Cto-nk.ru

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

РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДЛЯ 3 ФАЗНОГО МОТОРА

РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДЛЯ 3 ФАЗНОГО МОТОРА

Цифровой регулятор мощности для 3 фазного мотора переменного тока выполнен с использованием специальной микросхемы MC3PHAC от фирмы NXP Semiconductor. Она генерирует 6 ШИМ-сигналов для 3 фазного двигателя переменного тока. Блок легко совмещается с мощным 3 фазным IGBT/MOSFET ключевым приводом. Плата обеспечивает 6 ШИМ сигналов для IPM или IGBT инвертора, а также сигнал торможения. Схема работает в автономном режиме и не требует программирования и кодирования.

Схема регулятора

РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДЛЯ 3 ФАЗНОГО МОТОРА - схема

Органы управления

  • PR1: Потенциометр для установки ускорения
  • PR2: Потенциометр для регулировки скорости
  • SW1: Переключатель DIPX4 для установки частот 60Hz/50Hz и установки выхода активный низкий / активный высокий
  • SW2: Переключатель сброса
  • SW3: Старт / стоп мотор
  • SW4: изменить направление двигателя

Основные параметры

  • Питание драйвера 7-15 В постоянного тока
  • Потенциометр для управления скоростью двигателя
  • Частота ШИМ по умолчанию 10.582 кГц (5.291 кГц – 164 кГц)

М/с MC3PHAC — это монолитный интеллектуальный контроллер, разработанный специально для удовлетворения потребности в недорогих 3-фазных системах управления электродвигателем переменного тока с регулировкой скорости вращения. Устройство адаптируется и настраивается в зависимости от его параметров. Оно содержит все активные функции, необходимые для реализации части управления с открытым контуром. Всё это делает MC3PHAC идеально подходящей для устройств, требующих поддержки управления двигателем переменного тока.

В состав MC3PHAC входят защитные функции, состоящие из контроля напряжения шины постоянного тока и входа неисправности системы, которые немедленно отключат модуль ШИМ при обнаружении неисправности системы.

Все выходные сигналы TTL уровня. Вход для блока питания 5-15 В постоянного тока, постоянное напряжение на шине должно быть в пределах 1.75 — 4,75 вольта, DIP-переключатель предусмотрен на плате для установки под двигатели с частотой 60 или 50 Гц, перемычки помогают установить полярность выходного ШИМ-сигнала, то есть активный низкий или активный высокий уровень, что позволяет использовать эту плату в любом модуле, так как выход можно установить активный низкий или высокий. Потенциометр PR2 помогает регулировать скорость двигателя. Для изменения базовой частоты, времени отключения ШИМ, других возможных параметров — изучайте даташит. Файлы платы — в архиве

Управление скоростью. Синхронная частота электродвигателя может быть задана в режиме реального времени для любого значения от 1 Гц до 128 Гц регулировкой потенциометра PR2. Коэффициент масштабирования составляет 25,6 Гц на вольт. Обработка 24-битным цифровым фильтром для того чтобы увеличить стабильность скорости.

Управление ускорением. Ускорение двигателя может быть задано в режиме реального времени в диапазоне от 0,5 Гц/сек до 128 Гц/сек, путем регулировки потенциометра PR1. Коэффициент масштабирования составляет 25,6 Гц/секунду на вольт.

Защита. При возникновении неисправности MC3PHAC немедленно отключает ШИМ и ожидает, пока условие неисправности не будет устранено перед запуском таймера для повторного включения. В автономном режиме этот интервал времени ожидания задается на этапе инициализации путем подачи напряжения на вывод MUX_IN, в то время как вывод RETRY_TxD управляется на низком уровне. Таким образом, время повтора может быть указано от 1 до 60 секунд с коэффициентом масштабирования 12 секунд на вольт.

Контроль внешних неисправностей. Вывод FAULTIN принимает цифровой сигнал, указывающий на неисправность, обнаруженную с помощью внешних цепей мониторинга. Высокий уровень на этом входе приводит к немедленному отключению ШИМ. Как только этот вход возвращается к низкому уровню логики, таймер повтора сбоя начинает работать, и ШИМ повторно включается после достижения запрограммированного значения тайм-аута. Входной контакт 9 разъема CN3 FLTIN должен быть с высоким потенциалом.

Мониторинг целостности напряжения (входной сигнал pin 10 в cn3) в DC_BUS отслеживается на частоте 5.3 кГц (4.0 кГц, если частота ШИМ имеет значение до 15,9 кГц). В автономном режиме пороги фиксируются на 4.47 вольт (128% от номинальной), и 1,75 вольт (50% от номинальной), где номинальное значение определяется в 3,5 вольт. Как только уровень сигнала DC_BUS возвращается к значению в пределах допустимого — таймер повтора сбоя начинает работать, и ШИМ снова включается после достижения запрограммированного значения тайм-аута.

Регенерация. Процесс экономии, с помощью которого сохраненная механическая энергия в двигателе и нагрузке переносятся обратно в привод электроники, происходит это как правило, в результате принудительного замедления. В особых случаях, когда этот процесс происходит часто (например, системы управления двигателями лифтов), он включает специальные функции, чтобы позволить этой энергии перейти обратно в сеть переменного тока. Однако для большинства недорогих приводов переменного тока эта энергия сохраняется в конденсаторе шины постоянного тока за счет увеличения ее напряжения. Если этот процесс не установлен, напряжение шины постоянного тока может подниматься до опасного уровня, что может привести к порче конденсатора шины или транзисторов в инверторе питания. MC3PHAC позволяет автоматизировать и стабилизировать этот процесс.

Резистивное торможение. DC_BUS пин-код отслеживается на 5.3 кГц (4.0 кГц, если частота ШИМ имеет значение до 15,9 кГц), и когда напряжение достигает определенного порога, RBRAKE контакт примет высокий потенциал. Этот сигнал может использоваться для управления резистивным тормозом, размещенным через конденсатор шины постоянного тока, таким образом, механическая энергия от двигателя будет рассеиваться в виде тепла в резисторе. В автономном режиме порог DC_BUS, необходимый для подтверждения сигнала RBRAKE, зафиксирован на уровне 3,85 вольта (110 % номинала), где номинал определяется как 3,5 вольта.

Читайте так же:
Регулировка цепи на авто

Выбор частоты ШИМ. У MC3PHAC имеется четырех дискретных частоты ШИМ, которые могут быть динамически изменены во время вращения электродвигателя. Этот резистор может быть потенциометром или фиксированным резистором в диапазоне, показанном в таблице. Частота ШИМ определяется подачей напряжения на контакт MUX_IN в то время как контакт ШИМ FREQ_RxD управляется низким потенциалом.

Форум по обсуждению материала РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДЛЯ 3 ФАЗНОГО МОТОРА

Модуль простого транзисторного металлоискателя из Китая — схема принципиальная и испытание этого МД.

Как управлять подъемным электромагнитом — теория и практика создания схемы подходящего контроллера для этих целей.

В нескольких схемах рассмотрим, можно ли параллельно включать стабилизаторы напряжения, микросхемы типа LM317 и аналогичные.

Модуль драйвера BLDC двигателя жесткого диска — принципиальные электрические схемы включения и обзор готовых блоков.

Us 52 китайский регулятор оборотов асинхронного двигателя

Выписал данный регулятр с Али для своего коллекторного двигателя от стиральной машины (510 W при 15000 об/мин):

По возможности полностью попытался разобраться с этим девайсом. По обзору в интернете народ в основном себе выписывает и использует вот такой регулятор:

Мой отличается от них не только ценой (мой 1004 руб. против 697 руб. в апреле 2019 г. на Али с бесплатной доставкой) но и наличием встроенного электронного тахометра с цифровым дисплеем. Внимательно изучив эту железяку пришел к выводу, что она предназначена изначально для регулировки оборотов асинхронного двигателя о чем и свидетельствует схема подключения на корпусе.
До сих пор я не сталкивался с тем, что регулировать обороты асинхронного двигателя можно не только частотником но и в принципе вот таким регулятором. С трудом нашел в интернете фото асинхронного движка с таходатчиком и видео, где человек подключает асинхронный электродвигатель с немыслимыми для меня и асинхронного электродвигателя 17500 об/мин. и таходатчиком на нем. yandex.ru/v >

Видимо для таких специальных электродвигателей к стиральным машинам изначально и был изготовлен регулятор UX-52. Потому как на мой взгляд нельзя регулировать обороты у классического асинхронного электродвигателя напряжением без последствий для него. Ну а для коллекторного регулировка этим UX-52 да и US-52 будет в самый раз.
Так как в наличии у меня такого движка нет провел опыт с подобным движком но без таходатчика.
Работает зараза, но даже с небольшим напряжением на входе двигатель набирает свои обороты, мощность при этом маленькая – можно остановить за шкив.
Уверенность в том что регулятор предназначен для асинхронных электродвигателей укрепилась также и в том, что встроенный конденсатор 12Мкф 470V как раз и нужен только для работы асинхронника. Да и схема подключения на самом регуляторе нарисована для работы асинхронного электродвигателя.
Встроенный тахометр рассчитан на максимальное число оборотов 5000, если поднимаешь выше то несет ерунду. Произвел замеры разных параметров данного регулятора при помощи моего коллекторного электродвигателя на холостом ходу и под нагрузкой – прижимал шкив дощечкой товодя потребляемый ток до 3А. Замерял обороты этим механическим прибором (погрешность 1%) и я ему верю:

Выводы: не стоит переплачивать за UX-52 так как встроенный цифровой тахометр показывает примерно в 1,5 раза меньше реальных оборотов. Вполне сойдет и US-52 без этой приблуды. Результаты испытаний и схемы:

Теперь о переделке регулятора для своего электродвигателя. Установленный в данном регуляторе динистор ВТ137 600Е на 8 ампер на явно маловатый радиатор долго не протянет и я выбросив громоздкий конденсатор на 12 Мкф изготовил самопальный радиатор и через пасту КПТ-8 закрепил на его месте на пластиковых стойках – корпус данного динистора с сетью не развязан.

Выписал данный регулятр с Али для своего коллекторного двигателя от стиральной машины (510 W при 15000 об/мин):

По возможности полностью попытался разобраться с этим девайсом. По обзору в интернете народ в основном себе выписывает и использует вот такой регулятор:

Мой отличается от них не только ценой (мой 1004 руб. против 697 руб. в апреле 2019 г. на Али с бесплатной доставкой) но и наличием встроенного электронного тахометра с цифровым дисплеем. Внимательно изучив эту железяку пришел к выводу, что она предназначена изначально для регулировки оборотов асинхронного двигателя о чем и свидетельствует схема подключения на корпусе.
До сих пор я не сталкивался с тем, что регулировать обороты асинхронного двигателя можно не только частотником но и в принципе вот таким регулятором. С трудом нашел в интернете фото асинхронного движка с таходатчиком и видео, где человек подключает асинхронный электродвигатель с немыслимыми для меня и асинхронного электродвигателя 17500 об/мин. и таходатчиком на нем. yandex.ru/v >

Видимо для таких специальных электродвигателей к стиральным машинам изначально и был изготовлен регулятор UX-52. Потому как на мой взгляд нельзя регулировать обороты у классического асинхронного электродвигателя напряжением без последствий для него. Ну а для коллекторного регулировка этим UX-52 да и US-52 будет в самый раз.
Так как в наличии у меня такого движка нет провел опыт с подобным движком но без таходатчика.
Работает зараза, но даже с небольшим напряжением на входе двигатель набирает свои обороты, мощность при этом маленькая – можно остановить за шкив.
Уверенность в том что регулятор предназначен для асинхронных электродвигателей укрепилась также и в том, что встроенный конденсатор 12Мкф 470V как раз и нужен только для работы асинхронника. Да и схема подключения на самом регуляторе нарисована для работы асинхронного электродвигателя.
Встроенный тахометр рассчитан на максимальное число оборотов 5000, если поднимаешь выше то несет ерунду. Произвел замеры разных параметров данного регулятора при помощи моего коллекторного электродвигателя на холостом ходу и под нагрузкой – прижимал шкив дощечкой товодя потребляемый ток до 3А. Замерял обороты этим механическим прибором (погрешность 1%) и я ему верю:

Читайте так же:
Регулировка насос форсунки скания 380

Выводы: не стоит переплачивать за UX-52 так как встроенный цифровой тахометр показывает примерно в 1,5 раза меньше реальных оборотов. Вполне сойдет и US-52 без этой приблуды. Результаты испытаний и схемы:

Теперь о переделке регулятора для своего электродвигателя. Установленный в данном регуляторе динистор ВТ137 600Е на 8 ампер на явно маловатый радиатор долго не протянет и я выбросив громоздкий конденсатор на 12 Мкф изготовил самопальный радиатор и через пасту КПТ-8 закрепил на его месте на пластиковых стойках – корпус данного динистора с сетью не развязан.

В себя включает:

  • Блок управления — полностью готов к эксплуатации.
  • Резистор регулировки оборотов — в комплекте.
  • Питание — от сети 220 вольт, 50 Гц.
  • Мощность — 300 Вт. (стандартные двигатели от стиральных машин автомат).
  • Применение — к коллекторным двигателям (двигателям с щетками).
  • Система защиты — по току.

Дополнительные опции:

  • Реверсный переключатель (on-off-on) с проводами и клеммами 16 А, 250 В.
  • Измеритель числа оборотов — Тахометр (Отдельное устройство, блок питания в комплект не входит).

Для чего нужен регулятор: Регулятор оборотов позволяет регулировать обороты коллекторных двигателей с таходатчиком и поддерживать мощность во всем диапозоне регулировки, заявленную производителем электродвигателя.

Как регулировать обороты двигателя от стиральной машины

двигатель стиральной машины

Регулировка оборотов двигателя стиральной машины может потребоваться любому домашнему самоделкину, который решит приспособить деталь отслужившей помощницы.

Простое подключение двигателя стиральной машины к питанию не дает много проку, поскольку он выдает сразу максимальные обороты, а ведь многие самодельные приборы требуют увеличения или уменьшения оборотов, причем желательно без потери мощности. В этой публикации мы и поговорим о том, как подключить двигатель от стиралки, и как сделать для него регулятор оборотов.

Сначала подключим

Прежде чем регулировать обороты двигателя стиральной машины, его нужно правильно подключить. Коллекторные двигатели от стиральных машин автомат имеют несколько выходов и многие начинающие самоделкины путают их, не могут понять, как осуществить подключение. Расскажем обо всем по порядку, а заодно и проверим работу электродвигателя, ведь существует же вероятность, что он вовсе неисправен.

  • Для начала нужно взять двигатель от стиральной машины, покрутить его и найти катушки возбуждения или башмаки, от которых должно идти 2, 3 и более проводов. Башмаки выглядят примерно так, как показано на рисунке ниже.
    катушка возбуждения
  • Берем омметр, выставляем тумблер на минимальное сопротивление и начинаем поочередно звонить все выходы. Наша задача выбрать из всех выходов катушки возбуждения 2, у которых значение сопротивления больше всех, если их всего два, то ничего выбирать не нужно.
  • Далее нужно найти коллектор двигателя и щетки, от которых также будут идти 2 провода. В данном случае выхода будет только два, если их больше, значит, вы что-то перепутали или один из проводов банально оторван.
    коллектор и щетки двигателя стиральной машины
  • Следующая группа выходов, которые нам позарез нужно обнаружить – это выходы таходатчика. В ряде случаев провода, идущие от таходатчика, можно заметить прямо на корпусе двигателя, но иногда их прячут в недра корпуса и тогда, чтобы подключиться, приходится частично разбирать двигатель.

К сведению! Таходатчики, имеющие два выхода, легко прозваниваются омметром. А вот аналогичные детали с тремя выходами не звонятся ни по одному направлению.

таходатчик

  • Далее берем один провод, идущий от коллектора, и соединяем с одним из проводов катушки.
  • Второй провод коллектора и второй провод катушки подключаем к сети 220 В.
  • Если нам нужно поменять направление вращения якоря, то мы просто меняем местами подключаемые провода, а именно первый провод коллектора и первый провод катушки включаем в сеть, а вторые провода соединяем между собой.
  • Отмечаем ярлычками провода катушки, таходатчика и коллектора, чтобы не перепутать и производим пробный пуск двигателя.

Если пробный запуск прошел успешно, а именно, двигатель плавно набрал обороты без заеданий и рывков, щетки не искрили, можно приступать к подключению двигателя стиральной машины через регулятор оборотов. Существует множество схем подключения двигателя через регулятор, как и схем самого регулятора, рассмотрим два варианта.

Подключим через регулятор напряжения

Простейший вариант регулировки электродвигателя стиральной машины – использование любого регулятора напряжения (диммера, гашетки от дрели и прочего). Смысл регулировки в том, что на двигатель подается сначала максимальное напряжение, и он вращается с максимальной скоростью. Поворачивая тумблер диммера, мы уменьшаем напряжение, и двигатель соответственно начинает снижать обороты. Схема подключения следующая:

схема и регулятор

  • один провод катушки соединяем с одним проводом якоря;
  • второй провод катушки подключаем к сети;
  • второй провод якоря соединяем с диммером, а второй выход диммера подключаем к сети;
  • производим пробный пуск двигателя.
Читайте так же:
Дроссельная заслонка регулировка ситроен

Проверяем, как работает двигатель на минимальной мощности. Вы можете убедиться, что даже на минимальной мощности обороты без нагрузки внушительны, но стоит только прислонить деревянный брусочек к вращающейся оси, и двигатель тут же останавливается. Каков вывод? А вывод таков, что данный способ регулировки оборотов электродвигателя стиральной машины приводит к катастрофической потере мощности при уменьшении напряжения, что неприемлемо, если вы собираетесь делать из двигателя какую-то самоделку.

Важно! При запуске двигателя стиральной машины соблюдайте технику безопасности. Обязательно закрепите двигатель перед пуском, кроме того не стоит прикасаться руками к вращающимся элементам.

Изначально мы ставили задачу научиться своими руками регулировать обороты двигателя стиральной машины без потери или с минимальной потерей мощности, но возможно ли это? Вполне возможно, просто схема подключения несколько усложнится.

Через микросхему

Пришло время вспомнить про таходатчик и его выходы, которые мы на двигателе нашли, но до поры отставили в сторону. Именно таходатчик поможет нам подключить двигатель стиралки и регулировать его обороты без потери мощности. Сам таходатчик управлять двигателем не может, он лишь посредник. Реальное управление должно осуществляться посредством микросхемы, которая соединяется с таходатчиком двигателя, обмоткой и якорем и запитывается от сети 220 В. Принципиальную схему вы можете видеть на рисунке ниже.

схема регулятора оборотов двигателя без потери мощности

Что происходит с двигателем, когда мы подключаем его к сети через эту микросхему? А происходит следующее, мы можем запустить двигатель своими руками на максимальных оборотах, а можем, повернув специальный тумблер обороты уменьшить. Даем внезапную нагрузку двигателю, подставив под вращающийся шкив деревянный брусочек. На долю секунды обороты падают, но потом снова восстанавливаются, несмотря на нагрузку.

Дело в том, что таходатчик определяет понижение оборотов из-за возникшей нагрузки и сразу же подает сигнал об этом на управляющую плату. Микросхема, получив сигнал, автоматически добавляет мощность, выравнивая, таким образом, обороты двигателя. Мечта самоделкина, как говорится, сбылась. При наличии такой схемы подключения из двигателя стиральной машины можно сделать и зернодробилку и дровокол и много других полезных вещей.

Подводя итог нашего повествования, ответим еще на один резонный вопрос, который может возникнуть у читателя: где взять такую плату? Можно собрать на основе схемы и списка деталей, которые мы прилагаем к настоящей статье, а можно заказать в готовом виде у специалистов. Благо в сети предложений на этот счет достаточно. Искать нужно схему TDA 1085.

Управление двигателями постоянного тока. Часть 1

В статье дается краткий обзор и анализ популярных схем, предназначенных для управления коллекторными двигателями постоянного тока, а также предлагаются оригинальные и малоизвестные схемотехнические решения

Вебинар «Новые решения STMicroelectronics в области спутниковой навигации» (17.11.2021)

Электродвигатели являются, наверное, одним из самых массовых изделий электротехники. Как говорит нам всезнающая Википедия, электрический двигатель – электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. Началом его истории можно считать открытие, которое сделал Майкл Фарадей в далеком 1821 году, установив возможность вращения проводника в магнитном поле. Но первый более-менее практический электродвигатель с вращающимся ротором ждал своего изобретения до 1834 года. Его во время работы в Кёнигсберге изобрел Мориц Герман фон Якоби, более известный у нас как Борис Семенович. Электродвигатели характеризуют два основных параметра – это скорость вращения вала (ротора) и момент вращения, развиваемый на валу. В общем плане оба этих параметра зависят от напряжения, подаваемого на двигатель и тока в его обмотках. В настоящее время имеется достаточно много разновидностей электродвигателей, и поскольку, как заметил наш известный литературный персонаж Козьма Прутков, нельзя объять необъятное, остановимся на рассмотрении особенностей управления двигателями постоянного тока (далее электродвигателями).

К двигателям постоянного тока относятся два типа – это привычные для нас коллекторные двигатели и бесколлекторные (шаговые) двигатели. В первых переменное магнитное поле, обеспечивающее вращение вала двигателя, образуется обмотками ротора, которые запитываются через щеточный коммутатор – коллектор. Оно и взаимодействует с постоянным магнитным полем статора, вращая ротор. Для работы таких двигателей внешние коммутаторы не требуются, их роль выполняет коллектор. Статор может быть изготовлен как из системы постоянных магнитов, так и из электромагнитов. Во втором типе электродвигателей обмотки образуют неподвижную часть двигателя (статор), а ротор сделан из постоянных магнитов. Здесь переменное магнитное поле образуется путем коммутации обмоток статора, которая выполняется внешней управляющей схемой. Шаговые двигатели («stepper motor» в английском написании) значительно дороже коллекторных. Это достаточно сложные устройства со своими специфическими особенностями. Их полное описание требует отдельной публикации и выходит за рамки данной статьи. Для получения более полной информации по двигателям этого типа и их схемам управления можно обратиться, например, к [1].

Коллекторные двигатели (Рисунок 1) более дешевы и, как правило, не требуют сложных систем управления. Для их функционирования достаточно подачи напряжения питания (выпрямленного, постоянного!). Проблемы начинают возникать, когда появляется необходимость в регулировке скорости вращения вала такого двигателя или в специальном режиме управления моментом вращения. Основных недостатков таких двигателей три – это малый момент на низких скоростях вращения (поэтому часто требуется редуктор, а это отражается на стоимости конструкции в целом), генерация высокого уровня электромагнитных и радиопомех (из-за скользящего контакта в коллекторе) и низкая надежность (точнее малый ресурс; причина в том же коллекторе). При использовании коллекторных двигателей необходимо учитывать, что ток потребления и скорость вращения их ротора зависят от нагрузки на валу. Коллекторные двигатели более универсальны и имеют более широкое распространение, особенно в недорогих устройствах, где определяющим фактором является цена.

Читайте так же:
Как правильно отрегулировать редуктор давления

Поскольку скорость вращения ротора коллекторного двигателя зависит, в первую очередь, от подаваемого на двигатель напряжения, то естественным является использование для его управления схем, имеющих возможность установки или регулировки выходного напряжения. Такими решениями, которые можно найти в Интернете, являются схемы на основе регулируемых стабилизаторов напряжения и, поскольку век дискретных стабилизаторов давно прошел, для этого целесообразно использовать недорогие интегральные компенсационные стабилизаторы, например, LM317 [2]. Возможные варианты такой схемы представлены на Рисунке 2.

Схема примитивная, но кажется очень удачной и, главное, недорогой. Посмотрим на нее с точки зрения инженера. Во-первых, можно ли ограничить момент вращения или ток двигателя? Это решается установкой дополнительного резистора. На Рисунке 2 он обозначен как RLIM. Его расчет имеется в спецификации, но он ухудшает характеристику схемы как стабилизатора напряжения (об этом будет ниже). Во-вторых, какой из вариантов управления скоростью лучше? Вариант на Рисунке 2а дает удобную линейную характеристику регулирования, поэтому он и более популярен. Вариант на Рисунке 2б имеет нелинейную характеристику. Но в первом случае при нарушении контакта в переменном резисторе мы получаем максимальную скорость, а во втором – минимальную. Что выбрать – зависит от конкретного применения. Теперь рассмотрим один пример для двигателя с типовыми параметрами: рабочее напряжение 12 В; максимальный рабочий ток 1 А. ИМС LM317, в зависимости от суффиксов, имеет максимальный выходной ток от 0.5 А до 1.5 А (см. спецификацию [2]; имеются аналогичные ИМС и с бóльшим током) и развитую защиту (от перегрузки и перегрева). С этой точки зрения для нашей задачи она подходит идеально. Проблемы скрываются, как всегда, в мелочах. Если двигатель будет выведен на максимальную мощность, что для нашего применения весьма реально, то на ИМС, даже при минимально допустимой разнице между входным напряжением VIN и выходным VOUT, равной 3 В, будет рассеиваться мощность не менее

Таким образом, нужен радиатор. Опять вопрос – на какую рассеиваемую мощность? На 3 Вт? А вот и нет. Если не полениться и рассчитать график нагрузки ИМС в зависимости от выходного напряжения (это легко выполнить в Excel), то мы получаем, что при наших условиях максимальная мощность на ИМС будет рассеиваться не при максимальном выходном напряжении регулятора, а при выходном напряжении равном 7.5 В (см. Рисунок 3), и она составит почти 5.0 Вт!

Рисунок 3.График зависимости мощности, рассеиваемой на ИМС регулятора, от выходного напряжения.

Как видим, получается что-то уже не дешевое, но очень громоздкое. Так что такой подход годится только для маломощных двигателей с рабочим током не более 0.25 А. В этом случае мощность на регулирующей ИМС будет на уровне 1.2 Вт, что уже будет приемлемо.

Выход из положения – использовать для управления метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Он, действительно, самый распространенный. Его суть – подача на двигатель промодулированных по длительности однополярных прямоугольных импульсов. Согласно теории сигналов, в структуре такой последовательности имеется постоянная составляющая, пропорциональная отношению τ/T, где: τ – длительность импульса, а T – период последовательности. Вот она-то и управляет скоростью двигателя, который выделяет ее как интегратор в этой системе. Поскольку выходной каскад регулятора на основе ШИМ работает в ключевом режиме он, как правило, не нуждается в больших радиаторах для отвода тепла, даже при относительно больших мощностях двигателя, и КПД такого регулятора несравненно выше предыдущего. В ряде случаев можно использовать понижающие или повышающие DC/DC-преобразователи, но они имеют ряд ограничений, например, по глубине регулировки выходного напряжения и минимальной нагрузке. Поэтому, как правило, чаще встречаются иные решения. «Классическое» схемное решение такого регулятора представлено на Рисунке 4 [3]. Оно использовано в качестве дросселя (регулятора) в профессиональной модели железной дороги.

Рисунок 4.«Классическая» схема управления коллекторным двигателем на основе ШИМ (согласно оригиналу [3]).

На первом операционном усилителе собран генератор, на втором компаратор. На вход компаратора подается сигнал с конденсатора C1, а путем регулирования порога срабатывания формируется уже сигнал прямоугольной формы с нужным отношением τ/T (Рисунок 5).

Управление двигателями постоянного тока
Рисунок 5.Диаграмма управления коллекторным двигателем на основе ШИМ. Верхняя трасса – напряжение на конденсаторе С1; средняя (пересекает верхнюю) – сигнал управления (напряжение на движке резистора RV2); нижняя – напряжение на двигателе.

Диапазон регулировки устанавливается подстроечными резисторами RV1 (быстрее) и RV3 (медленнее), а сама регулировка скорости осуществляется резистором RV2 (скорость). Обращаю внимание читателей, что в Интернете на русскоязычных форумах гуляет похожая схема с ошибками в номиналах делителя, задающего порог компаратора. Управление непосредственно двигателем осуществляется через ключ на мощном полевом транзисторе типа BUZ11 [4]. Особенности этого транзистора типа MOSFET – большой рабочий ток (30 А постоянного, и до 120 А импульсного), сверхмалое сопротивление открытого канала (40 мОм) и, следовательно, минимальная мощность потерь в открытом состоянии.

Читайте так же:
Методика регулировки редукторов с одним регулировочным винтом

На что нужно в первую очередь обращать внимание при использовании таких схем? Во-первых, это исполнение цепи управления. Здесь в схеме (Рисунок 4) есть небольшая недоработка. Если со временем возникнут проблемы с подвижным контактом переменного резистора, мы получим полный почти мгновенный разгон двигателя. Это может вывести из строя наше устройство. Какое противоядие? Установить добавочный достаточно высокоомный резистор, например, 300 кОм с вывода 5 ИМС на общий провод. В этом случае при отказе регулятора двигатель будет остановлен.

Еще одна проблема таких регуляторов – это выходной каскад или драйвер двигателя. В подобных схемах он может быть выполнен как на полевых транзисторах, так и на биполярных; последние несравненно дешевле. Но и в первом и во втором варианте необходимо учитывать некоторые важные моменты. Для управления полевым транзистором типа MOSFET нужно обеспечить заряд и разряд его входной емкости, а она может составлять тысячи пикофарад. Если не использовать последовательный с затвором резистор (R6 на Рисунке 4) или его номинал будет слишком мал, то на относительно высоких частотах управления операционный усилитель может выйти из строя. Если же использовать R6 большого номинала, то транзистор будет дольше находиться в активной зоне своей передаточной характеристики и, следовательно, имеем рост потерь и нагрев ключа.

Еще одно замечание к схеме на Рисунке 4. Использование дополнительного диода D2 лишено смысла, так как в структуре транзистора BUZ11 уже имеется свой внутренний защитный быстродействующий диод с лучшими характеристиками, чем предлагаемый. Диод D1 также явно лишний, транзистор BUZ11 допускает подачу напряжения затвор-исток ± 20 В, да и переполюсовка в цепи управления при однополярном питании, как и напряжение выше 12 В, невозможны.

Если использовать биполярный транзистор, то возникает проблема формирования достаточного по величине базового тока. Как известно, для насыщения ключа на биполярном транзисторе ток его базы должен быть, по крайней мере, не менее 0.06 от тока нагрузки. Понятно, что операционный усилитель такой ток может не обеспечить. С этой целью в аналогичном, по сути, регуляторе, который используется, например, в популярном мини-гравере PT-5201 компании Pro’sKit, применен транзистор TIP125, представляющий собой схему Дарлингтона. Тут интересный момент. Эти мини-граверы иногда выходят из строя, но не из-за перегрева транзистора, как можно было бы предположить, а из-за перегрева ИМС LM358 (максимальная рабочая температура +70 °С) выходным транзистором (максимально допустимая температура +150 °С). В изделиях, которыми пользовался автор статьи, он был вплотную прижат к корпусу ИМС и посажен на клей, что недопустимо нагревало ИМС и почти блокировало теплоотвод. Если вам попалась такое исполнение, то лучше «отклеить» транзистор от ИМС и максимально отогнуть. За это know-how автор статьи был премирован компанией Pro’sKit набором инструментов. Как видите все нужно решать в комплексе – смотреть не только на схемотехнику, но и внимательно относится к конструкции регулятора в целом.

Есть еще несколько интересных схем более простых ШИМ-регуляторов. Например, две схемы на одиночном операционном усилителе с драйвером опубликованы в [5] (Одна из них приведена на Рисунке 6а). Есть схемы и на базе популярного таймера серии 555 [6] (Рисунок 6б). Эти дешевые решения не должны вводить вас в заблуждение своей кажущейся простотой. Вспомним А.С. Пушкина: «Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной». Или французов: «За каждое удовольствие нужно платить». Обе эти схемы формируют суррогатный сигнал ШИМ с изменением опорной частоты. Так схемы на ОУ из [5] меняют частоту управления во время регулирования от 170 Гц до 500 Гц, а схема на таймере – от 150 Гц до 1000 Гц, и ее диапазон регулировки (верхний диапазон) ограничен скважностью 9.5. Для некоторых применений это может быть недопустимо, так как на больших частотах двигатель может и не заработать, или не дать нужный момент вращения. Это происходит из-за того, что ток в обмотке двигателя, которая представляет собой индуктивность, устанавливается не мгновенно, а нарастает и спадает по экспоненте. Более корректные схемы на базе таймера и одиночного ОУ приведены на Рисунке 7.

Аналогичные по структуре регуляторы можно построить и на цифровых логических элементах, но они имеют малую нагрузочную способность и требуют отдельного источника питания, поэтому в данной статье не рассматриваются. Применение же таймера 555 интересно тем, что частота генератора, выполненного на его базе, практически не зависит от напряжения питания. Кроме того, большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по биполярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА и более. То есть, они могут легко справиться и с емкостью затвора MOSFET и с мощными ключами на биполярных транзисторах. Близкий к таймеру 555 советско-российский аналог – это ИМС (КР)1006ВИ1. Максимальный выходной ток для КР1006ВИ1 и КМОП-версий таймера составляет 100 мА.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector