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XI POWER 20 - OTTOBRE 2019 COMMUTATION ENCODER commutazione a 6 passi. Questi 6 passi (o fasi di commu- tazione) spostano un campo elettromagnetico che indu- ce i magneti permanenti del rotore a far ruotare l’albero del motore (Fig. 1). Utilizzando questa sequenza di commutazione standard, il controllore può quindi sfruttare un segnale PWM (Pul- se Width Modulated) ad alta frequenza per ridurre la tensione media del motore, variandone di conseguenza la velocità. Una configurazione di questo tipo offre an- che una grande flessibilità progettuale in quanto consen- te di usare una singola sorgente di tensione per un’am- pia gamma di motori, anche se tale sorgente è molto più grande della tensione nominale del motore. Affinché questo sistema garantisca i vantaggi di efficienza rispetto ai motori con spazzole, è richiesto un anello di controllo molto preciso tra motore e controllore. In questo conte- sto, la retroazione assume un aspetto critico. Affinché il controllore mantenga un accurato controllo del motore, deve sempre conoscere la posizione esatta dello statore rispetto al rotore. Qualsiasi disallineamento o sfasamen- to nella posizione prevista ed effettiva può dar luogo a un comportamento indesiderato e a una penalizzazione delle prestazioni. Esistono molti modi per ottenere que- sta retroazione per la commutazione dei motori BLDC, ma i più comuni sono sensori a effetto Hall, encoder e resolver. Alcune applicazioni, inoltre, ricorrono a tecni- che di commutazione che non prevedono l’uso di sen- sori. Retroazione di posizione Fin dagli esordi dei motori brushless, i dispositivi più uti- lizzati per la retroazione di commutazione sono stati i sensori a effetto Hall. Per il controllo trifase sono neces- sari solo tre sensori che, grazie a un prezzo unitario mol- to contenuto, costituiscono l’opzione più economica per ottenere la commutazione, dal mero punto di vista della BOM. I sensori a effetto Hall vengono integrati nello sta- tore del motore per rilevare la posizione del rotore che viene usata per commuta- re i transistor nel ponte tri- fase per pilotare il motore (Fig. 2). Le uscite dei tre sensori a effetto Hall sono denominati canali U, V e W. Sebbene l’impiego di sensori a effetto Hall sia una soluzione efficace per la commutazione di motori BLDC, vi sono altri aspetti da tenere in considerazione nel caso dei BLDC. I sensori a effetto Hall consentono al controllore di pi- lotare un motore BLDC, ma i loro controlli si limitano a velocità e direzione. Con un motore trifase, i sensori a effetto Hall possono fornire solo la posizione angolare all’interno di ciascun ciclo elettrico. A causa dell’aumen- to delle coppie di poli, cresce anche il numero di cicli elettrici per ciclo meccanico e, vista la diffusione dell’im- piego di motori BLDC, vi è un’esigenza sempre maggio- re di rilevare in maniera precisa la posizione. Per imple- mentare una soluzione affidabile e completa, il sistema BLDC dovrebbe essere in grado di fornire informazioni di posizione in tempo reale in modo che il controllore possa monitorare non solo la velocità e la direzione, ma anche la distanza percorsa e la posizione angolare. La soluzione più comunemente adottata per risolvere la necessità di avere informazioni accurate sulla posizione prevede l’aggiunta di un encoder rotativo incrementa- le sul motore BLDC. Gli encoder incrementali vengono spesso aggiunti ai sensori a effetto Hall all’interno dello stesso anello di retroazione di controllo. I sensori Hall sono utilizzati per la commutazione del motore, mentre l’encoder è usato per monitorare posizione, rotazione e velocità con maggiore precisione. Poiché i sensori a effetto Hall forniscono solo informazioni sulla nuova po- sizione ad ogni cambio di stato dell’effetto Hall, la loro precisione è limitata a sei stati per ogni rotazione elettri- ca. Per un motore a due poli ciò produce solo sei stati per rotazione meccanica (Fig. 3). Tenendo conto che gli encoder incrementali assicurano risoluzioni dell’ordine di migliaia di PPR (impulsi per rotazione), che posso- no poi essere decodificati con una risoluzione quattro volte superiori, appare ovvia la necessità di ricorrere a entrambi. Tuttavia, dato che i costruttori di motori devono inte- grare nelle loro macchine sia i sensori a effetto Hall sia gli encoder incrementali, molti produttori di encoder Fig. 2 – Schema del circuito di pilotaggio a ponte trifase