Perché la corrente di un motore BLDC presenta un piegamento?

Una piega nella forma d'onda della corrente di un motore Brushless DC (BLDC) si verifica a causa del processo di commutazione e delle caratteristiche intrinseche del motore. Funzionamento del motore BLDC  . Questo fenomeno si osserva spesso durante la commutazione delle fasi quando il motore passa tra diversi gruppi di avvolgimenti.

Ragioni principali dell'inversione della corrente del motore BLDC

1. Effetto di commutazione

I motori BLDC utilizzano la commutazione elettronica, in cui la corrente viene commutata tra diversi avvolgimenti dello statore in base alla posizione del rotore. Durante questa transizione, la corrente cambia momentaneamente direzione o ampiezza, causando un leggero disturbo o piegatura nella forma d'onda della corrente.

• Mentre il rotore si muove, il controller commuta la corrente da una fase all'altra.

• Questo momento di commutazione crea un periodo transitorio in cui la corrente non segue una traiettoria perfettamente uniforme, portando ad un attorcigliamento.

2. Induttanza degli avvolgimenti del motore

L'induttanza degli avvolgimenti dello statore resiste agli sbalzi di corrente. Quando avviene la commutazione, la corrente nell'avvolgimento che viene spento non scende immediatamente a zero, mentre la corrente nell'avvolgimento successivo impiega poco tempo per accumularsi. Questo ritardo nella regolazione della corrente contribuisce alla piega osservata nella forma d'onda.

• L'induttanza del motore attenua la corrente ma introduce un ritardo durante le transizioni di fase.

• Ciò si traduce in un attorcigliamento visibile poiché la corrente si adatta al nuovo avvolgimento.

3. Interazione della forza elettromotrice posteriore (EMF posteriore).

Mentre il rotore gira, genera una forza elettromotrice posteriore che si oppone alla tensione applicata. Durante le transizioni di fase, la forza elettromotrice posteriore interagisce con il processo di commutazione, provocando lievi variazioni nella forma d'onda della corrente.

• La forza controelettromotrice influisce sulla velocità con cui la corrente aumenta o diminuisce durante la commutazione di fase.

• Questa interazione provoca non linearità nella forma d'onda corrente, creando il nodo.

4. Commutazione non ideale di MOSFET/IGBT

I dispositivi di commutazione (tipicamente MOSFET o IGBT) utilizzati nell'inverter non commutano istantaneamente. C'è un breve tempo morto tra lo spegnimento di una fase e l'accensione di quella successiva. Durante questo intervallo:

• Il decadimento della corrente dall'avvolgimento precedente e l'accumulo nell'avvolgimento successivo si sovrappongono, portando a uno squilibrio.

• La risposta ritardata introduce un'inversione nella forma d'onda corrente.

5. Capacità parassita ed effetti induttivi

La capacità parassita e l'interazione tra gli elementi induttivi nel motore e nel sistema di azionamento possono causare piccole oscillazioni durante la commutazione di fase. Queste oscillazioni si manifestano come piccole pieghe nella forma d'onda corrente.

Impatto dell'attuale torsione nei motori BLDC

Sebbene una piega nella forma d'onda della corrente sia normale, una distorsione eccessiva può portare a:

• Efficienza ridotta: una commutazione impropria può causare maggiori perdite di potenza.

• EMI (interferenza elettromagnetica) più elevata: le pieghe contribuiscono al rumore e all'EMI, che possono influenzare i dispositivi elettronici vicini.

• Ondulazione di coppia: transizioni di corrente irregolari possono introdurre ondulazioni di coppia, riducendo la fluidità del funzionamento del motore.

Come ridurre al minimo i picchi di corrente nei motori BLDC

1. Migliorare l'algoritmo di commutazione

L'utilizzo di tecniche di commutazione avanzate come il PWM sinusoidale (SPWM) o il PWM vettoriale spaziale (SVPWM) riduce al minimo gli effetti delle brusche transizioni di fase.

2. Aumentare la frequenza di commutazione

Una frequenza di commutazione più elevata riduce il ritardo tra le transizioni di fase, uniformando la forma d'onda della corrente e riducendo al minimo le pieghe.

3. Ottimizzare la gestione dei tempi morti

La riduzione dei tempi morti tra gli eventi di commutazione garantisce una distorsione minima della corrente, prevenendo eccessivi attorcigliamenti.

4. Utilizzare componenti di qualità superiore

MOSFET o IGBT ad alte prestazioni con perdite di commutazione inferiori e tempi di risposta più rapidi riducono al minimo gli effetti transitori.

5. Implementare le attuali tecniche di livellamento

L'aggiunta di condensatori di filtraggio e livellamento può ridurre le oscillazioni e attenuare le variazioni di corrente durante le transizioni di fase.

Conclusione

Il nodo in a La corrente del motore BLDC è dovuta principalmente al processo di commutazione, all'induttanza dell'avvolgimento e alle caratteristiche di commutazione dei transistor di potenza. Sebbene un certo grado di distorsione di corrente sia inevitabile, l’ottimizzazione del sistema di controllo e dell’hardware può ridurre al minimo l’impatto, garantendo un funzionamento del motore più fluido ed efficiente.