen | Typische toepassingen |
| Hall-sensoren (3 sensoren) | Detectie van sectoren via magnetische velden | Eenvoud, betrouwbaarheid, lage kosten | Beperkte resolutie | Tractie, cilinders, standaard automatisering |
| Encoder (incrementeel / absoluut) | Precieze meting van de hoekpositie | Hoge precisie, vloeiende controle | Kosten, complexe bedrading | Robotica, positionering, synchronisatie |
| Sensorloos (back-EMF) | Schatting via geïnduceerde spanning | Geen sensor, verminderde onderhoud | Moeilijk starten, minder nauwkeurig bij lage snelheid | Ventilatie, pompen, continue aandrijvingen |
Samenvatting
De keuze van het type sensor hangt af van het verwachte prestatieniveau:
Voor een robuuste en economische aansturing → Hall-sensoren.
Voor een fijne en gesynchroniseerde controle → encoder.
Voor minimale kosten en stabiele snelheden → sensorloos.
De positieterugkoppeling is een essentieel onderdeel van de motorbesturing, die zowel de prestaties, veiligheid als duurzaamheid van het systeem garandeert.
*: De technische informatie in dit artikel wordt ter indicatie verstrekt. Ze vervangen niet de officiële handleidingen van de fabrikanten. Raadpleeg voor elke installatie, manipulatie of gebruik de productdocumentatie en volg de veiligheidsinstructies. De site Torque.works kan niet verantwoordelijk worden gehouden voor oneigenlijk gebruik of een onjuiste interpretatie van de verstrekte informatie.