Comparación de eficiencia entre seis pasos y FOC para un motor dado

El control orientado en el campo (también conocido como control vectorial) de los motores BLDC puede mejorar el par a baja velocidad y reducir la ondulación del par a la velocidad. Normalmente se utiliza la unidad de onda sinusoidal. Esto funciona mejor cuando se combina con el motor con onda sinusoidal back-emf. Sin embargo, la mayoría de los motores utilizados en drones multirrotor están diseñados para una unidad trapezoidal de 6 pasos.

Las siguientes trazas muestran los diferentes modelos de back-emfs de un motor BLDC sin hierro sin polo de 2 polos y un motor con núcleo de hierro multipolar. El segundo ejemplo podría funcionar peor con la unidad de onda sinusoidal.

Porlotanto,paraobtenerlomejordelaunidadFOC,esnecesario'sintonizar'elmotor.EstopodríaexplicarporquélosdosúnicosESCFOCquepudeencontrarparalaventa( DJI 1240S / X y EMAX WindTalker ) están destinados a ser utilizado solo con un motor específico.

La gran mayoría de los ESC utilizados en multirrotor ni siquiera utilizan la rectificación síncrona, por lo que su eficiencia de aceleración parcial es ya un 5% peor de lo que podría ser. Además, muchos de ellos no están utilizando los últimos procesadores más potentes y los controladores de alta velocidad, por lo que sus pérdidas de conmutación son más altas a alta frecuencia (esto es más importante cuando se usa la unidad FOC, ya que para producir una forma de onda precisa se requiere una PWM de alta frecuencia).

La única forma de averiguar qué mejora real de la unidad FOC podría hacer es intentarlo. Para una comparación justa, tendría que usar la misma ESC y solo cambiar la técnica de conmutación.

Desde el sitio web de Hobbywing ...

  

La solución FOC   Mejora en gran medida la sostenibilidad de la batería, aumenta el tiempo de vuelo y efectivamente   protege el motor y la batería y prolonga su vida útil a través del control de corriente.

Fuente: enlace

  

Para un motor PMSM dado con EMF sinusoidal, puede ser accionado por   ya sea de seis pasos (como en aplicaciones de aviones no tripulados) o por FOC (como en servo   control)

Eso es cierto, pero a medida que señala ... lo que es más eficiente.

Si tomamos el motor en su propia eficiencia.
apagado = \ $ T \ omega \ $.
Potencia en = \ $ VAcos \ Phi \ $

Si el motor se suministra con una forma de onda de corriente que coincide EXACTAMENTE con la de su flujo de intersticio de aire & En fase se puede lograr la máxima eficiencia. Seguirá habiendo ineficiencias debido a las pérdidas de cobre, pérdidas de hierro, pérdidas de rodamientos, etc.

Para una máquina con un backEMF de perfil sinusoidal, se necesitarían corrientes sinusoidales y amp; Igualmente corrientes de fase en alineación con el eje q del motor.

CUALQUIER COSA que distraiga esto reducirá la eficiencia.
 1. Armónicos en la forma de onda actual (la onda cuasi cuadrada es rica en armónicos).

2. alineación angular (un aumento en \ $ \ Phi \ $ aumenta la cantidad de corriente del eje D)

Por lo tanto, la excitación inmediata del estator a través de 6 pasos no será el método más eficiente.

Sin embargo ... debes ver todo el sistema como un todo. 6 pasos es fácil ... disparo zonal, regulador de corriente simple. Si desplegara una excitación sinusoidal, necesitaría medios para medir la corriente (ya sea solo el DC a reconstruir o las corrientes de 3 fases para una visibilidad completa). Si quisiera seguir la ruta de FOC (y no tiene que hacerlo con unidades sinusoidales, solo hace más sencillas las leyes de control) necesitará un microcontrolador. Del mismo modo, si se ha esforzado por implementar un FOC, también podría implementar un bloque SVM para maximizar la utilización de su voltaje DClink (PWM sinusoidal es solo del 50%, SVM es del 86%).

Todo esto agrega complejidad, tiempo y, lo que es más importante, ponderación y amp; volumen & Esto es algo así como una prima en drones de bajo mercado. En el campo de los vehículos aéreos no tripulados (UAV), entonces la elección cambia a la inversa, ya que el aumento de la complejidad se ve contrarrestado por el aumento de la eficiencia energética.