Электродвигатели широко используются в различных областях применения, являющихся неотъемлемой частью современной жизни. Повышение их эффективности и интеграция конструкции оказывают огромное влияние.

Автор : Прамит Нанди | Технология микрочипов

Почти половина электроэнергии во всем мире потребляется устройствами, использующими электродвигатели и элементы управления двигателями. Таким образом, производители электродвигателей теперь обязаны придерживаться политики в области энергосбережения и повышения эффективности. Более того, производителям рекомендуется использовать экологически чистые материалы и внедрять устойчивые производственные процессы.

Это смещение акцентов стимулирует разработку более энергоэффективных электродвигателей, электроники и алгоритмов, которые сохраняют компактную конструкцию. Эти тенденции свидетельствуют о постоянном прогрессе в области двигателестроения, направленном на повышение эффективности, быстродействия и экологичности в различных областях применения.

Будущее управления двигателями связано с захватывающими достижениями, поскольку технологии продолжают развиваться. Приложения для управления двигателями становятся все более эффективными, интеллектуальными, точными и взаимосвязанными. Продолжающиеся исследования и разработки, а также усовершенствования в области полупроводниковых технологий, алгоритмов управления и системной интеграции призваны еще больше усложнить приложения для управления двигателями как в аппаратном, так и в программном аспектах.

В связи с возрастающей сложностью аппаратного обеспечения растет спрос на интегрированные драйверы двигателей, которые включают в себя контроллер, трехфазный вентиль на МОП-транзисторах и возможность подключения. Такая интеграция обеспечивает высокую мощность и точность проектирования во всем, от промышленного оборудования до электромобилей. Благодаря наличию коммуникационных интерфейсов эти интегрированные драйверы двигателей могут беспрепятственно работать в сетевых средах для дистанционного управления и мониторинга.

Некоторые интегрированные драйверы двигателей представляют собой комплексное решение для систем управления двигателями, обеспечивающее превосходную производительность, адаптивность и возможность подключения.

Переход к электромобилям и спрос на энергоэффективные системы стимулируют внедрение электродвигателей в различных отраслях промышленности. Двигатели больше не ограничиваются традиционными областями применения. Некоторые современные области применения двигателей включают промышленную автоматизацию, автомобилестроение, авиацию, бытовую электронику, возобновляемые источники энергии и медицинское оборудование.

Интеграция двигательных систем с технологиями Интернета вещей (IoT) и искусственного интеллекта (AI) открывает путь для профилактического обслуживания, наблюдения в режиме реального времени и повышения производительности двигателя. Растущий акцент на энергоэффективности стимулировал создание высокоэффективных двигателей с инновационным дизайном и высококачественными материалами, которые способствуют снижению энергопотребления и выбросов углекислого газа.

Компактные и легкие двигатели приобретают все большее значение, особенно в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и промышленность промышленного назначения, а также в некоторых потребительских приложениях, где экономия пространства и веса имеет решающее значение. Прогресс в разработке алгоритмов управления двигателями, таких как прогнозирующее управление на основе моделей и усовершенствованное бездатчиковое управление, повышает производительность, точность и маневренность двигателя.

Интегрированные драйверы двигателей сочетают в себе все функции управления и аналогового интерфейса, необходимые для реализации сложных алгоритмов управления двигателем, и обычно включают в себя усовершенствованный микроконтроллер (MCU), способный осуществлять бесконтактное полевое управление (FOC), трехфазный вентильный драйвер и иногда приемопередатчик для связи.

Конструкции, которые выигрывают от встроенных приводов двигателей

Интегрированные приводы двигателей играют решающую роль в различных областях применения и отраслях промышленности. В целом спрос на интегрированные приводы двигателей обусловлен их способностью оптимизировать конструкцию, снижать затраты, повышать производительность, экономить пространство, повышать надежность и обеспечивать бесперебойную интеграцию с другими системами. Они предлагают комплексное решение для эффективного, компактного и надежного управления двигателями в различных отраслях промышленности.

Встроенные приводы двигателей являются ключом к повышению производительности, экономичности и безопасности в автомобилестроении, промышленности и электромобилях (EV). В автомобильном секторе они улучшают работу систем рулевого управления с электроусилителем руля (EPS), торможения, кондиционирования воздуха и охлаждения двигателя. В промышленных условиях они обеспечивают точное управление робототехникой, насосами, компрессорами и станками, работающими на батарейках. В электромобилях эти микроконтроллеры оптимизируют управление двигателем, аккумуляторами, рекуперативным торможением, терморегулированием, энергоэффективностью и системной интеграцией, а также включают функции диагностики и безопасности.

Вот несколько основных причин, по которым встроенные драйверы двигателей являются необходимыми компонентами для определенных применений.

Упрощенная конструкция системы: Интегрированные драйверы двигателей объединяют функции управления двигателем, периферийные устройства и интерфейсы в одном чипе. Такая унификация упрощает проектирование системы, сводит к минимуму количество компонентов и устраняет необходимость во внешних схемах управления, тем самым экономя время и усилия инженеров.

Экономическая эффективность: Интеграция множества функций в одном микроконтроллере может снизить общую стоимость системы. Интегрированное решение часто обходится дешевле, чем использование отдельных компонентов для управления двигателем, что приводит к экономии средств, особенно при крупносерийном производстве.

Экономия места: Миниатюризация является важной тенденцией в современной электронике. Встроенные драйверы двигателей обеспечивают компактное решение, объединяя множество функций в одном чипе. Это помогает экономить место на плате и делает их идеальными для приложений, где ограничения по размеру имеют решающее значение, например, в портативных устройствах, автомобильных системах и робототехнике.

Надежность и безопасность: Встроенные драйверы двигателей часто включают в себя встроенные функции безопасности, такие как обнаружение неисправностей, защита от перегрузки по току и регулирование температуры, что повышает надежность системы и обеспечивает безопасную эксплуатацию. Интеграция помогает увеличить время реагирования на неисправности, а также повышает надежность реагирования за счет внутренней интеграции, в отличие от интеграции на уровне платы, что делает системы более безопасными.

Подключение и интеграция: Многие интегрированные драйверы двигателей оснащены встроенными коммуникационными интерфейсами, что позволяет легко интегрироваться в более крупные системы или приложения Интернета вещей. Это обеспечивает бесперебойное подключение, возможности удаленного мониторинга и управления, повышает гибкость системы и позволяет получать аналитические данные на основе данных.

Компактные размеры, экономичность, усовершенствованные алгоритмы управления и встроенные функции безопасности микроконтроллеров integrated motor control делают их незаменимыми в этих отраслях, способствуя прогрессу и повышению производительности, энергоэффективности, надежности и общей системной интеграции.

Некоторые встроенные драйверы двигателей, оснащенные цифровым сигнальным контроллером (DSC), могут упростить внедрение эффективных встроенных систем управления двигателями в режиме реального времени в приложениях с ограниченным пространством. Помимо DSC, драйверы двигателей также включают в себя полномостовой вентиль MOSFET и дополнительный приемопередатчик LIN или CAN FD. Конструкция упрощает процессы проектирования за счет уменьшения количества компонентов, размера печатной платы и общей сложности системы.

Некоторые из таких интегрированных драйверов двигателя облегчают эффективную реализацию полевого управления (FOC) и других передовых алгоритмов управления двигателем.

Чтобы ускорить процесс проектирования, некоторые поставщики интегрированных драйверов для двигателей предлагают комплексные программно-аппаратные системы управления двигателями, которые помогают инженерам-проектировщикам в разработке дизайна.

В некоторых случаях дополнительные средства разработки программного обеспечения на основе графического интерфейса пользователя для FOC измеряют критические параметры двигателя, автоматически настраивают коэффициенты усиления управления с обратной связью и генерируют исходный код. Самые передовые технологии позволяют использовать конструкции с нулевой скоростью вращения и максимальным крутящим моментом (ZS/MT), которые максимизируют выходной крутящий момент двигателя без использования датчиков Холла или магнитных датчиков.

Дополнительные блоки устройств для MATLAB Simulink можно использовать для создания оптимизированного кода на основе моделей для DSC и других микроконтроллеров. Расширяющийся ассортимент эталонных систем управления двигателями на базе DSC включает готовые к использованию решения, которые помогают ускорить разработку. Например, автомобильный вентилятор охлаждения может использовать встроенный привод двигателя с приемопередатчиком LIN-bus.

Для получения дополнительной информации перейдите по этой подробной ссылке на microchip.com.

Об авторе: Прамит Нэнди (Pramit Nandy) — менеджер по маркетингу продуктов в компании Microchip Technology Inc., специализирующейся на приложениях для управления двигателями. Нэнди работает в Microchip с 2021 года, а его предыдущий опыт работы включает работу в Onsemi. Он получил степень магистра в области электротехники в Университете штата Аризона и степень бакалавра технологий в области приборостроения и систем управления в инженерном колледже Технологического университета Пуны (COEP), Индия.

Нэнди специализируется в области электрических систем и систем управления, разработанных за время его работы в качестве инженера-проектировщика аналоговых систем, системного архитектора, инженера-прикладника и инженера по системам управления.