W świecie, w którym nowoczesna elektronika i zaawansowane układy napędowe odgrywają kluczową rolę w rozwoju technologii, coraz większe znaczenie zyskują projekty powstające poza ścisłymi ramami akademickimi czy przemysłowymi. Przykładem takiej oddolnej, ale jednocześnie niezwykle ambitnej inicjatywy jest projekt tworzenia i doskonalenia sterowników do silników prądu stałego — zarówno szczotkowych (DC), jak i bezszczotkowych (BLDC). Jego autorem jest młody konstruktor – Szymon Lubański, uczeń Lubelskiego Centrum Kształcenia Zawodowego i Ustawicznego im. Krzysztofa Kamila Baczyńskiego w Lublinie, który od kilku lat konsekwentnie rozwija własne rozwiązania w dziedzinie elektroniki i automatyki, znacznie wykraczając poza ramy typowego programu edukacyjnego.
Projekt, o którym dzisiaj rozmawiamy, rozpoczął się od prostych prototypów budowanych na płytkach testowych, by z czasem przejść do profesjonalnie zaprojektowanych płytek drukowanych i niezawodnych układów sterujących, wykorzystywanych m.in. w zdalnie sterowanym gokarcie elektrycznym czy napędach bazujących na silnikach z hoverboardów. Co więcej, plany rozwoju obejmują już stworzenie modułowego sterownika do pojazdów elektrycznych o łącznej mocy napędu sięgającej 20 kW oraz przejście na profesjonalne mikrokontrolery STM32.
Zapraszamy do lektury!
Szymonie, co zainspirowało Cię do podjęcia pracy nad projektem sterowników do silników? Skąd wziął się pomysł na rozwijanie właśnie takiej technologii?
Do realizacji projektu skłoniła mnie potrzeba zastosowania sterowników do silników wykorzystywanych w projekcie niewielkiego pojazdu elektrycznego, w którym posiadałem źródło zasilania i silnik elektryczny a brakowało mi tylko sterownika który postanowiłem zrobić własnoręcznie. Tak narodziła się moja pasja do elektroniki.
Od jak dawna rozwijasz ten projekt? Jak zmieniał się Twój pomysł na przestrzeni tego czasu?
Projekt rozwijam od końca pierwszej klasy, czyli prawie 4 lata. Od tamtego czasu projekt zmienił się nie do poznania. Zaczynałem od prostego układu złożonego z paru tranzystorów i styczników na płytce uniwersalnej do sterowania małym silnikiem szczotkowym. Obecnie rozwijam projekt sterownika do silników BLDC na płytce drukowanej mojego własnego projektu.
Tworzysz zarówno sterowniki do silników szczotkowych, jak i bezszczotkowych. Które z tych rozwiązań było dla Ciebie trudniejsze i dlaczego?
Zdecydowanie trudniejsza była kontrola silnika bezszczotkowego. W przypadku silnika szczotkowego cała komutacja odbywa się przy pomocy mechanicznych szczotek. Natomiast w silniku bezszczotkowym proces komutacji musi zostać przeprowadzony przy pomocy odpowiednio sterowanych tranzystorów które muszą być kontrolowane w bardzo precyzyjny sposób przez procesor.
Czym Twój projekt wyróżnia się od tych dostępnych na rynku?
Mój projekt ma głównie cel edukacyjny. Rozwijam go od podstaw, mogę wprowadzać dowolne modyfikacje i posiadam dokładną dokumentacje co pozwala na stanowczo większą kontrolę nad działaniem i poprawę funkcjonowania. Ze względu że mój sterownik jest zdecydowanie tańszy od komercyjnych rozwiązań jest on bardziej efektywny w eksperymentowaniu, nawet przy awarii mogę wymienić konkretne moduły zamiast kupować cały nowy sterownik.
Jakie masz plany na rozwój swojego sterownika? Jak oceniasz możliwość jego komercjalizacji?
Docelowo chcę zaprojektować i zbudować sterownik do silników bezszczotkowych o niezawodności i funkcjonalności zbliżonej do produktów komercyjnych. Przetestuję go w pojeździe elektrycznym własnego projektu. Nie wiem czy będzie miał on potencjał do komercjalizacji. Na pewno zdobyta, w trakcie realizacji projektu, specjalistyczna wiedza pomoże w gruntownym poznaniu budowy i zasad działania dostępnych sterowników komercyjnych. Zdobyte w ten sposób kompetencje umożliwią zaproponowanie zmian, modyfikacji danego sterownika, które usprawnią jego funkcjonowanie lub dostosują go do nowych, nietypowych i nieoczywistych zastosowań. A to już może mieć potencjał do komercjalizacji.
Jakie kompetencje oprócz tych stricte technicznych wskazałbyś jako kluczowe przy tworzeniu podobnych projektów?
Najważniejszy jest proces samokształcenia. Niezbędna jest umiejętność pozyskiwania wiarygodnej informacji naukowej i technicznej, na własną rękę z zasobów dostępnych w internecie np. z artykułów, dokumentacji technicznej komponentów, kursów, szkoleń, poradników. Znajomość specjalistycznego słownictwa technicznego w języku angielskim. Ważna jest umiejętność nawiązywania kontaktów z osobami, które dysponują dużą wiedzą i doświadczeniem w interesującej mnie dziedzinie oraz chcą i potrafią się tą wiedzą podzielić.
Sterownik do silników BLDC wymaga bardziej zaawansowanych rozwiązań technicznych. Jakie największe wyzwania napotkałeś przy jego tworzeniu?
Największym wyzwaniem było dopracowanie algorytmu sterowania tak aby osiągnąć jak największą efektywność sterowania a jednocześnie nie przeciążyć silnika, oraz jak najskuteczniej przeprowadzać komutacje. Jednak wyzwaniem było również i stworzenie odpowiedniej płytki drukowanej która była by wstanie zapewnić odpowiednie środowisko do zastosowania optymalnego algorytmu komutacji.
Tworzysz sterowniki na potrzeby różnych projektów – od gokartów po potencjalne pojazdy elektryczne. Czy masz już plany na jeszcze inne jego zastosowania w przyszłości?
W obecnym momencie skupiam się głównie na zastosowaniach w E-motoryzacji, we wszelkiego rodzaju niewielkich pojazdach elektrycznych. Potencjalne zastosowania są bardzo szerokie przy odpowiednim dostosowaniu sterownik byłby w stanie sterować silnikami trójfazowymi wykorzystywanymi w przemyśle. Co pozwalało by na zastosowanie sterników w np. tokarki, frezarki, roboty przemysłowe, linie technologiczne.
Czy Twoje rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle? Czy widzisz potencjalne zainteresowanie ze strony firm produkcyjnych lub automotive?
Myślę że tego rodzaju sterownik może znaleźć bardzo szerokie zastosowanie ze względu na wszechobecność silników elektrycznym w dzisiejszym przemyśle. Również wiedza pozyskana przy stworzeniu własnego sterownika może być bardzo przydatna przy obsłudze i serwisowaniu już istniejących sterowników. Umożliwi również proponowanie ulepszeń i modyfikacji poprawiających wydajność i funkcjonalność urządzeń o napędzie elektrycznym.
Jak zdobywałeś wiedzę potrzebną do realizacji projektu?
Starałem się jak najwięcej wiedzy wynieść z zajęć z przedmiotów ogólnokształcących i zawodowych. Doskonaliłem swoje umiejętności techniczne na warsztatach szkolnych. Wiedzę do realizacji projektu od początku zdobywałem samodzielnie. Osoba początkująca może w internecie znaleźć wiele materiałów o różnej wartości. Dopiero na praktykach w firmie zetknąłem się z specjalistami w tej dziedzinie, którzy naprowadzili mnie na właściwe tory i pokazali gdzie i w jaki sposób szukać wiarygodnych materiałów. Z czasem specjalistyczna wiedza stała się skomplikowana a pojawiające się problemy trudne do samodzielnego rozwiązania. Na różnych etapach projektu, dzięki nauczycielom i rodzicom otrzymałem wsparcie merytoryczne udzielone przez studentów kół naukowych i wykładowców z uczelni technicznych. Podstawą jest nadal samokształcenie.
Jakie wsparcie usprawniłoby Twoją prace nad tym projektem lub potencjalnie przy realizacji przyszłych pomysłów?
Największym wsparciem byłby staż w dużej firmie zajmującej się projektowaniem od podstaw np. inwerterów do aut elektrycznych czy falowników do silników stosowanych w przemyśle. Co pozwoliło by poznać jak faktycznie projektowane i wykonywane są takie sterowniki. Przydatne mogą być szkolenia z zakresu zarządzania projektem, obsługi zaawansowanych programów do projektowania części mechanicznych i elektroniki, symulacji obiektów, wykorzystania AI do projektowania wraz z dostępem do tych programów. Ułatwienie dostępu do wiedzy specjalistycznej. Wszelkiego rodzaju wsparcie finansowe ze strony różnych firm czy instytucji również było by bardzo pomocne przy realizacji bardziej ambitnych projektów.
Co Twoim zdaniem jest największym wyzwaniem dla młodych ludzi chcących rozwijać swoje pomysły technologiczne?
Dużą przeszkodą jest dostęp do specjalistycznej wiedzy i nauczenie się gdzie można ją znaleźć. Brak umiejętności i doświadczenia z zakresu organizacji pracy i zarządzania projektem oraz zespołem. Problem z pozyskaniem finansowa projektów. Brak czasu związany z dużą liczbą zajęć szkolnych. To chyba główne czynniki, które moim zdaniem mógłbym tutaj wymienić.
Jakie rady dałbyś swoim rówieśnikom, którzy chcieliby rozpocząć własny projekt techniczny, oparty na innowacjach? Co uważasz za najważniejsze, aby osiągnąć sukces w takim przedsięwzięciu?
Trzeba być zdeterminowanym w tym co się robi. Skupić się na jednej dziedzinie i nieustannie pogłębiać soją wiedzę i umiejętności, w tym zakresie, w procesie samokształcenia. Nie przejmować się za bardzo porażkami. Młody człowiek najlepiej uczy się na własnych błędach. Pod warunkiem, że wyciągnie z nich prawidłowe wnioski. Pchać projekt do przodu, gdy tylko jest to możliwe i doprowadzić go do końca.
Jakie są Twoje zawodowe marzenia? W jakim zawodzie widzisz swoją przyszłość?
Moim marzeniem zawodowym jest praca jako główny inżynier w firmie, która zajmuje się projektowaniem i wykonywaniem sterowników do silników dużej mocy lub w firmie, która zajmuje się projektowaniem elektroniki do zastosowań w motoryzacji, lotnictwie i astronautyce.
Czy uważasz, że Lublin jest miejscem sprzyjającym rozwojowi technologii i wspierającym talenty?
Z perspektywy ucznia szkoły średniej trudno to ocenić. System edukacji raczej nie sprzyja rozwojowi technologii i wspieraniu talentów. Ja miałem to szczęście, że trafiłem do dobrej pod tym względem szkoły. Starałem się jak najlepiej wykorzystać oferowane przez nią możliwości i wsparcie do rozwijania swojej pasji.
Dziękujemy za rozmowę i trzymamy kciuki za dalsze sukcesy!
