Este informe técnico proporciona una descripción general de las consideraciones de diseño de control de motores, incluido el control de varios motores, el control orientado al campo, la corrección del factor de potencia y el control sin sensores. También discutimos cómo los microcontroladores (MCU) actuales brindan mayor precisión, eficiencia energética y ahorro de costos a una amplia gama de aplicaciones.
El control digital de motores se introdujo por primera vez para superar los desafíos que tenían los sistemas analógicos tradicionales al lidiar con la deriva, el envejecimiento de los componentes y las variaciones inducidas por la temperatura. Los algoritmos de software flexibles no solo eliminaron los problemas de tolerancia relacionados con los componentes, sino que también permitieron a los desarrolladores responder dinámicamente a las condiciones ambientales cambiantes a lo largo del tiempo. Por ejemplo, en lugar de simplemente encender o apagar el motor del ventilador por completo, la implementación digital ahora permite ajustar la velocidad del ventilador según la temperatura del sistema. Además, el propio sistema se puede ajustar, lo que elimina la necesidad de programar un mantenimiento manual periódico.
Este informe técnico proporciona una descripción general de las consideraciones de diseño de control de motores, incluido el control de varios motores, el control orientado al campo, la corrección del factor de potencia y el control sin sensores. También discutimos cómo los microcontroladores (MCU) actuales brindan mayor precisión, eficiencia energética y ahorro de costos a una amplia gama de aplicaciones.
prólogo
Los microcontroladores (MCU) actuales ofrecen mayor precisión, eficiencia energética y ahorro.
Costo para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo
- Línea blanca y electrodomésticos con sopladores y compresores, como lavadoras y refrigeradores
- Sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado)
- Servoaccionamientos industriales utilizados en control de movimiento, inversores de potencia y robótica
- Sistemas de control automotriz como dirección asistida, frenos antibloqueo y control de suspensión
TI comprende los desafíos que enfrentan los desarrolladores al diseñar estos sistemas de control de motores de alto rendimiento. Los fabricantes buscan introducir algoritmos de control avanzados para diferenciar sus productos, y las crecientes regulaciones gubernamentales exigen un consumo de energía más eficiente y una EMI reducida. Para ayudar a los desarrolladores a abordar estos diversos desafíos, TI ofrece la serie TMS320C2000 Piccolo MCU. Los MCU de Piccolo tienen una arquitectura optimizada que integra periféricos especializados como:
- Use algoritmos en tiempo real para un control más preciso y exacto
- Eficiencia y control de potencia mejorados con corrección del factor de potencia (PFC)
- Un chip admite el control de múltiples motores
- Diseño simplificado con control sin sensor
- Reducir la complejidad y el costo del sistema
Control preciso y exacto
La arquitectura Piccolo ofrece la asombrosa cifra de 40 a 80 millones de instrucciones por segundo (MIPS). Este alto rendimiento permite a los desarrolladores monitorear y controlar múltiples motores simultáneamente, así como ejecutar algoritmos de control más complejos para una mayor precisión, un rendimiento más uniforme y un mejor consumo de energía. Por ejemplo, una sola MCU de Piccolo puede controlar dos motores mientras mantiene un control PFC activo y tiene suficiente potencia de procesamiento para implementar algoritmos de control de motores avanzados, como el control orientado al campo (FOC) sin sensores.
La modulación de ancho de pulso (PWM) desempeña un papel clave en la generación del voltaje o la corriente necesarios para alimentar motores y fuentes de alimentación de alto rendimiento. Las mejoras recientes en los algoritmos de control permiten a los desarrolladores implementar algoritmos de alta precisión que brindan un control dinámico que se adapta a los cambios en tiempo real en el comportamiento del sistema. El FOC tiene muchas ventajas, como la capacidad total de torsión del motor a bajas velocidades, excelente comportamiento dinámico, mayor eficiencia en un amplio rango de velocidades, control de flujo y torsión separados, capacidad de sobrecarga a corto plazo y operación en cuatro cuadrantes. Sin embargo, FOC también requiere cálculos considerablemente más complejos que los esquemas de control estándar.
El principio FOC consiste en controlar los componentes angulares y de amplitud del campo del estator muestreando las corrientes de fase del motor y transformándolas de manera que puedan controlarse convenientemente. Las corrientes trifásicas del motor se leen en el sistema a través del ADC. Estas corrientes de fase están en el dominio giratorio trifásico y se transforman en el dominio giratorio bidimensional mediante la transformada de Clarke. Desde aquí, podemos transformar las dos fases en una región estática mediante la transformación de Park, como se muestra en la Figura 1.