หลักการควบคุมมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

การควบคุมการขับเคลื่อนมอเตอร์คือการควบคุมการหมุนหรือหยุดของมอเตอร์ และความเร็วในการหมุน ส่วนควบคุมการขับเคลื่อนมอเตอร์เรียกอีกอย่างว่าตัวควบคุมความเร็วอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) การปรับแต่งทางไฟฟ้าจะสอดคล้องกับการใช้งานมอเตอร์ประเภทต่างๆ รวมถึงการปรับแต่งทางไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่านและแบบมีแปรงถ่าน

แม่เหล็กถาวรของมอเตอร์แบบแปรงถ่านนั้นยึดอยู่กับที่ ขดลวดพันรอบโรเตอร์ และทิศทางของสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปโดยการสัมผัสที่ไม่ต่อเนื่องระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเทเตอร์ เพื่อให้โรเตอร์หมุนอย่างต่อเนื่อง

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านอย่างที่ชื่อบอกไว้ เครื่องนี้ไม่มีแปรงถ่านและคอมมิวเทเตอร์ โรเตอร์ของมันเป็นแม่เหล็กถาวร ในขณะที่ขดลวดนั้นยึดอยู่กับที่ มันเชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟภายนอก

อันที่จริง มอเตอร์ไร้แปรงถ่านยังต้องการตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วก็คือตัวขับมอเตอร์ ทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าภายในขดลวดคงที่ได้ตลอดเวลา เพื่อให้แน่ใจว่าแรงระหว่างขดลวดกับแม่เหล็กถาวรนั้นเป็นแรงผลักซึ่งกันและกัน และการหมุนอย่างต่อเนื่องสามารถดำเนินต่อไปได้

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องปรับแต่งทางไฟฟ้า การจ่ายกระแสไฟฟ้าตรงไปยังมอเตอร์ก็สามารถทำงานได้ แต่ไม่สามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านต้องมีการปรับแต่งทางไฟฟ้า มิฉะนั้นจะไม่สามารถหมุนได้ กระแสตรงจะต้องถูกแปลงเป็นกระแสสลับสามเฟสโดยตัวควบคุมกระแสไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่าน

การปรับตั้งระบบไฟฟ้าในยุคแรกสุดนั้นไม่เหมือนกับการปรับตั้งระบบไฟฟ้าในปัจจุบัน การปรับตั้งระบบไฟฟ้าในยุคแรกสุดนั้นเป็นการปรับตั้งระบบไฟฟ้าแบบมีแปรงถ่าน คุณอาจสงสัยว่า การปรับตั้งระบบไฟฟ้าแบบมีแปรงถ่านคืออะไร และการปรับตั้งระบบไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่านในปัจจุบันแตกต่างจากการปรับตั้งระบบไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่านอย่างไร

ความจริงแล้ว ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์ไร้แปรงถ่านกับมอเตอร์ไร้แปรงถ่านนั้นอยู่ที่ส่วนประกอบของมอเตอร์ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านนั้นมีโรเตอร์ซึ่งเป็นส่วนที่หมุนได้ โดยเป็นบล็อกแม่เหล็กทั้งหมด ส่วนขดลวดคือสเตเตอร์ซึ่งไม่หมุน เนื่องจากไม่มีแปรงถ่านอยู่ตรงกลาง นี่คือมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

และมอเตอร์แบบแปรงถ่านนั้น ตามชื่อก็บอกอยู่แล้วว่าใช้แปรงถ่าน ดังนั้นมอเตอร์แบบแปรงถ่านจึงเหมือนกับที่เด็กๆ มักเล่นกับรีโมทคอนโทรลของมอเตอร์นั่นเอง

ตามประเภทของเครื่องจักรไฟฟ้าสองประเภทและชื่อเรียกของเครื่องจักรไฟฟ้าแบบมีแปรงถ่านและแบบไร้แปรงถ่าน จากมุมมองของผู้เชี่ยวชาญ เครื่องจักรแบบมีแปรงถ่านจะให้กระแสตรง ส่วนเครื่องจักรแบบไร้แปรงถ่านจะให้กระแสสลับสามเฟส

กระแสตรงคือกระแสไฟฟ้าที่เก็บอยู่ในแบตเตอรี่ของเรา ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นขั้วบวกและขั้วลบได้ ส่วนกระแสไฟฟ้า 220 โวลต์ที่ใช้ในบ้านของเรา เช่น ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือหรือคอมพิวเตอร์ เป็นกระแสสลับ กระแสสลับมีความถี่ที่แน่นอน โดยทั่วไปแล้วจะเป็นสายที่มีขั้วบวกและขั้วลบสลับกันไปมา ส่วนกระแสตรงจะมีเพียงขั้วบวกและขั้วลบเท่านั้น

เมื่อเข้าใจเรื่องกระแสสลับ (AC) และกระแสตรง (DC) แล้ว กระแสสามเฟสคืออะไร? ตามทฤษฎีแล้ว กระแสสลับสามเฟสเป็นรูปแบบหนึ่งของการส่งกระแสไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยศักย์ไฟฟ้าสลับสามกระแสที่มีความถี่เดียวกัน แอมพลิจูดเดียวกัน และความแตกต่างของเฟส 120 องศา ต่อเนื่องกัน

โดยทั่วไปแล้ว ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสในครัวเรือนของเรานั้น นอกจากแรงดัน ความถี่ และมุมขับแล้วจะแตกต่างกันแล้ว ส่วนอื่นๆ ก็เหมือนกัน ซึ่งตอนนี้เราเข้าใจความแตกต่างระหว่างไฟฟ้าสามเฟสและไฟฟ้ากระแสตรงแล้ว

มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน ป้อนกระแสตรงผ่านตัวเก็บประจุเพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ จากนั้นทั้งสองส่วนจะแยกออกเป็นสองเส้นทาง เส้นทางหนึ่งใช้ BEC ที่ควบคุมด้วยไฟฟ้า BEC ทำหน้าที่จ่ายไฟให้กับตัวรับและ MCU ที่ควบคุมด้วยไฟฟ้า โดยสายสีแดงและสีดำจะต่อกับสายไฟของตัวรับ ส่วนอีกเส้นทางหนึ่งใช้ท่อ MOS ซึ่งควบคุมด้วยไฟฟ้า เมื่อ SCM เริ่มทำงาน ท่อ MOS จะสั่น ทำให้เกิดเสียงหยดน้ำเหมือนมอเตอร์

ระบบปรับตั้งไฟฟ้าบางรุ่นมีฟังก์ชันปรับเทียบคันเร่ง ก่อนเข้าสู่ระบบสแตนด์บาย ระบบจะตรวจสอบว่าตำแหน่งคันเร่งอยู่ในระดับสูง ต่ำ หรือตรงกลาง หากตำแหน่งคันเร่งอยู่ในระดับสูง ระบบจะเข้าสู่ขั้นตอนการปรับเทียบคันเร่งด้วยไฟฟ้า

เมื่อทุกอย่างพร้อมแล้ว ไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิปเดี่ยวในส่วนปรับแต่งทางไฟฟ้าจะตัดสินใจเกี่ยวกับแรงดันเอาต์พุตและความถี่ รวมถึงทิศทางการขับเคลื่อนและมุมอินพุต เพื่อขับเคลื่อนความเร็วและการหมุนของมอเตอร์ตามสัญญาณบนสายสัญญาณ PWM นี่คือหลักการทำงานของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านด้วยการปรับเปลี่ยนทางไฟฟ้า

เมื่อมอเตอร์ขับเคลื่อนทำงาน กลุ่มหลอด MOS ทั้งหมดสามกลุ่มจะทำงานภายในระบบควบคุมไฟฟ้า โดยแต่ละกลุ่มมีสองตัว ตัวควบคุมเอาต์พุตบวกและตัวควบคุมเอาต์พุตลบ เมื่อเอาต์พุตเป็นบวก เอาต์พุตเป็นลบ และไม่ใช่ลบ เอาต์พุตที่ได้จะมีค่าสูง ทำให้เกิดกระแสสลับขึ้น นอกจากนี้ ความถี่ของกลุ่มทั้งสามกลุ่มนี้อยู่ที่ 8000 เฮิรตซ์ ซึ่งการควบคุมไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่านนี้ก็เทียบเท่ากับการใช้ตัวแปลงความถี่หรือตัวควบคุมความเร็วในมอเตอร์โรงงานเช่นกัน

อินพุตเป็นกระแสตรง (DC) ซึ่งโดยปกติจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียม ส่วนเอาต์พุตเป็นกระแสสลับสามเฟส (AC) ซึ่งสามารถขับเคลื่อนมอเตอร์ได้โดยตรง

นอกจากนี้ ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ไร้แปรงถ่านสำหรับโมเดลเครื่องบินยังมีสายรับสัญญาณสามสาย สำหรับรับสัญญาณ PWM เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ สำหรับโมเดลเครื่องบิน โดยเฉพาะโมเดลเครื่องบินสี่แกน จำเป็นต้องใช้ตัวควบคุมความเร็วแบบพิเศษเนื่องจากมีลักษณะเฉพาะ

แล้วทำไมถึงต้องมีการปรับแต่งระบบไฟฟ้าเป็นพิเศษสำหรับรถ ATV ล่ะ มันมีอะไรพิเศษเหรอ?

เรือสี่ใบพัดมีไม้พายสี่อัน โดยไม้พายสองอันแรกวางไขว้กัน การหมุนไปข้างหน้าและหมุนถอยหลังของไม้พายช่วยชดเชยปัญหาการหมุนที่เกิดจากการหมุนของใบพายเพียงใบเดียว

ก้านพายแต่ละอันมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะกระจายออกไปเมื่อก้านพายทั้งสี่หมุน ซึ่งแตกต่างจากไม้พายตรงที่มีเพียงแรงเฉื่อยเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพียงแรงเดียวที่สร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแบบเข้มข้น ทำให้เกิดคุณสมบัติแบบไจโรสโคป ช่วยป้องกันไม่ให้ลำตัวเครื่องบินพลิกคว่ำอย่างรวดเร็ว

ดังนั้น ความถี่ในการอัปเดตสัญญาณควบคุมระบบบังคับเลี้ยวจึงต่ำมาก

ระบบควบคุมสี่แกนนั้นต้องการการตอบสนองที่รวดเร็ว เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงท่าทางที่เกิดจากการเบี่ยงเบน จำเป็นต้องมีการปรับความเร็วด้วยระบบไฟฟ้าความเร็วสูง ความเร็วในการปรับเปลี่ยนความเร็วของระบบควบคุมไฟฟ้า PPM แบบดั้งเดิมนั้นอยู่ที่ประมาณ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งไม่เพียงพอต่อความต้องการในการควบคุมความเร็ว และระบบควบคุมไฟฟ้า PPM ที่มี PID ในตัว สามารถทำให้ลักษณะการเปลี่ยนแปลงความเร็วของเครื่องบินจำลองแบบดั้งเดิมนั้นราบรื่น ซึ่งไม่เหมาะสมกับระบบควบคุมสี่แกน เนื่องจากความเร็วของมอเตอร์สี่แกนนั้นต้องการการตอบสนองที่รวดเร็ว

ด้วยระบบปรับไฟฟ้าพิเศษความเร็วสูง และการส่งสัญญาณควบคุมผ่านอินเทอร์เฟซบัส IIC ทำให้สามารถเปลี่ยนความเร็วของมอเตอร์ได้หลายแสนครั้งต่อวินาที ส่งผลให้สามารถรักษาระดับการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งได้อย่างเสถียรในระหว่างการบินแบบสี่แกน แม้จะถูกแรงภายนอกกระแทกอย่างกะทันหันก็ยังคงสภาพเดิมได้

คุณอาจสนใจ: