Taxitaxitaxi.ru

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

Управление двигателями постоянного тока. Часть 2

Управление двигателями постоянного тока. Часть 2

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

Выше были рассмотрены, скажем так, типовые схемы, прототипы которых можно легко найти в Интернете. Но иногда перед разработчиками устройств с коллекторными двигателями могут стоять совершено иные, и куда более сложные задачи. Например, необходимо осуществить управление прецизионной переменной нагрузкой, не допускающей рывков и чувствительной к остановке и пуску двигателя. Особенно остро эта проблема стоит при использовании малоинерционных двигателей, то есть миниатюрных двигателей с малой собственной массой ротора. Простая подача некоторого фиксированного напряжения на такой двигатель приводит к его мгновенному старту и рывку. Один из вариантов решения такой проблемы, использованный автором статьи в серийном, разработанном им изделии, представлен на Рисунке 8.

Рисунок 8.Схема управления для маломощных двигателей, работающих на нагрузку с переменным моментом.

Схема представляет собой регулятор напряжения с ограничением по току, то есть имеет падающую выходную характеристику – зависимость выходного напряжения от тока, потребляемого двигателем. Выходное напряжение регулятора при номинальной нагрузке двигателя задается делителем R6, R8, и для варианта, приведенного на Рисунке 8, может быть установлено в пределах от 10.8 В до 2.3 В. Первичная характеристика управления ограничением по току задается номиналом сопротивления R3 и устанавливается подстроечным резистором R4 (с учетом резистора R5). Максимальный выходной ток может быть с приемлемой точностью рассчитан по формуле

где 6.6 – это максимальное напряжение на эмиттере транзистора VT1 регулятора в режиме короткого замыкания в нагрузке. В приведенной схеме, в отличие от остальных схем регуляторов, напряжение в режиме короткого замыкания мало зависит от установленного выходного напряжения. Здесь реальный максимальный выходной ток равен примерно 3.3 А, а минимальный ток ограничения равен приблизительно 40 мА. Как можно видеть, диапазон регулировки тока достаточно широк, что не под силу многим другим схемам регуляторов, в которых нет внутреннего усилителя, дополняющего токовый сенсор. Ток ограничения в среднем положении ротора подстроечного резистора R4 лежит на уровне 340 мА во всем диапазоне выходных напряжений при изменении питающего регулятор напряжения от 9 В до 15 В. Максимальный ток достигается в левом положении движка (по Рисунку 8), минимальный – в правом. Как уже упоминалось, выходное напряжение, а, следовательно, и скорость вращения двигателя при минимальной нагрузке ротора, устанавливается подстроечным резистором R8 («Скорость вращения»), а подстройка необходимого уровня ограничения по току осуществляется подстроечным резистором R4 («Ток»). Схема с точностью не хуже 2% удерживает выходное напряжение на заданном уровне до достижения 65% нагрузки (максимального выходного тока, установленного резистором R4). Далее напряжение на двигателе начинает плавно уменьшаться, тем самым, ограничивая развиваемый им момент.

При включении схемы (из-за ограничения тока и, следовательно, момента) рывка в управлении внешней нагрузкой не происходит. После разгона двигатель переходит в стационарный режим с током потребления ниже установленного схемой ограничения. При увеличении нагрузки двигателя более установленного уровня выходной ток регулятора ограничивается на заданном уровне, а напряжение на двигателе уменьшается, и при закорачивании ротора, то есть при полной остановке, становится равным падению напряжения на активном сопротивлении обмотки ротора при заданном максимальном выходном токе. График, показывающий изменение мощности двигателя в зависимости от тока нагрузки, приведен на Рисунке 9.

Рисунок 9.Графики зависимости мощности и напряжения на двигателе от нагрузки при токе ограничения 200 мА.

Как видно из графика, мощность, в случае если нагрузка на двигатель превышает 70%, начинает ограничиваться и плавно уменьшаться. При принудительной остановке двигателя она составит всего 12% от максимально установленной, тем самым, защищая двигатель от перегрузки. Ток ограничения регулятора рекомендуется выбирать на 20-25% выше номинального рабочего тока в заданном режиме эксплуатации при минимально допустимом рабочем напряжении двигателя. При проектировании необходимо учитывать мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе VT1. (Возможно, потребуется радиатор). У читателя может возникнуть законный вопрос. Зачем так сложно, когда можно просто? То есть использовать вариант, представленный на Рисунке 3 с ограничением тока. Чтобы развеять сомнения и снять вопросы, на Рисунке 10 показан график зависимостей для схем, приведенных на Рисунке 2 в аналогичных условиях. Заметна разница? При этом учтите, что напряжение холостого хода будет не 5 В, а 6.4 В, и схема уже не будет стабилизатором напряжения. Токоограничивающий резистор будет иметь сопротивление на уровне 6 Ом, и об оперативной подстройке тока можно будет забыть.

Рисунок 10.Графики зависимости мощности и напряжения на двигателе от нагрузки при токе ограничения 200 мА для варианта схемы на Рисунке 2.

Кроме особенностей схемы, описанных выше, данное решение не только предохраняет нагрузку, но и продлевает срок службы самого двигателя. А в отличие от вариантов с использованием ШИМ, такое решение практически не оказывает дополнительного влияния на общий уровень электромагнитных и радиопомех устройства в целом.

Читайте так же:
Что такое rds синхронизация времени

А что делать в случае, когда необходимо иметь управление относительно мощным коллекторным двигателем, который управляет массивной инерционной нагрузкой, требующей достаточно точного позиционирования при ее остановке и, главное, реверса. Заметьте, все предыдущие и широко распространенные схемы ни остановку с фиксацией ротора, ни реверс не обеспечивают. В лучшем случае реверс осуществляется при помощи механического переключателя [3]. Удобное и, главное, гибкое решение для решения данной задачи, выполненное на драйвере шагового двигателя мостового типа, представлено на Рисунке 11.

Рисунок 11.Схема управления с реверсом для мощных двигателей, работающих на инерционную нагрузку.

Для выбора направления вращения двигателя служит тумблер S1, а индикация наличия питания и направление вращения указываются двуцветным светодиодным индикатором HL1. Собственно включение двигателя осуществляется кнопкой ON. Основой схемы является микросхема драйвера LMD18245T обычно используемого для шаговых двигателей [7]. Подробно особенности данной ИМС и пример ее использования по назначению приведены в [1].

Максимальный ток драйвера задается резистором, включенным в цепь контакта 13 (резистор R4 на Рисунке 11), и двоичным кодом на контактах цепи управления выходным током (выводы 8, 7, 6, 4). Для облегчения выбора установок в спецификации [7] имеется формула и таблица. Ограничение тока осуществляется таким образом, что для большинства применений нет надобности в охлаждающем радиаторе. При включении ключи выбранных плеч моста полностью открыты, а при достижении максимальной (заданной по входам «М») величины тока осуществляется его «нарезка» (так называемый чоппинг – «chopping»). Эта «нарезка» не является неким подобием ШИМ, и осуществляется с заданной пользователем частотой. Частота «нарезки» задается параллельной RC цепочкой, подключенной к выводу 3 драйвера (элементы R5, C6). Выходной каскад LMD18245T содержит все необходимые защитные элементы – быстродействующие диоды, установленные параллельно выходным ключам. Реверс выполняется подачей логической единицы переключателем «Направление вращения». Кроме того, эта ИМС позволяет легко осуществлять и режим принудительного торможения двигателя в момент остановки. Это достигается замыканием обмотки ротора двигателя. Остановка с торможением реализуется подачей логической единицы на вывод 10 (вход BRAKE), вследствие чего обмотка двигателя закорачивается внутренними ключами драйвера. Представленное на Рисунке 11 решение не документировано в спецификации [7], но оно весьма удобное, и за все время его использования отказов или сбоев не наблюдалось.

Управление двигателями постоянного тока
Рисунок 12.Приводной поворотный узел.

Для питания изображенной на Рисунке 11 схемы можно использовать любой источник напряжения постоянного тока, рассчитанный на ток не менее 2 А, с выходным напряжением 12 В. (Внешний контакт цилиндрического разъема должен быть минусом, внутренний – плюсом). Кажущимся недостатком схемы является относительная дороговизна ИМС LMD18245T. Но если сравнивать это решение с «традиционными», то проигрыш в стоимости окажется несущественным, а в ряде случаев (простота управления, реверс, точная остановка с торможением ротора, отсутствие радиаторов, компактность и пр.) его просто не будет. Такое решение используется автором статьи в составе серийного изделия для управления движением платформы массой в 50 кг; приводной поворотный узел в сборе показан на Рисунке 12. Плата привода двигателя представлена на Рисунке 13.

Управление двигателями постоянного тока
Рисунок 13.Плата привода.

За рамками предлагаемой статьи остались вопросы, связанные с проблемой задания и поддержания некоторой определенной скорости вращения. Как отмечалось при рассмотрении регуляторов, скорость вращения двигателя в таких системах зависит от напряжения питания двигателя и его нагрузки. В отношении регуляторов на базе ШИМ существует заблуждение, что они более точны. Это далеко не так, поскольку их скорость зависит не только от скважности, но так же, как у аналоговых регуляторов, и от напряжения питания. В ряде случаев это может оказаться важным или определяющим фактором. Так недостаточная нагрузочная способность источника питания может не только изменить функцию регулирования (она станет нелинейной), но также ограничить момент и максимальную скорость вращения. Чтобы избежать такой ситуации, лучше не использовать питание непосредственно от выпрямителя, как это выполнено в [3] (см. Рисунок 4), а дополнить устройство эффективным стабилизатором.

Если стоит проблема не просто регулирования, а стабилизации скорости, то она решается при помощи сложных систем с контуром обратной связи (не по току!). Одним из элементов такой обратной связи являются датчики, дающие информацию о скорости вращения (таходатчики). Информация снимается или с вала ротора двигателя, или с конечного исполнительного механизма. Скорость стабилизируется либо путем использования фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) вращения, либо традиционными для автоматики специальными регуляторами. Обычно используются пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы, как более универсальные, или пропорционально-интегральные (ПИ), как более простые. В любом случае, оба эти решения достаточно сложны как для расчета, так и для исполнения, так как они привязаны не только к конкретному типу двигателя, но и ко всей системе привода в целом. Причем характеристики регулирования в таких системах определяются экспериментально. Ознакомиться с такими регуляторами можно во втором томе «настольной книги» каждого уважающего себя инженера [8]. Но все изложенное касается построения петли управления. А вот конечные каскады в таких системах аналогичны описанным выше. Используются либо аналоговые регуляторы, либо регуляторы с ШИМ.

Читайте так же:
Регулировка клапанов 4g93 mpi

В заключение необходимо напомнить, что все без исключения коллекторные двигатели являются источниками электромагнитных и радиопомех. В Интернете мало схем, в которых этому вопросу уделяется внимание. Поэтому при использовании коллекторных двигателей необходимо принимать специальные меры по выполнению требований по электромагнитной совместимости. При этом нужно иметь ввиду, что ШИМ-регуляторы проигрывают аналоговым. Для обеспечения должной электромагнитной совместимости необходимо выполнять ряд мер. А именно, правильно выбирать двигатели, не поддаваться искушению использовать дешевые поделки с медными, а не графитовыми щетками коллекторов. Советские коллекторные двигатели серий ДП(М) были и остаются в этом отношении далеко не худшими. Необходимо осуществлять правильную разводку печатной платы, использовать развязку земель и помехоподавляющие элементы, такие как низкоимпедансные электролитические конденсаторы (так называемые Low ESR), керамические конденсаторы и специальные помехоподавляющие фильтры, которые должны выбираться с учетом их работы без насыщения на выбранных максимальных токах. Обязательно шунтировать двигатели керамическими конденсаторами, размещая их непосредственно на выводах (лучше ламелях) двигателей.

Методы управления двигателем постоянного тока в САУ

Управление двигателем постоянного тока в САУ подразумевает либо изменение скорости вращения пропорционально некоторому сигналу управления, либо поддержание этой скорости неизменной при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.

Используются 4 основные метода управления, реализующие перечисление выше принципы:

управление по системе «генератор-двигатель» (Г-Д);

управление по системе «управляемый выпрямитель –Д» (УВ-Д);

Подробное исследование этих способов – предмет ТАУ и курса «Основы электропривода». Мы рассмотрим только основные положения, имеющие непосредственное отношение к электромеханике.

Методы управления двигателем постоянного тока в САУ

Реостатно-контакторное управление

Обычно используются 3 схемы:

при регулировке скорости n от 0 до nном в цепь якоря включают реостат (якорное управление);

при необходимости получить n > nном реостат включают в цепь ОВ (полюсное управление);

для регулирования скорости n < nном и n > nном реостаты включают как в цепь якоря, так и в цепь ОВ.

Перечисленные схемы применяются при ручном управлении. Для автоматического управления используют ступенчатое переключение R ра и R рв с помощью контакторов (реле, электронных коммутаторов).

Реостатно-контакторное управление

Если требуется точное и плавное регулирование скорости, число коммутируемых резисторов и элементов коммутации должно быть большим, из-за чего увеличиваются габариты системы, стоимость и снижается надежность.

Управление по системе Г-Д

Регулирование частоты вращения от 0 до по схеме рис. производится регулировкой R в (U гизменяется от 0 до n ном). Для получения скорости двигателя больше nном — изменением R вд (уменьшение тока ОВ двигателя уменьшает его основной поток Ф, что и приводит к увеличению скорости n).

Переключатель S1 предназначен для реверса двигателя (изменения направления вращения его ротора).

Поскольку управление Д осуществляется путем регулирования сравнительно малых токов возбуждения Г и Д, оно легко адаптируется к задачам САУ.

Управление по системе Г-Д

Недостаток такой схемы – большие габариты системы, масса, низкий КПД, поскольку здесь имеется трехкратное преобразование преобразование энергии (электрической в механическую и обратно, и на каждом этапе имеются потери энергии).

Управление по системе «управляемый выпрямитель – двигатель»

Система «управляемый выпрямитель – двигатель» (см. рисунок) похожа на предыдущую, но вместо электромашинного источника регулируемого напряжения, состоящего из, например, трехфазного, двигателя переменного тока и Г=Т, используется управляемый, например, тоже трехфазный тиристорный электронный выпрямитель.

Управление по системе управляемый выпрямитель – двигатель

Сигналы управления формируются отдельным блоком управления и обеспечивают требуемый угол открывания тиристоров, пропорциональный сигналу управления Uу.

Достоинства такой системы — высокий КПД, малые габариты и масса.

Недостатком по сравнению с предыдущей схемой (Г-Д) является ухудшение условий коммутации Д из-за пульсаций его тока якоря, особенно при питании от однофазной сети.

Читайте так же:
Правильная синхронизация времени windows

Импульсное управление

Импульсное управление

На двигатель с помощью импульсного прерывателя подаются импульсы напряжения, модулированные (ШИМ, ВИМ) в соответствии с управляющим напряжением.

Таким образом, изменение скорости вращения якоря достигается не за счет изменения напряжения управления, а путем изменения времени, в течение которого к двигателю подводится номинальное напряжение. Очевидно, что работа двигателя состоит из чередующихся периодов разгона и торможения (см. рисунок).

Работа двигателя состоит из чередующихся периодов разгона и торможения

Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки якоря, то скорость n не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений nном при разгоне или n = 0 при торможении, и устанавливается некоторая средняя скорость nср, величина которой определяется относительной продолжительностью включения.

Поэтому в САУ требуется схема управления, назначение которой – преобразование постоянного или изменяющегося сигнала управления в последовательность управляющих импульсов с относительной продолжительностью включения, являющейся заданной функцией величины этого сигнала. В качестве элементов коммутации используются силовые полупроводниковые приборы – полевые и биполярные транзисторы, тиристоры.

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

Регулировка двигателей постоянного тока (ШИМ)

Регулировка двигателей постоянного тока (ШИМ) позволяет регулировать двигатель постоянного тока, и еще использоваться вспомогательным генератором для построения преобразователей. Регулировка частоты в диапазоне 220 Гц . 1700 Гц с возможностью адаптацией к другим значениям и регулировкой рабочего цикла в диапазоне от 0% до 100%.

Все более распространенным стало использование устройств с приводом от двигателей постоянного тока, особенно малой мощности. В домашней мастерской такой регулятор необходим, например, для регулирования вращения миниатюрной дрели, используемой для сверления отверстий в печатных платах.

Скорость вращения можно регулировать величиной напряжения, но чем ниже напряжение, тем ниже скорость вращение и меньше мощность. Сверла меньшего диаметра быстро нагреваются и затупляются при слишком высокой скорости вращения. Приведенное на схеме устройство регулировка двигателей постоянного тока (ШИМ) позволяет плавно регулировать частоту и длительность импульса.
Регулировка двигателей постоянного тока (ШИМ)
Конструкция устройства выполнена на микросхеме SG3525. Это специализированная микросхема генератора ШИМ. Напряжение питания микросхемы варьируется от 8,5В до 35В. В его состав, помимо самого генератора, входят еще несколько дополнительных элементов управления и регулирования. Сам генератор вырабатывает пилообразные колебания с частотой 100 Гц. 400 кГц. Значение частоты определяется RC-элементами. Резистор, в нашем случае это комбинация резистора R6 и потенциометра (P1), подключается к выводу RT (вывод 6), а конденсатор C11 подключается к выводу CT (вывод 5).

Потенциометр изменяет постоянную RC-цепи, и, таким образом, мы регулируем частоту, которая в нашем случае варьируется в диапазоне 220 Гц . 1700 Гц. Это было определено экспериментально на электродвигателе миниатюрной дрели с питанием от 12В под нагрузкой. Между выводом DISC (вывод 7) и выводом CT (вывод 5) находится разрядный резистор R7. Его значение такое же, как и в базовом включении, рекомендованном производителем. Генератор не работает в режиме обратной связи, поэтому усилитель внутренней ошибки не используется. Его входы (+ V и -V) закорочены на землю, чтобы предотвратить случайное появление любого потенциала.

Ширина импульса регулируется напряжением, подаваемым на вход COMP (вывод 9). Это вывод компаратора. Это напряжение создается за счет напряжения питания на элементах R3, DZ1 и C5. К этому напряжению подключен делитель в виде потенциометра P2 и резистора R10. Они устанавливают диапазон напряжения от 1В до 4,7В, который охватывает регулировку рабочего цикла от 1% до 99% в зависимости от типа используемых оконечных транзисторов. Микросхема имеет два независимых выхода, буферизованных драйверами, состоящими из пар дополнительных транзисторов, работающих как симметричные эмиттерные повторители.

Таким образом, выходы были адаптированы для управления транзисторами MOSFET, которые имеют большую входную емкость и требуют быстрой разрядки с высоким током. Ток, который может выдать генератор, составляет 400 мА. Затворы транзисторов могут быть подключены к выходам напрямую, но путем экспериментов и добавления резисторов достигаются лучшие результаты. Резисторы R8 и R9 снижают значение напряжения практически до нуля. Питание микросхемы осуществляется от одного напряжения, но оно разделено цепью состоящей из фильтров R1, C1 и C3, а также R2 и конденсаторами C2 и C4. Эти фильтры защищают от падения напряжения на выводах VC (вывод 13) VCC (вывод 15). Без этих дополнительных элементов генератор не будет работать должным образом.

Читайте так же:
Шайбы регулировки клапанов двигателя g4gc

С OUTA (вывод 11) и OUTB (вывод 14), как упоминалось ранее, осуществляется управление оконечных транзисторов MOSFET. Наиболее важными параметрами являются напряжение пробоя, ток исток-сток, сопротивление полному открытию и емкость затвора. Между значением напряжения пробоя и сопротивлением существует некоторая зависимость. Чем выше напряжение пробоя, тем выше сопротивление, а значит, и мощность потерь, поэтому при подключении устройства мы должны знать его напряжение питания и правильно выбирать транзистор.

В нашем случае предпочитаем транзистор IRFZ44 для низких напряжений питания двигателя, напряжение пробоя которого составляет 50В и сопротивление открытия около 0.0175 Ом , а для высоких напряжений питания двигателя — транзистор IRF840 с напряжением пробоя 400В и сопротивление около 0,85 Ом. Транзисторы заземлены. Выходы транзисторов A и B ослаблены, потому что можно подключить двигатель к питающему напряжению генератора или к внешнему напряжению. Способ подключения регулировка двигателей постоянного тока (ШИМ) показан на рисунке.
Способ подключения
Как видите, стоки транзисторов закорочены и подключены к одному полюсу двигателя, другой полюс подключен к положительному напряжению питания. Кроме того, к двигателю может быть подключен диод в направлении, противоположном полярности напряжения питания. Он подавляет энергию самоиндукции двигателя. Для более мощных двигателей и более высоких напряжений питания тип диода следует подбирать индивидуально. Для малой мощности это может быть диод 1N4007. Кроме того, можно попробовать подключить конденсатор емкостью около 100нФ. 330нФ напряжением на 400В параллельно диоду, что также подавит энергию самоиндукции.

Генератор формирует сигналы на выходах A и B, сдвинутые на 180 градусов, так что нет возможности одновременного высокого состояния на обоих выходах, поэтому транзисторы управляются поочередно. Короткое замыкание стоков дает возможность получить пробег без мертвых зон, пригодный для управления двигателем с одной катушкой. Формы сигналов регулировка двигателей постоянного тока (ШИМ) представлены на рисунке.
Формы сигналов
Как правило, устройство предназначено для управления двигателями постоянного тока. Его также можно использовать для запуска преобразователей и импульсных источников питания, подключив катушки трансформатора вместо двигателя, поэтому подключение стоков на плате разделено. Можно управлять трансформатором с двумя катушками. Настройка частоты и рабочего цикла такая же, как и для подключенного двигателя. Изменить рабочую частоту генератора, изменив номинал конденсатора CT. Чем больше емкость, тем ниже частота. Изменяя значение сопротивления в цепи RT, мы можем изменить диапазон настройки.
Вариант печатной платы
Для настройки понадобится, регулируемый источник постоянного напряжения с ограничением тока, осциллограф, двигатель постоянного тока и маломощная лампочка на 12В. Вначале проверяем качество платы на предмет механических повреждений. Устанавливаем напряжение блока питания на 12В и ограничение тока на 0,5А. Подключаем питание к устройству. Далее измеряем напряжение на контактах 13 (VC) и 15 (VCC) оно должно быть 12В. Включаем питание и поочередно подключаем осциллограф к затворам транзисторов Т1 и Т2. Мы должны увидеть прямоугольные импульсы.

Регулируя потенциометр P1, мы можем изменять частоту, а P2 — наполнение. Затем подключаем лампочку к контактам, где подключается двигатель, как на рисунке приведенным выше, без диода к питающему напряжению. Теперь подключаем осциллограф и наблюдаем за работой лампочки относительно земли. При регулировке потенциометрами мы можем наблюдать изменение яркости свечения лампочки.

Затем вместо лампочки подключаем двигатель с включенным параллельно обмотки диодом, меняя ограничение тока блока питания на большее. Регулируя потенциометры, мы можем наблюдать изменение скорости вращения. Следует помнить, что частота вращения и мощность двигателя также зависят от нагрузки, поэтому регулировка производится в конкретных условиях. Как известно, на транзисторах под нагрузкой мощность выделяется в виде тепла, в зависимости от тока и напряжения питания.

При определенных условиях он довольно большой, и тогда тепло необходимо отводить с помощью радиаторов. Это может быть кусок алюминиевой пластины или подходящий профиль. В случае, когда мы используем суммарную форму волны, это может быть один общий радиатор. Вот на этом все о схеме.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Регулятор скорости двигателя постоянного тока изменение скорости двигателя постоянного тока является фундаментальной задачей во многих схемах приводов. В статье представлен несложный и, самое главное, «не микропроцессорный» двунаправленный регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока с использованием метода ШИМ. Регулятор будет полезен для самостоятельных разработчиков для регулирования скорости инструментов и в устройствах, которые они собирают.

В этом устройстве потенциометр используется для регулировки скорости двигателя постоянного тока. В крайнем положениях двигатель работает на максимальной скорости в заданном направлении. Двигатель останавливается и тормозит, когда потенциометр находится в среднем положении. Изменение направления выполняется автоматически в зависимости от положения потенциометра.

Читайте так же:
Регулировка скорости вращения электромотора

В крайних положениях сигнал ШИМ имеет 100% заполнение, что обеспечивает минимальные потери при максимальной скорости. «Нулевое» положение имеет мертвую зону, что способствует остановке двигателя. Регулятор может питаться напряжением в диапазоне 8 … 30В постоянного тока, что обеспечивает взаимодействие с типовыми двигателями постоянного тока. Максимальная токовая пропускная способность регулятора составляет 2А. Принципиальная схема регулятора представлена на рисунке.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Регулятор скорости двигателя постоянного тока состоит из четырех функциональных блоков:

ШИМ 0 … 100% генератор, управляемый напряжением на интегральной микросхеме LTC6992-1 (U1).

Блок обработки управляющего сигналом на микросхеме LM324 (U4)

Детектор направления и логическое управление драйвером двигателя 74HC00 (U2)

Драйвер двигателя с защитой микросхема DRV8871 (U3).

Ну и конечно источник питания схемы управления обеспечивает стабилизатор U5 LM317.Схема регулятор скорости двигателя постоянного тока основана на специализированной интегральной микросхеме DRV8871 (U3). Блок-схема привода показана на рисунке.

Блок-схема DRV8871

Он содержит все компоненты, необходимые для управления щеточным электродвигателем постоянного тока два полумоста MOSFET с низким сопротивлением и систему измерения тока двигателя, для которой не требуются внешние компоненты, логика безопасности, встроенная система защиты от перегрузки и тепловой защиты и логика управления входом.

Встроенный датчик тока двигателя не требует внешнего измерительного резистора, но все же можно изменить максимальный ток обмотки, выбрав резистор, подключенный к выводу ILim, в соответствии с формулой ILim = 64 / R8. В прототипе ток был установлен на 2А, что соответствует сопротивлению R8 около 33 к. Минимальное значение резистора было установлено на уровне 15 к. Резистор следует выбирать в зависимости от используемого двигателя. Направление вращения регулируется L / R с использованием входов IN1 / IN2.

Вид платы в сборе

Логическая схема, выполнена с использованием микросхемы U2 (74HC00), которая изменяет управление на стандарт PWM / DIR. Двухцветный светодиод указывает направление вращения и индикацию заполнения ШИМ. Компаратор на операционном усилителе U4A сравнивает напряжение от ползунка потенциометра ШИМ с опорным напряжением REF = 2,5В, генерируя внутренний сигнал DIR, определяющий направление вращения двигателя. Опорное напряжение является производным от напряжения питания 5В (стабилизированном U5) через делитель R23 / R24 и буферизуется цепь U4B. Когда заполнение сигнала ШИМ равно 0%, двигатель останавливается. ШИМ-сигнал генерируется микросхемой UC LTC6992-1, блок-схема которой показана на рисунке.

блок-схема LTC6992-1

Она содержит все блоки, необходимые для реализации генератора ШИМ с фиксированной частотой и регулируемым рабочим циклом. Опорная частота встроенного генератора устанавливается резистором, подключенным к входу SET (R1). Дополнительное деление частоты устанавливает делитель, подключенный к выводу DIV (R2 / R3). Изменение напряжения на клемме MOD в диапазоне 0 … 1В изменяет рабочий цикл в пределах 0 … 100%.

В прототипе частота генератора была установлена на уровне около 128 кГц, а степень деления на уровне 256, что дает тактовую частоту 500 Гц. Управляющий сигнал генератора ШИМ генерируется в схеме из двух дифференциальных усилителей U4C / U4D, которые отвечают за преобразование напряжения 0 … 5В от потенциометра ШИМ в управляющее напряжение MOD U1 в диапазоне 0 … 1 В.

Усилитель U4C работает для напряжения потенциометра в диапазоне 2,5 … 5В, масштабирование их до диапазона 0 … 1,7В, а U4D соответственно от 0 … 2,5В до 1,7 … 0В. Диоды D2 и D3 добавляют напряжение к усилителям U4C / U4D и вместе с резисторами R15, R20 вводят небольшую мертвую зону в среднее положение потенциометра. Диоды D4 и D5 защищают вход MOD U1 от превышения допустимого диапазона напряжения.

Напряжение питания 5В выполнено на стабилизаторе U5 LM317 в типовом включении. Питание регулятора осуществляется через разъем PWR напряжением от 8 … 30В с мощностью, соответствующей используемому двигателю. Двигатель подключен к разъему DCM, модуль контроллера собран на двусторонней печатной плате, которая показана на рисунке.

Печатная плата регулятора

В зависимости от требуемой точности регулировки вместо обычного потенциометра (PWM) вы можете применить SIP-разъем и использовать внешний многооборотный потенциометр с сопротивлением 1 к. Микросхема U3 может быть оснащена небольшим радиатором для облегчения рассеивания тепла. Правильно собранный регулятор скорости двигателя постоянного тока, не нуждается в настройке, но стоит проверить управляющие напряжения CTRL, DIR, PWM в зависимости от положения потенциометра. Иногда стоит осознать, что даже в 21 веке не все нужно делать с помощью микроконтроллера или микропроцессора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector