Detectando el par del motor BLDC usando un sensor de corriente

Depende del controlador del motor, pero en el caso general no puede esperar que la corriente de entrada del controlador sea igual a la corriente del motor. Esto se debe a que los buenos controladores del motor esencialmente están cambiando las fuentes de alimentación, utilizando la inductancia del motor como parte integral de la fuente. La corriente a través de un devanado puede ser mayor que la corriente de suministro, al igual que la corriente de salida de un conmutador Buck puede ser mayor que la corriente de entrada.

No le da corriente al motor directamente, pero le dice cuánta potencia está consumiendo el motor. Si sabe qué voltaje (promedio) está aplicando el controlador al motor, puede calcular fácilmente la corriente (ya que corriente = potencia / voltaje). El problema es conseguir ese voltaje.

Si el controlador BLDC está controlado por 0-100% de PWM y aplica directamente esa misma relación PWM al motor, entonces (suponiendo que el voltaje del controlador caiga en el controlador) el voltaje del motor es simplemente voltaje de suministro / Proporción PWM. Sin embargo si el controlador es controlado por ej. una señal servo entonces probablemente no habrá una relación directa 1: 1 entre la señal de control de entrada y el voltaje del motor, por lo que su voltaje calculado será menos preciso. A baja velocidad (baja relación de PWM) puede haber una ondulación de corriente significativa y una pérdida de potencia adicional en el controlador y el motor.

Además, la corriente del motor no le dice exactamente la cantidad de torque que produce el motor, ya que incluye la corriente utilizada para superar las pérdidas internas, y cuando el motor está acelerando, necesita un torque adicional para lidiar con su propia inercia. Si puede explicar estos efectos, entonces debería poder obtener una estimación razonable del par de salida.

De lo que puede depender absolutamente es que la potencia mecánica entregada por el motor (velocidad de torsión X) es igual a la potencia de entrada (voltaje X corriente) menos las pérdidas. Necesitas poder estimar con precisión las pérdidas. Para un sistema que produce menos de 100 vatios, las pérdidas pueden ser de 50 a 100 vatios. Habrá algunas pérdidas fijas, algunas que varían con la velocidad y otras que varían con la carga. También deberá calcular el promedio o el valor RMS de la corriente durante un período de tiempo apropiado.

Estimar el torque de esta manera no es una tarea trivial, pero puede hacerse de manera bastante efectiva. Sin embargo, no es necesariamente mucho menos complejo que usar las mediciones de corriente del motor. Hay mucha investigación sobre este tipo de cosas.

Puede utilizar un sensor de corriente de efecto Hall sin contacto (por ejemplo, LEM, Allegro o Amploc) alrededor de uno de los cables de fase del motor. El filtro de paso bajo lo hace con un polo en algún lugar entre la frecuencia eléctrica del motor y la frecuencia PWM del controlador, luego lo muestrea con un ADC o usa uno de esos IC de convertidor "RMS verdadero". Eso debería darle una medida de la corriente del motor RMS que es idealmente proporcional al par.

Puede usar la equivalencia de potencia como se indica arriba (velocidad de par X) = (voltaje de corriente X) - Pérdidas como se indica, pero tenga cuidado con la gran capacitancia del enlace de CC. Esto filtrará en gran medida la señal de CC y, por lo tanto, no se puede utilizar para ninguna medida de par de naturaleza transitoria, solo para el estado estable.