Conducción ciega de un motor de CC sin escobillas BLDC

Estoy pensando en hacer un controlador BLDC con una MCU, y he estado leyendo la guía AVR444 de atmel que detalla el diseño y el software necesarios para un controlador controlado por temporización back-emf sin sensor.

Estoy ampliando mi comprensión del tema. La aplicación que estoy buscando es para un quadcopter RC, por lo que el nivel de precisión de velocidad no es crítico siempre que el empuje general pueda variar con una respuesta bastante rápida. La carga tampoco variará mucho. El motor será trifásico (bobinados Y), alrededor de 5-10V, <10A, imagino.

Entiendo el concepto de back-emf en los devanados flotantes para sincronizar rotando el campo eléctrico. Sin embargo, entiendo también que el par experimentado en el rotor es proporcional a la diferencia de rotación entre el campo eléctrico y el campo del rotor permanente. Por lo tanto, el rotor generalmente se retrasa ligeramente, lo que hace que el par lo obligue a intentar alcanzarlo.

Para empezar, la nota de la aplicación AVR444 diseña el software para conducir el motor a ciegas (usando tiempos fijos) y acelerarlo hasta cierto punto, luego deja que el software de control de la fem posterior se haga cargo. Esto tiene mucho sentido para mí, pero tengo curiosidad acerca de cuál es la limitación de conducir el motor a ciegas.

Mientras no haya una gran diferencia entre la velocidad de rotación del rotor y la velocidad de rotación del campo eléctrico, el par acelerará el rotor y lo obligará a coincidir con el campo eléctrico. Dado que el campo eléctrico está controlado por el software, ¿cuál sería el problema de conducir ciegamente el campo eléctrico y asumir que el rotor sigue funcionando? Es probable que deslice rotaciones de vez en cuando imagino, pero a velocidades razonablemente altas (1000 a 5000 rpm) y con algún grado de inercia, ¿seguramente esto se promediará? Si la velocidad varía por decir 100 rpm de ida y vuelta, no estoy demasiado preocupado.

Utilizando un voltaje fijo para el accionamiento del motor y una frecuencia de rotación fija, espero que la corriente en los devanados varíe con la cantidad de par necesario para que el rotor coincida con el ritmo con la rotación eléctrica. Un limitador de corriente en la fuente de alimentación podría detener cualquier cosa demasiado loca.

Pensamientos? Me doy cuenta de que el método preferido es usar back-emf en un bucle de control, pero estoy buscando una idea de cuáles serían las limitaciones de no usar un bucle de control y conducir a ciegas un motor BLDC.

EDITAR: además de ser un punto de investigación interesante, también tiene un uso práctico. Conducir a ciegas motores BLDC es una tarea bastante trivial, que un MCU de control único podría realizar. El diseño actual que estoy viendo requiere MCU pequeñas y separadas para ejecutar lazos de control estrechos por motor. En un diseño con 4 motores (posiblemente más), es la diferencia entre 1 y 5 MCU en el tablero.

Conducir una persiana motorizada es una mala idea por varias razones:

1. Es ineficiente La forma más eficiente de hacer funcionar el motor es que el campo magentic esté 90 ° por delante del rotor. Dicho de otra manera, el par en el rotor es el producto cruzado del campo magnético impulsor y la orientación magnética del rotor.

   Con la retroalimentación de posición, el campo magnético se puede mantener cerca del ángulo óptimo, lo que significa que la corriente pasa realmente a empujar el motor en lugar de mantenerlo en su lugar. Dicho de otro modo, la amplitud es justo lo que debe ser para mantener el motor girando a la velocidad deseada en la configuración de par máximo. Cuando no sabes dónde está el rotor, terminas sobrecargando el motor.

   Otra forma de ver esto es que el campo de conducción tiene un componente seno y coseno. Digamos que el coseno es la parte 90 ° por delante del rotor y la parte sinusoidal es donde está actualmente el rotor. Cualquier ángulo de fase puede considerarse como una mezcla diferente de los componentes seno y coseno. Sin embargo, solo el componente coseno mueve el motor. El componente seno solo causa calentamiento y representa energía desperdiciada.

2. Una vez que pierdes el candado, el juego termina. Con un accionamiento fijo, el ángulo de accionamiento solo estará un poco por delante del rotor con un par bajo. A medida que aumenta la velocidad (y la tensión efectiva del variador disminuye automáticamente debido a la EMF de retroceso) o la carga aumenta, el variador fijo se adelantará 90 ° por delante del rotor.

   Sin embargo, en este punto está justo en el borde y cualquier cambio causará menos torque. Si aumenta la carga en el motor, el rotor se retrasará más de 90 °, lo que ocasiona menos torque, lo que hace que se retrase aún más. Durante los siguientes 1/4 de vuelta de deslizamiento, el torque hacia adelante disminuirá a cero. Luego, durante la siguiente 1/2 vuelta después de eso, el par motor realmente empuja el rotor hacia atrás.

   En este punto estás totalmente jodido. Recuerda que te metiste en esta situación en primer lugar porque el par de conducción no pudo seguir el ritmo de la carga, y acabas de experimentar un impulso negativo neto en los últimos 3/4 de vuelta. Si la carga se retira repentinamente y tiene mucha suerte, el rotor podría acelerar para sincronizarse con la unidad en el siguiente ciclo de 1/4, pero ciertamente no si cualquier condición causó el problema en primer lugar. aun presente.

   Una vez que el rotor se desincroniza, el par neto sobre cualquier rotación es 0. El producto de dos ondas sinusoidales de frecuencia diferente siempre promedia a 0, independientemente del ángulo de fase entre ellas.

por lo que el nivel de precisión de la velocidad no es crítico siempre que el empuje general pueda variar con una respuesta bastante rápida

no realmente cómo funciona, solo busque en Google cómo los nuevos escs para quadcopters van más allá del servo pwm estándar por razones de velocidad y precisión.

En segundo lugar, el "arranque a ciegas" tiene el único propósito de hacer que el rotor se mueva, aleatoriamente pero en movimiento, por lo que su posición inicial puede determinarse por la fem posterior que induce

Tenga en cuenta también que los BLDC son motores sincrónicos, el "deslizamiento" no tiene un lugar importante aquí. Se pueden encontrar grandes recursos para aprender la teoría "mathy" pero fundamental de una manera "humana" en los foros de "esfera interminable" :-)