Інженерні рішення для керування безщітковими двигунами – Частина 3

Безсенсорне керування двигунами по орієнтації поля із забезпеченням низького рівня шуму за допомогою передового апаратного та програмного забезпечення

Поширеність безщіткових двигунів постійного струму (BLDC) продовжує зростати, оскільки продовжують з'являтися нові сфери їх застосування. За даними, зібраними компанією Grand View Research, глобальний ринок BLDC відчуватиме сукупний річний темп зростання (CAGR) приблизно 6,6% у період з цього моменту до 2027 року. Це означатиме, що до кінця 2027 року його вартість становитиме близько 27 мільярдів доларів на той період.

Оскільки BLDC становлять значну частину загального споживання електроенергії у світі, забезпечення ефективної роботи має першорядне значення. Електронна комутація BLDC дозволяє досягти значної економії енергії. Хоча системи на основі датчиків можуть забезпечити високоефективне керування двигуном BLDC, вони не завжди підходять. У дуже великій кількості випадків такий підхід буде заборонено через гостру нестачу місця або бюджетні проблеми. Натомість бездатчикове управління досягається за рахунок вимірювання наведеної зворотної ЕРС.

Завдяки поле-орієнтованому управлінню (FOC) можна забезпечити магнітне поле статора, що плавно обертається. У цілому, ця методологія означає, що пульсації крутного моменту зводяться до мінімуму. Таким чином, система не зазнає небажаних механічних навантажень і видає низький рівень акустичних шумів.

Існує чотири основні етапи FOC. Вони полягають у наступному:

• Вимір фактичного струму, що проходить в обмотках статора
• Генерація сигналу помилки шляхом порівняння виміряного струму з необхідним струмом
• Посилення сигналу помилки з метою створення коригувальної напруги
• Модуляція коректуючої напруги на клемах двигуна

Завдяки цьому контуру зворотного зв'язку, що постійно оновлюється, двигун може працювати безперебійно. Однак слід зазначити, що точне визначення положення ротора без використання датчиків (наприклад, пристроїв Холла) може виявитися скрутним, і це особливо вірно, коли обертається ротор на більш низьких швидкостях.

Робота на таких низьких швидкостях впливає на здатність алгоритмів FOC розраховувати, яку комутацію необхідно застосувати. Методи, покликані компенсувати це, означатимуть, що багато початкових переваг використання FOC, на жаль, будуть втрачені – через застосування високочастотних сигналів, що викликають пульсації крутного моменту, які потім призводять до виникнення акустичного шуму і вібрацій всередині системи. Це призводить до зниження ефективності. Крім того, наявність цих високочастотних сигналів може бути проблематичним з точки зору електромагнітної сумісності (ЕМС).

Поява мікроконтролера Toshiba M4K (MCU) є важливим кроком вперед в ефективному керуванні двигунами BLDC. У цьому пристрої реалізована запатентована технологія компанії Advanced Vector Engine Plus IP (A-VE+), яка виконує всі математичні розрахунки, необхідні для ефективного безсенсорного FOC.

Ще одним нововведенням є технологія вдосконаленого програмованого драйвера двигуна (A-PMD). A-PMD означає, що вихідні сигнали ШІМ двигуна можуть генеруватися з використанням окремих несучих з широтно-імпульсною модуляцією, призначених кожній фазі двигуна. Отже, більше немає потреби в подачі високочастотних сигналів, коли двигун працює на низьких швидкостях (тим самим усуваючи вже зазначені проблеми вібрації та шуму). Рішення M4K з підтримкою A-VE+ також потребує дуже невеликих витрат на обробку після завершення робіт із початкового налаштування.

Компанія Toshiba опублікувала технічний документ, де детально описується цей новітній підхід до FOC. Його можна завантажити тут: 

Читати попередні матеріали з керування безщітковими двигунами:

• Інженерні рішення для керування безщітковими двигунами – Частина 1 (Розробка швидкого керування двигуном – апаратне забезпечення)
• Інженерні рішення для керування безщітковими двигунами – Частина 2 (Управління двигуном BLDC без необхідності використання MCU)

За матеріалами Toshiba

Компанія СЕА з 1990 року займається оптовою торгівлею на ринку України електронними компонентами для промислових підприємств. У програму поставок входять як пасивні компоненти (резистори, конденсатори, індуктивності, варистори, кварцові резонатори, розрядники, роз'єми, запобіжники, комутаційні вироби та ін.), так і активні компоненти (мікросхеми, транзистори, діоди, діодні мости, світлодіоди, рідкокристалічні індикатори, оптоприлади, запобіжники, датчики та ін.).

Компанія СЕА займається постачанням продукції Toshiba на територію України. Для того, щоб купити електронні компоненти або отримати кваліфіковану консультацію, зверніться в офіс Компанії СЕА за телефоном: +38 (044) 330-00-88 або по e-mail: info@sea.com.ua.