0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Блок питания двигателем постоянного тока схема

Модель микропроцессорного управления двигателем постоянного тока для приводов робототехнических систем

Авторы: А.С. Бахчаев, В.В. Михайлов
Источник: Вестник науки Сибири – 2012 №4 (5) – с. 160-164

Аннотация

Показана возможность разработки системного решения задачиуправления двигателем постоянного тока при помощи микроконтроллера ATmega8 в диалоговом режиме с использованием человеко-машинного интерфейса.
Ключевые слова: Блок питания, микроконтроллер, алгоритм управления, тиристорный преобразователь.

В статье представлено системное решение, и описан алгоритм, позволяющий управлять скоростью вращения двигателя постоянного тока (ДПТ) при помощи микроконтроллера типа ATmega8.

Схема управления двигателем состоит из трех основных частей: стабилизированный блок питания, реверсивный тиристорный преобразователь и микроконтроллер ATmega8 [1, 2].

Питание цифровых схем управления осуществляется постоянными напряжениями +5 В и +12 В. Для получения необходимых номиналов используется стабилизированный блок питания [3, 4]. Схема блока питания представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Электрическая схема блока питания

Схема управления скоростью вращения двигателя представлена на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема микропроцессорного управления ДПТ

Кроме собственно цепей питания приведенная схема содержит специальные цепи, позволяющие получать сигнал, синхронный с частотой сетевого напряжения. Такой сигнал при подаче на компаратор, входящий в состав микроконтроллера, позволяет реализовать алгоритмы управления тиристорными ключами для плавной регулировки мощности на нагрузке.

Реверсивный тиристорный преобразователь используется для регулирования мощности ДПТ. Он представляет собой мостовую схему из восьми тиристоров, которая позволяет изменять скорость вращения ДПТ как в прямом, так и в обратном направлении.

Для управления тиристорами была выбрана схема фазового регулирования [5], при помощи которой выбирается момент открытия тиристора относительно начала фазы текущего полупериода питающего напряжения. То есть мы искусственно создаем задержку открытия тиристоров с целью понижения выходного напряжения, что в свою очередь приводит к снижению мощности ДПТ, а значит и к снижению частоты вращения двигателя. Этот процесс иллюстрирует рис. 3.

Рисунок 3 – Выбор момента открытия тиристора

На рис. 3 приведена форма сигнала на нагрузке при разных значениях времени задержки. При малом времени задержки t1 мощность максимальна. При t2 в нагрузку отдается ровно половина возможной мощности, а при t3 мощность минимальна.

Управляющая часть схемы состоит из микроконтроллера и персонального компьютера. Для управления двигателем был выбран микроконтроллер фирмы ATMEL: ATmega8. По количеству портов ввода-вывода, а также по параметрам своей вычислительной мощности данный микроконтроллер подходит для схемы управления ДПТ. Схема микроконтроллера представлена на рис. 4.

Микроконтроллер необходим для исполнения следующих задач:

  1. Фиксация времени начала нового полупериода. Фиксация происходит при помощи аналогового компаратора, который имеется в составе ATmega8.
  2. Обеспечение заданной задержки. Для реализации заданной задержки используется внутренний таймер микроконтроллера.
  3. Выдача управляющего импульса для открытия тиристорных преобразователей.
  4. Прием данных от датчиков обратной связи и передача их на экран пользователя.

Персональный компьютер содержит в себе управляющую программу, при помощи которой пользователь может управлять двигателем. Примерный вид интерфейса программы для ввода данных представлен на рис. 5.

Интерфейс содержит две кнопки для пуска и остановки двигателя, бегунок для изменения времени задержки открытия тиристорного преобразователя и кнопку для ввода информации о задержке в микроконтроллер. Также программа содержит информационное окно, в котором отображается информация с датчиков, а именно скорость вращения двигателя и ток якоря.

Рисунок 4 – Схема микроконтроллера AТmega8

Рисунок 5 – Интерфейс программы для ввода данных

При помощи персонального компьютера через управляющую программу вводится управляющая информация в контроллер, далее работа идёт в диалоговом режиме.

При работе в диалоговом режиме пользователь задает величину длительности задержки открытия тиристора. Введенная информация поступает в микроконтроллер. Дождавшись сигнала с компаратора о начале нового полупериода, контроллер запускает внутренний таймер (длительность работы таймера равна длительности задержки, заданной пользователем). По окончании работы таймера контроллер формирует управляющий сигнал, который через оптопару подается на управляющие входы тиристоров. Тиристоры открываются, и напряжение поступает на двигатель, тот в свою очередь начинает вращение. Как только сетевое напряжение достигнет нуля, тиристоры закроются, а с началом следующего полупериода процесс отсчета времени повторится снова. Изменяя величину задержки, пользователь может изменять мощность, а значит и скорость вращения двигателя. Так же пользователь имеет возможность наблюдать за показателями работы двигателя, а именно за скоростью вращения двигателя и за током в обмотке якоря. Это позволяет удаленно следить за работой ДПТ.

Схемы автоматического управления пуском и торможением двигателей постоянного тока

Пуск любого двигателя сопровождается определенными переключениями в силовой цепи и цепи управления. При этом используются релейно-контакторные и бесконтактные аппараты. Для двигателей постоянного тока в целях ограничения пусковых токов в цепи роторов и якорей двигателей включаются пусковые резисторы, которые при разгоне двигателей по ступеням выключаются. Когда пуск закончится, пусковые резисторы полностью шунтируются.

Процесс торможения двигателей также может быть автоматизирован. После команды на торможение с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляются необходимые переключения в силовых цепях. При подходе к скорости, близкой к нулю, двигатель отключается от сети. В процессе пуска выключение ступеней происходит через определенные интервалы времени либо в зависимости от других параметров. При этом изменяются ток и скорость двигателя.

Управление пуском двигателя осуществляется в функции ЭДС (или скорости), тока, времени и пути.

Типовые узлы и схемы автоматического управления пуском двигателей постоянного тока

Пуск двигателя постоянного тока параллельного или независимого возбуждения осуществляется с резистором, введенным в цепь якоря. Резистор необходим для ограничения пускового тока. По мере разгона двигателя пусковой резистор по ступеням выводится. Когда пуск закончится, резистор будет полностью зашунтирован, и двигатель перейдет работать на естественную механическую характеристику (рис. 1). При пуске двигатель разгоняется по искусственной характеристике 1, затем 2, а после шунтирования резистора — по естественной характеристике 3.

Рис. 1. Механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения (ω — угловая скорость вращения; I1 М1 — пиковый ток и момент двигателя; I2 М2 — ток и момент переключения)

Рассмотрим узел схемы пуска двигателя постоянного тока (ДПТ) в функции ЭДС (рис. 2).

Рис. 2. Узел схемы пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции ЭДС

Управление в функции ЭДС (или скорости) осуществляется реле, напряжения и контакторами. Реле напряжения настроены на срабатывание при различных значениях ЭДС якоря. При включении контактора КМ1 напряжение на реле KV в момент пуска недостаточно для срабатывания. По мере разгона двигателя (вследствие роста ЭДС двигателя) срабатывает реле KV1, затем KV2 (напряжения срабатывания реле имеют соответствующие значения); они включают контакторы ускорения КМ2, КМЗ, и резисторы в цепи якоря шунтируются (цепи включения контакторов на схеме не показаны; LM — обмотка возбуждения).

Рассмотрим схему пуска двигателя постоянного тока в функции ЭДС (рис. 3). Угловая скорость двигателя часто фиксируется косвенным путем, т.е. измерением величин, связанных со скоростью. Для двигателя постоянного тока такой величиной является ЭДС. Пуск осуществляется следующим образом. Включается автоматический выключатель QF, обмотка возбуждения двигателя подключается к источнику питания. Срабатывает реле КА и замыкает свой контакт.

Остальные аппараты схемы остаются в исходном положении. Для пуска двигателя необходимо нажать кнопку SB1 «Пуск», после чего контактор КМ1 срабатывает и подключает двигатель к источнику питания. Контактор КМ1 становится на самопитание. Двигатель постоянного тока разгоняется с резистором R цепи якоря двигателя.

По мере увеличения скорости двигателя растет его ЭДС и напряжение на катушках реле KV1 и KV2. При скорости ω1 (см. рис. 1.) срабатывает реле KV1. Оно замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который срабатывает и закорачивает своим контактом первую ступень пускового резистора. При скорости ω2 срабатывает реле KV2. Своим контактом оно замыкает цепь питания контактора КМЗ, который, срабатывая, контактом закорачивает вторую пусковую ступень пускового резистора. Двигатель выходит на естественную механическую характеристику и заканчивает разбег.

Рис. 3. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции ЭДС

Для правильной работы схемы необходимо настроить реле напряжения KV1 на срабатывание при ЭДС, соответствующей скорости ω1, и реле KV2 на срабатывание при скорости ω2.

Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2 «Стоп». Для обесточивания схемы нужно отключить автоматический выключатель QF.

Управление в функции тока осуществляется с помощью реле тока. Рассмотрим узел схемы пуска двигателя постоянного тока в функции тока. В схеме, приведенной на рис. 4, применяются реле максимального тока, которые срабатывают при пусковом токе I1 и отпадают при минимальном токе I2 (см. рис. 1). Собственное время срабатывания токовых реле должно быть меньше собственного времени срабатывания контактора.

Рис. 4. Узел схемы пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции тока

Разгон двигателя начинается при резисторе, полностью введенном в цепь якоря. По мере разгона двигателя ток уменьшается, при токе I2 реле КА1 отпадает и своим контактом замыкает цепь питания контактора КМ2, который своим контактом шунтирует первую пусковую ступень резистора. Аналогично осуществляется закорачивание второй пусковой ступени резистора (реле КА2, контактор КМЗ). Цепи питания контакторов на схеме не показаны. По окончании пуска двигателя резистор в цепи якоря будет зашунтирован.

Читать еще:  Вортекс эстина сколько масла в двигателе

Рассмотрим схему пуска двигателя постоянного тока в функции тока (рис. 5). Сопротивления ступеней резистора выбираются таким образом, чтобы в момент включения двигателя и шунтирования ступеней ток I1 в цепи якоря и момент М1 не превосходили допустимого уровня.

Пуск двигателя постоянного тока осуществляется включением автоматического выключателя QF и нажатием кнопки SB1 «Пуск». При этом срабатывает контактор КМ1 и замыкает свои контакты. По силовой цепи двигателя проходит пусковой ток I1, под действием которого срабатывает реле максимального тока КА1. Его контакт размыкается, и контактор КМ2 не получает питания.

Рис. 5. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции тока

Когда ток уменьшается до минимального значения I2, реле максимального тока КА1 отпадает и замыкает свой контакт. Срабатывает контактор КМ2 и своим главным контактом шунтирует первую секцию пускового резистора и реле КА1. При переключении ток возрастает до значения I1.

При повторном увеличении тока до значения I1 контактор КМ1 не включается, поскольку его катушка зашунтирована контактом КМ2. Под действием тока I1 реле КА2 срабатывает и размыкает свой контакт. Когда в процессе ускорения ток вновь уменьшается до значения I2, реле КА2 отпадает и включается контактор КМЗ. Пуск заканчивается, двигатель работает на естественной механической характеристике.

Для правильной работы схемы необходимо, чтобы время срабатывания реле КА1 и КА2 было меньше времени срабатывания контакторов. Чтобы остановить двигатель, необходимо нажать кнопку SB2 «Стоп» и выключить автоматический выключатель QF для обесточивания схемы.

Управление в функции времени осуществляется с помощью реле времени и соответствующих контакторов, которые своими контактами закорачивают ступени резистора.

Рассмотрим узел схемы пуска двигателя постоянного тока в функции времени (рис. 6). Реле времени КТ срабатывает сразу при появлении напряжения в схеме управления через размыкающий контакт КМ1. После размыкания контакта КМ1 реле времени КТ теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт. Контактор КМ2 через промежуток времени, равный выдержке реле времени, получает питание, замыкает свой контакт и шунтирует сопротивление в цепи якоря.

Рис. 6. Узел схемы пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции времени

К достоинствам управления в функции времени относятся простота управления, стабильность процесса разгона и торможения, отсутствие задержки электропривода на промежуточных скоростях.

Рассмотрим схему пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции времени. На рис. 7 приведена схема нереверсивного пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Пуск происходит в две ступени. В схеме используются кнопки SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп», контакторы КМ1. КМЗ, электромагнитные реле времени КТ1, КТ2. Включается автоматический выключатель QF. При этом катушка реле времени КТ1 получает питание и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 «Пуск». Контактор КМ1 получает питание и своим главным контактом подключает двигатель к источнику питания с резистором в цепи якоря.

Рис. 7. Схема нереверсивного пуска ДПТ в функции времени

Реле минимального тока КА служит для защиты двигателя от обрыва цепи возбуждения. При нормальной работе реле КА срабатывает и его контакт в цепи контактора КМ1 замыкается, подготавливая контактор КМ1 к работе. При обрыве цепи возбуждения реле КА обесточивается, размыкает свой контакт, затем обесточивается контактор КМ1 и двигатель останавливается. При срабатывании контактора КМ1 замыкается его блокировочный контакт и размыкается контакт КМ1 в цепи реле КТ1, которое обесточивается и замыкает свой контакт с выдержкой времени.

Через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ1, замыкается цепь питания контактора ускорения КМ2, который срабатывает и своим главным контактом закорачивает одну ступень пускового резистора. Одновременно получает питание реле времени КТ2. Двигатель разгоняется. Через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ2, контакт КТ2 замыкается, контактор ускорения КМЗ срабатывает и своим главным контактом закорачивает вторую ступень пускового резистора в цепи якоря. Пуск заканчивается, и двигатель переходит работать на естественную механическую характеристику.

Типовые узлы схем управления торможением двигателей постоянного тока

В системах автоматического управления двигателем постоянного тока применяется динамическое торможение, торможение противовключением и рекуперативное торможение.

При динамическом торможении необходимо обмотку якоря двигателя замкнуть на добавочное сопротивление, а обмотку возбуждения оставить под напряжением. Такое торможение можно осуществить в функции скорости и в функции времени.

Управление в функции скорости (ЭДС) при динамическом торможении можно выполнить по схеме, приведенной на рис. 8. При отключении контактора КМ1 якорь двигателя отключается от сети, но на его зажимах в момент отключения имеется напряжение. Реле напряжения KV срабатывает и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который своим контактом замыкает якорь двигателя на резистор R.

При скорости, близкой к нулю, реле KV теряет питание. Дальнейшее торможение от минимальной скорости до полной остановки происходит под действием статического момента сопротивления. Для увеличения эффективности торможения можно применить две или три ступени торможения.

Рис. 8. Узел схемы автоматического управления динамическим торможением в функции ЭДС: а — силовая цепь; б — цепь управления

Динамическое торможение двигателя постоянного тока независимого возбуждения в функции времени осуществляется по схеме, приведенной на рис. 9.

Рис. 9. Узел схемы динамического торможения ДПТ независимого возбуждения в функции времени

При работе двигателя реле времени КТ включено, но цепь контактора торможения КМ2 разомкнута. Для торможения необходимо нажать кнопку SB2 «Стоп». Контактор КМ1 и реле времени КТ теряют питание; срабатывает контактор КМ2, так как контакт КМ1 в цепи контактора КМ2 замыкается, а контакт реле времени КТ размыкается с выдержкой времени.

На время выдержки реле времени контактор КМ2 получает питание, замыкает свой контакт и подключает якорь двигателя к добавочному резистору R. Осуществляется динамическое торможение двигателя. В конце его реле КТ после выдержки времени размыкает свой контакт и отключает контактор КМ2 от сети. Дальнейшее торможение до полной остановки осуществляется под действием момента сопротивления Мс.

При торможении противовключением ЭДС двигателя и напряжение сети действуют согласно. Для ограничения тока в силовую цепь вводится резистор.

Управление возбуждением электродвигателей постоянного тока

Обмотка возбуждения двигателя обладает значительной индуктивностью, и при быстром отключении двигателя на ней может возникнуть большое напряжение, что приведет к пробою изоляции обмотки. Для предотвращения этого можно использовать узлы схем, приведенные на рис. 10. Сопротивление гашения включается параллельно обмотке возбуждения через диод (рис. 10 ,б). Следовательно, после отключения ток через сопротивление проходит кратковременно (рис. 10, а).

Рис. 10. Узлы схем включения сопротивлений гашения: а — сопротивление гашения включается параллельно; б — сопротивление гашения включается через диод.

Защита от обрыва цепи возбуждения осуществляется с помощью реле минимального тока по схеме, показанной на рис. 11.

Рис. 11. Защита от обрыва цепи возбуждения: а — силовая цепь возбуждения; б— цепь управления

При обрыве обмотки возбуждения реле КА теряет питание и отключает цепь контактора КМ.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Управление двигателем постоянного тока

В рамках этого теоретического и практического занятия о управление двигателем постоянного тока, создадим радиолюбительское устройство которым можно было бы осуществлять регулировку частоты вращения вала и стабилизировать обороты на нужном нам уровне, вне зависимости от нагрузки на валу электродвигателя.

Сегодня получили распространение две основные схемы управления электродвигателем такого типа: преобразователь-двигатель (тиристорный ТП-Д и транзисторный ТрП-Д варианты) и генератор-двигатель (Г-Д).

В обоих случаях управление моментом и угловой скоростью по направлению и абсолютному значению происходит с помощью регулирования приложеной разности потенциалов к якорю электродвигателя. Напряжение на якоре двигателяв системе Г-Д настраивают изменением силы тока в обмотке возбуждения генератора Iвг. Для этой цели в роли возбудителя генератора используют силовые магнитные усилители, тиристорные или транзисторные преобразователи. В системах ТП-Д Uякоря изменяют методом фазового управления коммутацией тиристоров, а в системах ТрП-Д регулируют скважность питающего Uпит, то есть с помощью способа широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Основой транзисторных схем является широтно-импульсный преобразователь (ШИП), состоящий из четырех IGBT транзисторов. В диагональ такого IGBT моста подсоединена нагрузка, то есть якорь двигателя. Запитан ШИП от источника постоянного тока.

Существует несколько способов управления ШИП преобразователем по цепи якоря. Самый простой из них – это симметричный метод. При таком управлении в состоянии переключения находятся все четыре IGBT, и на выходе ШИП мы наблюдаем знакопеременные импульсы, длительность которых настраивается входным сигналом. Сам принцип переключения показан на следующем рисунке. Достоинством симметричного метода является его простота, но двухполярное U на двигателе, вызывающее токовые пульсации в якоре, является серьезным минусом. На практике, такие схемы с симметричным управлением используются в основном для управления маломощными двигателями.

Читать еще:  Электрическая схема газель двигатель 406 карбюратор

Несимметричный способ управления является более совершенным. Он обеспечивает на выходе преобразователя однополярное Uвых. Поэтому, в соответствии со схемой выше, переключаются два транзистора Т3 и Т4, при этом Т1 постоянно открыт, а Т2 наоборот закрыт. Для того, чтобы Uсреднее на выходе преобразователя было нулевым, необходимо чтобы нижний переключающийся транзистор был закрыт. Такой подход тоже не совсем верен, т.к верхние ключи загружены по гораздо больше, чем нижние. При больших нагрузках это может привести к перегреву и повреждению схемы.

Но и с этим недостатком справились, придумав метод поочередного управления двигателем постоянного тока. Здесь как при движении в любую сторонубудут переключаться все ключи. Обязательным условием работы схемы является нахождение в противофазе управляющих напруг IGBT Т1 и Т2 для одной группы и Т3 и Т4 для другой.

Управление двигателем постоянного тока схема

В основе этой радиолюбительской разработки лежит принцип работы следящего привода с одноконтурной системой регулирования. Схема управления двигателем постоянного тока состоит из следующих основных частей: — СИФУРегуляторЗащита

СИФУ — Система Импульсно Фазового Управления осуществляет синусоидальное преобразование напряжения сети в последовательность прямоугольных импульсов, следующих на регулирующие выводы силовых тиристоров. При включении схемы переменное напряжение номиналом 14 — 16 вольт проходит на мостовой выпрямитель и преобразуется в пульсирующее, служащее не только для питания конструкции, но и для синхронизации работы устройства. Диод D2 не дает сглаживать импульсы емкости С1. Затем импульсы следуют на «детектор нуля» выполненный на операционном усилителе LM324 элементе DA1.1, включенного в режиме компаратора. Пока импульсы отсутствуют, напряжения на прямом и инверсном входах ОУ примерно одинаковые и компаратор сбалансирован.

При прохождении синусойды через точку нуля, на инверсном входе компаратора появляются импульсы, переключающие компаратор, в результате чего на выходе DA1.1 генерируются прямоугольные синхроимпульсы, период следования которых зависит от точки нуля. Посмотрите на осциллограммы, чтоб понять принцип работы. Сверху вниз: КТ1, КТ2, КТ3.

Управление двигателем постоянного тока схема была промоделирована в программе Multisim. В архиве с полным вариантом рассматриваемой конструкции имеется файл проекта для этой программы. Можно его открыть и наглядно посмотреть как работает данный узел, а соответственно сделать окончательные выводы об управление двигателем постоянного тока, до начала сборки радиолюбительской самоделки.

Вернемся к работе — синхроимпульсы следуют на интегратор с транзисторным ключом (С4, Q1), где и генерируется пилообразное U. В момент прохождения фазы через точку нуля синхроимпульс отпирает первый транзистор, который разряжает емкость С4. После спада импульса транзистор запирается и осуществляется заряд емкости до прихода следующего синхроимпульса, в результате чего на коллекторе транзистора (осциллограмма КТ4) образуется линейно нарастающее пилообразное напряжение, стабилизированное генератором стабильного тока на униполярном транзисторе T1.

Амплитуда пилообразного напряжения около 9 вольт задается подстроечным сопротивлением RP1. Эта напруга прикладывается к прямому входу компаратора DA1.2. Напряжение задания следует на инверсный вход компаратора DA1.2 и в момент времени, когда амплитуда пилообразного напряжения превышает величину напряжения на инверсном входе, компаратор перебрасывается в противоположное состояние и на его выходе генерируется импульс (осциллограмма КТ4).

Импульс дифференцируется через цепочку пассивных радиокомпонентов R14, C6 и следует на базу второго биполярного транзистора, который благодаря этому открывается и на импульсном трансформаторе образуются импульсы открытия силовых тиристоров. Увеличивая или уменьшая U задания, можно регулировать скважность импульсов в КТ5.

Но никаких импульсов на осциллограмме КТ5 мы не увидим, пока не нажмем тумблер S1. Когда он не нажат, напряжение питания +12в через фронтовые контакты S1 через R12, D3 следует на инверсный вход DA1.2. Так как это U выше Uпилы , компаратор закрывается, и импульсы открывающие тиристоры не генерируются.

Для предотвращения аварийных ситуаций и поломки электродвигателя, в случае если не выставлен на «0» регулятор оборотов, в схеме имеется узел разгона на элементах C5, R13 предназначенный для плавного разгона двигателя.

При нажатии тумблера S1 контакты размыкаются и емкость С5 начинает плавно заряжаться, а напряжение на отрицательной обкладке конденсатора приближается к нулю. Напряжение на инвертирующем входе DA1.2 возрастает до величины напряжения задания, и компаратор начинает генерировать импульсы для открытия силовых тиристоров. Время заряда определяется радиокомпонентами C5, R13.

Если в процессе работы двигателя понадобится отрегулировать его обороты в схему добавлен узел разгона и торможения R21, C8, R22. При увеличении или уменьшении напряжения задания, емкость С8 плавно заряжается или разряжается, что исключает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе и как следствие исключает резкий бросок оборотов двигателя.

Регулятор применяется для поддержания постоянных оборотов в зоне регулирования. Регулятор выполнен на основе дифференциального усилителя с суммированием двух напряжений: задания и обратной связи. Напряжение задания формируется сопротивлением RP1 и следует через фильтр на компонентах R20, C8, R21, выполняющий функции узла разгона и торможения, поступает на инверсный вход DA1.3. С ростом напряжения задания на выходе DA1.3 линейно снижается Uвых.

Выходное напряжение регулятора следует на инверсный вход компаратора СИФУ DA1.2 где, суммируясь с импульсами «пилы», превращается в серию прямоугольных импульсов следующих на электроды тиристоров. При увеличении или уменьшении напряжения задания увеличивается или уменьшается и выходное напряжение на выходе силового узла. На графике отображена зависимость оборотов двигателя от напряжения задания.

Делитель напряжения на резисторах R22, R23 подсоединенный на прямой вход регулятора DA1.3 предназначен для исключения аварийной ситуации при обрыве обратной связи.

При включении привода, тахогенератор генерирует напряжение, пропорциональное оборотам электромотора. Это напряжение идет на вход прецизионного детектора DA1.4, DA2.1 построенного по классической двухполупериодной схеме. С его выхода напряжение следует через фильтр на пассивных компонентах C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель ОС DA2.2. Усилитель используется для подгонки напряжения ОС идущего с тахогенератора. Напряжение с выхода DA2.2 попадает на вход DA1.3 и на схему защиты DA2.3.

Сопротивлением RP1 генерируются обороты электродвигателя. При работе без нагрузки, Uвых масштабирующего усилителя меньше напряжения на шестом выводе DA1.3, поэтому привод работает как регулятор.

С возрастанием нагрузки на валу, снижается напряжение, снимаемое с тахогенератора и в результате снижается напряжение с выхода, масштабирующего усилителя. Когда этот уровень будет меньше чем на ноге 5 ОУ DA1.3 привод войдет в зону стабилизации тока. Снижение напряжения на неинвертирующем входе DA1.3 снизит напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA1.2, это увеличит угол открытия тиристоров и, следовательно, к возрастанию уровня на якоре электродвигателя.

Защита от превышения оборотов собрана на операционном усилителе DА2.3, включенного как компаратор. На его инверсный вход поступает опорное напряжение с делителя R36, R37, RP3. Сопротивлением RP3 регулируется уровень срабатывания защиты. Напряжение с выхода усилителя DA2.2 идет на прямой вход DA2.3.

При превышении оборотов выше номинальных, на прямом входе компаратора превышается порог уставки защиты, определяемой сопротивлением RP3 и компаратор переключиться.

Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «защелкиванию» компаратора, а диод VD12 не дает сбросится компаратору. При срабатывании защиты, с выхода компаратора через диод VD14 следует на инверсный вход 13 DA1.2 СИФУ, а так как напряжение защиты выше уровня «пилы» произойдет мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на электроды силовых тиристоров.

Напряжение с выхода компаратора защиты DA2.3 отпирает транзистор VT4, из-за чего включается реле Р1.1 и загорается светодиод сигнализирующий об аварии. Снять защиту получится если полностью отключить привод, и, выдержав паузу в 5 — 10 секунд вновь подать на него питание.

Схема управления, а точнее силовая часть управляющего блока представлена на рисунке ниже:

Трансформатор Tr1 используется для питания схемы блока управления. Выпрямитель собран по полумостовой схеме и включает два силовых диода D1,D2 и два силовых тиристора Т1, Т2, а также защитный диод D3. Обмотка возбуждения питается от своего отдельного трансформатора и выпрямителя. Если на двигателе нет тахогенератора, то ОС, для контроля оборотов, можно реализовать следующим образом:

Если применяется токовый трансформатор, то перемычку P1 на схеме блока управления двигателем постоянного тока нужно установить в положение 1-3.

Еще можно применить датчик якорного напряжения:

Датчик якорного напряжения это фильтр – делитель подсоединенный непосредственно к клеммам якоря. Настройка привода осуществляется следующим образом. Сопротивления «Задание» и «Масштабирование Uoc» выкручиваются в среднее положение. Сопротивление R5 датчика якорного напряжения выкручивается на минимум . Включаем привод и выставляем напругу на якоре около 110 вольт. Измеряя напряжение на якоре , начинаем вращать сопротивление R5. В определенный момент изменения, напряжение на якоре начнет падать, это говорит о том, что сработала ОС.

Чертеж печатной платы управления двигателем постоянного тока выполнен в программе Sprint Layout и вы легко сможете изготовить печатную плату своими руками методом ЛУТ

Управление двигателем настройка конструкции: начнем с проверки напряжений питания на операционном усилителе DA1, DA2. Микросхемы рекомендуется устанавливать в панельки. Затем проверяем осциллограммы в контрольных точках КТ1, КТ2, КТ3. В точке КТ4. мы должны увидеть пилообразные импульсы, при разомкнутой кнопке.

Читать еще:  Волга 31105 двигатель крайслер схема двигателя

Подстроечным сопротивлением RP1 выставляем размах «пилы» около 9 вольт. В контрольной точке КТ3 длительность импульса около 1.5 — 1.8ms, если мы этого не видем, то уменьшением сопротивления R4 добиваемся требуемой длительности.

Вращая рычаг RR1 схемы управления двигателем в контрольной точке КТ5 контролируем изменение скважности импульсов от максимума до полного их исчезновения при минимальном сопротивлении RR1. При этом должна изменятся яркость лампочки подключенной к силовому блоку которую мы подключили в качестве нагрузки.

Затем подсоеденяем блок управления к двигателю и тахогенератору. Устанавливаем регулятором RR1 напругу на якоре 40-50 вольт. Сопротивление RP3 должен быть в среднем положение. Измеряя напругу на якоре двигателя, вращаем сопротивление RP3. В определенный момент настройки U на якоре начнет падать, это говорит о том, что сработала обратная связь.

Если используется обратная связь в схеме управления двигателем по току якоря требуется токовый трансформатор, включенный в цепь питания выпрямителя. Схема калибровки трансформатора тока рассмотрена ниже. Подбором сопротивления получить на выходе трансформатора переменное напряжение 2 ÷ 2.5v. Мощность нагрузки RN1 должна равняться мощности двигателя

Помните, что токовый трансформатор без нагрузочного резистора включать не рекомендуется.

Подключаем трансформатор тока к цепи ОС P1 и P2. На время регулировки рекомендуется выпаять диод D12, чтобы не было ложного срабатывания защиты. Осциллограммы в контрольных точках КТ8, КТ9, КТ10 показаны на рисунке ниже.

Дальнейшая регулировка такая же как и в случае с использования тахогенератора.

Данный блок управление двигателем постоянного тока изготавливался своими рукми для расточного станка. Фотографии смотри в архиве по зеленой ссылке выше.

Схема показанная на рисунке ниже способна запускать вращение «L в обоих направлениях, как вперед, так и назад. При разомкнутых контактах переключателей, напряжение на обеих клеммах одинаковое, поэтому он не будет вращаться, тоже самое произойдет если нажать одновременно кнопки.

3-амперный ШИМ-контроллер двигателя постоянного тока. Схема

в Управление 0 626 Просмотров

Этот недорогой ШИМ-контроллер двигателя постоянного тока может управлять любым двигателем, рассчитанным на напряжение от 12 В до 30 В с током потребления максимум 3 А. Направление двигателя контролируется с помощью переключателя, а скорость двигателя — с помощью обычного потенциометра.

Схема контроллера построена на микросхемах LMD18200 и SG3525 . Микросхема SG3525 — это чип управления широтно-импульсным модулятором, а LMD18200 — H-мост, позволяющий двигателю работать в обоих направлениях.

SG3525 обеспечивает регулировку частоты и рабочего цикла. Частота генератора определяется компонентами, подключенными к контактам 5 и 6. Потенциометр P2 служит для регулировки частоты в диапазоне от 1,16 кГц до 35 кГц. Хотя обычно рекомендуется поддерживать частоту не ниже 20 кГц, иначе двигатель будет издавать слышимый звук. Но в некоторых случаях это просто невозможно в зависимости от двигателя, который вы используете.

Потенциометр P1 определяет рабочий цикл, который можно регулировать от 10% до 100% для эффективного управления скоростью двигателя. Внутренние транзисторы работают особым образом, позволяющий получить 100% рабочий цикл.

Внутренние транзисторы драйвера заземлены контактами 11 и 14 для чередования циклов генератора. Контакт 16 микросхемы SG3525 — это клемма VREF, которая выдает 5 В. Резистор R1 подает напряжение питания на внутренний транзистор с открытым коллектором LMD18200.

Теперь о LMD18200. Переключатель S1 управляет выводом (контакт 3) определяющим направление вращения двигателя по часовой стрелке или наоборот. Резистор R4 подключен к контакту T термометра (контакт 9), который здесь не используется. Эта функция может быть востребована для предупреждения повышения температуры микросхемы свыше 145 градусов. При превышении температуры свыше 170 °C LMD18200 автоматически отключается.

Контакт 8 LMD18200 — это вход считывания тока. Резистор R6 соединяет этот вывод с землей. Вход тормоза (контакт 4) жестко заземлен. Конденсаторы C2 и C4 на выходе двигателя являются бутстрапными. Контакты LMD18200 2 и 10 — это выходы H-моста, управляющие двигателем постоянного тока.

В блоке источника питания конденсаторы с C5 по C9 служат для подавления шума на шинах питания контроллера и двигателя. Стабилизатор напряжения L7805ACV для питания логики принимает любое входное нестабилизированное напряжение от 7,5 В до 18 В, подаваемое на выводы K2.

Другой разъем питания, K3, предназначен для питания двигателя. Мощность источника питания, конечно, зависит от используемого двигателя. Если вы хотите использовать мощный двигатель, потребляющий более 1 А, возможно, стоит усилить медные дорожки идущие от K2 / K3 с помощью сплошного медного провода сечением 1,5 мм2.

Если вы хотите связать драйвер с источником питания 5 В, просто уберите потенциометр P1 и подайте напряжение 5 В на контакт 2 IC. На рисунке ниже показана печатная плата, разработанная для этого драйвера. Плата рассчитана на компактность при использовании только выводных компонентов, т.е. никаких SMD.

Электроприводы постоянного тока 687

Электропривод ЭШИМ-1 изготавливается в кассетном и модульном исполнении. Блок кассетного преобразователя содержит блок питания БС9802 и до четырех блоков регулирования БС3001 для независимого питания четырех двигателей. Функциональная схема электропривода ЭШИМ-1 с одним блоком регулирования представлена на рис.5.5.

Рис.5.5. Функциональная схема (одна координата) электропривода ЭШИМ-1

В состав электропривода входят: блок питания БП типа БС9802; блок регулирования Бр типа БС 3001; двигатель постоянного тока М с встроенным тахогенератором, тормозом, встроенным или пристроенным датчиком пути; дроссель L; выключатель автоматический QF; магнитный пускатель К и согласующий трансформатор Т. Силовая часть блока регулирования представляет собой четырехключевой транзисторный мост, к одной диагонали которого подается напряжение блока питания (60, 150, 220В), а к другой подсоединена якорная цепь электродвигателя.

В систему регулирования и управления входят регулятор скорости (РС), релейный регулятор тока (РРТ) и блоки управления УФЗ и УВТ. Обратная связь по току подается либо от резисторных датчиков (R1. R4) в каждом плече транзисторного моста, либо с помощью датчика тока АТ, имеющего гальваническую развязку выходного сигнала относительно силовой цепи.

Сигналом задания на ток является выход ПИ-регулятора скорости. Сигнал n>0,2nмакс, поступающий от УФЗ в РС, предназначен для изменения параметров настройки ПИ-регулятора.

Сигнал блокировки из УФЗ в блоки РРТ запирает транзисторный ключ при срабатывании максимальной токовой защиты. Дроссель L предназначен для сглаживания тока при широтно-импульсном регулировании. Блок питания содержит трехфазный неуправляемый мост с емкостным фильтром и разрядным транзисторным ключом для сброса энергии торможения двигателя в баластный резистор.

Электроприводы однофазные ЭПУ-2 имеют нереверсивное (на основе преобразователя БС3101) и реверсивное исполнение (БС3201).

Нереверсивный блок управления (БС3101) выполнен на основе диодного моста и симистора, включенного на стороне переменного тока, реверсивный – выполнен по симметричной мостовой схеме на четырех тиристорных модулях.

Нереверсивные и реверсивные электроприводы построены по одноконтурной астатической структуре с ПИ-регулятором скорости и жесткой отрицательной обратной связью по скорости. Система управления аналогична ЭПУ-1 и описана ниже.

Электроприводы ЭПУ1-1, ЭПУ1-2 выполнены на основе преобразователей БС3203. П, БС3103. Е (или М), БС3303. Д и БС3403. Д.

Система регулирования напряжения якоря выполнена одноконтурной с ПИ-регулятором скорости и отрицательной обратной связью по току на вход управляющего органа (УО) для улучшения динамических характеристик электропривода.

Управление тиристорами производится от трехканальной СИФУ (ФИ1. ФИ3). Для обеспечения постоянного коэффициента усиления системы в режимах непрерывного и прерывистых токов введены нелинейное звено (НЗ) и функциональный преобразователь ЭДС (ФПЕ). Для обеспечения работы ФПЕ только в первой зоне регулирования он питается от датчика напряжения (ДН). Согласование реверсивного сигнала нелинейного звена (НЗ) с нереверсивной регулировочной характеристикой управляющего органа (УО) осуществляет переключатель характеристик (ПХ), управляемый логическим устройством (ЛУ). Узел зависимого токоограничения (УЗТ) обеспечивает снижение уставки токоограничения в функции скорости для улучшения коммутации электродвигателя.

Рис.5.6. Функциональная схема двухзонного электропривода с реверсом тока якоря и обратной связью по скорости ЭПУ1-2…Д

Система регулирования ТПВ выполнена двухконтурной с раздельными ПИ-регулятором тока возбуждения (РТВ) и ПИ-регулятором э.д.с. и отрицательными обратными связями по току возбуждения и напряжению якоря. Электропривод выполнен по зависимому от напряжения на якоре принципу регулирования скорости. Электропривод обеспечивает работу двигателя при постоянном магнитном потоке в первой зоне регулирования, а во второй зоне – при постоянной мощности двигателя. Для подачи на регулятор РЕ сигнала одной полярности в цепь датчика напряжения поставлен выпрямитель В. Ток возбуждения задается R78, а э.д.с. – R92.

Если напряжение двигателя не превышает уставки э.д.с., система поддерживает постоянным ток возбуждения, при превышении напряжения двигателя заданного значения э.д.с. ток возбуждения уменьшается до значения, когда обеспечивается равенство сигнала обратной связи по напряжению и уставки э.д.с. двигателя.

Узел соответствия (УС) предназначен для выявления соответствия скорости двигателя заданному значению и служит для согласования работы привода главного движения и привода подач. Блок защит осуществляет блокирование сигнала на выходе РС (транзистором V6), задающего сигнала на входе РС (транзистором V3) управляющих импульсов. Блокирование задающего сигнала осуществляется при превышении скорости nмакс.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector