{"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":"analise-de-estimativa-de-posicao-para-motores-dc-sem-escovas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/faradyi.com\/pt\/analysis-of-position-estimation-for-brushless-dc-motors\/","title":{"rendered":"An\u00e1lise de estimativa de posi\u00e7\u00e3o para motores DC sem escova"},"content":{"rendered":"
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Colocar os sensores Hall de um motor DC sem escovas oposto \u00e0 roda magn\u00e9tica formada pelo eixo ou extens\u00e3o do rotor pode detectar a posi\u00e7\u00e3o do rotor. No entanto, isso fornece apenas sinais de comuta\u00e7\u00e3o suficientes, o que para um motor trif\u00e1sico sem escovas significa seis sinais por ciclo el\u00e9trico. Esses pulsos menos discretos s\u00e3o inadequados para aplica\u00e7\u00f5es de alto desempenho. Encoders \u00f3pticos e transformadores rotativos podem oferecer sinais de posi\u00e7\u00e3o do rotor de alta resolu\u00e7\u00e3o, mas s\u00e3o relativamente caros e exigem uma prepara\u00e7\u00e3o significativa da instala\u00e7\u00e3o. Devido aos custos e encargos de fabrica\u00e7\u00e3o, eles precisam ser omitidos em aplica\u00e7\u00f5es em larga escala. Muitos m\u00e9todos podem estimar sinais de comuta\u00e7\u00e3o, resumidos brevemente abaixo:<\/p>\n

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(1) Estimativa usando modelo de motor DC sem escova:<\/strong><\/h5>\n

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Utilizando corrente e tens\u00e3o externas juntamente com par\u00e2metros do motor, como resist\u00eancia, indut\u00e2ncia e indut\u00e2ncia m\u00fatua, a for\u00e7a eletromotriz induzida pode ser obtida a partir do modelo de um motor CC sem escovas. A vantagem deste m\u00e9todo \u00e9 a extra\u00e7\u00e3o de sinais isolados, uma vez que as entradas de corrente e tens\u00e3o s\u00e3o sinais inerentemente isolados. Varia\u00e7\u00f5es na tens\u00e3o do barramento CC podem ser estimadas a partir dos par\u00e2metros do filtro do barramento CC e da corrente do barramento CC. A sensibilidade dos par\u00e2metros, particularmente a resist\u00eancia do estator, pode introduzir erros na estimativa da for\u00e7a eletromotriz induzida, levando a sinais de comuta\u00e7\u00e3o imprecisos para o inversor.<\/p>\n

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(2) For\u00e7a eletromotriz induzida pelas bobinas de detec\u00e7\u00e3o:<\/strong><\/h5>\n

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A instala\u00e7\u00e3o de bobinas de detec\u00e7\u00e3o em um motor DC sem escovas \u00e9 econ\u00f4mica para obter sinais de for\u00e7a eletromotriz traseira induzida. A vantagem reside em sinais relativamente completos, insensibilidade a par\u00e2metros e isolamento el\u00e9trico. No entanto, as desvantagens incluem processos de fabrica\u00e7\u00e3o e fia\u00e7\u00e3o adicional do motor DC sem escovas. Por exemplo, n\u00e3o \u00e9 adequado para acionar motores de compressores de refrigeradores devido aos requisitos de veda\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

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(3) Utilizando Fases Desenergizadas para Obter EMF de Retorno:<\/strong><\/h5>\n

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Um m\u00e9todo comum para obter informa\u00e7\u00f5es de posi\u00e7\u00e3o \u00e9 monitorar a for\u00e7a eletromotriz reversa induzida do enrolamento de fase do motor quando o enrolamento de fase \u00e9 desenergizado. Observe que, em qualquer momento, apenas duas fases do motor CC sem escovas est\u00e3o conduzindo, deixando uma fase desenergizada por 3.33% do tempo. Durante este per\u00edodo, surge uma for\u00e7a eletromotriz induzida nos enrolamentos do motor, que pode ser detectada. A polaridade da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida determina a polaridade apropriada da corrente injetada no motor DC sem escovas. Para evitar esperar que a for\u00e7a contra-eletromotriz induzida atinja uma regi\u00e3o estacion\u00e1ria para energizar uma fase do motor, um valor especial \u00e9 obtido da for\u00e7a contra-eletromotriz induzida, correspondente a 30\u00b0 de dist\u00e2ncia do momento de cruzamento zero. A sa\u00edda do integrador corresponde a 30\u00b0 de dist\u00e2ncia do cruzamento de zero positivo, denominado limite utilizado para energizar uma fase.<\/p>\n

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Assumindo uma forma de onda trapezoidal da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida, quando a velocidade el\u00e9trica do rotor \u00e9 Wb, seu pico \u00e9 EP. A inclina\u00e7\u00e3o da por\u00e7\u00e3o ascendente da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida em qualquer velocidade pode ser dada pela raz\u00e3o entre a tens\u00e3o de pico naquela velocidade e o intervalo de tempo correspondente a 30\u00b0 do \u00e2ngulo el\u00e9trico.<\/p>\n

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Embora as tens\u00f5es de sa\u00edda do sensor sejam diferentes, pode ser demonstrado que este algoritmo tamb\u00e9m \u00e9 aplic\u00e1vel a motores sem escovas com for\u00e7a eletromotriz traseira senoidal. Observe que a tens\u00e3o de sa\u00edda do sensor \u00e9 constante e independente dos par\u00e2metros do motor brushless, sendo sua magnitude igual em qualquer velocidade. A \u00fanica desvantagem poss\u00edvel da tens\u00e3o de sa\u00edda do sensor \u00e9 devida \u00e0s caracter\u00edsticas de temperatura do \u00edm\u00e3 permanente do rotor, que diminui o fluxo magn\u00e9tico do rotor, resultando em uma diminui\u00e7\u00e3o no valor de pico da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida. Isto pode introduzir erros tais que a energiza\u00e7\u00e3o pode n\u00e3o ocorrer exatamente como necess\u00e1rio a 30\u00b0 do \u00e2ngulo el\u00e9trico de cruzamento zero. Sem o emprego de medidas de calibra\u00e7\u00e3o adicionais, os motores CC sem escovas podem n\u00e3o ser utilizados de maneira ideal.<\/p>\n

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(4) Terceiro Harm\u00f4nico do Back EMF:<\/strong><\/h5>\n

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Um m\u00e9todo alternativo \u00e9 detectar o terceiro harm\u00f4nico da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida dentro dos enrolamentos do motor e us\u00e1-los para gerar sinais de controle. Um sistema trif\u00e1sico de quatro fios conectado em estrela permite a coleta do 3\u00ba harm\u00f4nico da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida e pode ser medido de forma barata usando quatro resistores.<\/p>\n

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(5) M\u00e9todos de controle baseados em IA:<\/strong><\/h5>\n

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Controladores inteligentes, como redes neurais ou controladores difusos, podem extrair a posi\u00e7\u00e3o do rotor ou a posi\u00e7\u00e3o de comuta\u00e7\u00e3o de vari\u00e1veis do motor CC sem escovas, como corrente e fluxo magn\u00e9tico. Eles apenas extraem informa\u00e7\u00f5es de feedback de vari\u00e1veis que potencialmente cont\u00eam informa\u00e7\u00f5es de posi\u00e7\u00e3o do rotor ou condi\u00e7\u00f5es de comuta\u00e7\u00e3o. Estas tecnologias s\u00e3o adaptativas, permitindo otimiza\u00e7\u00e3o cont\u00ednua atrav\u00e9s da autoaprendizagem ao longo do tempo. Com o aumento da velocidade dos processadores atuais, a programa\u00e7\u00e3o de controladores para aplica\u00e7\u00f5es pr\u00e1ticas torna-se mais vi\u00e1vel. A principal desvantagem desses controladores \u00e9 que os controladores de rede neural requerem pr\u00e9-aprendizado antes da opera\u00e7\u00e3o. Eles podem fornecer funcionalidade de autoaprendizagem offline.<\/p>\n

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Todos os m\u00e9todos que dependem de for\u00e7a eletromotriz reversa induzida t\u00eam a desvantagem de que a informa\u00e7\u00e3o de posi\u00e7\u00e3o n\u00e3o pode ser obtida quando parado, uma vez que n\u00e3o h\u00e1 for\u00e7a eletromotriz reversa induzida quando a velocidade \u00e9 zero. Mesmo em velocidades muito baixas, a for\u00e7a eletromotriz induzida pode n\u00e3o ser facilmente detectada. Portanto, para iniciar com sucesso um motor DC sem escovas a uma determinada velocidade e gerar de forma confi\u00e1vel informa\u00e7\u00f5es de posi\u00e7\u00e3o nesta velocidade usando m\u00e9todos de for\u00e7a eletromotriz reversa induzida, um m\u00e9todo para gerar sinais de controle em velocidade zero e pr\u00f3ximas deve ser inclu\u00eddo. Assim, um processo de partida \u00e9 necess\u00e1rio quando um motor CC sem escovas est\u00e1 parado. Este processo pode consistir em duas etapas, detalhadas a seguir:<\/p>\n

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Passo 1:<\/strong> Energize uma ou duas fases e o rotor poder\u00e1 se alinhar com uma posi\u00e7\u00e3o pr\u00e9-determinada do rotor. Desta forma, a posi\u00e7\u00e3o inicial \u00e9 conhecida e podem ser gerados sinais de controle de partida corretos. At\u00e9 que o rotor comece a se mover em velocidades mais baixas, a for\u00e7a eletromotriz reversa induzida \u00e9 muito baixa e n\u00e3o pode ser usada para gerar pulsos de comuta\u00e7\u00e3o at\u00e9 que o rotor atinja uma determinada velocidade, exigindo a segunda etapa para completar o processo de partida.<\/p>\n

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Passo 2:<\/strong> Assim que o rotor come\u00e7ar a se mover, o enrolamento de fase do estator ser\u00e1 energizado com uma frequ\u00eancia que varia lentamente para manter a corrente do estator constante. A taxa de mudan\u00e7a de frequ\u00eancia \u00e9 mantida baixa para manter a sincronicidade e, se a carga for conhecida, ela poder\u00e1 ser controlada adequadamente. Se for desconhecida, a frequ\u00eancia do estator ser\u00e1 experimentada repetidamente at\u00e9 atingir uma velocidade m\u00ednima na qual a amplitude da for\u00e7a eletromotriz reversa induzida seja suficiente para o controle. Esta constitui a segunda etapa do processo de inicializa\u00e7\u00e3o. O problema com este m\u00e9todo \u00e9 a sua falta de precis\u00e3o, uma vez que podem ser sentidas algumas oscila\u00e7\u00f5es e vibra\u00e7\u00f5es durante o processo de inicializa\u00e7\u00e3o, o que pode n\u00e3o ser significativo em muitas aplica\u00e7\u00f5es. Em muitos casos, a primeira etapa pode ser ignorada e apenas a segunda etapa \u00e9 usada para dar partida no motor CC sem escovas.<\/p>\n

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Solu\u00e7\u00f5es de microcontroladores:<\/strong><\/h5>\n

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Existem muitas solu\u00e7\u00f5es de microcontroladores dispon\u00edveis no mercado para controle de motores DC sem escovas, incluindo estrat\u00e9gias para opera\u00e7\u00e3o com e sem sensor, incluindo partida. Eles s\u00e3o muito populares na faixa de baixa tens\u00e3o de 12 a 48 V, cobrindo uma ampla gama de aplica\u00e7\u00f5es. Ao considerar acionamentos de motores sem escovas para faixas de alta tens\u00e3o, deve-se ter cuidado, pois o ru\u00eddo da chave se torna significativo e m\u00e9todos de controle robustos s\u00e3o necess\u00e1rios em tais ambientes. Na faixa de alta tens\u00e3o, os produtos controladores convencionais s\u00e3o controlados principalmente por sinais digitais ou outras formas de controle por microprocessador.<\/p>\n

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Utilizar a sali\u00eancia dos p\u00f3los para motores s\u00edncronos de \u00edm\u00e3 permanente, empregando inje\u00e7\u00e3o de sinal para encontrar a indut\u00e2ncia \u00e9 outra t\u00e9cnica para encontrar a posi\u00e7\u00e3o do rotor, que precisa ser discutida na aplica\u00e7\u00e3o de motores CC sem escovas. Ele n\u00e3o oferece muita ajuda para motores CC sem escovas, sem nenhuma diferen\u00e7a clara entre motores de \u00edm\u00e3 permanente montados na superf\u00edcie e internos. Observe que o sinal<\/p>\n

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Cole\u00e7\u00e3o de motores DC sem escova Faradyi<\/a><\/h5>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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