Kuinka elektroninen nopeudensäädin toimii

Elektroninen nopeudensäädin on elektroninen laite, jota käytetään harjattomien moottoreiden nopeuden ja vääntömomentin säätämiseen. Sen pääperiaate perustuu PWM-tekniikkaan (pulssin leveysmodulaatio) ja suljetun silmukan ohjausalgoritmiin.

Elektronisissa nopeussäätimissä PWM-tekniikkaa käytetään säätämään moottorin virtaa ja nopeutta. Se ohjaa vakioarvoista tasavirtalähdettä tuottamaan tietyn taajuuden neliöaallon kytkentäputken (yleensä MOSFET) kautta ja ohjaa moottorin virtaa ja nopeutta säätämällä neliöaallon toimintajaksoa. Kolmivaiheista täyssiltapiiriä käytetään tavallisesti elektronisissa nopeussäätimissä harjattomien moottoreiden ohjaamiseen. Jokainen siltavarsi koostuu useista MOSFET-kytkimien yhdistelmistä, joten moottoria voidaan säätää eteenpäin, taaksepäin ja nopeudella.

Lisäksi tarkan ohjauksen saavuttamiseksi elektroninen nopeudensäädin ottaa käyttöön suljetun silmukan ohjausalgoritmin, joka yleensä käyttää PID-säätöalgoritmia (proportional, integral, derivative). Tämä algoritmi saavuttaa moottorin nopeuden tarkan ohjauksen vertaamalla moottorin todellista nopeutta haluttuun nopeuteen ja säätämällä sen mukaan.

Elektronisissa nopeussäätimissä tarvitaan myös moottorin asennon tunnistusta ja moottorin parametrien tunnistusta tarkan suljetun silmukan ohjaus- ja suojaustoimintojen saavuttamiseksi. Samanaikaisesti elektronisen nopeudensäätimen on myös suoritettava vikasuojaus, kuten ylivirta, ylijännite ja ylilämpötila varmistaakseen moottorin turvallisen toiminnan.

PWM-tekniikan ja suljetun silmukan ohjausalgoritmien lisäksi elektroniset nopeudensäätimet sisältävät myös seuraavat toiminnot:

Moottorin asennon tunnistus: Elektronisen nopeudensäätimen on tunnistettava moottorin roottorin asento suljetun silmukan ohjausta varten. Paikantunnistuksessa käytetään yleensä antureita, kuten Hall-elementtejä tai enkoodeja, tai elektronista vaiheenmuutostekniikkaa sijainnin havaitsemiseen.

Moottorin parametrien tunnistaminen: Tarkan ohjauksen saavuttamiseksi elektronisen nopeudensäätimen on tunnistettava moottorin parametrit, kuten vastus, induktanssi, potentiaali ja muut parametrit. Parametrien tunnistamiseen käytetään yleensä algoritmeja, kuten pienimmän neliösumman.

Vikasuojaus: Moottorin käytön aikana voi esiintyä ylivirtaa, ylijännitettä, ylilämpötilaa ja muita vikatiloja, ja on ryhdyttävä vastaaviin suojatoimenpiteisiin, kuten ylivirtasuojaus, ylijännitesuoja, ylikuumenemissuoja jne.

Elektroninen kommutointi: Elektroninen nopeudensäädin käyttää harjatonta moottoria ohjaukseen ja vaatii elektronista kommutointitekniikkaa moottorin kommutoinnin toteuttamiseksi. Elektroninen kommutointi ohjaa eri MOSFETien päälle ja pois päältä havaitsemalla moottorin roottorin asennon, jolloin saadaan aikaan moottorin pyörimis- ja nopeussäätö eteen- ja taaksepäin.

Lisäksi elektronisten nopeussäätimien on kiinnitettävä huomiota myös seuraaviin kohtiin:

PWM-taajuus: PWM-taajuuden valinta elektronisessa nopeussäätimessä on säädettävä tiettyjen harjattoman moottorin parametrien mukaan, yleensä välillä 1kHz - 20kHz, jotta varmistetaan moottorin vakaa toiminta.

Ohjausalgoritmi: Elektronisen nopeussäätimen PID-säätöalgoritmi on säädettävä ja optimoitava moottorin ominaisuuksien mukaan tarkempien ohjausvaikutusten saavuttamiseksi.

Moottorin suojaus: Moottorin turvallisen toiminnan turvaamiseksi elektroninen nopeussäädin vaatii ylivirta-, ylijännite-, ylilämpötila- ja muita vikasuojauksia. Samalla on kiinnitettävä huomiota moottorin kuormitukseen ja käyttöympäristöön.

Virtalähteen valinta: Elektroniset nopeussäätimet vaativat vakaan ja luotettavan virransyötön. Jännitteen ja virran valinta on säädettävä moottorin nimellisparametrien mukaan.

Signaalinkäsittely: Elektronisen nopeudensäätimen signaalinkäsittely vaatii toimintoja, kuten suodatuksen ja vahvistuksen signaalin tarkkuuden ja vakauden varmistamiseksi.