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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Размер и форму человеческого носа определил климат 18.03.2017 Специалисты Университета штата Пенсильвания провели исследование размеров и форм носов людей в разных частях света. Оказалось, что одним из определяющих факторов были местные климатические условия. Нос - это важный орган, он очищает воздух, который мы вдыхаем, согревает его и увлажняет, перед тем, как тот попадет в легкие, что помогает предотвращать инфекции. Не говоря уж о том, что это один из самых выразительных элементов человеческого лица. Ранее проведенные исследования уже показали, что те, чьи предки жили во влажном и теплом климате, скорее имеют более широкие ноздри, по сравнению с потоками тех, кто жил в сухих и прохладных местностях - оставалось непонятным, это совпадение и имеет место причинно-следственная связь. В этой работе ученые исследовали размеры и формы носов людей, произошедших от жителей Западной Африки, Южной Азии и Северной Европы и пришли к выводы, что простой случайностью имеющееся распределение объясняться не может. Кроме того, широкие ноздри статистически связаны с предками, развивавшимися в теплых местностях с более высокой абсолютной влажностью, что климат играл свою роль в их формировании. Впрочем, эволюционная история носа довольно сложна и наверняка были и другие влияния, например, культурные вроде выбор партнера. Это направление исследований имеет и практическую сторону. Многие заболевания или врожденные проблемы, скажем, непереносимость молока или рак кожи распространены в определенных популяциях больше, чем в других. Возможно, исследования носа помогут узнать, влияют ли форма носа и размер носовой полости влияют на шансы подхватить респираторное заболевание, если обладатель носа живет вне своего "исторического климата".

Другие интересные новости:

▪ Телевидение и астрономы

▪ Профилометрия кожи

▪ Сплющенная звезда

▪ TWS-наушники Huawei FreeBuds Pro 3

▪ Цифровой презерватив для защиты приватности

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Поль Анри Гольбах. Знаменитые афоризмы

▪ статья Где производят золото из канализационных отходов? Подробный ответ

▪ статья Садовник. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Действующие значения силы тока и напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Огненная рука. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026