Это третья статья из цикла о самосвале (первая, вторая). Теперь мы едем на карьер, устанавливать электрооборудование на машину и выезжать в первый рейс! Но, конечно же, так просто, с наскоку, ничего не ездит, и я расскажу про множество проблем с которыми мы столкнулись во время командировки. Хоть мы и испытали в прошлой статье все оборудование на лабораторном стенде, реальность бьет совсем с другой стороны. В этой статье будет много видео и фотографий!

В прошлой статье было рассказано про состав электрической трансмиссии карьерного самосвала, а в этой я расскажу про то, как мы её пусконалаживали на заводе и с какими проблемами столкнулись. Из этой статьи вы узнаете: как испытать электродвигатель весом в полторы тонны, как нагревать воздух мощностью мегаватт и сколько плат нужно выбросить, чтобы сделать одну.

Наверное, все знают, что большие карьерные самосвалы имеют электромеханическую трансмиссию (уже с 1968 года): ДВС вращает генератор, энергия от которого приводит в движение тяговые электродвигатели в задних колесах самосвала. В интернете можно найти много обзорных статей и «тест драйвов» этих машин, но многие технические подробности обычно опускаются. Эта серия статей будет написана с изнаночной стороны, от имени разработчиков электрической трансмиссии: как мы это разрабатывали, на каких контроллерах, на каких двигателях, как отлаживали и запускали машину. Также мы готовы ответить на интересующие вопросы в комментариях. Интересно? Добро пожаловать под кат.

После выхода предыдущих статьей о векторном управлении электродвигателями поступило много вопросов о позиционном приводе – как приводом отрабатывать заданное положение? Как работает сервопривод в современных станках, как использовать сигнал с датчика положения, чем отличается шаговый привод от сервопривода с подчиненным регулированием? Давайте всё покажу в виде картинок и видео.

В прошлых статьях был рассмотрен принцип работы синхронного и асинхронного электродвигателей, а также рассказано, как ими управлять. Но видов электродвигателей существует гораздо больше! И у каждого из них свои свойства, область применения и особенности.

В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?

Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».

В предыдущей статье «Векторное управление электродвигателем «на пальцах» рассматривалась векторная система управления для синхронных электродвигателей. Статья получилась большой, поэтому вопрос про асинхронные электродвигатели (induction motors) был вынесен в отдельную публикацию. Данная статья является продолжением предыдущей и опирается на приведенные там объяснения принципов работы электродвигателей. Она расскажет об особенностях работы асинхронного двигателя применительно к векторному управлению, а также покажет отличия в структуре векторной системы управления между синхронной и асинхронной машиной.
Как работает асинхронный электродвигатель? Наиболее популярное объяснение говорит что-то типа «статор создает вращающееся магнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе, из-за чего там начинают течь токи, в результате ротор увлекается полем статора и начинает вращаться». Лично я от такого объяснения всю физику процесса понимать не начинаю, поэтому давайте объясню по-другому, «на пальцах».

— Что такое векторное управление?
— Держать ток под 90 градусов.

Термин «векторное управление» электродвигателями знаком всем, кто хоть как-то интересовался вопросом, как с помощью микроконтроллера управлять двигателем переменного тока. Однако обычно в любой книге по электроприводу глава про векторное управление находится где-нибудь ближе к концу, состоит из кучи волосатых формул с отсылками ко всем остальным главам книги. Отчего разбираться в этом вопросе совсем не хочется. И даже самые простые объяснения всё равно держат путь через дифференциальные уравнения равновесия, векторные диаграммы и кучу другой математики. Из-за чего появляются примерно вот такие вот попытки как-то закрутить двигатель без использования мат.части. Но на самом деле векторное управление – это очень просто, если понимать принцип его работы «на пальцах». А там уже и с формулами разбираться в случае надобности будет веселее.

Как-то прошла мимо новость о появлении нового микроконтроллера К1921ВК01Т ОАО «НИИЭТ». Чем он примечателен? Своей периферией, предназначенной для управления электродвигателями (motorcontrol). Это не просто пара-тройка ШИМ каналов. Это девять навороченных двухканальных модулей ШИМ (PWM), из них три модуля (HRPWM) с режимом «высокого» разрешения. Это шесть отдельных 32х разрядных модулей захвата CAP. Двадцать четыре(!) канала 12ти разрядных АЦП с гибким менеджером их запуска, встроенным усреднителем и цифровыми компараторами. Два квадратурных декодера (QEP), куча интерфейсов связи, внутренняя пользовательская память, часы – и всё это на ядре ARM Cortex-M4F с мегабайтом флеш-памяти «на борту» и производительностью 100 MIPS! Интересно?

Как отлаживают программы микроконтроллеров? Берется JTAG, осциллограф – пара дней/недель и программа отлажена. Таким будет типичный ответ, и в большинстве случаев он будет правильным… Но не всегда. Микроконтроллеры решают очень разные задачи, и в этой статье мы рассмотрим, что делать, если нужно разработать громоздкое ПО низкоуровневого управления каким-либо силовым электрооборудованием, например, преобразователями частоты для электродвигателей, DC/DC преобразователями заряда АКБ для поезда, корректорами мощности, сервоприводами и т.п. Оборудованием, где протекают килоамперы и ШИМят киловольты, где на счету каждая коммутация IGBT ключей инвертора, где время реакции микроконтроллера на нештатную ситуацию измеряется в микросекундах, а само оборудование в герметичных корпусах устанавливается и эксплуатируется где-нибудь на заводах Якутии. Если вы хотите узнать, какие особенности это накладывает на способы отладки – добро пожаловать под кат.