Érzékelők és beavatkozók

Érzékelők és beavatkozók Kefe nélküli egyenáramú motorok

Dr. Soumelidis Alexandros egyetemi docens

Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

-1-

BME Közlekedés- és Járműmérnöki Kar Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék

BLDC motor Kefe nélküli egyenáramú (BLDC – Brushless DC) motor 3-phase inverter

A

120°

VDC

120°

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL

N C

S

B

120°


-2-


Brushless DC (BLDC) Motor Phase 1

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

30°

90°


150°

210°

-3-

270°

330° 360°


Phase 1

Phase 1 - start -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 1 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

-4-

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 1 - stop -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 1 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

-5-

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 2 - start -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 2 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

-6-

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 2 - stop -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 2 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

-7-

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 3 - start -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 3 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

-8-

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 3 - stop -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 3 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

-9-

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 4 - start -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 4 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

- 10 -

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 4 - stop -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 4 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

- 11 -

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 5 - start -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 5 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

- 12 -

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 5 - stop -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 5 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

- 13 -

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 6 - start -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 6 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

- 14 -

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


Phase 1

Phase 6 - stop -

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

Phase 6 

30°

90°

150°

210°

VDC

270°

330° 360°

A

C


B

- 15 -

SWAU

SWBU

SWCU

SWAL

SWBL

SWCL


A BLDC motor vezérlése Problémák: Kommutáció: a kapcsolási állapotok közti váltás. • Nincs mechanikus kommutátor Mikor (hol) váltsunk a kapcsolási állapotok között? Általában: kommutálás a forgórész meghatározott szöghelyzetében  szöghelyzet érzékelés (mérés, detektálás). Követelmények: • Folyamatos, egyenletes forgás. • Maximális nyomaték biztosítása. • Meghatározott fordulatszám biztosítása. • Meghatározott nyomaték biztosítása. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 16 -


A BLDC motor típusok Szöghelyzet detektálás szemszögéből: Szenzoros BLDC vezérlés

Szenzor nélküli BLDC vezérlés

• Mágneses (Hall) érzékelők – kapcsolók – elhelyezése az állórész meghatározott pozícióiban: a forgórész mágneses tere kapcsolja be-ki őket. • Abszolút szöghelyzet mérés mágneses vagy optikai elven – rugalmasabb megoldás: programozható kommutáció.

• Indukált feszültség (EMF) mérése, nullátmenet detektálás • Szinuszos karakterisztika • Négyszög karakterisztika • Trapéz karakterisztika


Kialakítás függvénye: • Vasanyag alakja, légrések. • Vasanyag mágneses tulajdonságai • Tekercselés alakja, eloszlása - 17 -


BLDC motor típusok Elektromechanikai kialakítás szempontjából: Belső forgórészes


Külső forgórészes

- 18 -

Tárcsamotorok


BLDC motor típusok Pólus-szám (póluspárok száma) szerint: 2 – 4 – 6 – 8 – … pólusú motorok – • A 360º–os teljes fordulatot a póluspárok száma szerint osztják több szegmensre • Egy szegmensen belül a motor úgy viselkedik, mintha egy teljes fordulatot tenne meg. Villamos fordulat = Mechanikai fordulat / Póluspárok száma


- 19 -


BLDC meghajtás A kapcsolóhálózat – 3-fázisú H-híd - megvalósítása: NPN

PNP

C

C

• Tranzisztor B

• MOS-FET (Metal-Oxid-Semiconductor Field Effect Transistor) G

B

E

E

N-ch

P-ch

D

D

G

S

S

• IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 20 -


BLDC motor meghajtás • Tranzisztor • MOS-FET • IGBT


- 21 -


BLDC motor meghajtás Transzfer karakterisztika: kétállapotú kapcsoló • Vezető állapot: kis R • Nem-vezető állapot: nagyon nagy R

• Tranzisztor


• MOS-FET

- 22 -

• IGBT


BLDC meghajtás 3-fázisú inverterek:


- 23 -


BLDC meghajtás MOSFET alapú 3-fázisú H-híd: N-P csatornás MOS FET-ek


- 24 -


BLDC meghajtás MOSFET alapú 3-fázisú H-híd: N csatornás MOS FET-ek


- 25 -


BLDC meghajtás MOSFET alapú 3-fázisú H-híd: • Földoldalon N, tápoldalon P csatornás MOS-FET: • Kisfeszültségű alkalmazásokban • Egyszerű „földoldali” MOS meghajtók • Hátrány: a P-csatornás MOS-FET-ek általában rosszabb paraméterekkel rendelkeznek (bemeneti kapacitás, sebesség, nyitóirányú ellenállás)

• Föld- és tápoldalon N csatornás MOS-FET: • Akár nagy feszültségek (pl. 600 V) alkalmazása • Speciális „tápoldali” MOS meghajtókat igényel • Alsó/felső kapcsolók azonos paraméterekkel rendelkeznek: szimmetria jobban biztosítható Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 26 -


BLDC meghajtás Földoldali MOS meghajtó: példa Microchip TC4426-7-8

A földpotenciálhoz képest állítja elő a MOS-FET Gate vezérléshez szükséges feszültségszinteket. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 27 -


BLDC meghajtás Föld- és tápoldali MOS meghajtó: példa IRF IR2130-2 Háromfázisú MOSFET / IGBT H-hídmeghajtó

A tápoldali MOSFET/IGBT vezérlése a középső pont (motor csatlakozási pont) potenciáljához képest történik – „boost” áramkör. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 28 -


BLDC meghajtás IRF2130/32


- 29 -


BLDC meghajtás A boost-áramkör működése: 1 dióda, 1 kondenzátor


Ha VS feszültség alacsony, VB is elég alacsony lehet ahhoz, hogy a dióda kinyisson: a kondenzátor a diódán keresztül feltöltődik a VCC-VS feszültségre. VS magas szintre kerülése viszi magával VB szintet, a dióda lezár, a kondenzátor tartja a VB-hez képest pozitív feszültséget. VB–t csak MOSFET G-je terheli, lassan változik. A működés feltétele: periodikus változás. - 30 -


BLDC vezérlés A vezérlés összetevői: • A kommutáció megvalósítása • Teljesítmény-vezérlés: a kapocsfeszültség változtatása helyett PWM vezérlés A vezérlés feletti szinten megvalósítandó feladatok: • Fordulatszám-szabályozás • Nyomaték-szabályozás • Pozíció- szabályozás

Megvalósítási módjuk: visszacsatolt szabályozás. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 31 -


BLDC vezérlés PWM vezérlés:

Phase 1

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

Phase A

Phase B

Phase C

0°

30°

90°

150°

210°

270°

330° 360°

impulzusszélesség (kitöltési tényező) állítása révén Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 32 -


Szenzoros BLDC vezérlés Kapcsoló állapotok

Hall-szenzor jelek: állapotátmenetek a kommutálás helyén Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 33 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Kapcsoló állapotok


- 34 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Indukált feszültségek fázisonként


- 35 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Mért indukált feszültségek fázisonként


- 36 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Nullátmenet detektálás kommutáció

60° fáziseltolással


- 37 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Kommutációs sorrend: a kapcsoló állapotokat feszültségszintekkel ábrázolva – a vezérlés követi az EMF jelalakot


- 38 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Phase 1

Phase 2

Phase 3

Phase 4

Phase 5

Phase 6

SW AU SW AL SW BU SW BL SW CU SW CL

Pole A

Pole B

Pole C

0°

60°


120°

180°

- 39 -

240°

300°

360°


Szenzor nélküli BLDC vezérlés EMF mérés: mindig a szabad (nem vezérelt) kimeneten

V+ A

VEMFA

VA = VM VN = V– + (V+ – V– – VEMFA – VEMFB) / 2

IA = i

Példa: A és B pólusok vezérelve, mérés a C póluson.

N

VEMFC C

VEMFB IC = 0

IB = i

B

VB = V–

VC

V– VC = VN – VEMFC = V– + (V+ – V– – VEMFA – VEMFB) / 2 – VEMFC Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 40 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Problémák:

• A vezérlés megvalósításához szükség van az indukált feszültség (EMF) megfelelő szintjére, azaz a motornak el kell érnie valamilyen minimális fordulatszámot. • A motor indításáról külön eljárás keretében kell gondoskodni, amikor a motor eléri a minimális fordulatszámot, lehet átállni a normál vezérlésre ill. szabályozásra. • A motorindításnak fel kell készülnie különböző terhelési viszonyokra. • Ha a motor üzem közben (pl. túlterhelés következtében) leáll, újra az indítási eljárást kell alkalmazni. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 41 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Példa egy indítási szekvenciára:

• A terhelésnek megfelelő PWM kitöltési tényezővel forgó mágneses teret állítunk elő növekedő fordulatszámmal. • A mágneses tér forgás közben eléri azt a pozíciót, amelyben nyomatékot produkál a forgórészre, ekkor az elindul, és a mágneses térrel együtt forog. • Ha a motor nem indul el, növeljük a kitöltési tényezőt, és újraindítjuk az eljárást. • Ha a motor eléri a minimális fordulatszámot, azaz az EMF megfelelő szintű, normál működési módba kapcsolunk.


- 42 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Problémák: • Zajos EMF mérések – a nullátmenetek meghatározása bizonytalan. • Zajszűrés az EMF jeleken – növeli a komplexitást, késleltetés visz be, korlátozott hatékonyságú. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 43 -


Szenzor nélküli BLDC vezérlés Előnyei:

• A legkisebb költségű megoldás. • Korlátok mellett rugalmas megoldás, a kommutációs stratégia könnyen változtatható (szoftverben valósul meg). Alkalmazási területek: • Kisebb igényű hajtások, pl. ventillátorok, szivattyúk. • Háztartási készülékek. • Hobby, modell, játék.


- 44 -


BLDC motor vezérlés Helyesen kommutált BLDC motor: Példa:

gyakorlatilag úgy működik, mint az állandó mágneses DC motor


- 45 -


BLDC motor vezérlés Specifikáció:

km nyomatéktényezővel jól jellemezhető


- 46 -


BLDC motor vezérlés Speciális vezérlési feltételek alkalmazásával a standard tulajdonságok befolyásolhatók: • A kommutálási szöghelyzetek módosításával – a „mezőgyengítés” egyik formája – a nominálisnál nagyobb fordulatszám érhető el, illetve befolyásolható a motor nyomatéka, leadott teljesítménye. • A motoráram (az egyes fázisokon folyó áram) szabályozásával befolyásolható a motor fordulatszámnyomatéki jelleggörbéje. Precízebb vezérlés/szabályozás: szinuszos PMS (állandó mágneses szinkron) motorok. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 47 -


BLDC motor mérések A kommutáció megvalósítása ill. a motor szabályozása céljából érzékelni kell a motor állapotára jellemző paramétereket. Jellemző mérés-típusok: • • • • •

Szöghelyzet mérés ill. detektálás. Indukált feszültség (EMF) mérése. Motoráram, fázisáramok mérése. Fordulatszámmérés. Nyomatékmérés.


- 48 -


Hall-szenzorok Mágneses tér-érzékelő szenzorok

Hall-effektus: A mágneses térben az áramló elektronokra Lorentz erő hat, ez potenciálkülönbséget kelt, amely mérhető. Magnetorezisztív hatás: A mágneses tér megváltoztatja a permalloy anyag (egy vasötvözet) ellenállását. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 49 -


Hall-szenzorok Analóg Hall-szenzorok és Hall-kapcsolók (latch-ek)

open-drain MOS kapcsoló a kimeneten Allegro A1202-3

A mágneses térrel arányos feszültséget szolgáltatnak.

Allegro A1210-14

Egy mágneses térerő küszöbérték alatt ill. felett kapcsolnak be-ki. Reteszelődés (latch tulajdonság): valamely állapotból csak egy ellentétes irányú nagyobb változás viszi ki.


- 50 -


Hall-szenzorok Hall-kapcsoló (latch) A reteszelődés (latch tulajdonság) miatt nem impulzusszerű kimenetet ad, hanem állapotot jelez Motorvezérlésnél ez előnyös: a teljes kommutálási fázis alatt fenntartható a jele.

Hiszterézis Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 51 -


Hall-szenzorok A Hall-kapcsoló alkalmazása:

az open-drain kimenet miatt


- 52 -


Hall-szenzorok A Hall-kapcsolók alkalmazása szenzoros BLDC motorokban:

Hall szenzorok


- 53 -


EMF mérés Egyszerű ellenállás osztó hálózat:


- 54 -


EMF mérés Ellenállás osztó hálózat: Miért kell osztani? UU/V/W

Az indukált feszültség elég magas lehet nagy fordulatszámok esetén, magasabb akár a tápfeszültségnél is.

R2

UEMF U/V/W

Osztási arány: R1

C

AEMF

R1  R1  R2

Törésponti frekvencia:

fc 

RC szűrő: zajszűrés céljából Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 55 -

R1  R2 2R1 R2C


EMF mérés EMF mérés megvalósítása: 1. AD konverterrel – fázisonként 1-1 ADC csatorna. Nullátmenet meghatározása numerikusan. Zajszűrés digitális szűréssel. 2. Nullátmenetek direkt meghatározása komparátorokkal – 1-1 komparátor fázisonként. Zajszűrés analóg és digitális módszerekkel: hiszterézis, élszűrés alkalmazása.

Az EMF mérés viszonyítási pontja: • Földpont, vagy valamely tápfeszültség pont • Virtuális csillagpont (mivel a csillagpont nem áll rendelkezésre). Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 56 -


EMF mérés Virtuális csillagpont


- 57 -


Motoráram mérése Földponthoz viszonyított árammérés: motoráram UPS

UH

WH

VH

A fázisok áramai összeadódnak.

BLDC UL

WL

VL

R

IR


VIR

- 58 -


Motoráram mérése Földfüggetlen árammérés: fázisáramok UPS IU UH

VH

WH

RW

A fázisonkénti független árammérés.

VIRW IV

RV BLDC

UL

VL

WL

VIRV IW

RU

VIRU


- 59 -

Lehetőséget ad fázisáramok független szabályozására.


Motoráram mérése Példa földponthoz viszonyított árammérésre


- 60 -


Motoráram mérése Árammérés megvalósítása: • Kis értékű soros ellenálláson eső feszültség mérése • Földhöz viszonyított mérés: neminvertáló erősítő kapcsolással – kis offsetű, kis driftű műveleti erősítővel • Földfüggetlen mérés: áramérzékelő (Current Sense) erősítővel • Földfüggetlen mérés: galvanikusan leválasztott erősítő és AD konverter alkalmazásával. • Mágneses elvű (Hall-elemes) áramérzékelő • Földhöz viszonyított vagy földfüggetlen mérés


- 61 -


Motoráram mérése Földponthoz viszonyított árammérés kis értékű ellenállással • Nagyon kis értékű ellenállás alkalmazása: kis disszipáció (hőveszteség), kismértékű melegedés, nem tolódnak el a potenciálviszonyok – 1-100 mΩ tipikus értékek.

• Pontos, kis toleranciájú ellenállás alkalmazása – 1% - 0.1% - ez utóbbiak igen drágák. • Nagyon kis (mV nagyságrendű) feszültségek mérését kell megoldani: az erősítő offset-je és hőmérsékleti drift-je kritikus – 0-driftű műveleti erősítők; eléggé költségesek. • Kis zajú mérőelemek alkalmazása, illetve zajszűrés megvalósítása elengedhetetlen.


- 62 -


Motoráram mérése Áramfigyelő ellenállások Vishay Dale WSK sorozat

0.001Ω – 0.1 Ω 1-3W max disszipációval „Kelvin” csatlakozások: kis áramú mérőcsatlakozások, hogy a mérés ne befolyásolja mért áramot – nagy impedanciájú merőeszköz csatlakozik rájuk.

Vitriohm RWN sorozat

3W disszipáció


- 63 -

Isabellenhütte PBW sorozat

10 W disszipáció Kelvin csatlakozással BME Közlekedés- és Járműmérnöki Kar Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Motoráram mérése 0-driftű műveleti erősítők

Kapcsolóüzemű (chopper-es) műveleti erősítők Működési elv (leegyszerűsítve): a + és – bemeneteket kapcsolók segítségével felváltva cserélgetik az erősítő bemeneti körében – az offset kiátlagolódik.

Előnyeik: • Gyakorlatilag 0 offset (0.5μV) és drift (0.03 μV/ºC).

Hátrányaik: • A kapcsolásból eredő zaj megjelenik a kimeneten. • Korlátozott határfrekvencia – 3-5 MHz Gain Bandwidth Product Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 64 -


Motoráram mérése 0-driftű műveleti erősítők Linear Technology LTC2050


- 65 -


Motoráram mérése Áramérzékelő (Current Sense) műveleti erősítők

Földfüggetlen használatra (is) készülnek Működési elv (leegyszerűsítve): a + és – bemenetekkel sorosan kapcsolt nagy ellenállások nagy közös modusú elnyomást (CMR) biztosítanak.


- 66 -


Motoráram mérése Áramérzékelő (Current Sense) műveleti erősítők Analog Devices AMP03 precíziós Current Sense differencia-erősítő

„Klasszikus” típus Erősítés: 1 Tápfeszültség: ±6 - ±18V

Bemeneti feszültségtartomány: min ±20V CMR: tipikusan 95 dB


- 67 -


Motoráram mérése Áramérzékelő (Current Sense) erősítők Analog Devices AD8202 automotiv alkalmazásokra optimalizált Current Sense differencia-erősítő

80 dB CMR -6V-18V tartományban – miközben a tápfeszültség 5V. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 68 -


Motoráram mérése Áramérzékelő (Current Sense) erősítők Linear Technology LTC1787 High Side Current Sense Amplifier

135 dB CMR 0V-35V ill. 0-60V (HV változat) tápfeszültség tartományban Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 69 -


Motoráram mérése Áramérzékelő (Current Sense) erősítők alkalmazási korlátai: • Korlátozott feszültségtartományban használhatók – néhányszor 10 V átfogás, nagyobb feszültségű motorvezérlőkben nem használhatók. • Kis offset és drift nem biztosítható optimális mértékben – általában ellentmondanak a közösjel-elnyomás követelményeinek.

• A motorvezérlőkben előálló tranziensek miatt gondos tervezést igényelek a pontosság és megbízhatóság érdekében.


- 70 -


Motoráram mérése Mágneses elvű áramérzékelők: • Hall effektus alapján működő érzékelők • Galvanikusan független a mérendő- és a mérő-kör.

Hall effektus

A mérendő árammal arányos feszültséget adnak ki a kimenetükön. Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 71 -


Motoráram mérése Allegro ACS712: Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor


- 72 -


Motoráram mérése Mérési tartomány: ±5 - ±30A

Allegro ACS712:


- 73 -


Motoráram mérése Allegro ACS756: Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 3 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor Mérési tartomány: ±50 - ±100A


- 74 -


Motoráram mérése Mágneses elvű áramérzékelők előnyei: • Földpotenciáltól vagy egyéb más potenciáltól függetlenek. • Galvanikusan leválasztottak, eleget tesznek nagyfeszültségű szigetelési követelményeknek. • Nem függnek bármilyen közös jeltől. • Egyen- vagy váltakozó illetve változó áram mérésére egyaránt használhatók*. * Nem így az áramváltók, amelyek lényegében váltakozó áramú transzformátorok.

Mágneses elvű áramérzékelők hátrányai: • Korlátozott pontosság (0.5 – 1 %).


- 75 -


Nagy áramok mérése Áramváltók: • Földpotenciáltól vagy egyéb más potenciáltól függetlenek. • Galvanikusan leválasztottak, eleget tesznek nagyfeszültségű szigetelési követelményeknek. • Nem függnek bármilyen közös jeltől. • Lényegében váltakozó áramú transzformátorok. • Alapváltozatukban váltakozó áramok mérésére alkalmasak. • Időben változó (nem feltétlenül szinuszos) áramok mérése: a szekunder körben jelfeldolgozás révén.


- 76 -


Nagy áramok mérése LEM • áramváltók • Hall-elvű áramérzékelők • 0 … 5.000 A • DC … 500 kHz


- 77 -


Fordulatszám mérés Fordulatszám meghatározása BLDC motorokban: • A fordulatszám kiadódik a kommutáció megvalósítása során, ill. időmérésre vagy impulzusszámlálásra vezethető vissza. • A fordulatszámmérés eszközei: a mikroszámítógép időzítő (Timer) perifériái. Egyes esetekben vezérléstől független fordulatszámmérés szükséges: • Inkrementális optikai vagy mágneses jeladó alkalmazása.


- 78 -


Szöghelyzet mérés Ugyanaz elmondható, mint a DC motorokkal kapcsolatban:

Optikai elvű érzékelők Mágneses elvű érzékelők


- 79 -


Szöghelyzet mérés Optikai szögjeladó (encoder): Inkrementális

Abszolút


- 80 -


Szöghelyzet mérés Rezolver:

„Forgó transzformátor”


- 81 -


Szöghelyzet mérés Mágneses abszolút szögjeladó:


- 82 -

AMS (Austria)


Mérőeszközök Mágneses abszolút szögjeladó: „off axis”

iC-Haus (DE)

• Master track – Nonius track • A nonius track-en 1-el kevesebb domén • Pozíciómérés egy-egy doménen belül 14 bit felbontással • A domének sorszáma egyértelműen meghatározható az mért értékekből


- 83 -


Nyomatékmérés Nyomatékmérő szenzor:


- 84 -


Nyomatékmérés Nyomatékmérő szenzor megvalósítási elvei:

http://www.lorenz-messtechnik.de/english/company/torque_measurement_technology.php


- 85 -


BLDC motorvezérlő példa Texas Instruments DRV8305 3-fázisú Gate meghajtó • 4.4 – 45 V működési feszültség • 1 A Gate meghajtó áramok • Töltés-szivattyú (charge-pump) elven működő Gate meghajtó – 100% kitöltési tényező mellett is működőképes • 200 kHz maximális PWM frekvencia • Programozható fel- és lefutási idők a Gate kimeneteken • 3 árammérő erősítő • Védelmi funkciók • 48-kivezetésű HTQFP tok


- 86 -


BLDC motorvezérlő példa Texas Instruments DRV8305 alapú motorvezérlő panel

TI Piccolo Launchpad alappanellel


- 87 -


BLDC motorvezérlő példa

Texas Instruments DRV8305 alapú motorvezérlő panel Dr. Soumelidis Alexandros Érzékelők és beavatkozók, 2015-16. 2.félév

- 88 -


BLDC motorvezérlő példa Texas Instruments DRV8305 CSD18540Q5B 60V N-Channel NexFET™ Power MOSFET


- 89 -


Érzékelők és beavatkozók

Recommend Documents