Menu Home

Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов Бесплатная техническая библиотека


Электропривод с перестраиваемой частотой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

Комментарии к статье Комментарии к статье

Функциональная схема простейшего варианта электропривода с перестраиваемой частотой показана на рис.1.

Электропривод с перестраиваемой частотой

В нем для питания 3-фазного электромотора используются импульсы прямоугольной формы, сдвинутые между собой по фазе, как это показано на рис.2.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Основным элементом схемы рис.1 является генератор с широким диапазоном перестройки частоты тактовых импульсов. Эти импульсы поступают на формирователь 6-фазного сигнала (три прямых сигнала фазы и три инверсных), который управляет работой силового модуля, подключенного к электромотору. Напряжение питания вырабатывает выпрямитель. Для мощных моторов выпрямитель питается от 3-фазной сети, для маломощных достаточно питания и от однофазной сети.

Первый вариант схемы перестраиваемого генератора показан на рис.3.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Генератор построен на таймере КР1006ВИ1. Такие генераторы описаны в [2]. Частота генерируемых импульсов в схеме рис.3 описывается выражением:

F=1,46/(R1+R2+2R3)C.

Перестройка частоты (от 3 Гц до 3000 Гц) осуществляется вручную подстройкой потенциометра R1 (в два раза) и переключением позиций переключателя SA1 (в 500 раз). Поскольку 6-фазный преобразователь делит частоту в 6 раз, то на мотор можно подать частоты от 0,5 Гц до 500 Гц.

В случаях, когда нужно разгонять мотор с малых скоростей на высокие, можно в схеме рис.3 переключателем SA1 постепенно повышать частоту. Недостаток этой схемы в том, что повышение частоты происходит скачкообразно.

Для плавного повышения частоты в автоматическом режиме хорошо подходят преобразователи напряжение-частота [3].

Отечественная промышленность выпускала только один тип такого преобразователя - микросхему К1108ПП1. Микросхема имеет ряд недостатков: диапазон частот только до 10 кГц, биполярное питание ±15 В. Но для задач питания электромоторов она вполне подходит. Частота выходных импульсов микросхемы DA1в схеме рис.4 определяется выражением: .

=Uвх/(kIoR5C2),

где постоянные параметры имеют значения: Io=1 мА, k=75 кОм.

Электропривод с перестраиваемой частотой

При номиналах, указанных на схеме, частота равна F=34Uвх, т.е. при максимальном входном напряжении +15 В она составит примерно 500 Гц. Для получения более широкого диапазона частот нужно пропорционально уменьшить емкость С2.

Схема работает следующим образом. При включении питания конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R2. Постоянная времени цепи заряда при этих номиналах равна 20 с, т.е. весь процесс разгона длится примерно одну минуту.

Для согласования высокоомной цепи со входом преобразователя установлен истоковый повторитель на полевом транзисторе VT1. Поскольку входные характеристики полевых транзисторов имеют разброс по напряжению отсечки, введена регулировка на потенциометре R3. Нужно закоротить пинцетом конденсатор С1 и добиться нулевого напряжения на истоке VT1. Потенциометр R1 служит для установки максимальной частоты генерации. Отключают конденсатор С1 и по частотомеру устанавливают максимальную необходимую частоту.

На рис.5 показана схема формирователя сигналов рис.2.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Схема состоит из счетчика-дешифратора DD1, у которого 6 позиций дешифратора используются для формирования сигналов, а с седьмой позиции сигнал заведен на сброс счетчика. Его коэффициент пересчета равен 6. Как видно из рис.2, для формирования сигнала фазы А нужно объединить три первых позиции дешифратора, для фазы В - позиции с третьей по пятую, для фазы С - пятую, шестую и первую.

На рис.6 показан силовой модуль для питания трехфазного мотора, состоящий из 6 драйверов VT1-VT6.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Для каждой фазы используется два драйвера, например: для фазы А драйвер верхнего плеча - VT1, а драйвер нижнего плеча - VT2. На входы драйверов подаются противофазные сигналы: на верхний - A прямое, на нижний А - инвертированное. Вот почему нужен 6-фазный сигнал. В качестве драйверов можно использовать как биполярные, так и полевые мощные транзисторы. Ряд фирм выпускают модули из 6 драйверов в одном корпусе. Например, фирма International Rectifier выпускает модуль CPV363M4. с параметрами: максимальное напряжение коллектор-эмиттер 600 В, максимальный импульсный ток 50 А. Резисторы R1-R3 являются датчиками тока, напряжения с них должны поступать на узлы контроля режима.

Питание моторов импульсным трехфазным напряжением, как видим, достаточно просто реализуется на практике. Но это пригодно только для маломощных моторов. Например, в видеокамерах и видеомагнитофонах используются трехфазные малогабаритные электромоторы для протяжки ленты и для вращения блока вращающихся головок БВГ [4]. Они и питаются импульсным трехфазным напряжением, причем для этого разработаны специальные микросхемы, например драйвер мотора БВГ XRA6459P1.

Для более мощных моторов необходимо все же формировать напряжения, которые по форме приближаются к синусоидальным, т.к. напряжения прямоугольной формы могут вызвать паразитные выбросы напряжения большой величины, которые могут привести к пробою изоляции.

На рис.7 показано двухуровневое приближение к синусоидальному сигналу.

Электропривод с перестраиваемой частотой

При этом сигнал образуется суммированием двух прямоугольных последовательностей А1 и А2. Как видно из рис.7, для формирования этих сигналов интервал 360° необходимо разбивать уже на 12 частей. Поэтому одной микросхемы счетчика, как на рис.5, уже будет недостаточно. В два раза возрастет число логических элементов. Если формирователь рис.5 можно собрать на 3 интегральных микросхемах, то для двухуровневого формирователя их потребуется уже 6.

Отдельно вопрос о драйверах. В предыдущем варианте драйверы работали в ключевом режиме: транзистор был или заперт, или открыт до насыщения. В этом случае нагрев транзистора очень мал и ему не нужен радиатор.

Рассмотрим пример. Напряжение питания 60 В, рабочий ток в режиме насыщения 10 А.

Когда транзистор заперт, он не греется, в открытом до насыщения состоянии падение напряжения на нем примерно 0,1 В, следовательно, выделяется мощность 10х0,1=1 Вт, но только на полупериоде, значит, средняя мощность 0,5 Вт. Если перейдем на линейный режим работы транзистора, мощность рассеяния возрастет резко. Например, там, где на рис.7 имеются половинки сигнала, падение напряжения на транзисторе составит 30 В при токе 5 А, т.е. мощность 150 Вт. Учитывая, что эта мощность выделяется на 1/6 периода, получим среднюю мощность 25 Вт, т.е. в 50 раз больше! Теперь придется ставить радиаторы.

Есть возможность обойтись без радиаторов, если каждый драйвер составить из двух параллельно включенных транзисторов, на один из них подавать сигнал А1 (рис.7), а на другой - А2. Транзисторы по-прежнему будут работать в ключевом режиме, но их количество возрастет вдвое.

Для трех-четырех и более уровней аппроксимации синусоидального сигнала сложность аппаратуры будет возрастать пропорционально квадрату числа уровней. Поэтому такой путь бесперспективен.

В профессиональной аппаратуре синусоидальный сигнал получают способом, показанным на рис.8.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Тактовый сигнал поступает на счетчик, выходной код которого является адресом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в котором записана таблица синусов. Цифровые коды, пропорциональные значениям текущего синуса, поступают на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), где превращаются в аналоговые синусоидальные сигналы. Для распределения их по верхнему и нижнему драйверам используется триггер и два ключа. На первом полупериоде синусоидальный сигнал идет на верхний драйвер, на втором - на нижний.

Лет 20 назад у нас серийно выпускалась микросхема К568РЕ1, в которой была записана таблица синусов. Сейчас ее уже не найти. Поэтому разработчику придется составлять самому таблицу прошивки ПЗУ и программировать микросхему ПЗУ, что, согласитесь, не всем доступно.

Есть более простой способ формировать напряжение, близкое к синусоидальному. Этот способ показан на рис.9. Если перемножить между собой линейно нарастающий и линейно падающий сигналы, то получится сигнал параболической формы, очень близкий к синусоидальному.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Функциональная схема устройства, реализующего такой принцип, показана на рис.10.

Электропривод с перестраиваемой частотой

Генератор подает тактовые импульсы параллельно на два счетчика. Один считает на суммирование, другой - на вычитание. Коды счетчиков согласованы между собой благодаря тому, что сигнал нулевого состояния вычитающего счетчика является сбросом положительного счетчика. Коды счетчиков поступают на цифровой умножитель, а с него - на ЦАП. Система переключения драйверов та же, что и на рис.8. Но эту схему реализовать проще, чем схему рис.8, потому что имеются готовые микросхемы умножителей. Например, в КМОП сериях микросхема К561ИП5. Можно поступить по-другому: на выходах счетчиков поставить ЦАП и их выходы подключить к аналоговому умножителю, например, К525ПС2.

Построить качественный электропривод с переменной частотой, как видите, не так просто, как может показаться.

Литература:

  1. Регулируемый асинхронный привод фирмы MITSUBISHI ELECTRIC//Электрик. - 2003. - №11. - С.16.
  2. Партала О.Н. Схемотехника на интегральных таймерах//Радіоаматор. 1998. - №8, 9.
  3. Дерябин В. Преобразователи напряжение-частота. - compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_07/stat_38.htm.
  4. Партала О.Н. Видеокамеры. - СПб.: Наука и Техника, 2000. - 208 с.

Автор: О.Н. Партала

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Таурин не является биомаркером старения 22.06.2025

В поисках биомаркеров старения ученые все чаще обращаются к молекулам, которые ранее демонстрировали многообещающие результаты на животных. Одной из таких субстанций стал таурин - аминокислота, известная широкому кругу людей как компонент энергетических напитков. В последние годы ей приписывали способность замедлять возрастные изменения и даже продлевать жизнь. Однако новое масштабное исследование, проведенное учеными из Национального института здоровья США (NIH), поставило под сомнение ее значимость в контексте старения человека. Исследование включало сравнительный анализ уровня таурина в крови у трех видов: людей, макак-резусов и лабораторных мышей. Авторы проекта изучали, как меняется концентрация вещества в организме от молодого возраста до глубокой старости. Ожидалось, что таурин будет снижаться с возрастом, подтверждая его возможную роль как биомаркера старения. Однако полученные данные оказались куда более сложными. Как пояснила Мария Эмилия Фернандес, одна из соавторов ра ...>>

Стандарт NFC 15 22.06.2025

Технология ближней бесконтактной связи NFC стала повседневным инструментом для миллионов пользователей по всему миру. Она обеспечивает быстрые и удобные платежи, позволяет открывать двери, оплачивать проезд и мгновенно подключать устройства. Однако, несмотря на широкое распространение, сам стандарт NFC развивался почти незаметно - без резонансных версий и громких анонсов. И вот теперь, в июне 2025 года, организация NFC Forum представила пятнадцатую версию протокола, которая принесет ощутимые улучшения в ежедневном взаимодействии с гаджетами. Одним из ключевых изменений стало увеличение радиуса действия: если раньше для работы NFC нужно было почти прикасаться телефоном к терминалу, то теперь соединение возможно уже на расстоянии до двух сантиметров. Хотя разница кажется незначительной, именно этот промежуток в доли сантиметра часто мешал корректной работе - пользователи нередко вынуждены были искать "тот самый угол" или точку, где произойдет считывание. В реальности некоторые устр ...>>

Эффективная защита от коррозии 21.06.2025

Коррозия - один из главных врагов железа и его сплавов, ежегодно причиняющий ущерб на миллиарды долларов в инфраструктуре, транспорте и промышленности. Существующие антикоррозионные решения, такие как цинковое покрытие, со временем теряют эффективность: они отслаиваются, повреждаются или дают микротрещины, открывая путь влаге и соли. На этом фоне ученые активно ищут способы сделать защиту от коррозии более стойкой, долговечной и экономичной. Группа исследователей из Института химии Еврейского университета в Иерусалиме предложила новый подход к решению этой задачи. В отличие от традиционных защитных покрытий, которые опираются лишь на физическую адгезию к металлу, их метод включает создание прочной химической связи на молекулярном уровне. Основа разработки - двухслойная структура, где первым наносится слой N-гетероциклических карбенов, а вторым - полимер высокой прочности. Карбены играют роль своеобразного "молекулярного суперклея", надежно соединяя металл и полимер в единую систе ...>>

Случайная новость из Архива

Способности к математике передаются генетически 06.09.2016

Ученые из Питтсбургского университета (штат Пенсильвания, США) выяснили, что математические способности передаются генетически.

Было исследовано 50 различных семей. Детям и родителям необходимо было решать математические задачи.

Сначала тест решали взрослые, они отвечали на довольно несложные для их возраста вопросы по арифметике. Затем вторая группа, представлявшая детей-респондентов, решала задачи от специалистов. Отметим, что к эксперименту допускались исключительно школьники, обучающиеся в первых классах. Ученые уже знали приблизительные результаты исследования.

Было установлено, что дети родителей, которые имели высокие баллы на тестах, на 50 процентов лучше справились с математическим тестом, чем другие школьники. Специалисты подвели вывод своей работе. По мнению экспертов, склонность к математике передается на генетическом уровне.

Другие интересные новости:

▪ Инопланетяне нас не нашли

▪ OQO model 02

▪ Золото из герани

▪ Сердечные последствия фальшивого общения

▪ Светодиодное табло предупредит водителя о появлении пешехода

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

 

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Деловое безделье. Деловой бездельник. Крылатое выражение

▪ статья Что такое дерматомикоз? Подробный ответ

▪ статья Работа с электрической цепной пилой. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Доработка программаторов для гарантированного программирования микросхем PCF8582. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный сетевой блок питания, 9 вольт 3 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:





Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua

www.diagram.com.ua
2000-2025