Control de motores

La prevalencia de los motores de CC sin escobillas (BLDC) continúa creciendo, a medida que surgen nuevas aplicaciones para ellos.

Dado que los BLDC constituyen una gran proporción del consumo total de electricidad del mundo, garantizar que se mantenga una operación eficiente es claramente primordial.

La de los BLDC está permitiendo un considerable ahorro de energía. Aunque los sistemas basados en sensores pueden ofrecer un control de motor BLDC altamente efectivo, no siempre son apropiados.

En una gran proporción de casos, las limitaciones de espacio o las preocupaciones presupuestarias prohibirán este enfoque, en cambio, el control sin sensor se logra mediante la medición de la EMF inducida.

A través del control orientado al campo (FOC) es posible proporcionar un campo magnético de estator que gira suavemente.

En general, esta metodología significa que la ondulación del par se mantiene al mínimo, por lo tanto, el sistema no está sujeto a esfuerzos mecánicos no deseados y se produce muy poco ruido audible.

Hay cuatro pasos básicos involucrados en FOC. Estos son los siguientes:

• Medición de la corriente real que pasa por los devanados del estator
• Generación de una señal de error comparando la corriente medida con la corriente deseada
• Amplificación de la señal de error para crear una tensión de corrección
• Modulación de la tensión de corrección en los terminales del motor

A través de este circuito de retroalimentación continuamente actualizado, el motor puede mantenerse funcionando sin problemas, sin embargo, debe tenerse en cuenta que determinar con precisión el posicionamiento del rotor sin tecnología de sensores (por ejemplo, dispositivos de efecto Hall) puede resultar difícil, y esto es particularmente cierto cuando el rotor gira a velocidades más bajas.

Correr a estas bajas velocidades afecta la capacidad de los algoritmos FOC para calcular qué conmutación debe aplicarse.

Las técnicas que buscan compensar esto significarán que muchas de las ventajas originales del uso de FOC lamentablemente se pierden, con la aplicación de señales de alta frecuencia que causan una ondulación del par que luego conduce a la generación de ruido acústico y vibraciones dentro del sistema.

Esto da como resultado que se observen pérdidas de eficiencia. Además, la presencia de estas señales de alta frecuencia también puede ser problemática desde el punto de vista de la compatibilidad electromagnética (EMC).

La introducción de la unidad de microcontrolador (MCU) M4K de Toshiba representa un gran paso adelante en el control eficiente de motores BLDC. Este dispositivo integra la tecnología patentada Advanced Vector Engine Plus IP (A-VE+) de la compañía, ejecutando todos los cálculos matemáticos necesarios para un FOC sin sensores completamente eficiente.

Otra innovación es la tecnología de controlador de motor programable avanzado (A-PMD) empleada. A-PMD significa que las salidas PWM del motor se pueden producir utilizando portadoras moduladas por ancho de pulso (PWM) individuales asignadas a cada fase del motor. En consecuencia, ya no es necesario aplicar señales de alta frecuencia cuando el motor funciona a bajas velocidades (lo que elimina los problemas de vibración y ruido ya descritos). La solución M4K habilitada para A-VE+ también requiere muy poca sobrecarga de procesamiento, una vez que se ha completado el trabajo de configuración inicial.

Toshiba ha publicado un documento técnico que brinda detalles de este último enfoque de FOC. Se puede descargar aquí: