Motorstyrning

Tekniker

Eftersom det finns tre huvudgrupper av motorer finns det även tre huvudgrupper av motorstyrningar. Man måste dock vara uppmärksam på vilken typ av motor man faktiskt fått tag på eftersom det finns flera motorer som inte alltid är helt självklara vart de hör hemma.

DC-Motorstyrning

Dessa styr DC-motorer och är väldigt enkla att komma igång med. Det enda som behövs är ström genom ankar- och fältlindningen för att skapa ett moment som driver rotorn.

AC-Motorstyrning

AC-motorn är lite mer komplicerad att styra eftersom det finns fler parametrar att ta hänsyn till än för DC-motorn. Det bästa sättet att styra en AC-motor på är att använda sig av vekorstyrning, vilket dock är ett ganska komplicerat styrsätt. Dock ger det överlägsna prestanda och gör att AC-motorn beter sig som en DC-motor.

Enklare AC-motorstyrning

Det enklaste sättet att kontrollera en AC-motor är att använda fyrkantsvåg med rätt frekvens och fasskift. Fasskiftet är 90° för tvåfasmotorer och 120° för trefasmotorer. Spänningen bör hållas konstant under märkfrekvensen för motorn och över märkfrekvens bör den minskas för att motorn ska hållas inom operationsgränserna.

Vektorstyrning

Vektorstyrning är ganska komplicerat men leder till att man kan använda samma kontrollsystem för en vanlig AC-motor som för en DC-motor. Grundidén är att man behandlar magnetfältet som skapas av statorströmmarna som en vektor. Det magnetfält som bildas kommer att ha konstant magnitud och rotera med samma frekvens som statorn.

För en trefasmotor inleder man med en trefas- till tvåfas-transformation och härefter är det samma hantering av både tvåfas- och trefasmotorer. Detta transformplan brukar kallas alfa-beta-planet och beteckningarna som används för de båda vågformerna är just alfa och beta.

Det man är ute efter är att få stabila spänningar att kontrollera vilket görs med en dq-transformation. För att kunna göra den transformationen måste man dock ha vinkeln för magnetfältet, vilket är ett litet problem. Den enklaste lösningen är att använda inbyggda flödessensorer som man direkt kan använda för att få ut flödesmagnituden och vinkeln. Flödessensorer är vanligt att ha i sk BLDC-motorer. Har man inte flödessensorer får man ta till andra metoder. Vilken man måste ta till beror på

För synkronmaskiner räcker det med att känna varvtalet och initialpositionen för att räkna ut vinkeln eftersom rotorn har exakt samma hastighet som statorns magnetfält.

Med en asynkronmaskin har man problemet att rotorn inte roterar med samma vinkelhastighet som statorns magnetfält, utan har en eftersläpning. Denna eftersläpning måste man hålla koll på för att kunna räkna ut vinkeln. För uppskattning av eftersläpningen finns två olika modeller att ta till; strömmodellen och spänningsmodellen. Strömmodellen kräver att man har en varvtalssensor, medan spänningsmodellen endast kräver strömmätning. Spänningsmodellen har dock problemet att den inte är stabil vid låga varvtal eftersom felet i uppskattningen av eftersläpningen blir i samma storleksordning som varvtalet. Strömmodellen lider dock av att den är ganska kraftigt beroende av motorparametrar som ändrar sig allteftersom motorn blir varm.

(se diskussionssidan)

Stegmotorstyrning

Styrning av stegmotorer, även kallat enda digitala motorn. Vanligt förekommande i bl.a. CNC-fräsar och precisionskrävanda applikationer.
Man kan se stegmotorn som uppbyggd av två spolar, en i horisontal riktning, och en i vertikal riktning.
Genom att "rotera" strömmen genom respektive spole får man motorn att gå ett "steg".
Dock måste spänningen vändas på spolarna efter halva "varvet", vilket kräver exempelvis en H-brygga.
Dessa kallas bipolära stegmotorer. En enklare variant, men med mer förluster, är unipolära stegmotorer. Där är spolarna i båda riktningarna uppdelad på hälften, där mitten är gemensam, och respektive sida polariserar spolen åt varsitt håll. Detta ger en förenklad konstruktion då man endast behöver använda fyra transistorer eller FET:ar per motor.