Zasada działania poleceń*

Sterowanie kontrolerami silników BLDC: zasady i tryby sterowania

Kontrolery silników zapewniają precyzyjne sterowanie silnikami BLDC (bezszczotkowymi DC) i PMSM (z magnesami trwałymi synchronicznymi), przekształcając energię stałą (DC) z baterii lub zasilacza (często 24 do 51,2 V) w sygnały zmienne (AC) zsynchronizowane z pozycją wirnika.

Jakość sterowania zależy od używanego trybu sterowania, typu sprzężenia zwrotnego pozycji oraz wybranych parametrów regulacji.

PWM – Modulacja szerokości impulsów

PWM (Modulacja Szerokości Impulsów) jest podstawą każdego nowoczesnego sterowania.

Polega na sieczkowaniu napięcia stałego z wysoką częstotliwością (zwykle między 10 a 20 kHz), aby dostosować średnie napięcie stosowane do faz silnika.

Poprzez modulację szerokości impulsów, reguluje się:

• Średnie napięcie → a więc prędkość silnika,

• Prąd → a więc dostarczany moment obrotowy.

Ta zasada zapewnia skuteczne sterowanie przy jednoczesnym ograniczeniu pobieranego prądu, co poprawia wydajność i zmniejsza nagrzewanie.

Six-step / Trapezoidalne: proste i solidne sterowanie

Tryb six-step (lub trapezoidalny) jest najczęściej spotykaną formą sterowania dla prostych silników BLDC.

Kontroler zasila kolejno trzy fazy silnika według sześciu kombinacji rozłożonych na pełny obrót wirnika.

To przełączanie odbywa się na podstawie:

• Czujników Halla, które wykrywają pozycję wirnika,

• Lub w wersji bezczujnikowej, poprzez pomiar siły przeciwelektromotorycznej (back-EMF).

Zalety:

• Prosta i ekonomiczna elektronika,

• Szybka reakcja, niewiele obliczeń wymaganych,

• Wystarczające dla aplikacji o stałej prędkości.

Ograniczenia:

• Lekko falujący moment obrotowy (wibracje przy niskich obrotach),

• Mniej odpowiedni do bardzo niskich prędkości lub aplikacji precyzyjnych.

FOC – Sterowanie polowe (Sterowanie wektorowe)

FOC, czyli sterowanie wektorowe, jest najbardziej zaawansowaną metodą sterowania silnikami BLDC/PMSM.

Polega na rozłożeniu prądu silnika na dwie składowe:

• Oś d: pole magnetyczne wirnika,

• Oś q: moment obrotowy silnika.

Kontroler zarządza tymi dwoma prądami oddzielnie, co pozwala na idealnie równomierny moment obrotowy i lepszą wydajność, nawet przy zmiennej prędkości lub obciążeniu.

Ta technika wymaga:

• Czujnika pozycji (Hall, enkoder, resolver)

• Lub bezczujnikowego oszacowania poprzez obliczenia w czasie rzeczywistym.

Zalety:

• Płynny i cichy moment obrotowy,

• Doskonała efektywność energetyczna,

• Precyzyjna kontrola prędkości i momentu obrotowego.

Wady:

• Bardziej skomplikowane obliczenia,

• Wymaga bardziej wydajnego kontrolera i starannego ustawienia parametrów.

Pętle regulacji: prędkość i moment obrotowy

Nowoczesne kontrolery integrują kilka zamkniętych pętli regulacji, zazwyczaj typu PID (Proporcjonalno-Całkująco-Różniczkujący):

• Pętla prądowa (moment obrotowy): natychmiast reguluje siłę wytwarzaną przez silnik.

• Pętla prędkości: utrzymuje pożądaną prędkość obrotową niezależnie od obciążenia.

• Pętla pozycji (opcjonalnie): używana w systemach zrobotyzowanych lub automatyzacji.

Ustawienie kontrolera polega na określeniu:

• Wzmocnień PID (reaktywność i stabilność),

• Ograniczeń prądu, momentu obrotowego lub prędkości,

• Ramp przyspieszania i hamowania,

• I czasami profilów ruchu (rampe S, kontrolowane hamowanie, utrzymanie pozycji).

Podsumowanie

Wniosek

Wybór trybu sterowania zależy przede wszystkim od poziomu poszukiwanej wydajności:

• Dla prostych lub solidnych aplikacji → Six-step wystarczy.

• Dla płynnego, precyzyjnego i energooszczędnego sterowania → FOC jest konieczne.

W każdym przypadku, dobre dopasowanie pętli regulacji i odpowiednie ustawienie parametrów gwarantują stabilne, wydajne i trwałe działanie silnika.

*: Informacje techniczne przedstawione w tym artykule są podane wyłącznie w celach informacyjnych. Nie zastępują oficjalnych instrukcji producentów. Przed instalacją, obsługą lub użytkowaniem należy zapoznać się z dokumentacją produktu i przestrzegać zasad bezpieczeństwa. Strona Torque.works nie ponosi odpowiedzialności za niewłaściwe użycie lub błędną interpretację dostarczonych informacji.