La tecnología de control de fase inteligente (InPAC) optimiza el rendimiento del motor sin escobillas al capitalizar al máximo la eficiencia de este tipo de motores.
Los motores sin escobillas se utilizan en diversas aplicaciones y alimentan una amplia gama de equipos de alta velocidad que van desde aspiradoras domésticas hasta maquinaria industrial y ventiladores de enfriamiento para servidores de centros de datos.
Un desafío importante que enfrentan los diseñadores es garantizar que los motores seleccionados funcionen de manera confiable y eficiente. Para ayudar a lograr estos objetivos, Toshiba desarrolló su nueva serie de controladores para motores InPAC.
Control de fase inteligente
Para satisfacer la creciente demanda de eficiencia energética mejorada y menor ruido, los diseñadores de equipos recurren cada vez más a los inversores para controlar los motores sin escobillas. Con la tecnología convencional, para obtener una eficiencia de alto nivel, es necesario ajustar la fase, o ángulo de avance, de la tensión del motor y la corriente del motor para motores individuales.
Figura 1. Ilustración del ángulo de avance
Un ángulo de avance es el ángulo de sincronización al que se aumenta la tensión para aplicarla a la bobina.
Lleva tiempo aplicar tensión a la bobina hasta que la corriente aumenta al valor máximo. En una rotación de alta velocidad, un rotor puede pasar por el siguiente punto de encendido antes de que el accionamiento magnético alcance la potencia máxima. En este caso, la potencia del rotor no será la máxima. Para evitar esta situación y mejorar la eficiencia del accionamiento, se avanza un rotor hasta un cierto ángulo desde el ángulo calculado. Este ángulo aumentado se llama ángulo de avance. Un ángulo de avance varía según las características, las velocidades rotacionales y las condiciones de carga de los motores sin escobillas.
Lograr una eficiencia óptima en un amplio rango de velocidades rotacionales, desde casi cero rotaciones por minuto (rpm) en el arranque hasta altas velocidades de miles de rpm, requiere muchas caracterizaciones para el ajuste de fase y, por lo general, puede optimizarse en un rango limitado. La ventaja de InPAC reside en el control de fase inteligente, una tecnología que permite que los motores sin escobillas giren eficientemente a altas velocidades y con una precisión uniforme.
El enfoque de Toshiba marca una clara diferencia con respecto a los controladores de motores convencionales. Con las tecnologías de la generación anterior, era necesario ajustar una diferencia de fase entre la tensión y la corriente de un motor en varios puntos en su rango operativo de rpm. La tecnología de control de fase inteligente (InPAC) de Toshiba elimina esta necesidad y acelera el desarrollo, ya que ajusta automáticamente las fases de la corriente y la tensión de un motor, logrando así la mayor eficiencia posible en todo el rango operativo de rpm solo a través de la inicialización. Además, la solución de Toshiba logra un control flexible de la velocidad de rotación mediante una lógica sólida que no requiere microcontroladores, lo que ahorra esfuerzos de desarrollo adicionales.
Cómo funciona
Cuando un motor sin escobillas se acciona con una onda sinusoidal, los cambios en sus rpm resultantes de su impedancia crean una diferencia de fase entre la tensión y la corriente, lo que disminuye la eficiencia del accionador. Para ofrecer el ajuste de fase necesario a fin de mejorar la eficiencia, InPAC compara la relación entre la fase de corriente (información de la corriente) y la fase de tensión (señal de efecto Hall) y proporciona retroalimentación a la señal de control de corriente del motor para ajustar su relación de fase de manera automática, lo que genera una mayor eficiencia.
InPAC detecta instantáneamente la fase de corriente del motor y retroalimenta la información para el control automático del ángulo de avance. En aplicaciones de motor basadas en sensores, la fase de señal de Hall se ajusta automáticamente para que coincida con la de la corriente de accionamiento del motor. Se logra una alta eficiencia independientemente de las rpm del motor, el par de carga o la tensión de suministro de alimentación. InPAC también ayuda a reducir la cantidad de piezas externas necesarias para el ajuste del ángulo de avance.
Para lograr la mayor eficiencia posible con la tecnología convencional de control de motores, es necesario ajustar una diferencia de fase entre la tensión y la corriente de un motor en varios puntos en su rango operativo de rpm. InPAC elimina este requisito, ya que les permite a los diseñadores ajustar automáticamente la tensión del motor y las fases de corriente para lograr la mayor eficiencia posible en todo el rango operativo de rpm solo a través de la inicialización, lo cual reduce la carga de trabajo de desarrollo.
Por ejemplo, a 3000 rpm, InPAC reduce la corriente de suministro en aproximadamente un 10 %, en comparación con el control de ángulo de avance fijo convencional.
Optimización y eficiencia
Para lograr una eficiencia óptima del motor, el ángulo de avance debe ajustarse con equipos del mundo real, aunque se controla en función de la información sobre las posiciones del rotor proporcionadas por los sensores Hall. El ángulo de avance también debe ajustarse según las constantes del motor, lo que incluye las rpm y varios otros factores, incluso cuando un controlador/accionador de motor tiene una función de control automático para el ángulo de avance. Dadas estas limitaciones críticas, en los últimos años ha surgido la necesidad de un método de control mejorado que reduzca la carga del diseñador.
Para abordar este problema, InPAC detecta rápidamente la fase de corriente del motor y retroalimenta instantáneamente la información para el control automático del ángulo de avance. Cuando una aplicación de motor está equipada con un sensor, la fase de la señal de Hall se ajusta automáticamente para que coincida con la de la corriente de accionamiento del motor. Se logra una alta eficiencia independientemente de las rpm del motor, el par de carga o la tensión de suministro de alimentación. InPAC también ayuda a reducir la cantidad de piezas externas necesarias para el ajuste del ángulo de avance y elimina la necesidad de cualquier programación relacionada con los estados operativos cambiantes de un motor.
El uso de un sistema de accionamiento de onda sinusoidal con una forma de onda de corriente suave también ofrece la ventaja de generar menos ruido y vibración que los motores con un sistema de accionamiento de onda rectangular.
Requisitos, versiones y especificaciones
Los dispositivos InPAC están disponibles en varias versiones, cada una desarrollada para satisfacer una necesidad de diseño específica. TC78B016FTG es un accionamiento de control de motor totalmente integrado con una clasificación máxima de 40 V/3 A. Este IC requiere una fuente de alimentación que opere en cualquier lugar en el rango de 6 a 36 voltios y proporcione un accionamiento de onda sinusoidal. Los diseñadores también pueden aprovechar la baja resistencia de encendido de 0,24 ohmios (total de lados alto y bajo) típica, lo que reduce el autocalentamiento del dispositivo durante la operación y permite que el IC generalmente admita aplicaciones de 1 a 1,5 A. La velocidad se controla mediante una señal de modulación por ancho de pulsos simple (PWM) o una entrada de tensión analógica. Las protecciones incorporadas incluyen apagado térmico, protección contra sobrecorriente y detección de bloqueo del motor. La parte se ofrece en un compacto paquete VQFN32 de 5 x 5 mm2.
TC78B041FNG y TC78B042FTG son productos de controlador flexibles que les permiten a los usuarios adaptar el requisito de potencia de la aplicación y usar el MOSFET y el controlador de compuerta adecuados para los diseños. TC78B041FNG adopta un paquete tipo SSOP30, mientras que TC78B042FTG adopta un paquete VQFN32 de 5 x 5 mm2.
TC78B027FTG es un controlador con un accionamiento de compuerta donde los usuarios pueden seleccionar los MOSFET adecuados para las aplicaciones. También incorpora un sistema de accionamiento de una sola señal Hall, lo que les permite a los usuarios emplear un motor sin escobillas menos costoso, ya que solo se necesita un único sensor. El dispositivo está alojado en un paquete VQFN24 de 4 x 4 mm2.
Para obtener más información
Toshiba tiene más de 35 años de experiencia en la fabricación de controladores de motores y ofrece una amplia cartera de controladores para motores sin escobillas con tecnología InPAC, adecuados para diversas necesidades. Para evaluar su plan de producto con el objetivo de usar un motor sin escobillas que incorpore InPAC, puede descargar los diseños de referencia disponibles.
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