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Brushless sensorless

Controllo sensorless del motore Brushless

I motori brushless (BLDC) stanno diventando sempre più popolari grazie alla loro resistenza all’usura, la loro compattezza e alla sostituzione delle spazzole con un controller elettronico che ne migliora l'affidabilità.

Dal momento che però non esiste contatto meccanico o elettrico tra statore e rotore, servono altre soluzioni per indicare la posizione relativa dei componenti al fine di facilitare il controllo del motore. I motori BLDC utilizzano due metodi alternativi o con sensori Hall o con la misurazione della f.e.m. di ritorno.

I sensori possono essere molto funzionali ma aggiungono costi e aumentano la complessità a causa del cablaggio aggiuntivo, riducendo leggermente l’affidabilità. Fortunatamente il controllo sensorless risolve gli inconvenienti.

Cerchiamo di capire come funziona. Gli avvolgimenti del un motore elettrico funzionano come un generatore tagliando le linee di campo magnetico. Qui si genera un potenziale che viene chiamato forza elettromotrice o f.e.m. che viene misurato in volt. Questa forza crea un campo magnetico secondario che oppone la modifica originale nel flusso magnetico che guida la rotazione del motore. In poche parole si oppone al movimento naturale, motivo per cui è chiamata anche f.e.m. di ritorno, ed è proporzionale alla velocità angolare del rotore.

Potrebbe sembrare che, agendo in contrasto con la coppia del motore, la f.e.m. di ritorno misuri in realtà uno svantaggio, ma è stata resa esattamente l’opposto.

La sequenza di commutazione per i trifase è ottenuta con l’eccitazione positiva di uno degli avvolgimenti, negativa del secondo, e con il terzo aperto, e quando il motore ruota, la f.e.m. di ritorno delle tre bobine varia con una forma d'onda trapezoidale.

Per stabilire la sequenza di eccitazione della bobina, viene utilizzata una combinazione dei tre punti zero-crossing, che dopo essere stati rilevati, vengono programmati nel circuito di controllo con un ritardo di fase di 30° nel firmware prima che venga attivata l’azione successiva.

Come si misura la f.e.m.? Il metodo più semplice è utilizzare un comparatore per confrontare la f.e.m. di ritorno alla metà della tensione del bus c.c., con lo svantaggio però che i tre avvolgimenti possono non avere caratteristiche tutte uguali, e per questo motivo può determinarsi uno spostamento di fase rispetto al punto di zero-crossing, facendo assorbire una corrente eccessiva.  Si può rimediare creando un punto neutro virtuale, con le tre reti di resistenze collegate agli avvolgimenti del motore in parallelo e confrontando con questo il valore della f.e.m. di ritorno. Oppure usando dei convertitori analogico/digitale (ADC).

Per il controllo senza sensori sono disponibili molti microcontroller, dai più semplici a quelli con prestazioni più elevate.

I motori Brushless sensorless sono più semplici e più affidabili, rispetto a quelli che dotati di sensori Hall, e sono utilizzabili per una serie infinita di applicazioni. Puoi scoprire tutta la gamma di prodotti IME sul nostro sito www.imespa.com

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