Импульсное управление двигателем

Когда слышишь 'импульсное управление двигателем', многие сразу думают о простом ШИМе, но на деле это целая экосистема — от алгоритмов компенсации инерции ротора до тонкостей борьбы с ЭДС. В Юэцине, где на каждом углу пахнет паяльной смолой, мы в Сутун Электрооборудование с 2016 года набили столько шишек, что хватит на учебник.

Почему классический ШИМ не панацея

Взяли как-то типовую схему на TL494 для вентиляционного мотора — вроде бы всё по учебнику. Но при резком сбросе нагрузки появился такой выброс напряжения, что силовые ключи пошли 'в рай' партиями. Оказалось, забыли про импульсное управление двигателем должно учитывать не только скважность, но и обратную связь по току обмотки.

Местные конкуренты в Юэцине до сих пор льют платы с двойными RC-цепочками на всякий случай. Но мы в Сутун после того случая пересобрали стенд тестирования — добавили осциллографы с памятью и термокамеру. Теперь каждый прототип гоняем с имитацией скачков напряжения в сети, как в реальных цехах Вэньчжоу.

Кстати, о температуре: силовые MOSFET'ы с заявленным Rds(on) 5 мОм на практике грелись как утюг. Разобрались — проблема была не в ключах, а в индуктивности проводников платы. Пришлось переразводить земляную полигон, что снизило помехи на 40%.

Драйверы и их скрытые демоны

Перепробовали кучу драйверов — от бюджетных IR21xx до 'продвинутых' STM-овских. В двигателях для насосов высокого давления стабильно вылетали по перегреву, хотя по даташитам всё сходилось. Причина нашлась случайно: dead-time на высоких частотах съедал до 15% КПД.

Сейчас используем гибридную схему — свой контроллер на STM32 плюс драйверы от Infineon. Но и тут подвох: при коммутации 50 А за 100 нс возникают паразитные колебания в силовых шинах. Решение нашли через импульсное управление двигателем с динамической подстройкой dead-time — добавили датчик тока на основе эффекта Холла прямо в разрыв шины.

Коллеги из соседнего цеха смеялись, мол, зачем такие сложности. Но когда их установки для конвейеров начали 'плыть' по оборотам, а наши держали стабильность ±2% — смех прекратился.

История одного провала

Пытались внедрить систему с цифровой обратной связью для текстильных станков. Расчёт был на точность, но на практике энкодеры забивались пухом за неделю. Пришлось экстренно переходить на бессенсорное управление — и тут вылезли проблемы с определением положения ротора на низких оборотах.

Месяц переписывали алгоритмы, пока не нашли компромисс: комбинированная система, где при старте работает скалярное управление, а после набора оборотов переходим на векторное. Не идеально, но для реальных условий Юэцина — рабочий вариант.

Разбор кейса: модернизация привода вентиляционной системы

На одном из заводов в Чжэцзяне стояли старые асинхронные двигатели с релейным управлением. Заказчик хотел плавный пуск и экономию энергии. Казалось бы, тривиальная задача.

Поставили стандартный частотник — через два месяца клиент вернулся с жалобами на гул в подшипниках. Оказалось, ШИМ с частотой 8 кГц попал в резонанс с механической конструкцией. Пришлось оперативно перепрошивать контроллеры, добавляя случайную модуляцию частоты.

Сейчас этот объект работает уже третий год, а экономия на электроэнергии составила 23% — заказчик даже прислал благодарственное письмо на сайт sutong.ru. Но главное — мы получили бесценный опыт по взаимодействию механики и электроники.

Тенденции и подводные камни

Сейчас все увлеклись BLDC-моторами — модно, эффективно. Но в том же Юэцине половина 'инновационных' разработок горит на тестах. Проблема часто в том, что инженеры забывают: импульсное управление двигателем для бесколлекторных систем — это не просто замена фаз.

Например, при рекуперативном торможении возникает перенапряжение, которое не успевает гаситься стандартными варисторами. Мы в Сутун решили это через активную систему торможения с использованием самих силовых ключей — добавили в алгоритм прогнозирование перегрузок.

Ещё одна головная боль — ЭМС. Китайские стандарты мягче европейских, но для экспорта приходится выкручиваться. Пришлось разрабатывать многослойные печатные платы с разделёнными аналоговыми и цифровыми землями — дороже, но зато проходим тесты на помехоустойчивость.

Перспективы и личные наблюдения

Смотрю на новые разработки — все ушли в цифру. Микроконтроллеры, DSP, FPGA... Но в цехах Юэцина до сих пор 70% оборудования работает на аналоговых схемах. И ведь работают!

Наш подход в ООО Юэцин Сутун Электрооборудование — не гнаться за модой, а подбирать решение под конкретную задачу. Иногда проще поставить добротный аналоговый ШИМ с парой операционников, чем городить цифровую систему с кучей кода.

Хотя для сложных задач, вроде синхронизации нескольких двигателей в печатных станках, без цифры уже не обойтись. Здесь наш козырь — гибкость: можем и на STM32 сделать, и на отечественных контроллерах, если клиенту важно импортозамещение.

В общем, импульсное управление двигателем — это как кулинария: можно строго следовать рецепту, а можно чувствовать материал. Мы в Сутун за 8 лет научились именно чувствовать.