БелАЗ – (Белорусский автомобильный завод) производит самосвалы, но такие комплектующие, как, например, дизель и электротрансмиссию он зачастую закупает у других организаций. БелАЗу выгодно иметь несколько поставщиков оборудования, чтобы стимулировать конкуренцию, пробовать новые конструкторские решения и иметь страховку на случай сбоя поставок одного из производителей.

Мы – это объединение нескольких фирм, в данном проекте под предводительством ЗАО «ПТФК «ЗТЭО» – завода транспортного оборудования, расположенного в Набережных Челнах. На этом заводе изготавливаются и испытываются электродвигатели и генератор для нашей трансмиссии, силовые преобразователи и программное обеспечение делают московские фирмы «НПП ЦИКЛ+» и «НПФ ВЕКТОР», а проектирование тяговых двигателей выполнено в университете МЭИ.

Так как у нас есть опыт в разработке электротрансмиссий для других транспортных средств, было принято решение и установлены договоренности сделать электротрансмиссию для БелАЗа. Договоренности с производителем самосвалов были простые: сделать свою трансмиссию на одну машину. Если она поедет и не будет ломаться в эксплуатации, у нас закупят ещё. Если нет, то не оплатят даже разработку и изготовление этого оборудования. Мы решили, что нужно делать.

Так родился самосвал с нашим комплектом тягового электрооборудования (КТЭО).

В комплект тягового электрооборудования (КТЭО) входят два тяговых двигателя, устанавливаемых в колеса самосвала, силовой генератор, стыкуемый с дизелем, и шкаф управления, в котором, собственно, стоят преобразователи на транзисторах. Еще опционально может входить система охлаждения, отдельный контроллер верхнего уровня, какая-то панель индикации для водителя, софт для ноутбука наладчика (в целях диагностики). В нашей реализации КТЭО используется 5 контроллеров.

С контроллерами для тяговых двигателей все интереснее. Так как тяговый электродвигатель карьерного самосвала должен выдавать большой момент на низких и нулевых частотах вращения, то это требует проектирования двигателя и преобразователя на большой фазный ток в случае использования обычной трехфазной обмотки двигателя. И так делают многие другие производители, получая амплитудный фазный ток, измеряемый в килоамперах. Это влечет за собой сложности прокладки такого кабеля (с ногу толщиной), дорогие IGBT ключи, низкую частоту коммутации таких ключей.

Таким образом, был нужен микроконтроллер с минимум 18ю выходами ШИМ (обмоткой возбуждения в силу большой индуктивности можно управлять без применения ШИМ, программно открывая и закрывая ключи в релейном режиме), кучей АЦП, интерфейсом датчика положения ротора (ДПР). С подобной задачей справился отечественный микроконтроллер К1921ВК01Т на ARM ядре и частотой 100МГц. Он как раз имеет и 18 ШИМов, и все остальное для управления двигателями.

В качестве контроллера верхнего уровня был разработан отдельный контроллер (для этого и других схожих проектов) на основе двух микроконтроллеров Texas Instruments TMS320F28335.

Насколько сложно и долго сделать такой КТЭО? С нуля, без опыта, конечно же нереально. Мы взялись за это потому, что уже делали похожие решения, у нас уже есть опыт в проектировании преобразователей, двигателей, есть освоенное ПО для контроллеров управления и т.п. Для нас, по сути, это был еще один вариант компоновки того, что мы уже умеем делать. Но так как конструкция так или иначе новая, в процессе испытаний и пусконаладки все равно вылезло несметное число проблем, которые потянули всякие доработки, как аппаратные, так и программные. Об этом будет подробнее уже чуть дальше.

Максим Лашкевич, инженер-программист НПФ ВЕКТОР

Вы можете узнать больше по следующим ссылкам: [1], [2], [3].