Introducción a los componentes clave de los controladores de motores
Como componente central del sistema de propulsión del vehículo eléctrico, el diseño y la función del controlador del motor dependen del trabajo coordinado de una serie de componentes clave.
Los siguientes son los componentes principales del controlador del motor y sus funciones:
1. Barra colectora de CC: la barra colectora de CC es un conductor con alta conductividad, baja resistencia y buenas características de disipación de calor que conecta el paquete de baterías y el controlador del motor. Garantiza que la energía de CC se transmita desde el paquete de baterías al controlador del motor sin pérdidas o con pérdidas bajas.
2. Estructura del inversor: El núcleo del controlador del motor es un inversor trifásico de puente completo, que se encarga de convertir la corriente continua en corriente alterna trifásica para accionar el motor de corriente alterna. El inversor consta de varios interruptores semiconductores de potencia, que pueden lograr un control preciso del motor controlando con precisión la apertura y el cierre de estos interruptores.
3. Supresión de interferencias electromagnéticas (EMI): la interferencia electromagnética generada por el inversor durante su funcionamiento se reduce mediante componentes de filtrado como los condensadores X y los condensadores Y. Los condensadores X y los condensadores Y se utilizan para el filtrado entre líneas eléctricas y entre líneas eléctricas y tierra, respectivamente. Normalmente se utilizan condensadores de película o condensadores cerámicos y deben cumplir normas de seguridad específicas.
4. Circuito de control: El circuito de control es el cerebro del controlador del motor, responsable de la adquisición de señales y la implementación del algoritmo de control. Generalmente incluye un microcontrolador o procesador de señales digitales (DSP) y circuitos de soporte relacionados, siendo el núcleo el módulo de potencia, que es responsable de la conversión de energía.
5. Circuito de accionamiento: el circuito de accionamiento proporciona señales de accionamiento a los dispositivos de conmutación en el módulo de potencia para garantizar que puedan conmutar con precisión y rapidez.
6. Disipador de calor: el disipador de calor se utiliza para disipar el calor generado por el módulo de potencia y mantener los componentes clave funcionando a una temperatura de funcionamiento adecuada.
7. Adquisición de señales: El controlador del motor debe recopilar señales de corriente trifásica y señales de posición en el extremo del motor para lograr un monitoreo en tiempo real del estado del motor. Esto generalmente implica el uso de hardware como sensores de corriente.
8. Bus de cobre de salida de CA: la conexión entre el controlador del motor y el motor puede utilizar un bus de cobre de salida de CA para transmitir energía de CA trifásica. El diseño del bus de cobre debe considerar una resistencia baja y una capacidad de transporte de corriente alta.
9. Interfaz del sensor resolver: la señal de posición del motor generalmente la proporciona el sensor resolver, que debe conectarse a la interfaz correspondiente del controlador del motor.
10. Integración del sensor de corriente: El sensor de corriente generalmente está integrado dentro del controlador del motor para medir la corriente del motor. Se pueden utilizar sensores de efecto Hall o sensores perforados huecos.
El trabajo colaborativo de estos componentes garantiza que el controlador del motor pueda lograr un control preciso del motor del vehículo eléctrico al tiempo que garantiza la seguridad y confiabilidad del sistema.
La MCU se compone principalmente de los siguientes módulos:
1. Microcontrolador: La función principal del microcontrolador es controlar el inversor de fuente de voltaje (VSI) para convertir la energía recibida de la batería en la forma de energía requerida. Recibe la señal del acelerador del conductor como entrada de control principal y controla la velocidad y el par ajustando el ciclo de trabajo del pulso de modulación por ancho de pulso (PWM). El control vectorial de campo (FOC) implementado en el microcontrolador garantiza un control del motor eficiente y rápido.
2. Inversor de fuente de voltaje (VSI): el VSI es responsable de convertir la energía de CC en energía de CA para accionar el motor. Por lo general, se utilizan seis MOSFET para implementar el VSI y, a veces, se utilizan combinaciones paralelas de MOSFET para aumentar la capacidad de corriente.
3. Detección de corriente de fase: los sensores de corriente basados en el efecto Hall se utilizan para detectar la corriente de fase del motor y garantizar un control preciso. Por lo general, se utilizan dos sensores de corriente para detectar dos corrientes de fase, y la tercera corriente de fase se deriva de estas dos.
4. Fuente de alimentación: Los sensores integrados del MCU requieren una fuente de alimentación adecuada. Además, el microcontrolador, el sensor de temperatura del motor y el sensor de retroalimentación de posición también requieren diferentes niveles de alimentación. La sección de fuente de alimentación convierte el voltaje de CC fijo en los diferentes niveles de voltaje requeridos.
5. Controlador de compuerta: el circuito del controlador de compuerta se utiliza para amplificar el nivel de voltaje de los pulsos PWM generados por el microcontrolador para garantizar una transmisión de señal efectiva.
6. Transceptor CAN: El transceptor CAN se utiliza para controlar y detectar los datos transmitidos a través del bus CAN. Convierte la lógica unidireccional utilizada por el controlador en una señal diferencial transmitida a través del bus CAN.
7. Sensor de retroalimentación de posición: estos sensores proporcionan información de la posición del rotor del motor y son esenciales para lograr un control vectorial preciso. Por lo general, se utilizan codificadores o sensores de resolución para proporcionar estas señales de retroalimentación.
8. Sensor de temperatura: el sensor de temperatura se utiliza para monitorear la temperatura del motor y el controlador para garantizar el funcionamiento seguro del sistema y evitar el sobrecalentamiento.
El trabajo colaborativo de estos módulos garantiza que el controlador del motor pueda controlar el motor de manera eficiente y precisa, garantizando al mismo tiempo la estabilidad y la seguridad del sistema.