เหตุใดกระแสมอเตอร์ BLDC จึงมีหงิกงอ?

การหักงอในรูปคลื่นกระแสของมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน (BLDC) เกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการสับเปลี่ยนและคุณลักษณะโดยธรรมชาติของ ของมอเตอร์ BLDC  การทำงาน ปรากฏการณ์นี้มักสังเกตได้ในระหว่างการเปลี่ยนเฟสเมื่อมอเตอร์เปลี่ยนระหว่างชุดขดลวดต่างๆ

เหตุผลสำคัญสำหรับ Kink ในกระแสมอเตอร์ BLDC

1. ผลการเปลี่ยนแปลง

มอเตอร์ BLDC ใช้การสับเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์ โดยที่กระแสไฟฟ้าจะถูกสลับระหว่างขดลวดสเตเตอร์ต่างๆ ตามตำแหน่งของโรเตอร์ ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้ กระแสจะเปลี่ยนทิศทางหรือขนาดชั่วขณะ ทำให้เกิดการรบกวนหรือหักงอเล็กน้อยในรูปคลื่นของกระแส

• ขณะที่โรเตอร์เคลื่อนที่ ตัวควบคุมจะเปลี่ยนกระแสจากเฟสหนึ่งไปอีกเฟสหนึ่ง

• โมเมนต์การสลับนี้สร้างช่วงเวลาชั่วคราวซึ่งกระแสน้ำไม่เป็นไปตามวิถีที่ราบรื่นอย่างสมบูรณ์ นำไปสู่การหักงอ

2. การเหนี่ยวนำของขดลวดมอเตอร์

ความเหนี่ยวนำของขดลวดสเตเตอร์ต้านทานการเปลี่ยนแปลงกะทันหันของกระแส เมื่อเกิดการสลับสับเปลี่ยน กระแสในการม้วนถัดไปที่ปิดอยู่จะไม่ลดลงเหลือศูนย์ทันที ในขณะที่กระแสในการม้วนถัดไปใช้เวลาสั้นๆ ในการสะสม การหน่วงเวลาในการปรับกระแสนี้มีส่วนทำให้เกิดการหักงอที่สังเกตได้ในรูปคลื่น

• ตัวเหนี่ยวนำของมอเตอร์จะทำให้กระแสไฟฟ้าเรียบแต่ทำให้เกิดความล่าช้าระหว่างการเปลี่ยนเฟส

• ซึ่งส่งผลให้เกิดการหักงอที่มองเห็นได้เมื่อกระแสปรับไปตามขดลวดใหม่

3. ปฏิสัมพันธ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ (Back EMF)

ในขณะที่โรเตอร์หมุน มันจะสร้าง EMF ด้านหลังที่ตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ในระหว่างการเปลี่ยนเฟส EMF ด้านหลังจะโต้ตอบกับกระบวนการสับเปลี่ยน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในรูปคลื่นของกระแส

• EMF ย้อนกลับส่งผลต่ออัตราที่กระแสเพิ่มขึ้นหรือลดลงระหว่างการสลับเฟส

• อันตรกิริยานี้ส่งผลให้เกิดความไม่เชิงเส้นในรูปคลื่นปัจจุบัน ทำให้เกิดข้องอ

4. การสลับ MOSFET/IGBT ที่ไม่เหมาะ

อุปกรณ์สวิตชิ่ง (โดยทั่วไปคือ MOSFET หรือ IGBT) ที่ใช้ในอินเวอร์เตอร์จะไม่สวิตช์ในทันที มีช่วงหยุดชั่วคราวระหว่างการปิดเฟสหนึ่งและการเปิดเฟสถัดไป ในช่วงเวลานี้:

• กระแสเสื่อมจากการม้วนครั้งก่อนและการสะสมตัวในการทับซ้อนของขดลวดครั้งถัดไป นำไปสู่ความไม่สมดุล

• การตอบสนองล่าช้าทำให้เกิดการหักงอในรูปคลื่นปัจจุบัน

5. ความจุของปรสิตและผลอุปนัย

ความจุของปรสิตและปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบอุปนัยในมอเตอร์และระบบขับเคลื่อนอาจทำให้เกิดการสั่นเล็กน้อยระหว่างการเปลี่ยนเฟส การแกว่งเหล่านี้ปรากฏเป็นการหักมุมเล็กๆ ในรูปคลื่นของกระแส

ผลกระทบของ Kink ปัจจุบันในมอเตอร์ BLDC

แม้ว่าการงอในรูปคลื่นกระแสไฟจะเป็นเรื่องปกติ แต่การบิดเบือนที่มากเกินไปอาจนำไปสู่:

• ประสิทธิภาพที่ลดลง: การสับเปลี่ยนที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้สูญเสียพลังงานเพิ่มขึ้น

• EMI ที่สูงขึ้น (การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า): Kinks ทำให้เกิดเสียงรบกวนและ EMI ซึ่งอาจส่งผลต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในบริเวณใกล้เคียง

• แรงบิดกระเพื่อม: การเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้เกิดแรงบิดกระเพื่อม ช่วยลดความราบรื่นในการทำงานของมอเตอร์

วิธีลด Kinks ปัจจุบันในมอเตอร์ BLDC ให้เหลือน้อยที่สุด

1. ปรับปรุงอัลกอริธึมการแลกเปลี่ยน

การใช้เทคนิคการสับเปลี่ยนขั้นสูง เช่น sinusoidal PWM (SPWM) หรือ space vector PWM (SVPWM) ช่วยลดผลกระทบของการเปลี่ยนเฟสอย่างกะทันหัน

2. เพิ่มความถี่ในการสลับ

ความถี่ในการสวิตชิ่งที่สูงขึ้นจะช่วยลดความล่าช้าระหว่างการเปลี่ยนเฟส ทำให้รูปคลื่นของกระแสเรียบขึ้น และลดปัญหาการหักงอให้เหลือน้อยที่สุด

3. เพิ่มประสิทธิภาพการจัดการเวลาตาย

การลดเวลาหยุดทำงานระหว่างเหตุการณ์การสลับทำให้มั่นใจได้ว่ากระแสไฟฟ้าจะเกิดการบิดเบือนน้อยที่สุด และป้องกันการหักงอที่มากเกินไป

4. ใช้ส่วนประกอบคุณภาพสูงกว่า

MOSFET หรือ IGBT ประสิทธิภาพสูงพร้อมการสูญเสียการสลับที่ต่ำกว่าและเวลาตอบสนองที่เร็วขึ้นจะช่วยลดผลกระทบชั่วคราว

5. ใช้เทคนิคการปรับให้เรียบในปัจจุบัน

การเพิ่มตัวเก็บประจุกรองและปรับให้เรียบสามารถลดการสั่นและปรับความแปรผันของกระแสให้ราบรื่นระหว่างการเปลี่ยนเฟส

บทสรุป

หงิกงอใน กระแสไฟฟ้าของ มอเตอร์ BLDC สาเหตุหลักมาจากกระบวนการสับเปลี่ยน การเหนี่ยวนำของขดลวด และคุณลักษณะการสลับของทรานซิสเตอร์กำลัง แม้ว่าความบิดเบี้ยวของกระแสไฟฟ้าในระดับหนึ่งจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่การปรับระบบควบคุมและฮาร์ดแวร์ให้เหมาะสมสามารถลดผลกระทบได้ ทำให้มั่นใจได้ว่าการทำงานของมอเตอร์จะราบรื่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น