Математическое моделирование модернизированного бесщеточного двигателя постоянного тока на максимальных оборотах

В работе проведено экспериментальное исследование модернизированного бесщеточного двигателя постоянного тока и разработаны математическая и параметрическая модели для расчета максимальных оборотов на основе параметров данного двигателя. В ходе экспериментов на испытательном стенде были получены зависимости числа оборотов двигателя от тока на каждой из его фаз. Данные зависимости отражают основные режимы работы двигателя и позволяют получить значения максимального тока и оборотов. Экспериментально установлено, что количество витков в обмотках имеет предельное значение, признаками чего является резкое увеличение максимального тока без изменения оборотов двигателя. В работе разработана параметрическая модель, которая связывает легко измеряемые электрические характеристики модернизированного бесщеточного двигателя постоянного тока и батареи питания с максимальными оборотами. Также предложена математическая модель подобного двигателя, позволяющая рассчитывать максимальный ток и соответствующие обороты на основании его параметров. Показано, что при разработке подобных моделей необходимо учитывать влияние как базовых характеристик, так и значение противоэлектромоторной силы, поскольку влияние последней при максимальных оборотах очень велико.

1. Deepak M., Aruldavid R., Verma R. et al. A review of BLDC motor: State of art, advanced control techniques, and applications // IEEE Access. 2022. Vol. 10. P. 1–1. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3175011.

2. Kumarasamy V., Valluvan K. R., Chandrasekaran G. et al. A review of integer order PID and fractional order PID controllers using optimization techniques for speed control of brushless DC motor drive // International Journal of System Assurance Engineering and Management. 2023. Vol. 14. P. 1139–1150. https://doi.org/10.1007/s13198-023-01952-x.

3. Nisha R., Gnana Sheela K. Review of PV fed water pumping systems using BLDC Motor // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 24. Pt. 3. P. 1874–1881.https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.612.

4. Andrioaia D. A., Gaitan V. G. Finding fault types of BLDC motors within UAVs using machine learning techniques // Heliyon. 2024. Vol. 10, no. 9. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30251.

5. Du J., Sun Y., Zhao J. et al. Loss research and thermal analysis of BLDC hollow-cup motor under reactor suppression // Applied Sciences, 2025. Vol. 15, no. 3. https://doi.org/10.3390/app15031523.

6. Machhour Z., Mrabet M. E., Mekrini Z. et al. Comparative study between DTC and FOC control strategies applied to the BLDC motor: A review // International Conference on Advanced Intelligent Systems for Sustainable Development (AI2SD’2023). Cham : Springer, 2024. Vol. 930. p. 262–271. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54318-0_22.

7. Nguyen Q. D., Tran V. T., Pham Q. D. et al. Design brushless DC motor control by using proportional-integral strategy for a smart storage cabinet system // International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2023. Vol. 14, no. 2. P. 708–718. https://doi.org/10.11591/ijpeds.v14.i2.pp708-718.

8. Akhtar A., Muthuramalingam T., Elsheikh A. H. et al. A review on artificial intelligence based control techniques on controlling BLDC motor measures // AIP Conference Proceedings, 2023. Vol. 2788. https://doi.org/10.1063/5.0148685.

9. Premkumar K., Manikandan B. V. Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System based speed controller for brushless DC motor // Neurocomputing. 2014. Vol. 138. P. 260–270.

10. Carev V., Roháč J., Tkachenko S. et al. Modernization of BLDC motors for UAVs // International Review of Aerospace Engineering (IREASE), 2023. Vol. 16, no. 1. P. 29–38. https://doi.org/10.15866/irease.v16i1.23087.

11. Carev V., Roháč J., Tkachenko S. et al. The electronic switch of windings of a standard BLDC motor // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, no. 21. P. 11096. https://doi.org/10.3390/app122111096.

12. Assoun I., Idkhajine L., Nahid-Mobarakeh B. et al. Wide-speed range sensorless control of five-phase PMSM drive under healthy and open phase fault conditions for aerospace applications // Energies. 2023. Vol. 16. P. 279. https://doi.org/10.3390/en16010279.

13. Tapre M., Karampuri R. Design and comparison of five-phase induction motors with different dimensions for heavy duty electric vehicles // 2023 IEEE 3rd International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SEFET). 2023. p. 1–6. https://doi.org/10.1109/SeFeT57834.2023.10245615.

14. Kurt E., Arabul A. Y., Arabul F. K. et al. A multiphase brushless direct current motor design and its implementation in medium-altitude long-endurance unmanned aerial vehicles // Applied Sciences. 2024. Vol. 14, no. 24. P. 11550–11563. https://doi.org/10.3390/app142411550.

15. Кривогузова А. С., Ткаченко С. Н., Шпилевой А. А. Влияние параметров обмоток и источника питания на пусковые характеристики модернизированного бесщеточного двигателя постоянного тока // Russian Technological Journal. 2025. Т. 13, № 4. С. 69–77. http://doi.org/10.32362/2500-316X-2025-13-4-69-77.

16. Raeisi Hasanhendoei G. H., Afjei E., Naseri M. et al. Automatic and real time phase advancing in BLDC motor by employing an electronic governor for a desired speed-torque/angle profile // e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 2023. Vol. 4. https://doi.org/10.1016/j.prime.2023.100111.

17. Stamova I., Stamov G. Integral manifolds for impulsive differential problems with applications. Academic Press, 2025. 348 p.

18. Abdulkareem H., Alsaif O. I., Younis L. et al. Performance optimization of BLDC motor control using sand cat swarm algorithm and linear quadratic regulator // Journal of Robotics and Control (JRC). 2025. Vol. 6, no 1. P. 306–314. https://doi.org/10.18196/jrc.v6i1.24958.

19. Akram S., Aljanabi M. A comprehensive investigation of brushless direct current (BLDC) motors: Current state, advanced control strategies, and utilization systems // Salud, Ciencia y Tecnología – Serie de Conferencias. 2024. Vol. 3. P. 865. https://doi.org/10.56294/sctconf2024865.

20. Dakheel H. S., Abdullah Z. B., Shneen S. W. Advanced optimal GA-PID controller for BLDC motor // Bulletin of Electrical Engineering and Informatics (BEEI). 2023. Vol. 12, no. 4. P. 2077–2086. https://doi.org/10.11591/eei.v12i4.4649.

21. Gujja M. M., Ishak D., Hamidi M. N. et al. Performance comparison and analysis of four- and six-switch inverter controls of BLDC motor employing deep learning // Jurnal Kejuruteraan. 2024. Vol. 36, no. 4. P. 1409–1422. https://doi.org/10.17576/jkukm-2024-36(4)-07.