brushless (nuova versione)
DESCRIPTION
brushless motorsTRANSCRIPT
PT1
Tr1 Tr2
PT2
Tr3
PT3PT1
Tr1 Tr2
PT2
Tr3
PT3
SEQUENZA DI ACCENSIONE DELLE FASI IN UN MOTORE BRUSHLESS TRIFASE CON COMMUTAZIONE UNIPOLARE
1 2 3
PT1 1 0 0
PT2 0 1 0
PT3 0 0 1
1 2 3
Tr1 1 0 0
Tr2 0 1 0
Tr3 0 0 1
1 2 3
PT1 1 0 0
PT2 0 0 1
PT3 0 1 0
1 2 3
Tr1 0 0 1
Tr2 0 1 0
Tr3 1 0 0
SENSO ANTIORARIO SENSO ORARIO
•Per variare il senso di marcia basta intervenire sulla logica di correlazio-ne tra attivazione dei sensori ed accensione degli switch•Ogni fase conduce per soli 120°sfruttiamo poco gli avvolgimenti•Vi sono solo 3 switch, in quanto non sfruttiamo la possibilità di ottenere coppia invertendo la corrente in ciascuna fase•Ogni switch viene commutato solo una volta per periodo e conduce per 1/3 del periodo
E
E0
0
E0
0
EE
0
0E
E
0E
E
00
E
E0
SEQUENZA DI ACCENSIONE DELLE FASI IN UN MOTORE BRUSHLESS TRIFASE CON COMMUTAZIONE BIPOLARE
sequenza di innesco dei transistor
1 2 3 4 5 6
PT1 1 1 1 0 0 0
PT2 0 0 0 1 1 1
PT3 0 0 1 1 1 0
PT4 1 1 0 0 0 1
PT5 1 0 0 0 1 1
PT6 0 1 1 1 0 0
SENSO ORARIO SENSO ANTIORARIO
•Per determinare la tabella relativa alla marcia invertita bisogna tener conto che: a) i sensori vengono attivati in senso inverso e quindi la sequenza delle colonne è invertita (1-6-5-4-3-2); b) bisogna invertire il verso della fmm di armatura e quindi le polarità dei morsetti U-V-W, e perciò bisogna usare i valori negati per la logica di accensione degli switch (01), ovviamente dopo lo scambio delle colonne
1 2 3 4 5 6
Tr1 1 1 1 0 0 0
Tr2 0 0 0 1 1 1
Tr3 0 0 1 1 1 0
Tr4 1 1 0 0 0 1
Tr5 1 0 0 0 1 1
Tr6 0 1 1 1 0 0
1 2 3 4 5 6
PT1 1 0 0 0 1 1
PT2 0 1 1 1 0 0
PT3 0 0 1 1 1 0
PT4 1 1 0 0 0 1
PT5 1 1 1 0 0 0
PT6 0 0 0 1 1 1
1 2 3 4 5 6
Tr1 0 1 1 1 0 0
Tr2 1 0 0 0 1 1
Tr3 1 1 0 0 0 1
Tr4 0 0 1 1 1 0
Tr5 0 0 0 1 1 1
Tr6 1 1 1 0 0 0
IUV
IVW
IWU
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°
•Ogni switch conduce per 180° ed ha una commutazione per periodo•Ogni fase conduce per 2/3 del periodo; vi è sempre quindi conduzione simultanea di due fasi
+ -
+
-
+
-
+-
+
-
+
-
+
-
+
-
CORRISPONDENZA TRA COMMUTAZIONE MEDIANTE COLLETTORE E COMMUTAZIONE MEDIANTE SWITCH ALLO STATO SOLIDO
+
-
+
-
+A+A
-A-A+B
+B
-B
-B
+C
+C
-C
-C
Concettualmente posso pensare ad un motore brushless come ad un motore a collettore a 3 lamelle (A) che viene “rivoltato” (B) (indotto all’esterno fermo, M.P. sul rotore interno); avendo “fermato” l’indotto, e quindi il collettore, dovrei far girare le spazzole per ottenere la commutazione: il convertitore nel motore brushless (C) non fa che emulare la funzione delle spazzole rotanti (senza il problema dello scintillamento)
+
-
(A) (B) (C)
UTILIZZO DI SENSORI AD EFFETTO HALL PER IL COMANDO DELLA COMMUTAZIONE (MOTORE BIFASE)
SENSORI AD EFFETTO HALL
R1
R1
R1
R1
VH1
VH2
VH
I
B
CIRCUITO EQUIVALENTE DI PRINCIPIO E TENSIONI DI USCITA
BKIBVH
S
N
SN
S
N
+-
+-
W2
W1
0° 90° 180° 270° 360° 450°
punti morti
punto morto(anche il sensore non sente flusso)
0° 90° 180° 270° 360° 450°
coppia dovuta ai poli principali
coppia dovuta ai magneti ausiliari a 4 poli
coppia risultante
PUNTI MORTI NEL MOTORE BIFASE E UTILIZZO DI COPPIE ARMONICHE PER IL LORO SUPERAMENTO
m0Pr1P g1/RrΦ
mΦ gΦ
gm ΦΦ -mr ΦΦ -
r1m0m PPP
rΦ
mΦ
gΦgR
m0P /2Pr1/2Pr1 mF
per simmetria questa sezione si trova alla tensione magnetica di riferimento
assumendo μFe=∞ denti e corona statorici e rotore sono alla stessa tensione magnetica
queste permeanze tengono conto dei flussi di dispersione ai fianchi del magnete
modello equivalente del M.P.
tensione magnetica al traferro
mF
continua…
DEFINIZIONE DEL CIRCUITO MAGNETICO
mP g1/RrΦ
gΦ
gr ΦΦ mF
INDUZIONE AL TRAFERRO E NEL MAGNETE
1A
ACcon
RP1CB
BRP1
ABAB
RP1Φ
ΦΦΦΦRPP
ΦΦΦRF
g
mΦ
gm
Φrg
gm
mrgg
gm
rggrggm
m
grggm
gm
gr1rm
gm
gr1r
gm
gr1rm
gm
r
gr1
mm
1/RP
1/RPBB
RP1
RP1Φ
1/RP
1/RPΦΦ
1/RPΦ
1/RPΦ
F
segue da pag. precedente
0
recr1
Φ
m
gm
mrecr1
g
m
m
g0m
m0rec
g0m
m0recr1
recgm0
gr1rec
m0
gr1rec
gm
gr1r
gm
gr1r
rec
mr
mrec
mr
m
m0
m
μμ
pCg'
h
A
g'
h
Aμp1
g'
A
A
h
Aμ
g'
h
Aμμ
Aμ
g'
h
Aμμp1
μRP
RP1μ
P
1/RPμ
1/RP
1/RP1B
1/RP
1/RPB
μ
B-B
Bμ
tanβ
B-BB
Hμ
BPC
rB
mB
m0H-μc0H-μ
rectan μ=β
PCtan =α
PC
COEFFICIENTE DI PERMEANZA
rrec
mmrecmrmr
mrec B
μPCPC
BBμB-BPCB-B
BμPC
g
mΦ A
AC
r1m0m PPP +=
Rf4NRILB4N
IΦKILRπBπ
4Nω
Iωπ1
LRπBN4
ωIE
ωIe2
ω
PT
1g1
g1
g1em
em
/2
3/2 0
(),e() =max(1 2/) max
e
+
conduttori dei attiva lunghezza:L
statore allo medio raggio:R
traferro al induzione:B
cava per conduttori di numero:N
LRπBNΨ con
ωπ2
Ψtdθd
θddΨ
tddΨ
eπ/2θ
1ΨΨ
g
1
g1max
maxmax
υLB2NωRLB2N
ωΦK'ωLRπBπ
2Nω
π2
LRπBNe
g1g1
g1
g1
flusso per polo
velocità periferica
fem totale (conducono 2 fasi in serie)
forza su un conduttore
N.B. K=2 K’
ωΦKωLRπBπ
4Nω
π2
LRπBN4e2E g1
g1 ωΦKωLRπBπ
4Nω
π1
LRπBN4e2E g1
g1
FEM INDOTTA E COPPIA NEL MOTORE BRUSHLESS
Le espressioni di fem e coppia sono del tutto analoghe a quelle dei motori in cc con MP
IΦKTωΦKE em
IRωΦKIREV Eq. tensione
ΦKV
ωω0I 0 Velocità a vuoto
RVΦK
IΦKTT 00
RV
II0ω 0
funz. continuo
Corrente e coppia di spunto
00
00
00
ωω
1TT
TT
1ωII
1ωVIR
1ΦK
VΦK
IRVω
Caratteristica meccanica
funz. intermittente
0
T0 T
V crescente
Tn
Tpeak
Tr
T’r
La regolazione ed il controllo della velocità possono essere effettuati variando la tensione di armatura
CARATTERISTICA MECCANICA
0°
(),e() max
+
+
0°
e1
30°
90° 180° 270° 360°
30°
90° 180° 270° 360°
0° 90° 180° 270° 360°
150° 150°
150°
a1 A1
A2
a2
1
2
e2
e1+e2
e
ePoiché la forma d’onda dell’induzione non è perfettamente rettangolare ma è smussata, l’andamento effettivo della fem risultante è quello tratteggiato (trapezoidale)
FEM INDOTTA IN AVVOLGIMENTI DISTRIBUITI
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IA
IB
IC
1 3 5
4 6 2
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IA
IB
IC
1 3 5
4 6 2
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IA
IB
IC
1 3 5
4 6 2
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IA
IB
IC
1 3 5
4 6 2
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IA
IB
IC
1 3 5
4 6 2
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IA
IB
IC
1 3 5
4 6 2
SEQUENZA DI COMMUTAZIONE IN UN MOTORE BRUSHLESS CON MP A 180° E COLLEGAMENTO A STELLA
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IAB
IBC
ICA
1 3 5
4 6 2
AB
C
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IAB
IBC
ICA
1 3 5
4 6 2
AB
C
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IAB
IBC
ICA
1 3 5
4 6 2
AB
C
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IAB
IBC
ICA
1 3 5
4 6 2
AB
C
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IAB
IBC
ICA
1 3 5
4 6 2
AB
C
A+
C-
B+
B-
A-
C+
IAB
IBC
ICA
1 3 5
4 6 2
AB
C
SEQUENZA DI COMMUTAZIONE IN UN MOTORE BRUSHLESS CON MP A 120° E COLLEGAMENTO A TRIANGOLO
60° 120° 180° 240° 300° 360°
1 X X
2 X X
3 X X
4 X X
5 X X
6 X X
La sequenza di accensione è la stessa per entrambi i tipi di configurazioni (vedi tabella); ogni switch è attivo per un singolo intervallo di 120° per periodo
IABI
ICA
IA=IAB-ICA
I
2I
Va osservato che la corrente erogata dal convertitore nel caso di MP a 120° - collegamento a Δ ha lo stesso andamento di quella vista nel caso di MP a 180° e collegamento a stella
La potenza erogata dal convertitore non cambia nel cambiare il collegamento da stella a triangolo: la fem indotta infatti passa da 2e ad e (c’è una sola fase a fem piena, mentre le altre due in serie complessivamente sviluppano la fem e) ma la corrente passa da i a 2i.
A+
C-
B+
B-
A-
C+
AB
C
4/3I
2/3I2/3I
A+
C-
B+
B-
A-
C+
AB
C
2/3I
4/3I2/3I
A+
C-
B+
B-
A-
C+
AB
C
2/3I
2/3I4/3I
IAII
32
I34
In realtà, la corrente 2I erogata dal convertitore (da ogni morsetto alimentato escono due rami in parallelo) si ripartisce tra i due rami nel rapporto 2:1 delle impedenze; ne consegue che la corrente vale 4/3I nel ramo derivato tra i morsetti alimentati (che è quello coperto dal magnete per tutti i 60°) e 2/3I in quelli in serie tra loro. Ai fini della coppia non cambia nulla, perché il magnete “vede” le stesse amperspire di quelle corrispondenti al caso di correnti uguali nei due rami: 4/3nI+2/3nI=2nI.Il valore della corrente efficace negli avvolgimenti risulta un po’ più basso: 0.943II
322
I2724
I32
32
I34
31
I22
eff
IA
II
32
I34
Confrontando la corrente I”, corrispondente alla ripartizione più realistica tra i due rami in parallelo e quella I’ semplificata, che assume una corrente uguale tra i due rami, si vede che esse differiscono per una corrente contenente solo armoniche multiple di 3 (linea rossa). Come è noto, tali correnti non sono viste all’esterno del triangolo e corrispondono di fatto ad una corrente di circolazione. Perché sussista tale corrente deve esserci una corrispondente fem omopolare indotta nel triangolo, che non può essere impressa ai morsetti del triangolo ma può generarsi solo se c’è un corrispondente flusso dovuto ai MP con armoniche multiple di 3.
I’
I”
I”-I’
A+
C-
B+
B-
A-
C+
1 3 5
4 6 2
Riferendoci alla situazione di figura, la commutazione da B a C non è simmetrica per le due fasi: infatti, l’estinzione della corrente in B è facilitata dalla f.c.e.m. eB e dal fatto che B si porta alla tensione V quando 6 si spegne ed interviene il diodo 3, mentre l’incremento della corrente in C è ostacolato da eC.
BA C
O
eA eB eC
FASE DI COMMUTAZIONE
1.sommo le prime 3 eq. ed in base alla 4a, ricavo V0
2.sostituisco V0 nella 2a e 3a eq., tengo conto della 4a, e ottengo le eq. differenziali per iB e ic,
3.dalla 4a ricavo anche iA
V/2eee 0,iii
iRpipiMpiLeV
iRpipiMpiLeVV
iRpipiMpiLeVV
CBACBA
CBACC0
BCABB0
ACBAA0
CBA
CCC
BBB
0
iii
0(0)i ,iRpiM)-L(3V
I(0)i ,iRpiM)-L(3V2
5V/6V
1. essendo la tensione sul ramo B doppia (2V/3) in valore assoluto rispetto a quella del ramo C (-V/3) iB decresce più rapidamente di quanto salga iC
2. di conseguenza ho anche un “buco” nella corrente iA, tanto più rilevante quanto più grande è la durata della fase di commutazione rispetto a quella di conduzione (cioè quanto più grande è la velocità)
3. questo fenomeno, insieme al fatto che il profilo dell’induzione al traferro non è perfetta-mente squadrato ma ha invece un andamento smussato, determina un corrispondente “buco” di coppia
4. questa situazione si presenta ad ogni commutazione (60° elettrici=60°/p meccanici, p: cop-pie polari); vi è quindi una armonica di coppia di ordine 6p
iA
iB iC
andamenti ideali fase di commutazione da B
a C
+
+
++
+ ++ ++A-A
+B
-B
+A-A+B-B
Bg
concatenamento di B totale al 50%
+
+++
+A-A
+B
-B
+A-A+B-B
Bg flusso concatenato da B (non alimentato)
3
LM
3
ψψ
'g'p2
rlNμπiψ
LBp
πrlNψ
gKg'μl
g'g"g2p
NIμB
gBA
AgBg2
12
0gg
1Ag
crec
m0g
150°
60° 120°
30° 30°30°30°
90° 30°
gBAAg
Bg21
20
gg1
Ag
crec
m0g
L52
M5
2ψψ
'g'p12
rlNμ5πiψ
LBp
/65πrlNψ
gKg'μl
g'g"g2p
NIμB
NB: tiene conto solo del flusso al traferro; bisogna aggiungere il contributo dei flussi di dispersione alle cave, alle testate, ecc. con le formulazioni usate per le macchine classiche
REAZIONE DI INDOTTO – INDUTTANZA D’ARMATURAq=1
q=2