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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Centrale universale per motori multifase. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici Esiste un'enorme varietà di motori asincroni, passo-passo, a commutatore e tutti i tipi di motori polifase ad alta frequenza che funzionano a una frequenza di 400...1000 Hz, che non possono essere fatti funzionare efficacemente da una rete monofase. Tuttavia, l’elettronica moderna lo rende abbastanza semplice. Per far ruotare il rotore di un motore multifase, è necessario applicare ai suoi avvolgimenti una sequenza di impulsi rigorosamente definita, ad es. creare un campo magnetico rotante. Ma come farlo se non c'è altro che una rete monofase. Un motore trifase progettato per 380 V/50 Hz, ovviamente, può essere avviato da una rete monofase utilizzando condensatori sfasatori, ma la sua efficienza sarà molto bassa e non c'è nulla da sognare di cambiare la velocità di rotazione di un motore asincrono. I motori passo-passo e ad alta frequenza non saranno in grado di avviarsi affatto. Per risolvere tutti questi problemi è stata creata un'unità di controllo universale. Semplicemente riprogrammando la ROM, è possibile modificare l'algoritmo di funzionamento dei tasti di uscita, e quindi adattarlo a qualsiasi motore. Consideriamo il funzionamento dell'unità principale, il cui diagramma è mostrato in Fig. 1.
Sul chip D1:1, D1:2 è montato un oscillatore principale con una frequenza di 2 kHz. La sua frequenza è predeterminata principalmente dalla velocità del motore e dalla quantità di ROM utilizzata. Per formare fronti ripidi, gli impulsi provenienti dal generatore passano attraverso due trigger Schmitt. Al fronte dell'impulso dell'uscita D2:1 vengono commutati i contatori D3-D5. Al declino dello stesso impulso, invertito dal chip D2:2, i dati vengono riscritti dalla ROM in un registro sul chip D7. All'accensione del dispositivo i contatori vengono azzerati grazie alla catena C2R3. Durante il funzionamento, il coefficiente di conteggio dipende da quale cella di memoria della cifra D7 del chip D6 conterrà il registro “1”, che determinerà il tempo di ripristino dei contatori. Il registro D7 è necessario affinché gli impulsi che si verificano al momento della commutazione degli indirizzi ROM non influenzino l'algoritmo operativo dei tasti. Il numero di contatori dipende dal numero di indirizzi del chip D6 utilizzati e può variare da uno a dieci. Un carico fino a 7...20 mA può essere collegato direttamente alle uscite del registro D30. Se viene utilizzato un carico maggiore, è necessario utilizzare elementi buffer, ad esempio il chip D8. Parliamo ora dei tasti di output e dell'algoritmo operativo dei diversi motori. Innanzitutto, consideriamo un motore a commutatore che funziona con una tensione costante di 27 V. Il suo schema di collegamento è mostrato in Fig. 2.
Questo è l'interruttore a transistor più semplice assemblato su VT1. Questo transistor ha un guadagno abbastanza elevato e un diodo collegato tra l'emettitore e il collettore. Pertanto, la sua base può essere collegata direttamente all'uscita del microcircuito D7 tramite un diodo limitatore di corrente (Fig. 1). La Figura 3 mostra un grafico che spiega il funzionamento del motore in modalità modulazione di larghezza di impulso (PWM).
Se il transistor rimane nello stato chiuso per un periodo di tempo T, la velocità del motore sarà minima e viceversa. Alla fine del periodo è necessario scrivere il log "8" nel bit D1 affinché il ciclo si ripeta. Se è necessario creare una modalità di velocità complessa, ad esempio: entro 1 s la velocità dovrebbe essere massima, nei successivi 10 s - al livello del 20%, i successivi 5 s - al livello del 60%, ecc., quindi il ripristino del contatore dovrebbe essere scritto alla fine del ciclo dell'intero processo di regolazione e selezionare la precisione delle relazioni temporali modificando la frequenza dell'oscillatore principale. Ciascun bus dati può avere la propria chiave motore o carico se i loro cicli generali sono gli stessi. Per controllare un motore passo-passo, è necessario utilizzare tre o sei tasti a seconda del motore, disegnare un algoritmo di controllo del motore, calcolare il numero richiesto di impulsi per ciclo motore e programmare il microcircuito. La velocità di rotazione del motore può essere regolata modificando la frequenza del generatore principale. Presentiamo lo schema (Fig. 4), l'algoritmo (Fig. 5) e il programma (Tabella 1) per un motore con tre avvolgimenti.
Tabella 1
Consideriamo il funzionamento di un motore trifase. Uno schema a blocchi del collegamento di un motore a stella è mostrato in Fig. 6.
Successivamente verranno forniti vari schemi chiave. La prima chiave è controllata dal bus dati D0, la seconda - D1, ecc. Se il motore è progettato per una frequenza di 400...1000 Hz, allora è adatto il semplice algoritmo mostrato in Fig. 7.
Nell'algoritmo, il momento in cui i tasti vengono accesi deve essere spostato del tempo t. Questo ritardo è diverso per i diversi tasti e varia da diversi microsecondi a diversi millisecondi. È necessario impedire che si verifichino correnti attraverso i transistor chiave. Per controllare motori asincroni progettati per una frequenza di 50 Hz, è necessario introdurre una modulazione PWM con una frequenza di 10...20 kHz. La Figura 8 mostra la semionda positiva di un'onda sinusoidale e il suo riempimento approssimativo con impulsi PWM.
Per mantenere costante la potenza del motore a frequenze diverse, è necessario calcolare l'area totale della semionda e far corrispondere l'area di modulazione PWM. A bassi regimi del motore, ciò rischia di installare chip ROM con un volume di celle molto grande e, di conseguenza, un calcolo minuzioso del loro contenuto. Il quadro generale dell'algoritmo PWM per il controllo di un motore trifase è mostrato in Fig. 9 e il firmware ROM con modulazione PWM a una frequenza di 2 kHz è mostrato in Tabella 2. La velocità del motore è di 60 giri al minuto.
Per controllare il motore, ho testato vari tipi di interruttori di alimentazione. Ognuno ha i propri vantaggi e svantaggi. La Figura 10 mostra il circuito più semplice senza isolamento dalla tensione di rete e con una bassa tensione di alimentazione. Una chiave per la semionda positiva è assemblata sui transistor VT1-VT2, resistori R1-R3 e diodo VD1. Sul transistor VT3 è presente un interruttore a semionda negativa.
La Figura 11 mostra un circuito che utilizza transistor bipolari. Lo svantaggio è che ogni tasto richiede un'alimentazione aggiuntiva da 24 V non regolata.
La Figura 12 mostra un circuito che utilizza transistor ad effetto di campo con isolamento fotoaccoppiatore. Per aprire i transistor ad effetto di campo non è necessaria una grande corrente, quindi i tasti sono alimentati dallo stesso circuito del motore.
Il circuito di alimentazione con isolamento optoaccoppiatore per questo interruttore è mostrato in Fig. 13.
Tutti gli interruttori che utilizzano optoaccoppiatori presentano uno svantaggio significativo: all'aumentare della frequenza di modulazione, i fronti degli impulsi si allungano. Forse l'opzione più ottimale al momento è utilizzare un microcircuito driver trifase specializzato IR2130, IR2131 di International Rectifier. Ha una protezione da sovracorrente, che spegne tutti gli interruttori e genera un segnale di errore. Il microcircuito è un driver di sei interruttori: transistor IGBT o MOS.ET. Utilizzando i transistor IR.740 è possibile controllare la potenza del motore fino a 5 kW. Puoi leggere ulteriori informazioni sui principi del microcircuito e del controllo del motore in [1]. Gli input del driver sono coerenti con la logica TTL. E' possibile coordinarlo con la centrale di cui sopra. letteratura:
Autore: SM Abramov
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