ЦЕПИ ДВИГАТЕЛЯ И УПРАВЛЕНИЕ — Applied Industrial Electricity

Блокировочные контакты, установленные в схеме управления двигателем в предыдущем разделе, работают нормально, но двигатель будет работать только до тех пор, пока удерживается нажатым каждый кнопочный переключатель. Если бы мы хотели, чтобы двигатель работал даже после того, как оператор убирает руку с переключателя(ей) управления, мы могли бы изменить схему несколькими способами: мы могли бы заменить кнопочные переключатели на тумблеры или можно было бы добавить еще немного релейной логики, чтобы «зафиксировать» схему управления одним мгновенным срабатыванием любого переключателя. Давайте посмотрим, как реализуется второй подход, так как он широко используется в промышленности:

При нажатии кнопки «Вперед» M₁ сработает, замыкая нормально разомкнутый вспомогательный контакт параллельно с этим выключателем. Когда кнопка отпущена, закрытый M₁ вспомогательный контакт будет поддерживать ток в катушке M₁, тем самым фиксируя схему «Вперед» во включенном состоянии. То же самое произойдет при нажатии кнопки «Реверс». Эти параллельные вспомогательные контакты иногда называют запечатывание контактов, слово «печать» означает по существу то же самое, что и слово фиксатор. Однако при этом возникает новая проблема: как остановить мотор! Поскольку схема существует прямо сейчас, двигатель будет вращаться вперед или назад после нажатия соответствующего кнопочного переключателя и будет продолжать работать до тех пор, пока есть питание. Чтобы остановить любую цепь (вперед или назад), нам требуются некоторые средства, чтобы оператор отключил питание контакторов двигателя. Мы назовем этот новый переключатель, Stop:

Теперь, если прямая или обратная цепи заблокированы, их можно «разблокировать», кратковременно нажав кнопку «Стоп», которая разомкнет прямую или обратную цепь, обесточив контактор, находящийся под напряжением, и пломбируемый контакт вернется в исходное положение. нормальное (открытое) состояние. Переключатель «Стоп», имеющий нормально замкнутые контакты, при отпускании передает питание либо на прямую, либо на обратную цепи. Все идет нормально. Давайте рассмотрим еще один практический аспект нашей схемы управления двигателем, прежде чем мы перестанем ее добавлять. Если бы наш гипотетический двигатель вращал механическую нагрузку с большим импульсом, например, большой вентилятор, двигатель мог бы продолжать работать выбегом в течение значительного времени после нажатия кнопки останова. Это может быть проблематично, если оператор попытается изменить направление вращения двигателя, не дожидаясь остановки вращения вентилятора. Если бы вентилятор все еще вращался вперед, а кнопка «Реверс» была нажата, двигателю было бы трудно преодолеть инерцию большого вентилятора, поскольку он пытался бы начать вращаться в обратном направлении, потребляя чрезмерный ток и потенциально сокращая срок службы двигателя, привода. механизмы и вентилятор. Что нам хотелось бы иметь, так это какую-то функцию временной задержки в этой системе управления двигателем, чтобы предотвратить такой преждевременный запуск. Давайте начнем с добавления пары катушек реле с выдержкой времени, по одной параллельно каждой катушке контактора двигателя. Если мы используем контакты, которые задерживают возвращение в нормальное состояние, эти реле предоставят нам «память» о том, в каком направлении двигатель в последний раз вращался. Мы хотим, чтобы каждый контакт с временной задержкой размыкал ветвь пускового переключателя противоположной цепи вращения на несколько секунд, в то время как вентилятор останавливался выбегом.

Если двигатель работал в прямом направлении, оба M₁ и TD₁ будет заряжен. В этом случае нормально-замкнутый, замкнутый по времени контакт ТД₁ между проводами 8 и 5 сразу разомкнется момент TD₁ был заряжен энергией. При нажатии кнопки остановки связаться с TD₁ ждет указанное количество времени, прежде чем вернуться в нормально замкнутое состояние, тем самым удерживая цепь кнопки реверса открытой в течение времени, так что M₂ нельзя заряжать. Когда ТД₁ время ожидания, контакт замкнется, и цепь позволит M₂ включается при нажатии кнопки реверса. Аналогичным образом, ТД₂ предотвратит подачу питания на кнопку «Вперед» M₁ до истечения предписанной выдержки времени после M₂ (и ТД₂) были обесточены. Внимательный наблюдатель заметит, что функции временной блокировки TD₁ и TD₂ сделать М₁ И м₂ блокирующие контакты избыточны. Мы можем избавиться от вспомогательных контактов M₁ И м₂ для блокировок и просто используйте TD₁ и TD₂контакты, так как они немедленно размыкаются, когда соответствующие катушки реле находятся под напряжением, тем самым «блокируя» один контактор, если другой контактор находится под напряжением. Каждое реле задержки времени выполняет двойную функцию: предотвращает подачу питания на другой контактор во время работы двигателя и предотвращает подачу питания на тот же контактор в течение заданного времени после отключения двигателя. Преимущество полученной схемы в том, что она проще, чем в предыдущем примере:

• Катушки контактора двигателя (или «пускателя») обычно обозначаются буквой «М» на схемах лестничной логики.
• Непрерывная работа двигателя с мгновенным «пусковым» выключателем возможна, если нормально разомкнутый «пломбировочный» контакт от контактора подключен параллельно пусковому выключателю, так что после подачи питания на контактор он сохраняет питание для себя и сохраняет «самостоятельность». защелкнулся».
• Реле задержки времени обычно используются в цепях управления большими двигателями, чтобы предотвратить запуск двигателя (или реверс) до тех пор, пока не пройдет определенное время с момента события.

10.2 Контакторы

Все о контакторах

Когда реле используется для коммутации через свои контакты большого количества электроэнергии, оно обозначается специальным названием: контактор. Контакторы обычно имеют несколько контактов, и эти контакты обычно (но не всегда) нормально разомкнуты, так что питание нагрузки отключается, когда катушка обесточивается. Возможно, наиболее распространенным промышленным применением контакторов является управление электродвигателями. Три верхних контакта переключают соответствующие фазы входящего трехфазного переменного тока, обычно не менее 3 В для двигателей мощностью 480 л.с. или выше. Самый нижний контакт является «вспомогательным» контактом, номинальный ток которого намного ниже, чем у силовых контактов большого двигателя, но он приводится в действие тем же якорем, что и силовые контакты. Вспомогательный контакт часто используется в логической схеме реле или для какой-либо другой части схемы управления двигателем, обычно переключая питание переменного тока 1 В вместо напряжения двигателя. Один контактор может иметь несколько вспомогательных контактов, нормально разомкнутых или нормально замкнутых, если это необходимо.

Три последовательно соединенных устройства в форме вопросительного знака, каждая фаза которых идет на двигатель, называются перегрузочные нагреватели. Каждый «нагревательный» элемент представляет собой полосу металла с низким сопротивлением, предназначенную для нагревания по мере того, как двигатель потребляет ток. Если температура любого из этих нагревательных элементов достигает критической точки (эквивалентной умеренной перегрузке двигателя), нормально замкнутый контакт переключателя (на схеме не показан) срабатывает. Этот нормально замкнутый контакт обычно подключается последовательно с катушкой реле, так что, когда он размыкается, реле автоматически обесточивается, тем самым отключая питание двигателя. Мы увидим больше об этой проводке защиты от перегрузки в следующей главе. Нагреватели перегрузки предназначены для обеспечения защиты от перегрузки по току для больших электродвигателей, в отличие от автоматических выключателей и предохранителей, которые служат основной целью обеспечения защиты от перегрузки по току для силовых проводников. Функция обогревателя при перегрузке часто понимается неправильно. Это не предохранители; то есть их функция не заключается в том, чтобы сжечь и напрямую разорвать цепь, как это предназначено для плавкого предохранителя. Скорее, перегрузочные нагреватели предназначены для термической имитации характеристик нагрева конкретного электродвигателя, который необходимо защитить. Все двигатели имеют тепловые характеристики, в том числе количество тепловой энергии, выделяемой за счет резистивного рассеяния (I 2 R), характеристики теплопередачи тепла, «проводимого» охлаждающей среде через металлический корпус двигателя, физическую массу и удельную теплоемкость двигателя. материалы, из которых изготовлен двигатель, и т. д. Эти характеристики имитируются перегрузочным нагревателем в миниатюрном масштабе: когда двигатель нагревается до критической температуры, нагреватель нагревается до критической температуры. его критическая температура, в идеале при той же скорости и кривой приближения. Таким образом, контакт перегрузки при измерении температуры нагревателя термомеханическим механизмом будет воспринимать аналог реального двигателя. Если контакт перегрузки срабатывает из-за чрезмерной температуры нагревателя, это будет означать, что реальный двигатель достиг его критической температуры (или сделал бы это в ближайшее время). Предполагается, что после срабатывания нагреватели охлаждаются с той же скоростью и с той же кривой, что и реальный двигатель, чтобы они отображали точную пропорцию теплового состояния двигателя и не позволяли повторно подавать питание до тех пор, пока двигатель не будет действительно снова готов к запуску.

Трехфазный контактор электродвигателя

Здесь показан контактор для трехфазного электродвигателя, установленный на панели в составе системы электроуправления на муниципальной водоочистной станции:

Трехфазное напряжение переменного тока 480 В поступает на три нормально разомкнутых контакта в верхней части контактора через винтовые клеммы, обозначенные «L1», «L2» и «L3» (клемма «L2» скрыта за квадратной рамкой). демпфирующая цепь, подключенная к клеммам катушки контактора). Питание двигателя выходит из блока нагревателя перегрузки в нижней части этого устройства через винтовые клеммы с маркировкой «T1», «T2» и «T3». Сами блоки нагревателя перегрузки представляют собой черные блоки квадратной формы с маркировкой «W34», указывающей на конкретную тепловую реакцию для определенной мощности и температурного режима электродвигателя. Если электродвигатель с другой мощностью и/или температурными характеристиками должен быть заменен на тот, который в настоящее время находится в эксплуатации, блоки предпускового подогрева должны быть заменены блоками, имеющими тепловую характеристику, подходящую для нового двигателя. Изготовитель двигателя может предоставить информацию о соответствующих нагревательных элементах для использования. Белая кнопка, расположенная между линейными нагревателями «Т1» и «Т2», служит для ручного возврата нормально замкнутого контакта переключателя в нормальное состояние после срабатывания из-за чрезмерной температуры нагревателя. Проводные соединения с контактом выключателя «перегрузки» видны в правом нижнем углу фотографии, рядом с надписью «NC» (нормально замкнутый). На этом конкретном блоке перегрузки небольшое «окошко» с надписью «Tripped» указывает на состояние срабатывания с помощью цветного флажка. На этой фотографии нет состояния «срабатывания», и индикатор выглядит четким. В качестве сноски, нагревательные элементы могут использоваться в качестве грубого токового шунтирующего резистора для определения того, потребляет ли двигатель ток, когда контактор замкнут. Могут быть случаи, когда вы работаете со схемой управления двигателем, где контактор расположен далеко от самого двигателя. Как узнать, потребляет ли двигатель мощность, когда катушка контактора находится под напряжением и якорь втянут? Если обмотки двигателя сгорели, вы можете подавать напряжение на двигатель через контакты контактора, но при этом иметь нулевой ток и, следовательно, движение от вала двигателя. Если токоизмерительных клещей для измерения сетевого тока нет, вы можете взять мультиметр и измерить милливольтаж на каждом нагревательном элементе: если ток равен нулю, напряжение на нагревателе будет равно нулю (если сам нагревательный элемент не открыт). , в этом случае напряжение на нем будет большим); если через эту фазу контактора к двигателю идет ток, вы увидите определенное милливольтаж на этом нагревателе.

Контроллер двигателя BLDC: как это работает, принципы проектирования и примеры схем

Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют ряд существенных преимуществ перед своими конкурентами, такими как щеточные двигатели, в основном благодаря электронной коммутации. Это позволяет контроллеру быстро переключать ток и тем самым эффективно регулировать характеристики двигателя. В этой статье мы рассмотрим особенности бесколлекторного контроллера двигателя постоянного тока. Вы узнаете о принципах его работы, а также о конструктивных особенностях и проблемах, о которых вам следует знать, прежде чем создавать собственное устройство.

• Введение
• Принципы работы двигателей и контроллеров BLDC
• Типы двигателей и контроллеров BLDC
• Область применения двигателей и контроллеров BLDC
• Схема контроллера двигателя BLDC
• Проблемы создания контроллера скорости двигателя BLDC
• Заключение

Введение

История первого бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) восходит к 1962 году. Внедрение этого нового типа электродвигателя стало возможным благодаря транзисторный переключатель изобретен незадолго до этого. Использование электроники вместо механического коммутатора со щетками было прорывом в электротехнике того времени.

BLDC двигатели нашли широкое применение в различных отраслях промышленности — от жестких дисков компьютеров до электротранспорта и промышленных роботов. В некоторых областях они почти вытеснили коллекторные двигатели постоянного тока (BDC). Высокая производительность и долговечность являются одними из основных преимуществ бесщеточного двигателя постоянного тока. Тем не менее, он вряд ли полностью вытеснит двигатели BDC, так как это все еще дорогостоящее решение со сложной конструкцией и системой управления.

Контроллер двигателя BLDC может выполнять те же функции и применять те же методы, что и контроллер щеточного двигателя постоянного тока. Однако существуют некоторые концептуальные различия в их устройстве и реализации. Эта статья прольет свет на характеристики бесщеточного контроллера двигателя постоянного тока, как он работает, как он устроен и для чего он лучше всего подходит.

Принципы работы двигателей и контроллеров BLDC

Контроллер двигателя BLDC регулирует скорость и крутящий момент двигателя; он также может запускать, останавливать и реверсировать свое вращение. Чтобы понять принципы работы контроллера, начнем сначала с конструкции бесщеточного двигателя. Его основные компоненты включают в себя:

• an арматура or ротор изготовлены из постоянных и во многих случаях неодимовых магнитов; а также
• a статор с обмотками, создающими магнитное поле при подаче напряжения.

Магниты ротора и обмотки статора обеспечивают вращение двигателя. Они притягиваются друг к другу противоположными полюсами и отталкиваются друг от друга теми же полюсами. Аналогичный процесс происходит в коллекторном двигателе постоянного тока. Существенное отличие заключается в способе коммутации тока, подаваемого на проволочные обмотки.

В двигателе BDC это механический процесс, запускаемый коллектором со щетками. В двигателе BLDC это происходит электронным способом с помощью транзисторных ключей.

Контроллер двигателя BLDC определяет положение ротора либо с помощью датчиков (например, Датчик Холла) или без датчика. Датчики измеряют положение ротора и отправляют эти данные. Контроллер получает информацию и позволяет транзисторам переключать ток и в нужный момент подавать питание на необходимую обмотку статора.

Типы двигателей и контроллеров BLDC

В зависимости от расположения ротора BLDC двигатели могут быть двух типов:

• внутренний двигатель (ротор внутренний, а статор снаружи двигателя);
• аутраннер двигатель (ротор внешний, поэтому постоянные магниты вращаются вокруг статора вместе с корпусом двигателя).

Inrunners имеют более легкую конструкцию и лучшую скорость вращения из-за меньшего диаметра вращения. В свою очередь, форвакуумные двигатели имеют более высокий крутящий момент из-за более длинного плеча и большей электродвижущей силы, приложенной к ротору.

Трехфазные бесщеточные двигатели постоянного тока могут иметь два различных типа соединения обмоток:

• тройник (Y) Или звезда соединение (обмотки встречаются в центре, образуя звезду);
• дельта (Δ) соединение (обмотки соединены последовательно, образуя треугольник).

В конфигурации «звезда» нейтральный провод соединен с землей. Это может защитить двигатель от перенапряжения и перегрузки. Соединение треугольником не имеет нейтрали, поэтому оно лучше работает для двигателей со сбалансированной нагрузкой. Однако каждый из этих типов может демонстрировать эффективную производительность в зависимости от ваших требований.

Контроллеры двигателей BLDC различаются в зависимости от метода, который они используют для определения положения ротора. Измерения можно производить с помощью датчиков положения или бездатчиковым методом.

Среди датчиков есть множество вариантов, в том числе:

• датчики Холла;
• поворотные энкодеры;
• датчики переменного сопротивления;
• резольверы;
• оптические датчики.

Бессенсорный контроллер двигателя BLDC работает без датчика; он определяет положение ротора, оценивая противоэлектродвижущая сила (обратно ЭДС). Это напряжение, создаваемое в обмотках статора вращающимся якорем. Измеряя противо-ЭДС, можно определить положение ротора: чем ближе магнит ротора, тем выше противо-ЭДС.

Область применения двигателей и контроллеров BLDC

Ключевые преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока вытекают из особенностей его конструкции. Электронная коммутация обеспечивает улучшенное переключение тока. Это приводит к увеличению крутящего момента, эффективному управлению скоростью в широком диапазоне и, следовательно, к повышению производительности двигателя.

Использование электроники вместо механических частей, которые изнашиваются, делает это решение не требующим особого обслуживания и долговечным. Кроме того, отсутствие щеток приводит к минимальным потерям мощности и низкому уровню электромагнитная интерференция (EMI) и шум.

Вот почему двигатели BLDC находят широкое применение в устройствах и системах с длительным сроком службы, в том числе:

• промышленное применение;
• электрические транспортные средства;
• беспилотные авиационные комплексы;
• компьютерное оборудование;
• бытовая электроника;

Благодаря такому расположению двигатели BLDC могут питать малогабаритные, но высокопроизводительные устройства, что также расширяет область их применения.

Конечно, есть недорогие маломощные системы, которым не нужен программируемый контроллер бесколлекторного двигателя постоянного тока. с обратной связью. Здесь использование двигателя BDC с простым контроллером может иметь больше смысла. Но если вы по-прежнему отдаете предпочтение более высокой эффективности и долговечности, а не простоте и экономичности, бесщеточный двигатель постоянного тока может стать жизнеспособным вариантом для вашего проекта.

Для создания контроллера двигателя BLDC требуется большой опыт как в электронном дизайне, так и в разработке встроенного программного обеспечения. При правильной установке блок управления может обеспечить бесперебойную работу вашего двигателя и продлить срок его службы. В следующем разделе этой статьи мы предоставим более подробную информацию о том, как спроектировать бесщеточный контроллер двигателя постоянного тока.

Схема контроллера двигателя BLDC

Типичный контроллер двигателя BLDC имеет полумостовой or полукруглый мост схема. В отличие от Н-мост, эта конфигурация схемы имеет только два ключа — один транзистор верхнего плеча и один транзистор нижнего плеча.

Большинство бесщеточных двигателей используют двух- или трехфазные системы питания. Таким образом, на принципиальной схеме контроллера двигателя BLDC это будет выглядеть как два или три полумоста (в зависимости от количества фаз) с парой переключателей в каждом.

Давайте подробнее рассмотрим трехфазный контроллер бесщеточного двигателя постоянного тока с датчиками на эффекте Холла, чтобы рассмотреть основные принципы его схемотехники.

Статор имеет трехфазные обмотки, расположенные под углом 120° друг к другу. Каждая обмотка имеет векторное представление напряжения и тока, прикладываемых к статору.

Датчики Холла контроллера двигателя BLDC определяют положение ротора. После получения данных датчика мощность MOSFETs переключать ток, вводя его в правую обмотку. В контроллере бесщеточного двигателя постоянного тока высокой мощности, IGBTs и GaN переключатели могут заменить МОП-транзисторы.

Либо интегрированные, либо дискретные драйверы затворов могут управлять транзисторами. Драйверы схемы контроллера бесщеточного двигателя действуют как посредники между переключателями и микроконтроллером (MCU).

Схема контроллера трехфазного двигателя BLDC включает шесть шагов, необходимых для завершения полного цикла переключения (то есть для подачи питания на все три обмотки статора). При включении и выключении транзисторов верхнего и нижнего плеча ток последовательно протекает через обмотки статора.

При проектировании контроллера двигателя BLDC можно рассмотреть различные подходы к коммутации тока, в том числе трапециевидный и синусоидальный коммутация. Названия этих методов относятся к формам сигнала.

При трапециевидной коммутации две обмотки из трех могут оставаться под напряжением одновременно. При синусоидальном методе управления фазовый сдвиг подчиняется закону синусов. Он обеспечивает более плавное переключение тока между фазами.

Трапециевидная коммутация проще, но может вызвать вибрацию двигателя на малых скоростях. Внедрение синусоидальных форм тока может обеспечить безупречную работу вашего двигателя. Однако этот тип коммутации становится затруднительным на высоких скоростях.

Как правило, в синусоидальной схеме контроллера бесщеточного двигателя используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Он помогает регулировать ток, подаваемый в обмотки ротора, и выполнять процесс коммутации более плавно и эффективно. Это относится особенно к с замкнутым контуром контроллеры, которые получают обратную связь по выходному сигналу и регулируют входную мощность, изменяя рабочий цикл.

Скважность — это процентное соотношение между текущим импульсом и полным циклом токового сигнала. Контроллер скорости двигателя BLDC изменяет рабочие циклы ШИМ для создания синусоидальных сигналов.

Частота переключения ШИМ может быть разной для разных приложений. Хотя она должна быть достаточно высокой, чтобы предотвратить потерю мощности. Физические ограничения статора определяют максимальный уровень частоты. Однако есть и характеристики самого блока управления.

Таким образом, даже если статор позволяет увеличить частоту ШИМ, вы не сможете этого сделать из-за ограниченных возможностей вашего контроллера бесщеточного двигателя постоянного тока.

Как вариант можно нанять гистерезис для управления работой BLDC двигателя. Этот метод относится и к синусоидальной коммутации. Он позволяет установить верхний и нижний пределы тока, подаваемого на двигатель. Как только ток достигает своего верхнего или нижнего диапазона, транзисторные переключатели соответственно выключаются или включаются и изменяют средний ток по закону синусов.

Вы можете реализовать полумост контроллера двигателя BLDC либо как интегральную схему (IC), либо как дискретные компоненты. Это одна из наиболее распространенных дилемм, с которыми вы можете столкнуться, когда начинаете выяснять, как спроектировать контроллер двигателя BLDC.

Дискретная схема может быть менее надежной, так как компоненты должны собираться и припаиваться к плате отдельно. ИС контроллера бесщеточного двигателя постоянного тока имеет меньшие размеры, низкие производственные затраты и упрощает процесс проектирования. Однако интегральные схемы имеют ограничения по мощности. Кроме того, отказ одного компонента приведет к замене всей ИС контроллера двигателя BLDC, а не только этого компонента.

Проблемы создания контроллера скорости двигателя BLDC

При построении схемы контроллера бесщеточного двигателя постоянного тока вы можете столкнуться с некоторыми проблемами. В зависимости от функциональности и области применения мотора вам потребуется выбрать подходящее оборудование и реализовать необходимые алгоритмы.

Например, контроллеры двигателей BLDC, используемые в силовой электронике, работают с большими токами и напряжениями. Они требуют высокой частоты переключения. Здесь имеет смысл использовать дискретные компоненты, в том числе и, что лучший способ транзисторы высокой мощности, такие как IGBT и GaN.

Точность позиционирования ротора является одной из самых больших проблем любого контроллера бесщеточного двигателя. Этого можно добиться, используя сенсорные или безсенсорные измерения.

Датчики положения предлагают относительно простой метод обнаружения, который можно реализовать без сложных алгоритмов управления. Однако их использование усложняет обустройство и обслуживание двигателя.

Бездатчиковый метод (измерение обратной ЭДС) может снизить стоимость спецификации (BOM) и упростить конструкцию контроллера бесщеточного двигателя постоянного тока. Основная проблема здесь состоит в том, чтобы заставить ротор двигаться первым, поскольку обратная ЭДС не появится, когда ротор находится в состоянии покоя. Таким образом, контроллер не получит требуемой информации.

Кроме того, противо-ЭДС пропорциональна скорости вращения ротора. Таким образом, точность позиционирования снизится, если вы запустите двигатель на низких скоростях.

Чтобы правильно измерить обратную ЭДС, продумайте схему контроллера бесщеточного двигателя постоянного тока, а также его программное обеспечение. Вам необходимо установить преобразователи тока и напряжения, добавить фильтры помех и построить обработка цифрового сигнала (DSP) алгоритмы.

Тем не менее многое зависит от конкретной реализации метода измерения. Для повышения точности можно комбинировать разные техники.

Например, вы можете использовать оптический датчик или поворотный энкодер вместе с датчиком Холла. Для определения положения ротора можно также измерить противо-ЭДС и дополнительно получить данные от датчика Холла или лазерного датчика положения, установленного на двигателе.

Основные проблемы программирования в конструкции контроллера двигателя BLDC заключаются в разработке прошивки микроконтроллера. Он включает в себя коммутацию, определение положения ротора, генерацию ШИМ-сигналов и другие функции.

Некоторые производители микроконтроллеров предлагают встроенные программные инструменты, которые могут помочь вам написать специальную прошивку для MCU вашего контроллера двигателя. Например, наши партнеры из STMicroelectronics создали экосистему STM32 для управления двигателями, которая содержит комплекты для разработки аппаратного и программного обеспечения, библиотеки микропрограмм и другие наборы инструментов, предназначенные для проектирования контроллеров двигателей BLDC.

В большинстве случаев MCU контроллера двигателя с обратной связью использует пропорционально-интегрально-производный (ПИД) алгоритм. Он необходим для регулирования скорости, крутящего момента и других характеристик двигателя. Например, ПИД-алгоритм может обрабатывать текущую скорость, сравнивать это значение с заданным значением и определять частоту выходных сигналов, которые должны применяться к двигателю для стабилизации его скорости.

В одном из наших проектов мы создали схему контроллера двигателя BLDC для индивидуального зубчатого привода. В наши основные задачи входило определение положения ротора и регулировка скорости вращения с высокой точностью.

Использование поворотного энкодера помогло с задачей позиционирования, но управление скоростью стало проблемой. Сложность возникла из-за низкого разрешения периферийных устройств MCU, а именно таймера, генерирующего ШИМ-сигналы. Для решения этой задачи мы реализовали собственный алгоритм PID для компенсации ограниченного диапазона битов.

Заключение

Бесщеточные двигатели постоянного тока используются уже более пятидесяти лет. Область их применения варьируется от небольших бытовых устройств до сложных систем промышленной автоматизации. Полностью электронная система управления увеличивает крутящий момент, улучшает регулирование скорости в широком диапазоне и улучшает другие характеристики двигателя.

Несмотря на надежность и высокий КПД, такие моторы не универсальны. Во-первых, они имеют высокую цену и сложную реализацию контроллера. Таким образом, для некоторых проектов разумным вариантом может стать контроллер щеточного двигателя постоянного тока.

Одна из ключевых задач проектирования контроллера двигателя BLDC заключается в определении положения ротора. Вы можете сделать это разными способами, например:

• использование подходящего сенсорного устройства;
• измерение обратной электродвижущей силы, создаваемой в обмотках статора;
• комбинирование различных методов для достижения желаемого результата.

Разработка управления бесщеточными двигателями постоянного тока может потребовать ресурсов и нетрадиционных инженерных решений как на аппаратном, так и на программном уровне. Если вам нужны профессиональные услуги или совет о том, как сделать свой собственный контроллер двигателя BLDC, не стесняйтесь обращаться к нам со своими запросами. Мы готовы поделиться нашим актуальным опытом в области проектирования электроники и разработки микропрограмм.