{"id":6738,"date":"2024-02-16T08:51:04","date_gmt":"2024-02-16T08:51:04","guid":{"rendered":"https:\/\/faradyi.com\/?p=6738"},"modified":"2024-02-16T08:54:46","modified_gmt":"2024-02-16T08:54:46","slug":"analisis-de-estimacion-de-posicion-para-motores-de-corriente-continua-sin-escobillas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/faradyi.com\/es\/analysis-of-position-estimation-for-brushless-dc-motors\/","title":{"rendered":"An\u00e1lisis de estimaci\u00f3n de posici\u00f3n para motores CC sin escobillas"},"content":{"rendered":"
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Colocar los sensores Hall de un motor CC sin escobillas frente a la rueda magn\u00e9tica formada por el eje o la extensi\u00f3n del rotor puede detectar la posici\u00f3n del rotor. Sin embargo, esto s\u00f3lo proporciona suficientes se\u00f1ales de conmutaci\u00f3n, lo que en un motor trif\u00e1sico sin escobillas significa seis se\u00f1ales por ciclo el\u00e9ctrico. Estos pocos pulsos discretos son inadecuados para aplicaciones de alto rendimiento. Los codificadores \u00f3pticos y los transformadores rotativos pueden ofrecer se\u00f1ales de posici\u00f3n del rotor de alta resoluci\u00f3n, pero son relativamente caros y requieren una preparaci\u00f3n de instalaci\u00f3n importante. Debido a los costos y las cargas de fabricaci\u00f3n, es necesario omitirlos en aplicaciones a gran escala. Muchos m\u00e9todos pueden estimar se\u00f1ales de conmutaci\u00f3n, que se resumen brevemente a continuaci\u00f3n:<\/p>\n

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(1) Estimaci\u00f3n utilizando el modelo de motor CC sin escobillas:<\/strong><\/h5>\n

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Al utilizar corriente y voltaje externos junto con par\u00e1metros del motor como resistencia, inductancia e inductancia mutua, se puede obtener la fuerza electromotriz inducida a partir del modelo de un motor de CC sin escobillas. La ventaja de este m\u00e9todo es la extracci\u00f3n de se\u00f1ales aisladas ya que las entradas de corriente y voltaje son se\u00f1ales inherentemente aisladas. Las variaciones en el voltaje del bus de CC se pueden estimar a partir de los par\u00e1metros del filtro del bus de CC y de la corriente del bus de CC. La sensibilidad de los par\u00e1metros, particularmente la resistencia del estator, puede introducir errores en la estimaci\u00f3n de la fuerza electromotriz inducida, lo que genera se\u00f1ales de conmutaci\u00f3n inexactas al inversor.<\/p>\n

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(2) Fuerza electromotriz inducida por las bobinas detectoras:<\/strong><\/h5>\n

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La instalaci\u00f3n de bobinas detectoras en un motor de CC sin escobillas es rentable para obtener se\u00f1ales de fuerza electromotriz inducida. La ventaja reside en se\u00f1ales relativamente completas, insensibilidad a los par\u00e1metros y aislamiento galv\u00e1nico. Sin embargo, los inconvenientes incluyen los procesos de fabricaci\u00f3n y el cableado adicional del motor de CC sin escobillas. Por ejemplo, no es adecuado para accionar motores de compresores de refrigeradores debido a los requisitos de sellado.<\/p>\n

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(3) Utilizaci\u00f3n de fases desenergizadas para recuperar EMF:<\/strong><\/h5>\n

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Un m\u00e9todo com\u00fan para obtener informaci\u00f3n de posici\u00f3n es monitorear la fuerza contraelectromotriz inducida del devanado de fase del motor cuando el devanado de fase est\u00e1 desenergizado. Tenga en cuenta que en un momento dado, solo dos fases del motor de CC sin escobillas est\u00e1n conduciendo, dejando una fase desenergizada durante 3,331 TP3T del tiempo. Durante este per\u00edodo, en los devanados del motor aparece una fuerza contraelectromotriz inducida que puede detectarse. La polaridad de la fuerza contraelectromotriz inducida determina la polaridad apropiada de la corriente inyectada en el motor de CC sin escobillas. Para evitar esperar a que la fuerza electromotriz inducida alcance una regi\u00f3n estable para energizar una fase del motor, se obtiene un valor especial de la fuerza electromotriz inducida, correspondiente a 30\u00b0 de distancia del momento de cruce por cero. La salida del integrador corresponde a 30\u00b0 de distancia del cruce por cero positivo, lo que se denomina umbral utilizado para energizar una fase.<\/p>\n

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Suponiendo una forma de onda trapezoidal de la fuerza electromotriz inducida, cuando la velocidad el\u00e9ctrica del rotor es Wb, su pico es EP. La pendiente de la porci\u00f3n ascendente de la fuerza contraelectromotriz inducida a cualquier velocidad puede estar dada por la relaci\u00f3n entre el voltaje m\u00e1ximo a esa velocidad y el intervalo de tiempo correspondiente a 30\u00b0 de \u00e1ngulo el\u00e9ctrico.<\/p>\n

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Aunque los voltajes de salida del sensor difieren, se puede demostrar correspondientemente que este algoritmo tambi\u00e9n es aplicable a motores sin escobillas con fuerza electromotriz inversa sinusoidal. Tenga en cuenta que el voltaje de salida del sensor es constante e independiente de los par\u00e1metros del motor sin escobillas, siendo su magnitud igual a cualquier velocidad. La \u00fanica posible desventaja del voltaje de salida del sensor se debe a las caracter\u00edsticas de temperatura del im\u00e1n permanente del rotor, que disminuye el flujo magn\u00e9tico del rotor, lo que resulta en una disminuci\u00f3n en el valor m\u00e1ximo de la fuerza contraelectromotriz inducida. Esto puede introducir errores tales que la activaci\u00f3n puede no ocurrir exactamente como se necesita a 30\u00b0 del \u00e1ngulo el\u00e9ctrico de cruce por cero. Sin emplear medidas de calibraci\u00f3n adicionales, es posible que los motores de CC sin escobillas no se utilicen de manera \u00f3ptima.<\/p>\n

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(4) Tercer arm\u00f3nico de Back EMF:<\/strong><\/h5>\n

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Un m\u00e9todo alternativo es detectar el tercer arm\u00f3nico de la fuerza electromotriz inducida dentro de los devanados del motor y utilizarlo para generar se\u00f1ales de control. Un sistema trif\u00e1sico de cuatro hilos conectado en estrella permite recoger el tercer arm\u00f3nico de la fuerza contraelectromotriz inducida y se puede medir de forma econ\u00f3mica utilizando cuatro resistencias.<\/p>\n

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(5) M\u00e9todos de control basados en IA:<\/strong><\/h5>\n

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Los controladores inteligentes, como las redes neuronales o los controladores difusos, pueden extraer la posici\u00f3n del rotor o la posici\u00f3n de conmutaci\u00f3n de variables del motor de CC sin escobillas, como la corriente y el flujo magn\u00e9tico. Simplemente extraen informaci\u00f3n de retroalimentaci\u00f3n de variables que potencialmente contienen informaci\u00f3n sobre la posici\u00f3n del rotor o condiciones de conmutaci\u00f3n. Estas tecnolog\u00edas son adaptativas, lo que permite una optimizaci\u00f3n continua mediante el autoaprendizaje a lo largo del tiempo. Con la velocidad cada vez mayor de los procesadores actuales, la programaci\u00f3n de controladores para aplicaciones pr\u00e1cticas se vuelve m\u00e1s factible. El principal inconveniente de estos controladores es que los controladores de redes neuronales requieren un aprendizaje previo antes de funcionar. Pueden proporcionar funcionalidad de autoaprendizaje fuera de l\u00ednea.<\/p>\n

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Todos los m\u00e9todos que se basan en la fuerza electromotriz inducida tienen la desventaja de que no se puede obtener informaci\u00f3n de posici\u00f3n cuando est\u00e1 parado, ya que no hay fuerza electromotriz inducida cuando la velocidad es cero. Incluso a velocidades muy bajas, es posible que la fuerza electromotriz inducida no se detecte f\u00e1cilmente. Por lo tanto, para arrancar con \u00e9xito un motor de CC sin escobillas a una cierta velocidad y generar de manera confiable informaci\u00f3n de posici\u00f3n a esta velocidad usando m\u00e9todos de fuerza electromotriz inducida, se debe incluir un m\u00e9todo para generar se\u00f1ales de control a velocidad cero y cerca. Por lo tanto, se requiere un proceso de arranque cuando un motor CC sin escobillas est\u00e1 estacionario. Este proceso puede constar de dos pasos, que se detallan a continuaci\u00f3n:<\/p>\n

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Paso 1:<\/strong> Energice una o dos fases y el rotor podr\u00e1 alinearse con una posici\u00f3n predeterminada del rotor. De esta manera, se conoce la posici\u00f3n inicial y se pueden generar se\u00f1ales de control de arranque correctas. Hasta que el rotor comienza a moverse a velocidades m\u00e1s bajas, la fuerza electromotriz inducida es muy baja y no se puede usar para generar pulsos de conmutaci\u00f3n hasta que el rotor alcance una cierta velocidad, lo que requiere el segundo paso para completar el proceso de arranque.<\/p>\n

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Paso 2:<\/strong> Una vez que el rotor comienza a moverse, el devanado de fase del estator se energizar\u00e1 con una frecuencia que var\u00eda lentamente para mantener constante la corriente del estator. La tasa de cambio de frecuencia se mantiene baja para mantener la sincronicidad y, si se conoce la carga, se puede controlar adecuadamente. Si se desconoce, se experimentar\u00e1 repetidamente con la frecuencia del estator hasta que alcance una velocidad m\u00ednima a la que la amplitud de la fuerza contraelectromotriz inducida sea suficiente para el control. Este constituye el segundo paso del proceso de puesta en marcha. El problema con este m\u00e9todo es su falta de precisi\u00f3n, ya que se pueden sentir algunas fluctuaciones y vibraciones durante el proceso de inicio, lo que puede no ser significativo en muchas aplicaciones. En muchos casos, se puede omitir el primer paso y solo se utiliza el segundo paso para arrancar el motor de CC sin escobillas.<\/p>\n

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Soluciones de microcontroladores:<\/strong><\/h5>\n

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Hay muchas soluciones de microcontroladores disponibles en el mercado para controlar motores de CC sin escobillas, incluidas estrategias para operaci\u00f3n con y sin sensores, incluido el arranque. Son muy populares en el rango de bajo voltaje de 12-48 V y cubren una amplia gama de aplicaciones. Al considerar los motores sin escobillas para rangos de alto voltaje, se debe tener precauci\u00f3n ya que el ruido del interruptor se vuelve significativo y se requieren m\u00e9todos de control s\u00f3lidos en dichos entornos. En el rango de alto voltaje, los productos controladores convencionales se controlan principalmente mediante se\u00f1ales digitales u otras formas de control por microprocesador.<\/p>\n

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Utilizar la prominencia de los polos para motores s\u00edncronos de imanes permanentes y emplear la inyecci\u00f3n de se\u00f1al para encontrar la inductancia es otra t\u00e9cnica para encontrar la posici\u00f3n del rotor, que debe analizarse en la aplicaci\u00f3n de motores de CC sin escobillas. No ofrece mucha ayuda para los motores de CC sin escobillas, sin una diferencia clara entre los motores de im\u00e1n permanente interiores y de montaje en superficie. Tenga en cuenta que la se\u00f1al<\/p>\n

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Colecci\u00f3n de motores CC sin escobillas Faradyi<\/a><\/h5>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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