كيف تعمل أجهزة التحكم في السرعة الإلكترونية؟ داخل سلسلة إشارة ESC

توفر حزمة بطارية 48 فولت جهدًا ثابتًا واحدًا للتيار المستمر. لا يزال يتعين على محرك السكوتر الكهربائي أن يحافظ على ما يقرب من 3200 دورة في الدقيقة على طريق مسطح، وينخفض ​​إلى حوالي 280 دورة في الدقيقة على درجة 12 بالمائة، ويعكس عند الطلب. هناك شيء ما بين البطارية والملفات يجب أن يقرر مقدار تدفق التيار، وفي أي اتجاه، وإلى متى.

هذا الجهاز هو جهاز التحكم الإلكتروني في السرعة. إنه يعمل عن طريق تحويل التيار المستمر الثابت للبطارية إلى خرج ثلاثي الطور وتبديل هذا الإخراج آلاف المرات في الثانية. متوسط ​​الجهد الذي يراه المحرك يرتفع وينخفض ​​مع دورة التشغيل، ويقوم محاثة المحرك بتحويل تلك النبضات السريعة إلى تيار سلس. يتبع عزم الدوران التيار، وتستقر السرعة حيث يلتقي عزم دوران المحرك مع عزم دوران الحمل. كل شيء آخر داخل ESC موجود لتحقيق ذلك بأمان وبشكل متكرر.

كيف يصبح التيار المستمر دورانًا ثلاثي الطور

لن يعمل المحرك بدون فرش على التيار المستمر المطبق على طرفين. يحمل الجزء الثابت ملفات ثلاثية الطور ويحمل الجزء المتحرك مغناطيسًا دائمًا، لذلك يجب أن يتحرك التيار عبر المراحل بالتسلسل للحفاظ على مجال الجزء الثابت الذي يسحب الجزء المتحرك للأمام بدلاً من تثبيته في مكانه.

التبديل: البقاء أمام الدوار

التبديل هو عملية اختيار زوج الطور الذي يتم تنشيطه. في عملية تخفيف من ست خطوات، يتم تقسيم كل ثورة كهربائية إلى ست حالات، وتقوم وحدة التحكم بتشغيل مفتاح واحد مرتفع ومفتاح واحد منخفض الجانب لكل حالة، مما ينتج مجالًا يتقدم للأمام كل 60 درجة كهربائية. إذا تأخر تخفيف الحركة عن الدوار، ينهار عزم الدوران ويرتفع التيار. إذا كان الأمر أبعد من اللازم، فإن التيار الزائد يصبح حرارة بدلاً من عزم الدوران.

ردود فعل موضعية محسوسة وغير محسوسة

تُبلغ أجهزة استشعار Hall الثلاثة عن الوضع المطلق للدوار، وهو أمر مهم بالنسبة لهيكل الروبوت الذي يجب أن يبدأ من حالة توقف تام تحت الحمل الكامل. وبدلاً من ذلك، تقوم المخططات التي لا تحتوي على مستشعرات بقراءة المجال الكهرومغناطيسي الخلفي المستحث في الطور غير النشط وتقدير الموقع من معبر الصفر. يؤدي ذلك إلى إزالة ثلاثة أسلاك وموصل من الحزام، لكن التقدير يصبح غير موثوق به أقل من 5 إلى 10 بالمائة تقريبًا من السرعة المقدرة. ويذهب التحكم الميداني إلى أبعد من ذلك، حيث يحول تيارات الطور المقاسة إلى إطار مرجعي دوار وينظم مكون إنتاج عزم الدوران مباشرة.

سلسلة الإشارة من مدخل الخانق إلى محرك البوابة

بين مدخل الخانق وأطراف المحرك توجد أربع كتل وظيفية. ولكل منها وضع الفشل الخاص بها والحد الخاص بأداء النظام.

متحكم صغير وحلقة التحكم

يقوم المتحكم الدقيق بأخذ عينات من تيار الطور، وجهد الناقل، وموضع الخانق، وموضع الدوار، غالبًا ما يتراوح بين 8000 إلى 20000 مرة في الثانية في تطبيق موجه ميدانيًا. يقوم بتشغيل حلقة التيار السريع أولاً، ثم يلف حلقة سرعة أو عزم دوران أبطأ حولها، ويحول النتيجة إلى ثلاث قيم لدورة العمل. رسم خرائط الخانق، والحدود الحالية، وقوة الكبح المتجددة، وعتبات الأعطال كلها تعيش في هذه الطبقة.

سائق البوابة وجسر MOSFET

يقوم محرك البوابة بترجمة منطق الجهد المنخفض إلى تأرجح 10 إلى 15 فولت الذي تحتاجه الطاقة MOSFET، ويمنع كلا المفتاحين في ساق واحدة من التوصيل في نفس الوقت. الوقت الميت، وهو الفاصل الزمني المتعمد للتقطيع بين إيقاف تشغيل الجانب العلوي وتشغيل الجانب المنخفض، عادةً ما يكون من 0.3 إلى 1 ميكروثانية. تيار قصير للغاية ومتدفق يدمر الجسر. يعاني كل من عزم الدوران الطويل والمنخفض السرعة والكفاءة.

تشكل ستة دوائر MOSFET جسرًا ثلاثي الطور، حيث يتم قياس فقدان التوصيل مع المقاومة المستمرة ومربع التيار، بينما يتم تبديل مقاييس الخسارة مع تردد التبديل، وجهد الناقل، وشحن البوابة. تعمل الأجهزة المتوازية على تقليل المقاومة، ولكن فقط عندما تتم مطابقة حلقات البوابة. وإلا فإن أحد الأجهزة يحمل تيارًا أكثر من الأجهزة المجاورة له ويفشل أولاً.

الاستشعار والحماية الحالية

تقوم مقاومات التحويل أو مستشعرات تأثير هول بقياس تيار الطور بحيث يكون لحلقة التحكم شيء حقيقي يمكن تنظيمه، وتغذي نفس الإشارات الحماية من التيار الزائد والجهد الزائد ودرجة الحرارة الزائدة. تعمل وحدة التحكم جيدة التصرف على طي التيار مرة أخرى تدريجيًا مع ارتفاع درجة الحرارة بدلاً من قطع المحرك في منتصف المناورة.

دورة العمل، PWM، والأرقام المهمة

التحكم في السرعة هو التحكم في دورة العمل. إذا كانت الحافلة تعمل بجهد 48 فولت وكانت دورة التشغيل 50 بالمائة، فإن المحرك يرى متوسطًا يبلغ 24 فولت. ويتم اختيار تردد التبديل عاليًا بما يكفي لإبقاء تموج التيار داخل نطاق عملي ومنخفض بما يكفي لإبقاء فقدان التبديل تحت السيطرة. في محرك 48 فولت مع بضع مئات من الميكروهنري من محاثة الطور، عادةً ما يحافظ 16 كيلو هرتز إلى 20 كيلو هرتز على التموج بالقرب من 10 إلى 20 بالمائة من التيار المقنن.

اقرأ الجدول كمجموعة من المفاضلات وليس كمواصفات. يؤدي رفع تردد التبديل إلى تقليص التموج وتهدئة محرك الأقراص، ولكنه يزيد أيضًا من فقدان التبديل والحرارة. يؤدي اتساع الوقت الميت إلى حماية الجسر، ولكنه يشوه جهد الخرج عند دورة التشغيل المنخفضة، مما يظهر كبداية صعبة وتسخين إضافي منخفض السرعة.

مطابقة وحدة التحكم بمحرك دون التخمين

الخطأ الأكثر شيوعًا في التحجيم هو اختيار وحدة التحكم وفقًا لقوة تسمية المحرك. يتم تصنيف المحركات حسب الإخراج الميكانيكي. تقتصر وحدات التحكم على تيار الطور ودرجة حرارة الوصلة. يمكن لمحرك بقدرة 1 كيلوواط أن يسحب 40 أمبير من تيار الطور عند 48 فولت أثناء بداية صعبة من السكون، على الرغم من أن تيار ثباته أقرب إلى 12 أمبير. حجم البداية، وليس الطور، وتحقق من ثلاثة أرقام معًا:

• تيار الطور المستمر عند درجة الحرارة المحيطة المتوقعة، وليس عند 25 درجة مئوية.
• نطاق جهد الحافلة مع مساحة رأسية لارتفاع الكبح المتجدد.
• المسار الحراري: منطقة المبدد الحراري، وتدفق الهواء، ومدة استمرار ذروة التيار.

تزيل جداول الاقتران المنشورة معظم تلك التخمينات، لأنها توضح أي مجموعات من وحدات التحكم والمحركات تم تصنيفها بالفعل من حيث التيار والجهد والتركيب.

وحدة تحكم APT ونظام إقران المحرك نصائح الاقتران B2B لمطابقة وحدات التحكم والمحركات APT عبر الطاقة وعزم الدوران والسرعة والكفاءة، مع اعتبارات البروتوكول للسيارات الكهربائية. عرض المنتج →

البرامج الثابتة والبروتوكولات والضبط

يمكن لوحدتي تحكم لهما مراحل طاقة متماثلة أن تتصرفا بشكل مختلف تمامًا. يعد بروتوكول الإدخال هو الاختلاف الأول: تعد مدخلات PWM والمدخلات التناظرية بسيطة ومنخفضة الكمون، ويناسب UART ضبط المعلمات والقياس عن بعد، ويناسب ناقل CAN المركبات حيث تحتاج وحدة التحكم ونظام إدارة البطارية ووحدة التحكم في السيارة إلى مشاركة الحالة.

والفرق الثاني هو البرامج الثابتة. إن منحنيات الخانق، والمنحدرات الحالية، وملفات تعريف الكبح المتجددة، وإضعاف المجال للسرعة القصوى، وسلوك استعادة الأخطاء كلها قرارات برمجية، وقد نما دور البرنامج في وحدات التحكم الحديثة في المحركات ليتناسب مع مرحلة الطاقة نفسها. اطلب تعيين المعلمة قبل الالتزام بالمنصة، وليس بعد توقف النموذج الأولي على التل.

الواقع الحراري وحدود الموثوقية

تفترض التصنيفات الحالية لورقة البيانات عادة درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية وحالة MOSFET تقترب من 80 درجة مئوية. داخل حاوية مغلقة بعد ظهر أحد أيام الصيف، لا ينطبق أي من الشرطين. يزداد فقدان التوصيل مع ارتفاع درجة الحرارة بسبب زيادة المقاومة، مما يؤدي إلى زيادة الخسارة مرة أخرى؛ دون تخفيض القيمة، تهرب تلك الحلقة بعيدًا. غالبًا ما يكون التخفيض العملي لوحدة التحكم المبردة بشكل سلبي أقل من 30 إلى 40 بالمائة من التيار الرئيسي. تستحق المكثفات اهتمامًا متساويًا، نظرًا لأن تصنيف تيارها المموج وعمرها المقدر عند 105 درجة مئوية يحددان الفاصل الزمني الحقيقي للخدمة، وليس رقم جزء MOSFET.

بالنسبة للتطبيقات التي لا يمكنها تحمل الرحلات المزعجة، يكون الاستقرار عبر درجة الحرارة والتحميل أكثر أهمية من رقم الذروة في الصفحة الأولى.

وحدة تحكم بمحرك DC بدون فرش عالية الثبات من APT A8 وحدة تحكم بمحرك DC بدون فرش عالية الثبات تتميز بميزة FOC وCAN وBluetooth وذروة تبلغ 30 كيلووات للطائرات بدون طيار والروبوتات والمركبات الكهربائية الخفيفة. عرض المنتج →

ما يجب التحقق منه قبل الشراء

1. تيار الطور في أسوأ الحالات: بداية الحمل الكامل، أقصى درجة، أعلى درجة محيطة.
2. نافذة الجهد الكهربي للحافلة، بما في ذلك الارتفاع المتجدد الذي ستشاهده بطاريتك بالفعل.
3. واجهة التحكم: هل السيارة تتحدث بالفعل CAN، أم أن PWM سيقوم بهذه المهمة؟
4. التصميم الحراري: منطقة المبدد الحراري، ومسار تدفق الهواء، واتجاه التركيب.
5. الحماية والإبلاغ: التيار الزائد، والجهد الزائد، ودرجة الحرارة الزائدة، وما إذا كان يتم تسجيل الأخطاء أو الإشارة إليها فقط.
6. الدعم: وثائق المعلمات، ومسار تحديث البرنامج الثابت، وما إذا كان المورد سيحدد المحرك الخاص بك باستخدام وحدة التحكم الخاصة به.

الموردين الذين ينشرون أ نطاق التحكم المميز وإرشادات المطابقة تجعل التحقق من هذه النقطة الأخيرة أسهل بكثير قبل الالتزام بالأدوات.

APT R5 وحدة تحكم محرك DC بدون فرش سريعة الاستجابة وحدة تحكم DC/PMSM تتميز بسرعة الاستجابة بدون فرش وبقدرة 5 كيلووات، وذروة تبلغ 12 كيلووات، وCAN، وFOC للروبوتات، والأتمتة، والمركبات الكهربائية الصغيرة. عرض المنتج →

النسخة القصيرة

• يقوم ESC بتحويل التيار المستمر الثابت إلى مخرج ثلاثي الطور، وتحدد دورة التشغيل متوسط الجهد وبالتالي السرعة.
• يُبقي التبديل مجال الجزء الثابت متقدمًا على الجزء المتحرك؛ تتعامل مستشعرات Hall مع السرعة المنخفضة، ويتعامل تقدير EMF الخلفي مع السرعة.
• يفرض كل من المتحكم الدقيق ومحرك البوابة وجسر MOSFET والاستشعار الحالي حدًا خاصًا به على النظام.
• الحجم حسب تيار الطور في أسوأ الحالات، ثم قم بتخفيض درجة الحرارة المحيطة التي سيراها المنتج حقًا.
• الوصول إلى سلوك محرك الأقراص الثابتة والمعلمات أكثر بكثير مما تفعله أرقام أجزاء التبديل.