Универсальный блок управления многофазными двигателями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

Существует огромное разнообразие асинхронных, шаговых, коллекторных и всевозможных высокочастотных многофазных двигателей, работающих на частоте 400...1000 Гц, которые невозможно заставить эффективно работать от однофазной сети. Тем не менее, современная электроника позволяет это сделать достаточно просто. Для того чтобы заставить вращаться ротор многофазного двигателя, на его обмотки необходимо подавать строго определенную последовательность импульсов, т.е. создать вращающееся магнитное поле. Но как это сделать, если, кроме однофазной сети, ничего нет. Трехфазный двигатель, рассчитанный на 380 В/50 Гц, конечно, можно запустить и от однофазной сети при помощи фазосдвигающих конденсаторов, но КПД его будет очень низким, а об изменении частоты вращения асинхронного двигателя и мечтать нечего. Шаговые и высокочастотные двигатели вообще запустить не удастся.

Для решения всех этих проблем и был создан универсальный блок управления. Простым перепрограммированием ПЗУ возможно изменение алгоритма работы выходных ключей, а значит, и адаптация под любой двигатель. Рассмотрим работу основного блока, схема которого показана на рис.1.

(нажмите для увеличения)

На микросхеме D1:1, D1:2 собран задающий генератор на частоту 2 кГц. Его частота предопределена главным образом частотой вращения двигателя и объемом используемого ПЗУ. Для формирования крутых фронтов импульсы с генератора проходят через два триггера Шмитта.

По фронту импульса с выхода D2:1 переключаются счетчики D3-D5. По спаду того же импульса, проинвертированного микросхемой D2:2, происходит перезапись данных из ПЗУ в регистр на микросхеме D7. При включении устройства счетчики устанавливаются в нулевое состояние за счет цепочки C2R3. В процессе работы коэффициент счета зависит от того, в какой ячейке памяти разряда D7 микросхемы D6 будет записана лог."1", которая и предопределит время сброса счетчиков. Регистр D7 необходим для того, чтобы импульсы, возникающие в момент переключения адресов ПЗУ, не влияли на алгоритм работы ключей. Количество счетчиков зависит от количества используемых адресов микросхемы D6, и может варьироваться от одного до десятка. Непосредственно к выходам регистра D7 можно подключить нагрузку до 20...30 мА. В случае использования большей нагрузки необходимо использовать буферные элементы, например микросхему D8.

Теперь поговорим о выходных ключах и алгоритме работы разных двигателей. Для начала рассмотрим коллекторный двигатель, работающий от постоянного напряжения 27 В. Схема его включения показана на рис.2.

Это простейший транзисторный ключ, собранный на VT1. Данный транзистор имеет достаточно большой коэффициент усиления и диод, включенный между эмиттером и коллектором. Поэтому его базу через токоограничительный диод можно подключить непосредственно к выхо- ду микросхемы D7 (рис.1).

На рис.3 показан график, поясняющий работу двигателя в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Если транзистор за период времени Т будет находиться больше в закрытом состоянии, то обороты двигателя будут минимальны, и наоборот. В конце периода в разряде D8 обязательно надо записать лог."1", для того чтобы цикл повторился. Если вам необходимо создать сложный скоростной режим, например: в течение 1 с обороты должны быть максимальны, в течение следующих 10 с - на уровне 20%, следующие 5 с - на уровне 60% и т.д., то сброс счетчика надо записать в конце цикла всего процесса регулировки, а точность временных соотношений подобрать, изменив частоту задающего генератора. На каждую шину данных можно установить свой ключ с двигателем или нагрузку в том случае, если их общие циклы совпадают.

Для управления шаговым двигателем необходимо использовать три или шесть ключей в зависимости от двигателя, нарисовать алгоритм управления двигателем, просчитать необходимое количество импульсов на один цикл двигателя и запрограммировать микросхему. Скорость вращения двигателя можно регулировать за счет изменения частоты задающего генератора. Приведем схему (рис.4), алгоритм (рис.5) и программу (табл.1) для двигателя с тремя обмотками.

Таблица 1

(нажмите для увеличения)

Рассмотрим работу трехфазного двигателя. Блок-схема подключения двигателя звездой показана на рис.6.

Разнообразные схемы ключей будут приведены позже. Первый ключ управляется с шины данных D0, второй - D1 и т.д. Если двигатель рассчитан на частоту 400...1000 Гц, то для него годится простой алгоритм, показанный на рис.7.

В алгоритме момент включения ключей необходимо сдвинуть на время t. Для разных ключей эта задержка разная и составляет от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд. Она необходима, чтобы не возникали сквозные токи через транзисторы ключей. Для управления асинхронными двигателями, рассчитанными на частоту 50 Гц, необходимо вводить ШИМ-модуляцию с частотой 10...20 кГц.

На рис.8 показаны положительная полуволна синусоиды и примерное ее заполнение ШИМ-импульсами.

Для сохранения неизменной мощности двигателя на разной частоте, необходимо рассчитать общую площадь полуволны и привести площадь ШИМ-модуляции в соответствие. Для малых оборотов двигателя это чревато установкой микросхем ПЗУ с очень большим объемом ячеек и, соответственно, кропотливым расчетом их содержимого. Общая картина ШИМ-алгоритма управления трехфазным двигателем показана на рис.9, а прошивка ПЗУ с ШИМ-модуляцией на частоте 2 кГц приведена в табл.2. Частота вращения двигателя при этом равна 60 об/мин.

(нажмите для увеличения)

Для управления двигателем мной были опробованы различные типы силовых ключей. У всех имеются свои достоинства и недостатки.

На рис.10 показана простейшая схема без развязки от сетевого напряжения и небольшим питающим напряжением. На транзисторах VT1-VT2, резисторах R1-R3 и диоде VD1 собран ключ для положительной полуволны. На транзисторе VT3 - ключ отрицательной полуволны.

На рис.11 показана схема на биполярных транзисторах. Недостаток ее в том, что для каждого ключа необходим дополнительный нестабилизированный источник питания на 24 В.

(нажмите для увеличения)

На рис.12 показана схема на полевых транзисторах с оптронной развязкой. Для открывания полевых транзисторов большой ток не нужен, поэтому питание ключей осуществляется от той же цепи, что и двигатель.

Схема источника питания с оптронной развязкой для этого ключа показана на рис.13.

Все ключи, в использовании которых применены оптроны, имеют один существенный недостаток: при увеличении частоты модуляции происходит затягивание фронтов импульсов.

Пожалуй, самым оптимальным на данный момент является использование специализированной микросхемы трехфазного драйвера IR2130, IR2131 фирмы International Rectifier. В ней предусмотрена защита по току, которая отключает все ключи и выдает сигнал ошибки. Микросхема представляет собой драйвер шести ключей - транзисторов IGBT или MOS.ET. При применении транзисторов IR.740 можно управлять мощностью двигателя до 5 кВт.

Подробно о микросхеме и принципах управления двигателя можно прочитать в [1]. Входы драйвера согласуются с логикой ТТЛ. Возможно согласование ее с вышеприведенным блоком управления.

Литература:

1. Обухов Д., Стенин С., Струнин Д., Фрадкин А. Модуль управления электроприводом на микроконтроллере PIC16C62 и драйвере IR2131//Chip News. - 1999. - №6.

Автор: С.М. Абрамов

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Безопасные генно-модифицированные комары 05.05.2021 На островах Флорида-Кис на юго-востоке США выпустят генетически модифицированных личинок комаров. Это самцы насекомых, и они не кусают животных и людей. Эксперимент проходит в рамках программы по сдерживанию распространения таких болезней, как лихорадка денге, вирус Зика и желтая лихорадка. Комаров будут выпускать в течение трех недель в шести локациях - в общем количество личинок достигнет сотен миллионов. Насекомые относятся к инвазивному виду желтолихорадочных комаров. Однако у них есть особый ген, который не дает потомству дожить до взрослого возраста. Таким образом можно будет взять под контроль распространение насекомых, которые переносят болезни. Эти комары составляют всего 4% популяции всех комаров на островах Флорида-Кис, но именно они распространяют опасные вирусы среди людей и могут передавать смертельные заболевания животным. Насекомые стали устойчивыми к традиционным методам борьбы, поэтому приходится искать новые пути.

Другие интересные новости:

▪ Ученые научились стирать воспоминания

▪ Калькулятор на живых клетках

▪ Линейный регулятор TPS7A45

▪ Сверхзвуковая ракету X-60A

▪ Жидкий графеновый транзистор для имплантации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электроснабжение. Подборка статей

▪ статья Не говори с тоской: их нет, но с благодарностию: были. Крылатое выражение

▪ статья Какие события привели к тому, что Венесуэла вышла на 3-е место в мире по объемам продаж Виагры? Подробный ответ

▪ статья Начальник смены. Должностная инструкция

▪ статья И снова серебряная вода. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Оружие охотника на лис. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026