Hay varios tipos de controladores de motor sin escobillas o métodos diferentes para accionar motores sin escobillas que alteran la forma en que puede funcionar el motor.
Cada método tiene sus pros y sus contras, tanto técnicamente hablando como en algunos casos económicamente. El primero (y típicamente el más común) es un impulso trapezoidal. El segundo es un variador sinusoidal y el tercero es un variador de control orientado al campo (más comúnmente conocido como FOC).
TLa conmutación rapezoidal se puede dividir en dos variaciones. El primero es el control de dos cuadrantes y el control de cuatro cuadrantes. La Figura 1 (abajo) muestra el concepto fundamental de un control de accionamiento trapezoidal para una fase del motor. La energía se enciende, se mantiene y luego se apaga de una manera que crea una forma trapezoidal cuando se mide en un gráfico. Al sincronizar este patrón alrededor de los polos del motor, es posible mover el rotor y, por lo tanto, hacer que el motor gire.
FIGURA 1 – Patrón de accionamiento trapezoidal simple mostrado para una fase
Básicamente, dos cuadrantes significan que el PWM en cada fase solo está encendido o apagado en un momento determinado. Entonces, controlando la conmutación de estas fases, se puede hacer que el motor gire. Como resultado del patrón de impulsión, el motor puede parecer nervioso a velocidades más bajas, ya que la naturaleza de encendido / apagado del patrón significa que salta de un polo a otro. A velocidades más altas, el impulso del rotor suavizará esto. Por lo tanto, el trapezoidal de dos cuadrantes está perfectamente bien como una opción de velocidad más alta, pero no se recomienda para aplicaciones de motor sin escobillas que requieren un rendimiento suave y confiable a velocidades más bajas.
El control de cuatro cuadrantes se vuelve a dividir en dos, lo más simple es usar un PWM estándar (unipolar, como control de dos cuadrantes); sin embargo, en lugar de simplemente apagar el puente H (y abrir el circuito), un mosfet adyacente ( en una de las dos fases de repuesto) se cierra durante el tiempo de apagado para crear un bucle EMF trasero que frena activamente el motor.
El control unipolar de cuatro cuadrantes es la forma más simple de control de cuatro cuadrantes.
Luego, tiene un control bipolar completo de cuatro cuadrantes que cambia los mosfets adyacentes de forma asincrónica con la fase impulsada que esencialmente impulsa la corriente en la dirección opuesta de la fase del motor para frenar el motor mucho más rápido de lo que lo haría en el control normal de dos cuadrantes.
Dos cuadrantes es la opción de menor costo, sin embargo, no puede crear una aceleración / desaceleración completamente controlada del motor porque no puede frenar activamente el motor de la forma en que lo hace el control de cuatro cuadrantes.
El control bipolar de cuatro cuadrantes ofrece el control más completo de un motor sin escobillas, sin embargo, es mucho menos eficiente ya que la corriente se conduce en la dirección opuesta.
El control Unipolar de cuatro cuadrantes está en el medio de estos dos, ya que ayuda con el frenado activo (a través del EMF trasero) y también es mucho más eficiente que la versión bipolar.
En última instancia, la mejor opción para su aplicación depende realmente de lo que necesite, ya que cuando hay una carga considerable en el eje del motor, a menudo no es necesario tener un control de cuatro cuadrantes y esto puede suponer un gasto adicional.
El control sinusoidal se considera generalmente como el siguiente paso desde el control trapezoidal. La figura 2 muestra un patrón de accionamiento simplificado para una fase del motor. Esto muestra una acción de tirar / empujar más suave que esencialmente pasa el rotor de una manera mucho más suave que un método trapezoidal que se enciende y apaga de una manera mucho menos suave.
FIGURA 2 – Patrón de impulsión sinusoidal simplificado
En este caso, el controlador mide dos puntos de conmutación y luego estima e implementa una forma de onda sinusoidal entre estos puntos usando PWM normal (ver figura 2 arriba).
Esto tiene un gran beneficio cuando se trata de reducir el ruido audible creado por el motor / carga, ya que hay un mínimo de engranajes (saltos de corriente entre dos pasos de conmutación) a medida que la corriente se suaviza (la comparación entre la figura 1 y 2 lo muestra claramente). Esto también puede aumentar el par a velocidades más bajas y, por lo tanto, es particularmente útil en aplicaciones que requieren un rendimiento preciso y confiable a baja velocidad. Al encender y apagar suavemente las fases a medida que gira el rotor (en lugar de encenderlas y apagarlas como el patrón trapezoidal), el motor puede ser más silencioso, más suave y beneficiarse de un par más alto.
Vale la pena señalar que esta es una tecnología mucho más nueva que la transmisión trapezoidal estándar y mucho más difícil de perfeccionar. Sin embargo, como hay menos engranajes en el motor y la corriente pasa suavemente entre cada paso de conmutación, se pueden lograr velocidades mucho más bajas.
El control sinusoidal también se puede implementar utilizando codificadores CCR altos para predecir con mayor precisión la forma de onda sinusoidal
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El control orientado al campo (FOC) se desarrolló en realidad para motores de CA hace mucho tiempo, pero los avances tecnológicos realizados en los últimos años han hecho que esta tecnología se pueda utilizar ahora con motores BLDC de menor voltaje.
En el pasado, el campo magnético real se medía dentro del motor utilizando sensores mientras estaba en funcionamiento. Sin embargo, ahora debido a la reducción en el costo de los microcontroladores potentes, la fórmula y los cálculos avanzados se pueden completar lo suficientemente rápido como para medir con mucha precisión la corriente dentro de dos fases del motor (la tercera se puede calcular) para dictar la orientación exacta del rotor del motor.
Esto permite al microcontrolador completar muy rápidamente los cálculos y enviar PWM optimizados a las tres fases del motor (alrededor de 10 000 veces por segundo) para garantizar que el motor produzca un par óptimo en todo momento. El FOC a veces se confunde con el control sinusoidal ya que las formas de onda de la corriente son casi idénticas, la diferencia es que con la conmutación sinusoidal la corriente producida en cada posición normalmente es aproximada y no tiene en cuenta las tolerancias de fabricación o el motor (o codificador si se usa) y cualquier rotor / inercia de carga del motor o aplicación.
Como el controlador FOC comprueba y realiza continuamente información de posicionamiento / carga, siempre está optimizado para cualquier aplicación y siempre funciona con la MÁXIMA eficiencia, ya que el campo electromagnético siempre se origina exactamente a 90 grados en cada polo del motor. Como resultado de esto, la velocidad del motor se puede reducir a casi 0 RPM
