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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Жесткие диски еще долго не подешевеют 17.06.2012 Несмотря на то, что индустрия жестких дисков практически восстановилась после наводнения в Таиланде в прошлом году, на снижение цен не стоит рассчитывать как минимум до 2014 г. Цены на жесткие диски в ближайшей перспективе останутся высокими, несмотря на быстрые темпы восстановления индустрии после разрушительного наводнения в Таиланде в прошлом году. Об этом предупредила исследовательская компания IHS iSuppli. "До 2014 г. мы не рассчитываем, что средняя отпускная стоимость жестких дисков (ASP) опустится до значений, которые были до начала наводнения в Таиланде", - содержится в отчете аналитиков. Аналитики IHS iSuppli объяснили сохранение цен на высоком уровне монополией, которую приобрели Western Digital, купившая Hitachi GST, и Seagate Technology, которая приобрела винчестерный бизнес Samsung. "До приобретений компаниям Western Digital и Seagate Technology принадлежало 62% мирового рынка, после - 85% рынка. Это позволяет контролировать изменение цен и держать ASP на высоких значениях", - объяснили эксперты. В марте 2011 г. WD объявил о приобретении за $4,3 млрд. Hitachi GST, третьего по величине производителя магнитных накопителей. Месяцем позже последовал анонс Seagate и Samsung (сумма сделки составила $1,4 млрд). Кроме того, в сохранении цен сыграли свою роль долгосрочные контракты производителей ПК с поставщиками жестких дисков - они были подписаны тогда, когда вендоры испугались нехватки накопителей. В рамках этих контрактов цены были зафиксированы на уровне, который примерно на 20% превышает стоимость жестких дисков до наводнения. Наконец, еще одной причиной высоких цен является возрастающий спрос на рынке систем хранения данных, частично обусловленный повышением спроса на персональные компьютеры, заключили эксперты.

Другие интересные новости:

▪ Новая файловая система для Windows 8

▪ Новая линейка помехозащитных фильтров TDK-Lambda

▪ Древесина уловит углекислый газ

▪ Печень не подвержена старению

▪ Слишком хорошая память

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Переговорные устройства. Подборка статей

▪ статья Генри Джеймс. Знаменитые афоризмы

▪ статья Чем опасен для человека сонный паралич? Подробный ответ

▪ статья Продюсер программ. Должностная инструкция

▪ статья Усилитель 3Ч на цифровой микросхеме. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Реактивный принцип. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026