|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Универсальный блок управления многофазными двигателями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели 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.
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
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.
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.
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:
Автор: С.М. Абрамов
Ранняя Вселенная не была ледяной
28.11.2025 Устройство идеальной очистки воздуха
28.11.2025 Ощущение текстуры через экран гаджета
27.11.2025
▪ Перспективы альтермагнетизма для сверхбыстрой электроники ▪ Фоновая музыка мешает творчеству ▪ Наш мозг специально стирает сны ▪ Гарнитура Plantronics Explorer 50 на два устройства
▪ раздел сайта Детекторы напряженности поля. Подборка статей ▪ статья Гражданская оборона. Основы безопасной жизнедеятельности ▪ статья Кто первым получил масло? Подробный ответ ▪ статья Воронец красноплодный. Легенды, выращивание, способы применения ▪ статья Пайка алюминия в домашних условиях. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: