Драйвер для трехфазного двигателя своими руками
Трёхфазные двигатели постоянного тока довольно часто применяются в быту и промышленности. Для их управления требуется техническое средство, преобразующее сигналы малой мощности в токи, способные управлять моторами.
Для этой цели существуют схемы различной степени сложности. Все они отличаются друг от друга либо мощностью, либо элементной базой, на основе которой они изготовлены. Рассмотрим для начала простейшие схемы.
Транзистор
Начинающему электрику приходится задаться вопросом подключения мотора к микроконтроллеру. Самым простым и мощным посредником для этого станет транзистор. Подойдут и полевые, и биполярные транзисторы. Самая элементарная схема управления двигателем постоянного тока показана на рисунке.
По существу, это наипростейший драйвер двигателя постоянного тока, предназначенный выполнить свою функцию. Диод, подключенный параллельно обмоткам мотора, защитит от возгорания элементов микросхемы в момент остановки электродвигателя, когда ЭДС самоиндукции создаст на обмотках резкий скачок напряжения. Транзистор КТ315 позволит:
- регулировать ток I< 1 А и напряжение U< 40 В;
- включать/отключать двигатель в одном направлении.
Для двухстороннего управления необходимо более сложное устройство.
Н-мост
Составление электроэлементов соответствующим образом (по типу Н-моста) позволит управлять мотором в обе стороны. H-мост представлен на чертеже:
Где INA, INB — входные сигналы управления;
VCC — электропитание моторов, в несколько раз превышающее напряжения управляющего сигнала;
GND — общая земля.
При подаче положительного сигнала на один из входов, электродвигатель будет вращаться в ту или иную сторону. Обычно, схема драйвера кроме H-моста, дополняется защитными диодами, фильтрами, опторазвязками и другими улучшениями. Самым популярным чипом драйвером является IR2110.
Рабочая схема Н-моста с IR2110
H-мост предназначается для управления моторами тогда, когда потребляемая мощность превышает 300 Вт. Если детали на рисунке слишком мелкие, то кликните по этой картинке — она увеличится.
В подобных схемах используются МОП-транзисторы. Система управления создаётся на основе микроконтроллеров. Результатом будет сформированная чистая синусоида на выходе.
Рекомендации
Использование в бытовых условиях трёхфазных двигателей постоянного тока не вызывает никаких затруднений тогда, когда управление ими осуществляется посредством специальных драйверов, например:
- одного реверсируемого двигателя постоянного тока;
- двух двигателей постоянного тока;
- двигателя постоянного тока с регулятором скорости.
Вооружившись технологией и желанием собрать устройство своими руками можно смело браться за дело. При работе драйверов требуется учитывать конструктивные особенности и некоторые рекомендации по подключению:
- проверка уровня заряда аккумуляторов, напряжение должно быть не менее 12 В;
- не допускать высоких токовых значений на выходе моста, чтобы не сгорели транзисторы;
- если продолжительное включение драйвера приводит к перегреву корпуса транзистора, то понадобится установка радиатора решетчатого типа на сток транзистора;
- двигатель с источником питания по шине +12 В выполнять многожильным медным кабелем, рассчитанным на большой ток.
Заключение
Трёхфазные электродвигатели широко применяются на разнообразном оборудовании, их постоянно совершенствуют, благодаря развитию полупроводниковой техники. Предлагаются универсальные решения создания устройств, работающих в широком диапазоне рабочих параметров, обеспечивающих надежную и удобную эксплуатацию агрегатов.
При желании можно самим собрать драйвер, и с помощью него вращать трёхфазный двигатель. По стоимости покупка отдельных компонентов схем и выполнение сборки собственноручно обходится дешевле, чем приобретение готового устройства.
Ещё по теме:
— Схемы подключения асинхронного и синхронного однофазных двигателей
— Схемы подключения электродвигателя через конденсаторы
— Реверсивная схема подключения электродвигателя
— Плавный пуск электродвигателя своими руками
—В чем разница асинхронного и синхронного двигателей
— Реверсивное подключение однофазного асинхронного двигателя своими руками
— Как проверить электродвигатель
— Ремонт электродвигателей
Надежный асинхронный двигатель переменного тока контроллер для двигателей и электромобилей Certified Products
Ознакомьтесь с полным ассортиментом мощных, надежных и эффективных. асинхронный двигатель переменного тока контроллер на Alibaba.com для обслуживания различных электрических приборов и двигателей электромобилей. Эти новаторские и продвинутые. асинхронный двигатель переменного тока контроллер - это ультрасовременные продукты, которые действуют как великолепные блоки управления приборами и имеют прочную конструкцию. Файл. асинхронный двигатель переменного тока контроллер, предлагаемые для продажи на сайте, имеют компактные размеры и содержат все необходимые стандартные функции. Эти продукты предлагаются на сайте ведущими поставщиками и оптовиками по конкурентоспособным ценам и доступным ценам.Профессионал. асинхронный двигатель переменного тока контроллер выставленные на продажу на сайте товары и аксессуары отличаются не только высоким качеством, чтобы прослужить долгое время, но и надежными с точки зрения производительности и устойчивости. Они энергоэффективны и могут грамотно управлять электроприборами в соответствии с вашими требованиями. Эти. асинхронный двигатель переменного тока контроллер обладают высокой масштабируемостью и могут быть полностью настроены в соответствии с требованиями заказчика. Эти. асинхронный двигатель переменного тока контроллер устойчивы к температуре и могут поставляться с различными наборами напряжений, начиная с 12 В.
На Alibaba.com вы можете выбирать между несколькими разновидностями. асинхронный двигатель переменного тока контроллер разных размеров, форм, цветов, функций и возможностей в зависимости от ваших требований. Эти. асинхронный двигатель переменного тока контроллер идеально подходят для электромобилей и оснащены такими функциями, как нулевой джиттер, защита от кражи, жесткий и плавный запуск и многое другое. Вы можете использовать их. асинхронный двигатель переменного тока контроллер для применения как в коммерческих, так и в промышленных целях благодаря превосходным двигателям постоянного тока и синусоидальным технологиям.
Купите эти продукты на Alibaba.com, ознакомившись с широким спектром. асинхронный двигатель переменного тока контроллер, который также соответствует вашему бюджету и требованиям. Эти сертифицированные ISO, SGS и CE продукты доступны как OEM, так и ODM для оптовых закупок. Вы также можете найти эти продукты, совместимые с солнечными приборами или приборами.
Трехфазные драйверы нового поколения
20 марта 2008
Направления разработок 5-го поколения интегральных драйверов IR для электропривода
Поскольку современные разработки массового электропривода для промышленных приложений и бытовой техники ориентированы в основном на применение трехфазных асинхронных электродвигателей и бесконтактных двигателей постоянного тока, компания International Rectifier уделяет большое внимание совершенствованию соответствующей элементной базы, в том числе высоковольтных микросхем драйверов МОП-затворов. ИС трехфазных драйверов являются наиболее перспективным техническим решением для управления инверторами приводов мощностью до нескольких киловатт. Они позволяют интегрировать на одном кристалле необходимый набор функций управления и защиты силовой электроники, создавать наиболее простую, компактную и стабильную схему управления, не требуют сложных схем питания, обладают высоким быстродействием. Рост требований к силовой электронике массового привода, прежде всего по цене, компактности, КПД, надежности, отражается и на требованиях к драйверам. Технология драйверов 5-го поколения была разработана компанией IR специально для того, чтобы иметь возможность удовлетворять эти растущие требования на длительную перспективу. Эта технология позволяет повысить уровень интеграции функциональных возможностей при сохранении площади кристалла и цены.
В новых разработках драйверов IR для электропривода мощностью до нескольких киловатт можно выделить два основных направления.
Первое преследует цель создания максимально компактных ИС с минимальной ценой при ограниченном росте функциональных возможностей. Эти ИС предназначены для замены ИС предыдущего поколения при модернизации электроники привода, с целью снижения цены и упрощения схемотехники.
Второе направлено на разработку ИС для привода нового поколения с существенно более высокой эффективностью, широким набором функциональных возможностей при сохранении уровней цены и сложности схемотехники.
В рамках этих направлений IR уже приступила к серийному производству нескольких новых семейств драйверов.
Трехфазные драйверы для модернизации серийной продукции
Первым из новых семейств этого направления является серия IRS2336Dx, которая должна заменить популярную серию IR2136x предыдущего поколения.
Общая характеристика серии
В семейство входят 600-вольтовые драйверы IRS2336D и IRS23364D. Диапазон выходных напряжений первого равен 10…20 В (предназначен для управления силовыми МОП-транзисторами), второго 12…20 В (предназначен для управления IGBT). Драйверы выпускаются в 28-выводных корпусах DIP, SOIC и 44-выводном PLCC в бессвинцовом исполнении. Температурный диапазон эксплуатации микросхем от -40 до 125°С, хранения — от -55 до 150°С. Изделия этой серии относятся к классу ИС для индустриальных приложений по стандарту JEDEC JESD 47-E. Микросхемы в корпусах для поверхностного монтажа отвечают требованиям устойчивости к воздействию влажности уровня MSL-3 по JEDEC J-STD-020C. Схема включения этих микросхем представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема включения ИС серии IRS2336xD
Она во многом схожа со схемой для драйверов серии IR2136x, отсутствует лишь цепь бутстрепного ультрабыстрого диода.
Для упрощения перехода со старых ИС серии IR2136x на новые сохранено расположение и назначение выводов. ИС имеет 6 входов управления ключами инвертора (HIN-верхними, LIN-нижними), совместимых с КМОП- и ТТЛ-логикой любого уровня (включая 3,3 В), что позволяет реализовать управление драйвером напрямую от микроконтроллера. Выходы управления ключами инвертора (HO-верхние, LO-нижние) синфазны со входами HIN, LIN у драйвера IRS23364D и находятся в противофазе у IRS2336D.
Типовой уровень выходных токов драйверов новой серии (выводы HO, LO микросхемы) составляет 180 мА и 330 мА (втекающий/вытекающий ток затвора). Графики из справочных листов драйверов серии IRS2336xD (рис. 2) помогут подобрать частоту переключения драйверов при известных величине заряда затвора ключей инвертора и напряжении шины постоянного тока.
Рис. 2. Зависимость максимальной частоты переключения драйвера от заряда затвора транзистора и напряжения шины постоянного тока
Вход En (Enable) предназначен для дистанционного управления драйвером. Разрешение на работу драйвера дается при высоком логическом уровне на входе, запрещение при низком (уровень 0,8 В). Входной фильтр ИС на этом входе устраняет возможность срабатывания от ложных импульсов длительностью до 200 нс.
Интегрированный бутстрепный контур
В новых драйверах роль бутстрепного диода выполняют BootFET — бутстрепные МОП-транзисторы, интегрированные в кристалл ИС, что во многих случаях исключает необходимость применения внешних бутстрепных ультрабыстрых диодов и резисторов. Три бутстрепных транзистора подсоединены ко входу питания Vcc и к выходам Vв1, Vв2, Vв3 источников питания с плавающим уровнем, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Подключение BootFET в ИС IRS2336xD
Интегральные BootFET включены только при высоком уровне выходов LO управления нижними ключами инвертора (рис. 4).
Рис. 4. График состояния BootFET
Напряжение Vвs на конденсаторе между выходами B и S циклически повышается в зависимости от времени нахождения выхода LO на низком уровне, емкости конденсатора, напряжения исток-сток (коллектор-эмиттер) и падения напряжения на антипараллельном диоде инвертора. Временные диаграммы бустрепных транзисторов примерно повторяют состояние выходов LO. BootFET находятся в проводящем состоянии при высоком уровне выхода LO и когда Vвs не превышает напряжение питания микросхемы Vcc (равное 15 В) более чем на 10%.
Интегральные бутстрепные транзисторы способны заменить внешние бутстрепные диоды в большинстве практических приложений. Ограничения в их применении могут быть связаны или со специфической схемотехникой (например, при реализации схем 6-шаговой модуляции) или с более низким, чем у ультрабыстрых диодов, быстродействием (в типовых бутстреных цепях обычно применяют диоды со временем обратного восстановления 100 нс). В этих случаях задача может быть решена дополнением схемы включения обычной бутстрепной цепью с ультрабыстрым диодом.
Повышенная устойчивость к помехам
С целью обеспечения высокой помехоустойчивости в драйверах новой серии сохранено разделение сигнальной и силовой земли, как это ранее было сделано в серии IR2136x. Выход сигнальной земли Vss используется в схемах защиты от перегрузки по току и формирования управления на входах HIN, LIN. Выход силовой земли COM совместно с выходами LO применяется при формировании управления нижними ключами инвертора. Помимо этого в новых драйверах применяются усовершенствованные входные фильтры. Отличие в логике работы такого фильтра иллюстрирует рис. 5.
Рис. 5. Логика работы обычного и усовершенствованного входных фильтров
Входной фильтр с обычной логикой работы бланкирует появление высокого уровня на выходе на время фильтрации tFIL,IN, и длительность выходного импульса по отношению ко входному уменьшается на время фильтрации (пунктирная линия на рис. 5). В усовершенствованном фильтре выходной сигнал также появляется с задержкой tFIL,IN, но длительность выходного импульса совпадает с длительностью входного (сплошная линия). Это позволяет эффективно устранять срабатывание схемы как от положительных, так и от отрицательных импульсных помех длительностью менее tFIL,IN. При более длинных входных импульсах длительность входных и выходных импульсов совпадает с достаточно высокой точностью (рис. 6).
Рис. 6. Длительность импульса на выходе усовершенствованного входного фильтра
В драйверах серии IRS2336xD усовершенствованные входные фильтры установлены на входах HIN, LIN управления инвертором (время фильтрации 350 нс) и на входе EN (200 нс).
Обеспечение надежного управления ключами инвертора
Временные задержки между сигналами управления на входе и выходными сигналами меняются в диапазоне 400…750 нс, а времена нарастания и спада на выходе — в диапазонах 110…190 нс и 35…75 нс соответственно. В трехфазных драйверах предусмотрено несколько ступеней функциональной защиты для предотвращения одновременного включения транзисторов инвертора и возникновения сквозных токов.
Специальная логическая схема устанавливает низкий уровень на выходах управления затворами верхнего и нижнего ключей при одновременном появлении высокого логического уровня на входах управления, тем самым блокируя работу драйвера.
В динамическом режиме работы драйвера разброс времен задержки между входным и выходным сигналами и фронтов выходных сигналов каналов драйвера может привести к перекрытию выходных сигналов и нежелательному срабатыванию ключей инвертора. Для предотвращения этого в схеме драйвера предусмотрен логический узел, который обеспечивает одинаковое время срабатывания верхнего и нижнего каналов драйвера, управляющих стойкой инвертора. Максимальная разница времен срабатывания составляет 50 нс (параметр МТ справочного листа). Помимо этого устраняется разница во временах срабатывания как между нижними, так и между верхними ключами.
Для предотвращения сквозных токов инвертора в драйверах предусмотрен узел формирования фиксированной паузы на переключение. Номинальная длительность паузы 300 нс (диапазон 190…420 нс). Схема формирования пауз обеспечивает для каналов управления верхним и нижним ключом разброс длительности пауз не более 60 нс. Это же относится и к разбросу длительности пауз между схемами управления всеми тремя стойками инвертора.
Высокая устойчивость к отрицательному смещению на выходе
Напряжение на выходах трехфазного инвертора (средние точки стоек) при идеальных условиях работы меняется от нуля (шина нулевого потенциала) до напряжения шины постоянного тока. На средней точке стойки Vs может за короткое время возникнуть значительное отрицательное смещение, которое будет передано на выход драйвера. Причиной этого может быть наличие индуктивной нагрузки, паразитные индуктивности в стойках инвертора, коммутация больших токов в течение коротких промежутков времени. Такая ситуация может происходить как в рабочем режиме, так и в режиме короткого замыкания, выключения при перегрузке по току и т.д. Драйверы новой серии способны успешно противостоять таким воздействиям. График на рис. 7 иллюстрирует возможность работы драйверов серии IRS2336xD при ударных отрицательных смещениях напряжения до минус 60 В.
Рис. 7. Устойчивость к отрицательному смещению на выходе (средней точке стойки) в зависимости от времени
С учетом этого драйверы новой серии являются гораздо более надежными силовыми ИС для управления инверторами приводов в реальных условиях эксплуатации.
Функции защиты
В новых ИС сохранены функции защиты, реализованные ранее в ИС серии IR2136x.
Вывод FAULT предназначен для передачи информации об аварийной ситуации за время работы таймера, программируемого внешней цепью RRCIN, CRCIN. Номинал резистора может быть выбран в диапазоне от 0,5 до 2 Мом, керамический конденсатор может иметь емкость до 1 нФ. Работа драйвера блокируется в двух случаях — при низком напряжении питания (уровень 8,9…8,2 В) и при наличии высокого уровня на входе ITRIP.
Рисунок 8 иллюстрирует вторую из этих ситуаций. При высоком уровне сигнала на выводе ITRIP напряжение на выводах VRCIN и VFAULT снижается до уровня на выводе Vss (сигнальная земля).
Рис. 8. Временные диаграммы работы таймера и выхода FAULT
Когда уровень сигнала на выводе ITRIP становится низким, запускается таймер, который спустя время tFLTCLR (определяется постоянной времени RС-цепи) производит сброс входа FAULT, уровень сигнала на котором снова становится высоким.
Вход ITRIP может быть использован для обнаружения перегрузки по току в шине нулевого потенциала инвертора. В этом случае выходы ИС переводятся на низкий уровень и выдается сигнал аварийной ситуации по выходу FAULT. Номиналы делителя R0, R1, R2 (рис. 9) определяются исходя из порогового уровня 0,46 В на входе ITRIP и уровня тока срабатывания защиты.
Рис. 9. Схема обнаружения перегрузки по току
Аналогичным образом может быть обеспечена защита от перегрева. Параметры термистора Rt и резисторов R3, R4 должны быть выбраны таким образом, чтобы пороговое напряжение 0,46 В было достигнуто при максимально допустимой температуре. Рисунок 9 показывает, как обеспечить одновременную реализацию этих возможностей с помощью развязывающих диодов.
(Продолжение следует)
Литература
1. Data sheet IR2136x
2. Data sheet IRS2336xD.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: [email protected]
Силовой миниблок для сильноточных POL-конверторов
Компания International Rectifier анонсировала iP1206 — новое техническое решение для реализации понижающих синхронных конверторов, применяемых при питании телекоммуникационного и сетевого оборудования. Микросхема является новейшим дополнением в семействе iPOWIRTM силовых миниблоков, содержащих все пассивные компоненты и полупроводниковые приборы для реализации силовой части синхронных преобразователей. На базе iP1206 можно реализовать однофазный конвертор с выходным током до 30 А и двухфазный конвертор с двумя независимыми выходами на токи по 15 А. Обе опции основаны на противофазной работе каналов с целью снижения пульсаций входного напряжения и тока. Для достижения высокой объемной плотности в iP1206 применены полноценный ШИМ-контроллер и оптимизированный силовой каскад на современных полупроводниковых приборах.
Поскольку новая микросхема содержит все важные с точки зрения качества преобразования полупроводниковые и пассивные компоненты, то для создания высококачественного преобразователя требуется дополнительно всего несколько пассивных мощных компонентов. При этом существенно снижаются требования к квалификации разработчика и печатной плате. Особенностями iP1206PBF являются постоянная частота ШИМ 600 кГц в каналах, ограничение тока без потерь, защита от перенапряжения и перегрева, режим старта со смещением, трэкинг выходного напряжения.
Диапазон входных напряжений составляет 7,5…14,5 В, выходных 0,8…5,5 В. Микросхема выпускается в корпусе LGA. Для упрощения освоения применения iP1206 компания предлагает демонстрационный преобразователь IRDCiP1206-B 2х15А и онлайн-моделирование работы преобразователя iP1206 Spice circuit simulation.
•••
Наши информационные каналы
Преобразователь частоты для асинхронного – схема
Асинхронный двигатель (машина) – это электрический двигатель, частота вращения которого не совпадает с частотой тока (ЭДС), прикладываемого к статору.
Рис. 1. Асинхронный двигатель
К преимуществам таких двигателей можно отнести их низкую стоимость, простоту изготовления и эксплуатации, а также возможность прямого включения (без регулирования или преобразования питающего тока). Есть у них и недостатки: высокие требования к пусковому току, сложная регулировка оборотов, низкий коэффициент мощности и др.
Здесь стоит отметить, что асинхронные двигатели рассчитаны на работу только с трехфазным напряжением, только в этом случае не требуются никакие преобразователи.
Однако, в быту часто требуется запитать асинхронный двигатель от обычной сети переменного тока с одной фазой, и именно здесь кроется основная проблема.
Необходимость использования частотного преобразователя
Есть несколько способов управления асинхронным двигателем, и один из них – регулировка частоты.
Изменяя частоту питающего тока, вы меняете частоту вращения двигателя, можете запустить его или наоборот – остановить.
В качестве преобразователя напряжения наибольшее распространение нашли инверторные схемы. Они обеспечивают широкий диапазон регулировки частот, обладают высоким КПД и другими отличными техническими характеристиками.
Схему работы инверторов можно изобразить следующим образом.
Рис. 2. Схема работы инверторов
Однофазное переменное напряжение преобразуется в постоянное, подается в блок с импульсным инвертором, который формирует три независимых переменных напряжения (одинакового уровня, но со смещенной фазой) — ключа.
Схема инверторного преобразователя для асинхронного двигателя
Преобразователи можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками.
Сложность проектирования и создания таких схем заключается в логике их работы. В настоящее время с приходом программируемых контроллеров Arduino и т.п. имеется возможность создавать сложные схемы с широким диапазоном регулировки частот всех трех питающих напряжений. Однако, для начала рассмотрим простые варианты.
Двигатель ДИД-0.5ТА (напряжение питания около 27 В, частота вращения – до 400 Гц) имеет небольшую мощность и широко применяется в системах автоматики. Чтобы привести его в движение и отрегулировать частоту вращения вала можно использовать следующую схему.
Рис. 3. Схема двигателя
По сути она представляет собой три разделенных генератора частоты (ключа) на базе логических элементов.
За регулировку отвечает резистор R2. Такая схема не подойдет для запуска асинхронных двигателей, работающих от трехфазного напряжения 380 В.
Для этих целей можно использовать адаптированную схему.
Рис. 4. Адаптированная схема
Здесь блоки выходных ключей A2 и А3 изображены схематично, так как полностью дублируют блок А1.
Программировать здесь ничего не нужно.
Более сложные реализации
Многие производители предлагают специальные контроллеры, на базе которых управление асинхронными двигателями существенно упрощается.
Один из таких вариантов – контроллер MC3PHAC.
Рекомендуемая производителем схема подключения.
Рис. 5. Схема подключения
Реализация платы частотного преобразователя может быть, например, такой.
Рис. 6. Реализация платы частотного преобразователя
Обмен данными по последовательному интерфейсу RS232 с персональным компьютером не обязателен. Схема может работать автономно.
Управляющие сигналы и процедуры инициализации можно уточнить в даташите производителя.
Еще один вариант с готовой прошивкой для микроконтроллера
Схема использовалась для питания трехфазного двигателя на пилораме (наверное, самый популярный способ использования трехфазных двигателей).
Рис. 7. Схема для питания трехфазного двигателя
Блок питания к ней.
Рис. 8. Схема блока питания
Вариант печатной платы.
Рис. 9. Печатная плата
Частота может регулироваться в диапазоне 2,5-50 Гц с шагом 1,25. ШИМ – 1700 – 3300 Гц. Мощность двигателя – не более 4 кВт.
После одиночного короткого нажатия на кнопку «пуск» подается пусковая частота – 10 Гц. А удерживание инициирует дальнейший разгон до 50 Гц (в течении приблизительно 2 секунд).
Прошивка для контроллера PIC16F628(A) здесь.
Автор: RadioRadar
1 кВт, 3-фазный, PFC, ACI, PMSM, BLDC
КомплектТиповое решение для управления высоковольтным двигателем и ККМ предоставляет разработчику простой и способ оценки возможностей микроконтроллеров Piccolo или Delfino и аналоговых схем TI в высоковольтных приложениях. Один микроконтроллер контролирует работу корректора коэффициента мощности (PFC) и схему управления двигателем. Схема PFC питается от универсального входа переменного тока (от ~ 110 до ~ 240 В) и выдает до 750 Вт мощности.
Схема привода двигателя может быть запитана либо от PFC, либо от отдельного силового блока, может работать при входном напряжении до 400 В и выдавать в нагрузку мощность до 1,5 киловатт. Драйвер двигателя может приводить в движение наиболее распространенные типы трехфазных двигателей: двигатель переменного тока, асинхронный двигатель постоянного тока и синхронные двигатели с постоянными магнитами. Микроконтроллер управляет каждым типом двигателя с помощью обратной связи по замкнутому контуру (трапециевидный, V/F или FOC), используя показания датчиков или бессенсорные методы на основе обратной ЭДС.
Файлы
Схемы и диаграммы
Быстро получите общее представление о схемотехнике решения
Тесты и Инструкции
Протестируйте плату по готовым тестам
Печатные платы и ПО
Ускорьте разработку по готовому дизайну
Реверс трехфазного асинхронного двигателя | 2 Схемы
Предлагается схема электронного переключателя на твердотельных тиристорах (управляемые кремниевые выпрямители SCR), предназначенная для реверсирования трехфазного двигателя. Тут отсутствуют движущиеся механические контакты — как известно, традиционное реверсирование осуществляется парой контакторов, которые меняют местами две из трех линий переменного тока. Но у контакторов есть недостатки — они дороги и имеют ограниченный срок службы при повторяющемся частом переключении.
Схема релейного реверса 3-фазного мотора
Для начала схема обычного релейного реверса, чтоб лучше понять процесс. Вот схема принципиальная и далее монтажная реверсивного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
- SB1 — «Вперед»
- SB2 — «Назад»
- SB3 — «Стоп»
Схема электронного реверса двигателя
А это электронное реверсирование:
Схема управления — драйвер.
Обратите внимание, что эта схема не обеспечивает управление скоростью, поскольку двигатель работает на своей базовой скорости, и не обеспечивает переключение при нулевом напряжении. Для контроля вращения используйте схему частотного регулятора.
Как работает электронный реверс
Тиристоры SCR получают повторяющуюся серию импульсов, которая как включает их, так и поддерживает их проводимость. Импульсы управления генерируются м/с 555 и изолируются гальванически через 4 вторичных импульсных трансформатора. Для каждой линии один такой контур. Когда 555 заблокирована, импульсы на управляющем электроде прекращаются, и ток SCR коммутируется по линии переменного напряжения.
Почему SCR? Они намного более надежны чем обычные тиристоры, потому что они рассчитаны на более высокую температуру перехода, имеют более низкие потери проводимости, более высокое номинальное напряжение, более высокое значение dV / dT и более высокий номинальный ток короткого замыкания. Конечно недостатком является требование, чтоб пара проводила оба полупериода.
Полупроводниковый предохранитель необходим для прерывания межфазного тока короткого замыкания, причём достаточно быстро, чтобы уберечь тиристоры от сгорания. Если оба направления включаются одновременно, происходит межфазное короткое замыкание. Отключающий ток предохранителя должен быть существенно меньше тока силового полупроводника.
Добавление конденсатора 0,1 мкФ между управляющим электродом и катодом существенно увеличивает номинальное значение dV / dT устройства, а также снижает шумовую чувствительность.
Демпфер RC подключен к каждой ячейке. Резистор поглощает энергию, вызванную всплеском линейного шума — такое может произойти при включении питания и может вызвать ложное срабатывание тиристоров. Он также поглощает энергию всплеска напряжения выключения SCR, которая является функцией скорости изменения восстановленного тока заряда SCR и индуктивности последовательной цепи.
Трансформаторы импульсные
Трансформатор можно легко изготовить из соответствующих материалов. Он предназначен для пикового первичного напряжения 24 В, но его можно изменить для снижения напряжения путем регулировки количества витков первичной обмотки. Другой подход — параллельное соединение двух импульсных трансформаторов с двумя вторичными обмотками каждый.
Характеристики импульсного трансформатора
Нельзя устанавливать высокий уровень на обоих выходах одновременно. Он должен обеспечивать как минимум 1 линейный цикл для SCR, для коммутации линии перед изменением направления вращения.
В противном случае необходимо предусмотреть промежуток времени между сменой направлений, чтобы скорость двигателя снизилась. Хотя скорость не обязательно должна падать до нуля, это снизит повышение температуры двигателя, поскольку реверс двигателя, когда он вращается в другом направлении, приводит к очень высоким токам мотора.
Однофазная испытательная схема
Поскольку в радиолюбительской лаборатории как правило нет трехфазного источника питания для работы двигателя, тестирование может быть однофазным. Для этого требуется только два SCR, соединенных встречно параллельно, и половина цепи управления.
Однофазный тестовый сигнал на осциллографе показан выше.
Управление электродвигателем
Автор: admin6 Май
TC78H621FNG и TC78H611FNG от компании Toshiba выполнены по двухканальной H-мостовой схеме, использующей встроенные силовые DMOS-транзисторы в качестве выходных каскадов. Устройства способны управлять двумя коллекторными электродвигателями постоянного тока или одним биполярным шаговым двигателем.
TC78H621FNG управляется посредством сигналов разрешения (ENABLE) для каждого канала и поддерживает общие для обоих драйверов функции вращения по часовой / против часовой стрелки и останова, в то время как TC78H611FNG управляется установкой соответствующих логических уровней на входах IN1/IN2 и реализует дополнительную функцию торможения двигателя (Short Brake).
Читать далее »
25 Фев
Компания Toshiba приступила к выпуску новых контроллеров шаговых двигателей с напряжением питания 40 В и выходным током 3 А, поддерживающих работу без использования внешнего резистивного датчика тока. Интегрированная в устройство расширенная система детектирования тока (ACDS) исключает ошибки, связанные с допусками сопротивления резисторов, повышая точность и равномерность управления двигателем.
TB67S508FTG выпускается в корпусе размером 5 мм x 5 мм и, в отличие от типовых решений, имеющих размеры 7 мм x 7 мм и использующих внешние резисторы, позволяет экономить на стоимости комплектующих и уменьшить занимаемую площадь печатной платы на 34%. Встроенный силовой выходной каскад, выполненный на новейших DMOS-транзисторах, обеспечивает более высокий КПД решения, сокращает его размеры и упрощает систему охлаждения за счет меньшого выделения тепла. Эти транзисторы обладают очень низким сопротивлением открытого канала: суммарное сопротивление верхнего и нижнего плеча моста составляет 0.45 Ом.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Toshiba
25 Фев
Недорогие, сверхвысоковольтные (UHV) микроконтроллеры предлагают однокристальное решение для простых систем управления электроприводом с рабочим напряжением 4.5…18 В, позволяя снизить стоимость элементной базы за счет высокой степени интеграции.
Построенные на базе ядра HS08, микроконтроллеры серии MC9S08SUx обеспечивают высокий уровень производительности и низкую стоимость решения за счет применения усовершенствованного ЦПУ S08L, 3-фазной схемы управления силовыми ключами, поддерживающей три P-канальных MOSFET-транзистора верхнего плеча и три N-канальных MOSFET-транзистора нижнего плеча, операционных усилителей для измерения токов фазы и схем защиты от перегрузок по току и перенапряжения.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Freescale, NXP
10 Янв
Линейка высоковольтных интеллектуальных силовых устройств (HV-IPD) компании Toshiba позволяют повысить эффективность и сократить число внешних компонентов схемы управления бесколлекторными двигателями постоянного тока (BLDC).
TPD4206F представляет собой многокристальную микросхему, интегрирующую шесть силовых MOSFET-транзисторов с рабочим напряжением 500 В и выходным током 2.5 А, формирующую сигналы управления двигателем синусоидальной и трапецеидальной формы. Устройство идеально подходит для маломощных, малошумящих приложений управления электродвигателями мощностью до 80 Вт, включая промышленные вентиляторы и насосы, бытовые приборы и т.д. Высокий КПД прибора достигается за счет чрезвычайно низкого сопротивления открытого канала силовых транзисторов (RDS(ON) = 1.7 Ом) и малого теплового сопротивления корпуса.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Toshiba
10 Янв
Драйвер интегрирует два моста, каждый с независимым ШИМ-контроллером тока с постоянным временем открытого состояния силового ключа.
STSPIN240 оптимизирован для работы в системах с аккумуляторным питанием и может быть принудительно переведен в состояние с нулевым энергопотреблением, что позволяет значительно увеличить время работы от батареи. Устройство снабжено полным набором функций защиты: от перегрузок по току, перегрева и короткого замыкания.
Читать далее »
10 Янв
TLE987x и TLE986x являются частью линейки встраиваемых силовых микросхем компании Infineon. Драйверы представляют собой однокристальные схемы управления 3- и 2-фазными электродвигателями, соответственно, интегрирующие промышленно стандартный микроконтроллер на базе ядра ARM® Cortex®-M3. Встроенный микроконтроллера позволяет реализовать расширенные алгоритмы управления двигателем, например, функцию управления по ориентации магнитного поля.
TLE986x интегрируют четыре, а TLE987x шесть драйверов управления затворами внешних силовых ключей на основе NFET-транзисторов, реализуя 2- или 3-фазную схему управления двигателем, а также схему накачки заряда, обеспечивающую работу прибора при низких напряжениях и возможность установки выходного тока драйвера, наряду с функцией управления длительностью фронта импульса, которая оптимизирует уровень электромагнитного излучения.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Infineon
2 Ноя
Модули интегрируют оптимизированные драйверы затворов встроенных силовых ключей на основе IGBT-транзисторов, которые обеспечивают низкий уровень электромагнитного излучения и потерь.
Помимо этого, устройства поддерживают различные функции защиты, включая блокировку при недопустимом снижении входного напряжения (UVLO), отключение при перегрузке по току (OCP), мониторинг температуры управляющей логической схемы и формирование сигнала неисправности. Встроенная быстродействующая высоковольтная схема управления работает от однополярного источника питания и преобразует входные логические сигналы в высоковольтные сильноточные импульсы, подаваемые на затворы интегрированных в модуль силовых ключей. Независимые входы отрицательного напряжения эмиттеров IGBT-транзисторов, выполненные в каждой фазе, могут использоваться для реализации самых различных алгоритмов управления.
Читать далее »
13 Окт
Концепция энергосбережения и повышение эффективности устройств при увеличении их мощности становятся всё более значимыми критериями при проектировании бытовой техники и промышленных систем. Таким образом, повышение КПД контроллеров двигателей вентиляторов является важнейшей задачей.
Однако в существующих системах управления двигателями не удается достичь идеальных характеристик эффективности, и кроме того, решение данной задачи требует применения сложных схем регулирования. Одной из причин этой проблемы является разность фаз между током и напряжением обмоток двигателя, вызванной его реактивным сопротивлением.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Toshiba
13 Окт
Устройства рассчитаны на рабочее напряжение до 650 В и могут применяться в приложениях мощностью от 2 кВт до 6 кВт.
IFCM20U60GD, IFCM30U65GD, IFCM20T65GD, IFCM30T60GD — серия высокоинтегрированных, компактных интеллектуальных силовых модулей семейства CIPOS™ Mini, разработанных для управления электродвигателями в широком спектре приложений: бытовой технике, вентиляторах, насосах и электроприводах общего назначения. Устройства выполнены на основе новейшей технологии производства силовых полупроводников и управляющих микросхем. Кроме того, в них применяются IGBT- и MOSFET-транзисторы улучшенной технологии, а также драйверы затворов следующего поколения и современные термомеханические компоненты.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Infineon
25 Июл
Компания Toshiba представляет драйвер шагового двигателя TB67S209FTG, выполненный по новой архитектуре, обеспечивающей пониженный уровень шума и вибраций. Устройство способно работать с высокоскоростными, высокопроизводительными электродвигателями в системах автоматизации зданий, банковских терминалах и бытовой технике.
Эффективное снижение уровня шума и вибраций двигателя достигается за счет точного управления током нагрузки. Специальный режим смешанного спада (MDM) и функция регулировки тока позволяют управлять током шагового двигателя и его изменением путем выбора наиболее подходящих установок режима MDM. Режим MDM дает возможность выбрать оптимальный ток двигателя в зависимости от условий его эксплуатации. Настройка тока осуществляется благодаря выбору времени спада тока из ряда: 12.5%, 37.5%, 50% и 100%.
Читать далее »
- Комментарии отключены
- Рубрика: Toshiba
Драйверы управления двигателем — Новости силовой электроники
Электродвигатели потребляют почти половину электроэнергии, производимой во всем мире. Фактически, они обеспечивают необходимую движущую силу для большей части современного оборудования. Двигатели, насосы и вентиляторы присутствуют во все более широком ассортименте продукции, от небольших потребительских товаров до крупных промышленных машин.
Эффективность и преобразование энергии всегда играли важную роль в разработке электроники, а в случае электродвигателей преобразование происходит дважды: сначала для выработки электричества, необходимого для управления двигателем, затем для преобразования электричества в двигатель. сила.Устранение шума, производимого двигателями, является одной из наиболее распространенных проблем, с которыми приходится сталкиваться разработчикам электроники в этом типе приложений.
ТипологииДвигатель управление дает возможность повысить эффективность проектирования фаза. Понимание потребностей управления каждым типом двигателя и стиль, который лучше всего подходит для данного приложения, может помочь обеспечить большую эффективность в любом контексте.
На практике двигатель состоит из три части: часть, которая движется (обычно она вращается, но есть также линейные двигатели), фиксированная часть и часть, которая генерирует электромагнитное поле.Эти детали называются соответственно роторными, статор и выключатель.
Все электродвигатели работают благодаря одному и тому же физическому принципу взаимодействия магнитных полей и электрических токов. Это взаимодействие генерирует крутящий момент в Нм и скорость (выраженную в оборотах в минуту или об / мин), с помощью которых определяется производительность двигателя.
Различные типы двигателей отличаются друг от друга способом создания магнитных полей:
- Двигатели постоянного тока (постоянного тока): статическое поле, создаваемое магнитами или обмотками статора; вращать обмотки в роторе.
- Двигатели переменного тока (AC): динамическое поле, создаваемое взаимодействием между полями, создаваемыми током, и ротором.
- Шаговые двигатели: эти двигатели используют последовательность электрических импульсов для вращения вала двигателя.
Бесщеточные двигатели постоянного тока отличаются прочностью и надежностью, а также просты в сборке и управлении. Бесщеточный двигатель постоянного тока — это электродвигатель, который преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Он использует магнитные поля для создания движения.Магнитное поле, состоящее из ротора с постоянным магнитом и вращающегося статора магнитного поля, создается статором. Магниты могут быть постоянными (например, ферритовыми) в двигателях малой мощности и генерируются специальными обмотками в двигателях средней и большой мощности, также называемыми полями обмотки. Мощность передается к ротору с помощью вращающихся коллекторов и щеток.
Двигателипостоянного тока не должны контактировать со скользящими электрическими контактами (щетками) на валу двигателя для работы.Переключение тока в обмотках статора и изменение ориентации создаваемого ими магнитного поля происходит электронным способом. Это приводит к более низкому механическому сопротивлению, исключает возможность образования искр при увеличении скорости вращения и значительно снижает потребность в периодическом обслуживании.
В двигателях постоянного тока создаваемый крутящий момент пропорционален току, который проходит через обмотки ротора. Простейшее управление через драйвер постоянного тока воздействует на напряжение питания.Чем выше напряжение, тем больше оборотов. Приводной крутящий момент изменяется при изменении частоты вращения двигателя. Они часто используются в динамическом моделировании.
В двигателе переменного тока создание магнитного поля происходит из разницы угловых скоростей между токами статора и токами, генерируемыми в роторе. Ротор состоит из электрической цепи, состоящей из двух колец на концах и соединяющих их стержней, которые сделаны на основе проводящего материала.Все двигатели переменного тока обычно работают без щеток; т.е. для работы им не нужны скользящие контакты.
Основное различие между двумя типами двигателей — регулирование скорости. Скорость двигателя постоянного тока регулируется путем изменения тока обмотки якоря, в то время как скорость двигателя переменного тока регулируется путем изменения частоты, что обычно происходит при регулировке частоты.
Кроме того, отсутствие коллектора позволяет двигателю переменного тока развивать скорость выше, чем у двигателя постоянного тока и может питаться высоким напряжением, которое в двигателе постоянного тока не возможно из-за близости лопастей коллектора.
Есть два типа двигателей переменного тока: синхронные и асинхронные.
Синхронный двигатель — это тип электродвигателя, приводимого в действие переменным током, в котором период вращения синхронизирован с частотой напряжения питания, обычно трехфазного. Он состоит из ротора (вращающаяся часть, которая объединена с валом), на котором есть несколько магнитных полюсов переменной полярности, создаваемых постоянными магнитами или электромагнитами, питаемыми постоянным током, и статора с обмотками или катушками, снабженными переменным током. Текущий.
Полярное расширение статора создает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение ротор. Частота вращения связана с частотой питающей сети как функция количества полярных расширений, имеющихся в двигателе. Коэффициент мощности синхронного двигателя можно регулировать, а применение большого синхронного двигателя может повысить эффективность работы без необходимости регулировки скорости. В последние годы малые синхронные двигатели все чаще используются в системах регулирования скорости.
Асинхронный двигатель представляет собой тип электродвигатель, приводимый в действие переменным током, в котором вращение частота не пропорциональна 50/60 Гц; т.е. это не «синхронно» с этим. По этой причине он отличается от синхронных двигателей. В трехфазный двигатель, полярные расширения кратны трем. Асинхронный двигатель имеет большую эксплуатационная эффективность и лучшие рабочие характеристики, от диапазон полной нагрузки близок к работе с постоянной скоростью. Они также встречаются с большинством требований к передаче в промышленности и сельском хозяйстве машины.
Рис. 1: Функция двигателя постоянного тока (Изображение: Magnetic Innovations)Шаговый двигатель — это синхронный импульсный электродвигатель постоянного тока с бесщеточным электронным управлением, которое может делить свое вращение на ступеньки. Шаговые двигатели — это двигатели, которые, в отличие от всех других, предназначены для удержания вала в устойчивом положении. Если они просто приводятся в действие, они просто останавливаются в очень точном положении.
Шаговые двигатели обладают высоким крутящим моментом при низких угловых скоростях.Это полезно для ускорения полезной нагрузки на максимальной скорости. Кроме того, шаговые двигатели обладают высоким удерживающим моментом. Это крутящий момент, который при включении двигателя противодействует вращению. Как правило, он довольно высокий, и даже для небольших двигателей это приводит к «самоблокировке», когда ротор неподвижен.
Внутри степпера двигателя, есть несколько обмоток / катушек, расположенных по кругу на статор, работающий как электромагнит. Количество заявленных фаз производителем соответствует количеству групп электрически подключенные катушки.
Существует два типа шаговых двигателей: однополярные с пятью-шестью проводами и биполярные с четырьмя проводами. Разница между двумя типами заключается в способе подключения электромагнитов. Существуют также гибридные двигатели, которые могут работать как в однополярном, так и в биполярном режимах, по-разному используя кабели двигателя ( Рис. 2, ).
Рис. 2: Шаговый двигатель с его контроллером (Изображение: Microchip) Контроллерыуправление скоростью и направлением вращения двигателей предполагает режим работы двигателя в использовании и требует различных методов и схемы в зависимости от типа двигателя и различного применения требования.
Назначение контроллера двигателя состоит в том, чтобы иметь возможность вручную или автоматически воздействовать на электродвигатель (пуск-останов, предварительное инвертирование, скорость, кручение и защита от перегрузок по напряжению).
Для управления электродвигателями необходимы электронные схемы, которые еще несколько лет назад были сделаны из дискретных компонентов из-за задействованных напряжений и токов. Управление двигателем находится в авангарде исследований и разработок, направленных на создание эффективных микроэлектронных решений на двух уровнях: вычислительное программное обеспечение и силовая электроника.
На вычислительном уровне в прошлом преобладающей технологией были цифровые сигнальные процессоры (DSP), которые претерпели эволюцию, которая привела к реализации различных решений. Одним из примеров является широкая линейка недорогих 8-битных микроконтроллеров PIC и AVR от Microchip Technology, а также высокопроизводительных 16-битных контроллеров цифровых сигналов dsPIC (DSC), которые содержат инновационные периферийные устройства PWM для управления двигателем, включая дополнительные формы сигналов, выделенные временные развертки, и быстрые 12-битные АЦП.
БТИЗ, теперь уже третьего поколения, представляют собой базовую функциональность устройств управления мощностью, которые хорошо подходят для решения сложных задач управления двигателями.IGBT последнего поколения разработали отличную взаимосвязь между скоростью переключения и стабильностью поведения в особенно экстремальных условиях использования, например, в автомобильном секторе при реализации инверторов для привода электродвигателей. Примером может служить серия IGBT S на 1200 В от STMicroelectronics. Эти IGBT оптимизированы для работы на низких частотах (до 8 кГц), характеризующихся низким Vce (sat). Он основан на технологии полевого останова траншейных ворот третьего поколения.
Использование устройств из карбида кремния (SiC) в приложениях управления двигателями и электрической мощностью представляет собой настоящий момент инноваций благодаря таким функциям, как экономия энергии, уменьшение размеров, высокая степень интеграции и надежность, все из которых особенно чувствительны в таких приложениях, как как автомобильная и промышленная автоматизация.Эти устройства сочетают в себе быстродействующую кремниевую технологию и технологию SiC-диодов, что приводит к гибридному технологическому решению. Infineon, например, произвела интегрированные силовые устройства как часть семейства компонентов под названием CoolSiC ( Рис. 3, ).
Рис. 3: Оценочная плата привода двигателя CoolSiC MOSFET на 7,5 кВт (Изображение: Infineon Technologies)Полный текст статьи
см. На сайте «Электронные продукты».Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский.Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей. Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут сосредоточены на основных темах, таких как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.
Схема регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя
В этом посте мы обсудим создание простой схемы регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя, которая также может применяться для однофазного асинхронного двигателя или буквально для любого типа двигателя переменного тока.
Когда дело доходит до управления скоростью асинхронных двигателей, обычно используются матричные преобразователи, включающие множество сложных каскадов, таких как LC-фильтры, двунаправленные массивы переключателей (с использованием IGBT) и т. Д.
Все они используются для достижения в конечном итоге прерывистого сигнала переменного тока, рабочий цикл которого можно регулировать с помощью сложной схемы микроконтроллера, что в конечном итоге обеспечивает необходимое управление скоростью двигателя.
Однако мы можем поэкспериментировать и попытаться реализовать регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя с помощью гораздо более простой концепции, используя усовершенствованные ИС оптопары детектора перехода через нуль, силовой симистор и схему ШИМ.
Использование детектора перехода через ноль Оптопара
Благодаря серии оптопар MOC, которые сделали схемы управления симисторами чрезвычайно безопасными и простыми в настройке, а также обеспечивают беспроблемную интеграцию ШИМ для предполагаемых элементов управления.
В одном из своих предыдущих постов я обсуждал простую схему контроллера двигателя с плавным пуском с ШИМ, в которой реализована микросхема MOC3063 для обеспечения эффективного плавного пуска подключенного двигателя.
Здесь мы также используем идентичный метод для обеспечения соблюдения предложенной схемы регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя, на следующем изображении показано, как это можно сделать:
На рисунке мы видим три идентичных каскада оптопары MOC, сконфигурированных в их стандартном симисторе. режим регулятора, а входная сторона интегрирована с простой схемой ШИМ IC 555.
Три контура MOC сконфигурированы для обработки входного трехфазного переменного тока и подачи его на подключенный асинхронный двигатель.
Вход ШИМ на стороне управления изолированными светодиодами оптического блока определяет коэффициент прерывания трехфазного входа переменного тока, который обрабатывается MOC ICS.
Использование ШИМ-контроллера IC 555 (переключение при нулевом напряжении)
Это означает, что, регулируя потенциометр ШИМ, связанный с микросхемой 555, можно эффективно управлять скоростью асинхронного двигателя.
Выход на его выводе №3 имеет изменяющийся рабочий цикл, который, в свою очередь, соответствующим образом переключает выходные симисторы, что приводит либо к увеличению среднеквадратичного значения переменного тока, либо к его уменьшению.
Увеличение RMS с помощью более широких PWM позволяет получить более высокую скорость двигателя, в то время как уменьшение RMS переменного тока с помощью более узких PWM производит противоположный эффект, то есть вызывает пропорциональное замедление двигателя.
Вышеупомянутые функции реализованы с большой точностью и безопасностью, поскольку ИС имеют множество внутренних сложных функций, специально предназначенных для управления симисторами и тяжелыми индуктивными нагрузками, такими как асинхронные двигатели, соленоиды, клапаны, контакторы, твердотельные реле и т. Д.
IC также обеспечивает идеально изолированную работу для каскада постоянного тока, что позволяет пользователю выполнять настройки, не опасаясь поражения электрическим током.
Этот принцип можно также эффективно использовать для управления скоростью однофазного двигателя, используя одну MOC IC вместо 3.
Конструкция фактически основана на теории пропорционального по времени симистора. Верхняя схема ШИМ IC555 может быть отрегулирована для получения 50% рабочего цикла при гораздо более высокой частоте, в то время как нижняя схема ШИМ может использоваться для реализации операции управления скоростью асинхронного двигателя посредством регулировок соответствующего потенциометра.
Рекомендуется, чтобы эта микросхема 555 имела относительно более низкую частоту, чем верхняя схема микросхемы 555. Это можно сделать, увеличив емкость конденсатора на выводе 6/2 примерно до 100 нФ.
ПРИМЕЧАНИЕ: ДОБАВЛЕНИЕ ПОДХОДЯЩИХ ИНДУКТОРОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С ФАЗОВЫМИ ПРОВОДАМИ МОЖЕТ СРАЗУ УЛУЧШИТЬ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ СИСТЕМЫ.Datasheet для MOC3061
Предполагаемая форма волны и управление фазой с использованием вышеуказанной концепции:
Вышеописанный метод управления трехфазным асинхронным двигателем на самом деле довольно груб, поскольку он не имеет управления В / Гц .
Он просто использует включение / выключение сети с разной скоростью для выработки средней мощности двигателя и управления скоростью, изменяя этот средний переменный ток, подаваемый на двигатель.
Представьте, что вы включаете / выключаете двигатель вручную 40 или 50 раз в минуту. Это приведет к тому, что ваш двигатель замедлится до некоторого относительного среднего значения, но будет двигаться непрерывно. Вышеупомянутый принцип работает точно так же.
Более технический подход заключается в разработке схемы, которая обеспечивает надлежащий контроль соотношения В / Гц и автоматически регулирует его в зависимости от скорости скольжения или любых колебаний напряжения.
Для этого мы в основном используем следующие этапы:
- Н-мостовой или полный мост IGBT-драйвер Схема
- Трехфазный генераторный каскад для питания полной мостовой схемы
- ШИМ-процессор
- В / Гц
Использование полного моста Схема управления IGBT
Если процедуры настройки вышеупомянутой конструкции на основе симистора кажутся вам пугающими, можно попробовать следующее управление скоростью асинхронного двигателя на основе полного моста с ШИМ:
В схеме, показанной на рисунке выше, используется один полный кристалл. -мостовой драйвер IC IRS2330 (последняя версия — 6EDL04I06NT), который имеет все встроенные функции для обеспечения безопасной и безупречной работы трехфазного двигателя.
ИС требуется только синхронизированный трехфазный логический вход через его выводы HIN / LIN для генерации необходимого трехфазного колебательного выхода, который в конечном итоге используется для работы полной мостовой IGBT-сети и подключенного трехфазного двигателя.
ШИМ-инжектор с регулировкой скорости реализуется через 3 отдельных полумостовых каскада драйверов NPN / PNP, управляемых с помощью SPWM-питания от генератора ШИМ IC 555, как показано в наших предыдущих разработках. Этот уровень ШИМ может в конечном итоге использоваться для управления скоростью асинхронного двигателя.
Прежде чем мы изучим фактический метод управления скоростью для асинхронного двигателя, давайте сначала разберемся, как автоматическое управление В / Гц может быть достигнуто с помощью нескольких схем IC 555, как описано ниже
Схема автоматического ШИМ-процессора В / Гц (Замкнутый контур)
В приведенных выше разделах мы изучили конструкции, которые помогут асинхронному двигателю двигаться со скоростью, указанной производителем, но он не будет регулироваться в соответствии с постоянным соотношением В / Гц, если не будет следующая ШИМ процессор интегрирован с входным каналом H-Bridge PWM.
Вышеупомянутая схема представляет собой простой генератор ШИМ, использующий пару IC 555. IC1 генерирует частоту ШИМ, которая преобразуется в треугольные волны на выводе №6 IC2 с помощью R4 / C3.
Эти треугольные волны сравниваются с синусоидальной пульсацией на выводе № 5 микросхемы IC2. Эти пульсации образца получаются путем преобразования трехфазной сети переменного тока в пульсации переменного тока 12 В и подаются на вывод № 5 микросхемы IC2 для необходимой обработки.
Путем сравнения двух сигналов, SPWM соответствующего размера генерируется на выводе № 3 IC2, который становится управляющим ШИМ для сети H-моста.
Как работает схема В / Гц
При включении питания конденсатор на выводе №5 начинает с передачи нулевого напряжения на выводе №5, что вызывает наименьшее значение SPWM в Н-мостовой схеме, которая, в свою очередь, включает асинхронный двигатель для запуска с медленным плавным пуском.
По мере зарядки этого конденсатора потенциал на выводе № 5 повышается, что пропорционально увеличивает SPWM и позволяет двигателю постепенно набирать скорость.
Мы также можем видеть цепь обратной связи тахометра, которая также интегрирована с контактом № 5 микросхемы IC2.
Этот тахометр контролирует скорость ротора или скорость скольжения и генерирует дополнительное напряжение на выводе № 5 IC2.
Теперь, когда скорость двигателя увеличивается, скорость скольжения пытается синхронизироваться с частотой статора, и в процессе она начинает набирать скорость.
Это увеличение индукционного скольжения пропорционально увеличивает напряжение тахометра, что, в свою очередь, заставляет IC2 увеличивать выходной сигнал SPWM, что, в свою очередь, дополнительно увеличивает скорость двигателя.
Вышеупомянутая регулировка пытается поддерживать отношение В / Гц на довольно постоянном уровне до тех пор, пока, наконец, SPWM от IC2 не сможет увеличиваться дальше.
В этот момент скорость скольжения и скорость статора достигают установившегося состояния, и это поддерживается до тех пор, пока входное напряжение или скорость скольжения (из-за нагрузки) не изменятся. В случае их изменения схема процессора V / Hz снова вступает в действие и начинает регулировать соотношение для поддержания оптимального отклика скорости асинхронного двигателя.
Тахометр
Цепь тахометра также может быть дешево построена с использованием следующей простой схемы и интегрирована с описанными выше этапами схемы:
Как реализовать контроль скорости
В предыдущих параграфах мы поняли процесс автоматического регулирования, который может eb достигается за счет интеграции обратной связи тахометра в цепь автоматического регулируемого контроллера SPWM.
Теперь давайте узнаем, как можно управлять скоростью асинхронного двигателя, изменяя частоту, что в конечном итоге заставит SPWM упасть и поддерживать правильное соотношение В / Гц.
На следующей схеме поясняется каскад управления скоростью:
Здесь мы можем увидеть схему трехфазного генератора, использующую микросхему IC 4035, частоту сдвига фазы которой можно изменять, изменяя тактовый вход на его выводе №6.
Трехфазные сигналы подаются на логические элементы 4049 IC для создания требуемых HIN, LIN-каналов для полной мостовой драйверной сети.
Это означает, что, соответствующим образом изменяя тактовую частоту IC 4035, мы можем эффективно изменить рабочую трехфазную частоту асинхронного двигателя.
Это реализуется через простую нестабильную схему IC 555, которая подает регулируемую частоту на вывод № 6 микросхемы IC 4035 и позволяет регулировать частоту с помощью подключенного потенциометра 100K. Конденсатор C необходимо рассчитать таким образом, чтобы регулируемый диапазон частот соответствовал характеристикам подключенного асинхронного двигателя.
Когда потенциометр частоты изменяется, эффективная частота асинхронного двигателя также изменяется, что, соответственно, изменяет скорость двигателя.
Например, когда частота уменьшается, вызывает снижение скорости двигателя, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное снижение напряжения на выходе тахометра.
Это пропорциональное уменьшение выходного сигнала тахометра заставляет SPWM сужаться и, таким образом, пропорционально снижает выходное напряжение на двигатель.
Это действие, в свою очередь, обеспечивает поддержание соотношения В / Гц при управлении скоростью асинхронного двигателя посредством управления частотой.
Предупреждение: Вышеупомянутая концепция основана только на теоретических предположениях, пожалуйста, действуйте с осторожностью.
Если у вас есть какие-либо сомнения относительно конструкции этого регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя, вы можете опубликовать то же самое в своих комментариях.
Моделирование привода двигателя переменного тока — MATLAB и Simulink
Моделирование привода двигателя переменного тока
Модели AC1, AC2, AC3 и AC4 основаны на трехфазном асинхронном двигателе.Этот двигатель имеет трехфазную обмотку на статоре и заведенный ротор или короткозамкнутый ротор. ротор. Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из пазов токопроводящих стержней, встроенных в роторное железо. Токопроводящие шины закорочены на каждом конце ротора посредством токопроводящие кольца. Модель AC5 основана на синхронном двигателе с фазным ротором, а модель AC6 Модель использует синхронный двигатель с постоянными магнитами. Эти двигатели переменного тока питаются от переменного Напряжение и частота переменного тока, создаваемые инвертором.Тип инвертора, используемого в шести Модели привода переменного тока представляют собой инвертор источника напряжения (VSI) в том смысле, что этот инвертор питается постоянным напряжением постоянного тока. Это постоянное напряжение обеспечивается неуправляемым диодом. выпрямитель и конденсатор (емкостное напряжение шины постоянного тока).
Динамическое торможение
Когда шина постоянного тока обеспечивается диодным выпрямителем, привод не имеет возможности двунаправленного потока мощности и, следовательно, не может выполнить рекуперативное торможение.В моделях AC1, AC2, AC3, AC4 и AC6 тормозной резистор, включенный последовательно с прерывателем, обеспечивает торможение моторно-нагрузочная система. Эта схема торможения называется динамическим торможением. Он размещен параллельно шине постоянного тока, чтобы предотвратить ее напряжение. от увеличения при замедлении двигателя. С динамическим торможением, кинетическая энергия системы двигатель-нагрузка преобразуется в тепло рассеивается в тормозном резисторе.
Методы модуляции
Инверторы VSI, используемые в моделях приводов переменного тока, основаны на двух типах модуляция, гистерезисная модуляция и пространственно-векторная широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
Гистерезисная модуляция — это метод управления током с обратной связью, при котором ток двигателя отслеживает задание. ток в диапазоне гистерезиса. На следующем рисунке показана операция принцип гистерезисной модуляции. Контроллер генерирует синусоидальный опорный ток желаемой величины и частоты, который сравнивается с фактическим током в сети двигателя. Если ток превышает верхний предел полосы гистерезиса, верхний переключатель инвертора рука выключена, а нижний переключатель включен.Как результат, ток начинает затухать. Если ток пересекает нижнюю границу полосы гистерезиса повернут нижний переключатель плеча инвертора выключен, а верхний переключатель включен. В результате ток становится обратно в полосу гистерезиса. Следовательно, фактический ток принудительно для отслеживания эталонного тока в диапазоне гистерезиса.
На следующем рисунке показана схема модуляции гистерезисного регулирования тока, состоящая из трех гистерезисные компараторы, по одному на каждую фазу.Этот тип ШИМ с обратной связью используется в Модели AC3 и AC5.
Модуляция пространственного вектора отличается от гистерезисной модуляции тем, что не используются отдельные компараторы для каждой из трех фаз. Вместо, пространственный вектор опорного напряжения В с производится как единое целое, дискретизируется с фиксированной частотой, а затем создается за счет адекватной синхронизации соседнего ненулевого пространства напряжения инвертора векторы V 1 до V 6 и векторы пространства нулевого напряжения В 0 , В 7 .Упрощенная схема инвертора VSI показана ниже. На этой диаграмме состояние проводимости трех ветвей инвертора представлено тремя логическими переменными SA, SB и SC. Логическая 1 означает, что Верхний переключатель является проводящим, а логический 0 означает, что нижний переключатель проводит.
Упрощенная схема инвертора VSI PWM
На этой диаграмме показано состояние проводимости трех выводов инвертор представлен тремя логическими переменными: SA, SB и SC.Логическая 1 означает, что верхний переключатель включен, а логический 0 означает что нижний переключатель включен.
Переключение SA, SB, SC приводит к восьми состояниям инвертора. Состояния переключения и соответствующие напряжения между фазами и нейтралью приведены в таблице, в которой перечислены состояний, операций инвертора и векторов пространственного напряжения. Шесть активных векторов: под углом 60 градусов и описывают границу шестиугольника. Два нулевых вектора находятся у истока.
В качестве примера для расположения вектора V s показано на схеме пространственно-векторного напряжения инвертора, способ генерации выход инвертора должен использовать соседние векторы В 1 и V 2 на неполной ставке для удовлетворения средний спрос на выпуск продукции. Напряжение В с может быть разрешено как:
V a и V b являются компоненты V s вдоль V 1 и V 2 , соответственно.Учитывая период T c в течение которой средний результат должен соответствовать команде, напишите длительность времени двух состояний 1 и 2 и состояния нулевого напряжения как:
Государство | SA | SB | SC | Работа инвертора | Вектор космического напряжения |
|---|---|---|---|---|---|
0 | 1 | 1 | 1 | Freewheeling | В 0 |
1 | 1 | 0 | 0 | Активный | В 1 |
2 | 1 | 1 | 0 | Активный | В 2 |
3 | 0 | 1 | 0 | Активный | В 3 |
4 | 0 | 1 | 1 | Активный | В 4 |
5 | 0 | 0 | 1 | Активный | В 5 |
6 | 1 | 0 | 1 | Активный | В 6 |
7 | 0 | 0 | 0 | Freewheeling | В 7 |
Управление напряжением / частотой разомкнутого контура
Поток статора машины переменного тока равен отношению напряжения статора к частоте, потому что
, где
, следовательно,
Поскольку на двигатель подается переменное напряжение и частота переменного тока, важно поддерживать постоянное значение В / Гц в области постоянного крутящего момента, если магнитное насыщение следует избегать.Типичная характеристика В / Гц показана ниже. Обратите внимание, что прямая линия имеет небольшое повышение напряжения для компенсации падения сопротивления на низкой частоте. Регулирование В / Гц без обратной связи используется в приложениях с низкой динамикой, таких как как насосы или вентиляторы, где допустимы небольшие колебания скорости двигателя в зависимости от нагрузки. В Модель AC1 основана на контроллере В / Гц без обратной связи.
Управление скоростью с обратной связью с компенсацией скольжения
В этом типе управления команда скорости скольжения добавляется к измеренной скорости ротора для получения желаемая частота инвертора.Регулятор скорости на основе PI производит скольжение команда. Требуемая частота инвертора генерирует команду напряжения через В / Гц. характеристика, подобная показанной выше. Модель AC2 основана на замкнутом контуре регулировка скорости, использующая В / Гц и регулировку скольжения.
Flux-Oriented Control
Конструкция машины постоянного тока такова, что поток поля перпендикулярна потоку якоря. Будучи ортогональными, эти два потоки не производят сетевого взаимодействия друг с другом.Регулировка поля Таким образом, ток может управлять потоком машины постоянного тока, а крутящий момент можно управлять независимо от магнитного потока, регулируя якорь Текущий. Машина переменного тока не так проста из-за взаимодействия между полями статора и ротора, ориентация которых не удерживается под углом 90 градусов, но зависит от условий эксплуатации. Вы можете получить производительность, подобную машине постоянного тока, при удерживании фиксированного и ортогонального ориентация между полем и полем якоря в машине переменного тока направляя ток статора относительно потока ротора так, чтобы для достижения независимо контролируемых магнитного потока и крутящего момента.Такой контроль Схема называется потоковым управлением или векторным управлением. Векторное управление применимо как к асинхронным, так и к синхронным двигателям. Посмотрим Теперь как это применимо к асинхронным двигателям.
Учитывая модель d-q индукционной машины в справочнике рама, вращающаяся с синхронной скоростью ω e ,
, где
Полевое управление подразумевает, что компонент i ds тока статора будет выровнено с полем ротора и компонентом i qs будет перпендикулярно i ds .Этого можно добиться, выбрав ω e на быть скоростью потока ротора и фиксировать фазу опорного рамная система, так что поток ротора точно совпадает с d, что дает
и
, что подразумевает, что
и
Отсюда также следует, что
Аналогия с производительностью машины постоянного тока теперь очевидна. Электрический крутящий момент пропорционален компоненту i qs , тогда как соотношение между потоком φ r и предоставляется компонент i ds линейной передаточной функцией первого порядка с постоянной времени L r / R r .
Вы не можете напрямую измерить ориентацию потока ротора в индукционная машина с короткозамкнутым ротором. Это можно оценить только по терминальные измерения. Альтернативный способ — использовать отношение скольжения полученное выше, чтобы оценить положение потока относительно ротора, как показано. Последняя схема управления называется косвенной полевой ориентацией. управление и используется в модели AC3.
Прямое управление крутящим моментом
Полевое управление — привлекательный метод управления, но у него есть серьезный недостаток: в значительной степени полагается на точное знание параметров двигателя.Постоянная времени ротора особенно трудно измерить точно, и это зависит от температура.
Более надежный метод управления состоит, во-первых, в оценке магнитного потока статора машины и электрического крутящий момент в неподвижной системе отсчета из измерений терминала. Следующий используются соотношения:
Затем контролируются расчетный магнитный поток статора и электрический крутящий момент. напрямую сравнивая их с соответствующими требуемыми значениями, используя гистерезисные компараторы.Затем выходы двух компараторов используются в качестве входных сигналов оптимальной таблицы переключения. Следующий таблица выводит соответствующее состояние переключения для инвертора.
Таблица коммутации векторов пространства инвертора
| S (2) 9352 9352 (3) | S (4) | S (5) | S (6) | ||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1 66 90361 66 2V 3 V 4 V 5 0 V603 900 | ||||||||||||||||||||||||
0 | V 0 | V 7 | V 0 | V 7 | V 0 | V 7 | 903 В 6 В 1 | В 2 | В 3 | 9250002 | 9250002 V 5 | ||||||||||||||
-1 | 1 | V 3 | V 4 4 | V 6 | V 1 | В 2 | |||||||||||||||||||
0 | В. 0 | V 7 | V 0 | ||||||||||||||||||||||
-1 | 0 V50 | V 1 | V 2 | V 3 | V | V 39359 Привод двигателяВ этом примере вы создаете и моделируете эту простую систему привода асинхронного двигателя: Пример иллюстрирует использование модели AC4 с двигателем мощностью 200 л.с. Параметр асинхронного двигателя устанавливается во время регулирования крутящего момента.Блок AC4 моделирует привод DTC. В этом примере двигатель подключен к вентилятору и его Смоделирована реакция на ступеньки крутящего момента.
|