Библиографическое описание:

Мачулин П. С. Современные проблемы разработки электропривода // Молодой ученый. — 2016. — №10. — С. 273-275.



Принцип конструирования механических систем наделением их на стадии конструирования свойством адаптации к первичным и силовым ошибкам, к передаваемому силовому потоку необходимо закладывать ещё на этапе разработки системы управления любого изделия.

Свойство адаптации присуще биосистемам и это свойство есть средство выживания и эволюции биологических систем, оно состоит в приспособлении к изменяющимся внешним условиям. Биосистемы снабжены рецепторами, открыты, обладают множеством степеней свободы и связей, способны к саморазвитию. В проектировании систем управления необходимо придерживаться принципов биологических систем, совершенствуя и сводя их к форме формул и математики.

Современный электропривод представляет собой сложный симбиоз электродвигателя, силового преобразователя тока и системы управления. Характеристики двигателя изменяются в зависимости от условий окружающей среды — меняется сопротивление обмоток статора, электромеханическая характеристика двигателя, в следствие чего меняются и выходные параметры привода. Для построения корректного алгоритма управления необходимо учесть множество факторов таких как: температура окружающей среды, температура обмоток статора, изменение активного сопротивления обмоток статора, температурный дрейф операционных усилителей в цепи измерения тока, скорость ротора двигателя. Чтобы учитывать внешние факторы, необходимо усложнение аппаратной части, что влечёт за собой увеличение габаритов и массы, усложнение прибора в целом, и как следствие уменьшение его надёжности. Следовательно, нужно стремится к максимально стабильной характеристики двигателя во всём рабочем диапазоне температур, но сводить к минимуму учитываемые параметры.

Стабильная моментная характеристика двигателя во всех условиях работы, позволит уменьшить запас прочности в исполнительной конструкции, уменьшить массу. А использование при этом минимального числа учитываемых параметров обеспечит улучшение габаритно-массовых показателей блока управления двигателем и увеличение надёжности. Так же не мало важна устойчивость привода к переменному моменту нагрузки. Для учета всех критериев ещё на этапе разработки, выполняется расчет системы управления. А так же математическое моделирование для анализа полученных данных во всех режимах и условиях работы. Расчёт системы управления и математическое моделирование работы двигателя на начальном этапе разработки привода позволяет надёжно подобрать характеристики двигателя и силового преобразователя под определённую задачу. Что в свою очередь исключает затраты на изготовление излишних макетных образцов и их испытания. Так же сокращается время разработки и изготовления поставочного образца изделия. А время дороже всего…

Правильный расчёт системы управления позволяет на этапе разработки двигателя убедиться в актуальности выполняемых работ и при необходимости внести изменения в проектируемое изделие или его систему управления. А так же отработать все необходимые варианты работы изделия, и разработать алгоритмы адаптации к так или иначе меняющимся внешним факторам.

Области применения бесколлекторных электродвигателей постоянного тока (БКЭПТ) непрерывно увеличиваются. Причинами для этого являются превосходное соотношение массогабаритных характеристик и мощности БКЭПТ, их превосходные характеристики разгона минимум затрат на техническое обслуживание и генерация малых акустических и электрических шумов относительно универсальных (коллекторных) электродвигателей постоянного тока.

Так как бесколлекторные моторы питаются переменным током, для работы им необходим специальный контроллер (регулятор), преобразующий постоянный ток от батарей в переменный. Регуляторы для бесколлекторных двигателей представляют собой программируемое устройство, позволяющее контролировать все жизненно важные параметры двигателя. Они позволяют не только менять обороты и направление работы мотора, но и обеспечивать в зависимости от необходимости плавный или резкий старт, ограничение по максимальному току, функцию «тормоза» и ряд других тонких настроек двигателя.

Производителей бесколлекторных моторов и регуляторов к ним очень много. Конструктивно и по размерам бесколлекторные двигатели тоже сильно различаются. Более того, самостоятельное изготовление бесколлекторных двигателей на основе деталей от CD-приводов и других промышленных бесколлекторных моторов стало весьма распространенным явлением в последнее время. Возможно, именно по этой причине у бесколлекторных двигателей сегодня нет даже такой приблизительной общей классификации как у коллекторных собратьев. На сегодняшний день, коллекторные двигатели в основном используют на недорогих моделях, или моделях начального уровня. Эти двигатели не дороги, просты в эксплуатации, и по-прежнему составляют самый массовый вид электромоторов. Им на смену идут бесколлекторные моторы. Единственным сдерживающим фактором пока остается их цена. Вместе с регулятором бесколлекторный мотор стоит на 30–70 % дороже. Однако, цены на электронику и моторы падают, и постепенное вытеснение коллекторных электромоторов — лишь вопрос времени.

Основные проблемы при разработке электроприводов заключаются в следующем:

‒ Характеристики двигателя изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Меняется сопротивление обмоток статора, электромеханическая характеристика двигателя, в следствие чего меняются и выходные параметры агрегата.

‒ Для высоконадежных агрегатов, имеющих в составе бесколлекторные двигатели постоянного тока, необходимо резервирование системы управления. Бесколлекторный двигатель требует более сложную структуру управления. Поэтому повышается число электронных элементов, входящих в изделие, в следствие чего уменьшается надёжность агрегата в целом.

‒ При работе двигателя на больших скоростях имеется достаточно большой скачок создаваемого момента при изменении его знака на противоположный. Что вызывает не линейность характеристики управления, в следствии чего потерю точности стабилизации частоты вращения ротора, и развиваемого момента.

В заключение отмечу, что, несмотря на серьезную аппаратную поддержку методов векторной ШИМ, появившуюся в новейших микроконтроллерах, работы у программистов не уменьшилось. Они по-прежнему должны обеспечить в реальном времени: расчет номера базового сектора и внутрисекторного угла; определение составляющих базовых векторов и перепрограммирование ШИМ-генератора; коррекцию влияния «мертвого» времени и потерь напряжения на силовых ключах; коррекцию изменения напряжения на звене постоянного тока. Перечисленные задачи являются решаемыми, что дает уверенность в возможности быстрой разработки нового поколения перспективных цифровых систем управления приводами.

Литература:

  1. Справочник. Системы управления с цифровыми регуляторами. В. И. Гостев, Киев, «Техника», 1990 г.
  2. Теория систем автоматического регулирования. В. А. Бесекерский, Е. П. Попов, Издательство «Наука», Москва, 1975 г.
  3. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам. В. Ф. Козаченко.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle