Бесконечные поиски наиболее оптимальных характеристик электродвигателя и повышения эффективности систем управления электроприводом приводит к тому, что все больше производителей систем электроприводов принимают новую тенденцию — замена нескольких магнитных датчиков основанных на эффекте Холла на один магнитный датчик угла поворота на эффекте Холла для обратной связи с электрической машиной. Эта тенденция особенно очевидна в автомобильном и промышленном рынках, где растет использование бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC). Еще одна аналогичная тенденция в некоторых автомобильных и промышленных применениях — переход от дорогостоящих, больших и энергоемких оптических энкодеров и резольверов к магнитным датчикам положения для обеспечения обратной связи и коммутации двигателя.
На автомобильном рынке переход от дискретных датчиков угла поворота вала к магнитным для обратной связи с двигателем имеет другое влияние: он помогает OEM-производителям соответствовать повышенным требованиям безопасности и топливной эффективности, а также общей надежности транспортного средства. Благодаря устранению множества магнитных измерителей внутри двигателя, а также связанных с ними пассивных компонентов и межсоединений, магнитные датчики измерения угла поворота улучшают характеристики и надежность электродвигателя в дополнение к повышению общей безопасности автомобиля (рисунок ниже):
Сегодня новые магнитные датчики угла поворота, которые попадают на рынок, специально разработаны для высокоскоростных электрических машин. Эти устройства включают в себя инновационные функции, которые дополнительно повышают производительность электродвигателя, например, крутящий момент вала и скорости вращения, а также снижают затраты на систему.
Например, один из недавно выпущенных магнитных датчиков положения AS5147P, включает запатентованную функцию, которая разгружает контроллеры электродвигателя от выполнения задачи, которую они в противном случае должны были бы выполнять с помощью дискретных датчиков Холла или датчиков конкурентного магнитного угла. Используя функцию AS5147P для компенсации динамических угловых ошибок (DAEC), контроллер двигателя не должен учитывать задержки срабатывания датчика и системы, что может отрицательно сказаться на характеристиках и потребностях двигателя.
Работа с задержкой
Как правило, контроллеры электродвигателей или процессоры должны учитывать отставание между тем, когда датчик (и) обратной связи измеряет положение вала электрической машины, и когда он фактически сообщит об этом контроллеру. Эта разница, вызванная задержкой передачи через магнитный датчик, а также между интерфейсом датчика и процессора, приводит к ошибке измерения положения. И если, так или иначе, это не учитывается в системе управления электроприводом, это приведет к снижению производительности электрической машины и ее эффективности.
Величина этой проблемы прямо пропорциональна скорости вращения электродвигателя. Это означает, что чем выше частота вращения, тем больше внутренний зазор датчика и задержка передачи интерфейса, и связанное с этим отставание отрицательно сказывается на производительности электрической машины.
Традиционно драйверы учитывают это время задержки, выполняя программный алгоритм каждый раз, когда контроллер получает новое обновление измерения от датчика обратной связи. Имея достаточно точное представление об угловой скорости вращающегося вала электродвигателя и, зная внутреннюю задержку передачи сигнала и интерфейса, программный алгоритм контроллера двигателя учитывает все задержки, тем самым приближая реальное положение вала к недавно измеренному. Он делает это, суммируя данные измерение датчика со значением смещения.
Решения проблемы суммирования
Благодаря функции DAEC AS5147P датчик угла поворота может измерять скорость вращения вала электрической машины, а также учитывать собственные внутренние задержки измерения и интерфейса передачи данных к контроллеру. Подобно контроллеру управления самим мотором, суммируя фактическое измерение датчика со значением смещения, он может эффективно представлять угловую позиционную информацию в реальном времени вала вращающегося электродвигателя к контроллеру вентильной машины, тем самым устраняя эффект запаздывания.
Кроме того, устройство AS5147P может выполнять эту задачу гораздо более точно в своих специализированных схемах, чем контроллер вентильного электродвигателя, поскольку он сам делает измерения и добавляет смещения от собственной синхронной тактовой области. Когда контроллер управления выполняет эту задачу, между датчиком и контроллером существуют временные «неоднозначности», поскольку контроллер и датчик сбрасывают свои собственные внутренние и асинхронные часы. Эта неоднозначность времени приводит к менее точным вычислениям смещения задержки, когда контроллер и его программное обеспечение выполняют эту функцию.
Таким образом, AS5147P может обеспечить более точную обратную связь между двигателем и системой управления, что приводит к увеличению производительности электрической машины и повышению энергоэффективности. Более того, он может выполнять эту функцию гораздо быстрее и чаще. В результате датчик может поддерживать более высокие скорости вращения двигателя до 28 000 об / мин.
«Иммунитет» к полям рассеивания в узлах
Другим преимуществом использования магнитных датчиков угла поворота для обратной связи с электродвигателем является то, что они вместе с их межсоединением могут быть проще спроектированы для обеспечения защиты от магнитных полей рассеяния — общая проблема вентильных электрических машин, которые имеют постоянные магниты роторов и большие электрические токи, протекающие через обмотки статора. Магнитные поля рассеивания, «попадают» на датчик Холла, используемый для управления процессами коммутации электрической машины, и его межсоединения, могут ухудшить точность измерения или привести к неработоспособности двигателя вообще.
При использовании обычных магнитных датчиков положения угла в конструкции системы электрической машины можно включить экранирование, чтобы предохранить магнитный датчик (датчики) и их межсоединения от воздействия любых магнитных полей рассеяния. В качестве альтернативы, специальные механические методы экранирования и тщательное внимание к месту размещению датчиков Холла и их межсоединений могут быть осуществлены для предотвращения ухудшения производительности. Однако технологии экранирования увеличивают время разработки и удельные затраты.
Магнитные датчики положения, такой как AS5147P, предлагает альтернативное и лучшее решение проблемы магнитно-рассеянных полей и стоимости экранирования, поскольку они невосприимчивы к магнитным полям рассеяния. Таким образом, магнитное экранирование или дополнительное внимание к датчику и соответствующему размещению межсоединений не требуется. Это не только экономит затраты на систему управления шагового электропривода, но также обеспечивает точное и повторяемое измерение положения в любое время, даже в самых суровых условиях магнитошумящей среды.
Таким образом, с ненасытной потребностью мира в увеличении количества электродвигателей и неустанным стремлением к повышению их производительности и снижению энергопотребления мы, скорее всего, увидим, что больше производителей совершат переход от нескольких дискретных датчиков Холла, резольверов и оптических энкодеров к высокопроизводительным устройствам – энергетически и экономически эффективным магнитным датчикам положения. И по мере возникновения новых системных проблем интеллектуальные магнитные датчики положения угла будут развиваться и включать новые функции для удовлетворения этих требований.
