Сучасні досягнення силової електроніки в сфері управління безщітковими двигунами постійного струму

Анотація

Анотація. У статті проведено аналіз стрімкого росту популярності безщіткових двигунів постійного струму, які в останні роки впевнено займають вагомі позиції в таких галузях, як промислова автоматизація та робототехніка, електромобілі та електротранспорт, медичне обладнання, військова і аерокосмічна промисловість, дрони та інші безпілотні апарати, побутова техніка, комп'ютерна периферія. Показано, що безщіткові двигуни мають багато явних переваг над щітковими двигунами постійного струму та асинхронними двигунами: високий (до 96 %) коефіцієнт корисної дії, кращі електромеханічні характеристики, високі динамічні показники, тривалий термін служби при низьких вимогах до періодичного обслуговування, низький рівень акустичного шуму і низькі електромагнітні випромінювання, широкий діапазон робочих швидкостей. Підкреслюється, що ці двигуни характеризуються високою щільністю механічної потужності на одиницю об'єму і ваги, що робить їх майже безальтернативними  у застосуваннях, де розмір і маса є критичними факторами.

В статті наведено технічний огляд методів керування безщітковими двигунами постійного струму,  а також їх практичної реалізації в сучасних драйверах. Визначено, що розробка алгоритму  керування залежить від типу двигуна (трапецієподібний або синусоїдальний), вимог керування точним положенням ротора положення (з датчиками положення ротора або без них) та  задач керування швидкістю і крутним моментом (струмом). Збільшення обчислювальної потужності і тактової частоти сучасних процесорів зробило можливим впровадження в драйвери високоякісних алгоритмів, таких як орієнтоване за полем керування, що забезпечує більш ефективну роботу двигуна з високим коефіцієнтом корисної дії та кращою енергоефективністю навіть при малих навантаженнях, а також дозволяє досягати менших пульсацій крутного моменту при швидкій динамічній реакції на зміну навантаження. Важливим висновком є те, що за допомогою сучасних драйверів реалізуються набагато точніші алгоритми цифрового векторного керування, такі як орієнтоване за полем управління, коли алгоритм підтримує ефективність у широкому діапазоні швидкостей та враховує зміни крутного моменту з перехідними фазами шляхом обробки динамічної моделі двигуна в реальному часі. Серед вже працюючих технічних рішень є способи виключення датчиків фазного струму та використання естиматора для бездатчикового керування швидкістю і моментом.  Встановлено, що керування безщітковими двигунами за  допомогою сучасних драйверів дозволяє економічно ефективно проектувати інтелектуальні електроприводи шляхом зменшення кількості системних компонентів, скорочення робочого часу на розробку проекту та підвищення ефективності технічного рішення.