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

Блок схема для управления двигателем постоянного тока

Как происходит управление двигателем постоянного тока

Двигатель постоянного тока способствует превращению энергии постоянного тока в работу механического типа.

На сегодняшний день практичное управление двигателем постоянного тока осуществляется не только в соответствии с традиционными схемами, но также согласно достаточно оригинальным или малоизвестным схемотехническим решениям.

Заключение

BLDC-двигатели имеют множество преимуществ по сравнению с традиционными коллекторными двигателями. Благодаря наличию мощных магнитов, мощность BLDC-двигателей оказывается сопоставимой с мощностью коллекторных двигателей, однако их габариты существенно меньше. Грамотное проектирование системы управления является залогом высокой эффективности электропривода. Четкое определение требований в каждом конкретном приложении также является фактором обеспечения высокой эффективности. Современные микроконтроллеры и интегральные драйверы позволяют достигать требуемого уровня эффективности и обеспечивать необходимый функционал систем управления. Управление двигателями играет важную роль в различных промышленных приложениях, например, в роботизированных системах, в станках с ЧПУ и в других прецизионных системах с двигателями.

Схема драйвера с L298 – полная версия

Драйвер L298 может работать с напряжением до 46 В и токами до 2 А на канал (всего 4А) в непрерывном режиме, хотя лучше не превышать общую мощность. С двигателями мощностью более 10 Вт лучше всего установить радиатор, как показано на фотографии.

Давайте проанализируем работу электронных схем драйверов в двух версиях. Помимо микросхемы L298 в схемах использованы несколько дополнительных компонентов. Логической части L298 требуется источник питания на 5В, и поэтому использован стабилизатор напряжения 78L05, который является маломощным вариантом классического 7805. Стабилизатор 78L05 обеспечивает максимальный выходной ток до 100 мА, что более чем достаточно для наших целей.

Для того чтобы визуально отслеживать направление вращения каждого двигателя, в схеме использованы два светодиода (красный и желтый), соединенные встречно-параллельно. На схеме мы также можем видеть 8 диодов для защиты от выбросов ЭДС самоиндукции.

Для этих диодов лучшим выбором будут диоды Шоттки, особенно, в случае если мы используем драйвер для управления двигателями средней мощности или управляем частотой вращения двигателя с помощью ШИМ (широтно-импульсная модуляция). В простых же схемах — диодов типа 1N4007 будет достаточно.

Список необходимых компонентов (упрощенная версия):

  • 4 резистора по 100 Ом;
  • 2 резистора по 1,8 кОм;
  • 1 конденсатор емкостью 100 нФ;
  • 2 электролитических конденсатора на 22 мкФ;
  • 8 диодов 1N4007;
  • 2 желтых светодиода;
  • 2 красных светодиода;
  • 1 стабилизатор 78L05;
  • 1 драйвер L298.

Управляющие входы обеих версий работают с логикой 5В (TTL), хотя мы можем без проблем управлять сигналами управления на 3,3В. Резисторы, с сопротивлением 100 Ом на входах, служат только для защиты и могут быть заменены перемычками из проволоки.

Ниже в таблицах истинности мы видим логику управления. У упрощенной модели есть два управляющих входа для каждого двигателя (MA и MB), в то время как в полной версии у нас еще есть вход разрешения (ENA).

С нашем случае на данные входы не нужно дополнительно подавать сигнал, поскольку к ним уже подключены подтягивающие резисторы по 4,7кОм. Для того чтобы отключить мост, нам просто необходимо снизить напряжение до 0 В.

Список необходимых компонентов (полная версия):

  • 6 резисторов по 100 Ом;
  • 2 резистора по 4,7 кОм;
  • 2 резистора по 1,8 кОм;
  • 1 конденсатор на 100 нФ;
  • 2 электролитических конденсатора 22 мкФ;
  • 8 диодов 1N4007;
  • 2 желтых светодиода;
  • 2 красных светодиода;
  • 1 стабилизатор 78L05;
  • 1 драйвер L298.

Полная версия драйвера включает в себя два H-моста, которые управляют двигателями, измеряя ток потребления. Если эта функция не нужна, вы можете просто установить перемычки. Если же нам необходимо контролировать ток потребляемый двигателями, то необходимо на место перемычек установить шунтирующие резисторы и подключить соответствующую измерительную систему между контактами.

Есть некоторые причины, по которым может быть полезно измерять ток двигателей: одна из них заключается в обнаружении чрезмерного потребления тока двигателями, как в случае с мобильными роботами, когда у них блокируются колоса. Другая причина более сложная и заключается в обеспечении обратной связи для высококачественного управления ШИМ.

Как бы там ни было, для их реализации потребуется дополнительная схема для усиления сигнала с шунтирующих резисторов и специальное программное обеспечение для микроконтроллера. Но это уже выходит за рамки данной статьи.

Данная печатная плата также может быть использована для управления шаговым двигателем, но поскольку каждый шаговый двигатель для работы нуждается в двух мостах, мы можем подключить только один двигатель к плате.

В этой статье описывается, как управлять трехфазным бесщеточным двигателем постоянного тока с использованием GreenPAK.

Бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC), также известные как электронно-коммутируемые двигатели (ECM, EC двигатели) или синхронные двигатели постоянного тока, являются синхронными двигателями, питаемыми от постоянного тока через инвертор или импульсный источник питания, который производит электрический ток переменного тока для управления каждой фазой двигателя через контроллер замкнутого контура. Контроллер обеспечивает импульсы тока к обмоткам двигателя, которые управляют скоростью и крутящим моментом двигателя.

Читать еще:  Двигатель a15mf чем отличаются

Преимущества бесколлекторного двигателя на щетковом двигателе — это отношение высокой мощности к весу, высокая скорость и электронное управление. Бесщеточные двигатели находят применение в таких местах, как компьютерная периферия (дисковые накопители, принтеры), ручные электроинструменты и транспортные средства, которые варьируются от моделей самолетов до автомобилей.

Принцип построения и эксплуатации

Конструкция и работа двигателя BLDC очень похожи на асинхронные двигатели переменного тока и моторы постоянного тока. Как и все другие двигатели, двигатели BLDC также состоят из ротора и статора, что видно на рисунке 1.

Рисунок 1. Конструкция двигателя BLDC

Статор двигателя BLDC изготовлен из многослойной стали, сложенной для переноса обмоток. Обмотки в статоре могут быть расположены в двух шаблонах: звездный рисунок (Y) или дельта-шаблон (Δ). Основное различие между двумя шаблонами заключается в том, что Y-образная диаграмма дает высокий крутящий момент при низких оборотах, а диаграмма Δ дает низкий крутящий момент при малой скорости вращения. Это связано с тем, что в конфигурации Δ половина напряжения подается на обмотку, которая не приводится в движение, что увеличивает потери и, в свою очередь, эффективность и крутящий момент. Двигатели BLDC управляются с использованием электрических циклов. Один электрический цикл имеет 6 состояний. На фиг. 2 показана последовательность коммутации двигателя на основе датчика Холла.

Рисунок 2. Временная диаграмма последовательности коммутации двигателя на датчике Холла

Основополагающие принципы работы двигателя BLDC такие же, как и с мотором постоянного тока. В случае мостового двигателя постоянного тока обратная связь реализуется с использованием механического коммутатора и щетки. В двигателе BLDC обратная связь достигается за счет использования нескольких датчиков обратной связи. Наиболее часто используемые датчики — датчики Холла и оптические датчики.

В трехфазном BLDC количество зубьев (полюсов) кратно 3, а количество магнитов кратно 2. В зависимости от количества магнитов и зубьев каждый двигатель имеет различное количество зубцов (т.е. магнитные аттракционы между роторы и статоры), шаг за ход. Чтобы вычислить количество шагов (N), нам нужно знать, сколько зубов и сколько магнитов используется в двигателе. Мотор, используемый в этой заявке, имеет 12 зубьев (полюсов) и 16 магнитов.

Итак, чтобы сделать 1 оборот, нам нужно сгенерировать 48 электрических шагов.

Проектирование трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока

Основная блок-схема и типичная схема приложения показаны на рис. 3 и рис. 4 соответственно.

Рисунок 3. Блок-схема

Рисунок 4. Типичная схема приложения

Эта конструкция имеет 2 входа для управления скоростью и направлением двигателя. PIN № 8 контролирует направление; уровень HIGH на выводе № 8 показывает, что вращение двигателя по часовой стрелке, а уровень LOW указывает, что он против часовой стрелки. PIN № 2 используется для управления скоростью через входную частоту. Отсутствие сигнала частоты на этом контакте отключит драйвер, и двигатель остановится. Применяя частоту к этому выводу, он запустит двигатель в течение первых 500 мс. Использование входной частоты позволяет очень точно контролировать скорость двигателя. Для расчета RPM нам нужно знать, сколько электрических шагов содержит мотор:

Двигатель в этом приложении имеет 48 шагов, поэтому на частоте 5 кГц двигатель будет работать со скоростью 6250 об / мин.

Конструкцию можно разделить на 4 части (рисунок 5): блок обработки датчиков Холла, блок управления затвором, блок управления PWM или блок управления скоростью и блок защиты.

Рисунок 5. Дизайн

Блок обработки датчиков Холла включает в себя ACMP (ACMP0, ACMP3, ACMP4), фильтры деформирования (DLY1, DLY5, DLY6) и DFF (DFF6, DFF7, DFF8). Датчики Холла, используемые в этом проекте, имеют 4 контакта; VDD, GND и 2 дифференциальных выхода, которые подключены к входам IN + и IN для ACMP. Внутренний компонент Vref, установленный в 1, 2 В, используется как VDD для датчиков Холла. Отфильтрованные сигналы от ACMP поступают в D-входы DFF. Входная частота синхронизирует эти DFF и устанавливает скорость вращения. Сигналы от этих DFF переходят к драйверу ворот и 3-бит LUT14, который настроен как XNOR. Результат состоит в том, что выход чередуется на уровень каждый раз, когда любой датчик Холла меняет свою полярность. Оба краевых детектора генерируют фактическую частоту частоты (частота Холла), которая сравнивается с входной частотой для генерации сигнала ШИМ для управления скоростью вращения.

Читать еще:  Чем можно почистит двигатель

Блок драйвера ворот включает 12 3-битных LUT, которые коммутируют внешние транзисторы в зависимости от обратной связи датчиков Холла. 6 для LUT (3-бит LUT8 — 3-бит LUT13) используются для направления CW, а для переключения в направлении CCW используются еще 6 (3-бит LUT1 — 3-бит LUT6). Этот блок также включает 3 2-битных LUT (2-бит LUT4, 2-бит LUT5 и 2-бит LUT6) для смешивания сигналов для PMOS-транзисторов каждой фазы с PWM, чтобы гарантировать, что скорость вращения не зависит от нагрузки.

Контроллер PWM включает в себя компонент PWM2, счетчик CNT8, конечный автомат FSM1, 3-бит LUT15, 2 DFF (DFF0 и DFF1), детектор переднего фронта PDLY0 и инвертор INV0. DFF0 и DFF1 вместе работают как частотный компаратор; Выход DFF0 nQ выходит за пределы LOW, когда входная частота выше, чем частота Холла, а выход DFF1 nQ выходит за пределы LOW, когда входная частота ниже частоты Холла.

На уровне LOW на входе «+» выход PWM2 OUT + генерирует сигнал ШИМ с рабочим циклом, который колеблется от 256/256 до 1/256. На уровне LOW на входе «-» PWM2 OUT + генерирует PWM с изменяющимся рабочим циклом от 1/256 до 256/256. Частота ШИМ составляет

100 кГц, а рабочий цикл IC установлен на 0% при запуске.

Двигатель останавливается до тех пор, пока не будет применена входная частота до PIN2. После подачи частоты на PIN2 выход DFF0 nQ будет гореть LOW, а PWM увеличит рабочий цикл от 0 до 99, 6%. Двигатель будет продолжать вращаться, пока датчики Холла превысят входную частоту. На этом этапе вывод DFF0 nQ будет ВЫСОКИЙ, и выход DFF1 nQ будет гореть LOW. Эта инверсия приводит к тому, что рабочий цикл PWM уменьшается до приемлемого значения при непосредственном VDD и нагрузке, наблюдаемой на двигателе. Эта система будет постоянно работать, чтобы сбалансировать рабочий цикл ШИМ. Функциональность FSM1, CNT8, 3-бит LUT15 и PWM2 описана более подробно в примечании к применению AN-1052.

Защитный блок включает в себя 2 задержки (DLY2 и DLY9), счетчик CNT0 и 2-бит LUT0, сконфигурированный как вентиль XOR. Эта часть конструкции используется для защиты от выгорания двигателя и внешних полевых транзисторов. Если двигатель застревает или не может запуститься, датчики Холла не смогут дать обратную связь, необходимую для выключения двигателя. Если после 100 мс DLY2 выход не поступит, то обратный сигнал LOW и 2-бит LUT0 отключит двигатель. Если это происходит, CNT0 и DLY9 пытаются запустить двигатель каждые 500 мс в течение 8 мс. Этот период достаточен для запуска двигателя, но он недостаточно длинный, чтобы вызвать повреждение двигателя.

Рисунок 6. Объем работы двигателя BLDC

Вывод

В этой статье показано, как пользователи могут управлять трехфазным бесщеточным двигателем постоянного тока с использованием SLG46620 GreenPAK CMIC и датчиков эффекта Холла. SLG46620 также содержит другие функции, которые могут быть использованы для этого проекта. Например, АЦП внутри GreenPAK может интерпретировать входное напряжение постоянного тока и генерировать импульс ШИМ от значения, а не использовать входную частоту.

Раньше, если разработчик хотел бы управлять двигателем BLDC, они были бы ограничены как электрическими характеристиками, так и функциями выделенных готовых решений IC. Это вынудило дизайнеров выбирать фиксированную функцию и потенциально избыточное или дорогостоящее решение, которое часто ограничивало бы IO своей системы.

Диалог GreenPAK отменяет этот процесс проектирования, возвращая конфигурацию обратно в руки дизайнера. Используя это приложение GreenPAK как универсально-применимую (и настраиваемую) трехфазную схему управления двигателем BLDC, дизайнер может выбрать распиновку и внешние полевые транзисторы, которые отвечают уникальным электрическим характеристикам своего проекта. Кроме того, даже учитывая внешние полевые транзисторы, решение Dialog GreenPAK по-прежнему достаточно мало, чтобы дизайн системы и стоимость спецификации были чрезвычайно конкурентоспособными по сравнению с выделенными ИС.

Рекомендации

Для соответствующих документов и программного обеспечения вы можете посетить страницу Гринпака.

Загрузите бесплатное программное обеспечение GreenPAK Designer (1), чтобы открыть .gp-файлы (2) и просмотреть предлагаемый дизайн схемы. Используйте инструменты разработки GreenPAK (3), чтобы заморозить дизайн в индивидуальную микросхему за считанные минуты. Dialog Semiconductor предоставляет полную библиотеку примечаний к приложениям (4) с примерами дизайна, а также объяснения функций и блоков в IC Dialog.

(1) Программное обеспечение GreenPAK Designer, Загрузка программного обеспечения и руководство пользователя

(2) .gp, файл дизайна GreenPAK (загрузка файла zip)

(3) Инструменты разработки GreenPAK

(4) Замечания по применению GreenPAK

Отраслевые статьи — это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.

Читать еще:  Что такое сингл двигатель

Пообщайтесь с подавцом перед оплатой.

Перед тем, как оплатить товар, пообщайтесь с продавцом. Уточните у продавца, соответствует ли товар описанию, имеется ли товар в наличии, может ли продавец сфотографировать товар на телефон и выслать обычную необработанную фотографию. А также, соответствует ли товар размерной сетке, и какой размер продавец посоветовал бы вам выбрать, исходя из ваших параметров. Попросите продавца получше упаковать товар, если вещь хрупкая. Ответы продавца помогут вам либо избежать открытия спора, либо скрины переписки будут дополнительным докозательством во время ведения спора. Если продавец будет неохотно вам отвечать, или вообще не ответит, то заказывать у него лучше не стоит.

Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Полупроводниковые приборы. Первым этапам разработки схемы является работа со справочниками, в которых пускорегулирующая аппаратура и сечение проводов подбирается в зависимости от типа и мощности двигателя, его назначения и условий его работы. При изображении сигнальных ламп возможна заштриховка определенного сектора, соответствующего невысокой мощности и небольшому световому потоку. Это позволяет проводить смену инструмента, наладку станка с легким поворотом приводного вала и ротора электродвигателя.

Ротор короткозамкнутого асинхронного двигателя.

Наружная часть муфты, называемая якорем, выполняется в форме массивного цилиндра из малоуглеродистой стали. Схема последовательного включения двигателей Пример 5.

Нагревательные элементы теплового реле, включённые в силовую цепь, и остающиеся размыкающие контакты с ручным возвратом этого же реле в исходное положение, которые находятся в цепи управления, обозначены буквами РТ.

Частоту вращения электродвигателя можно изменить несколькими способами.

Управлять асинхронным двигателем можно и с большего числа мест Рисунок 5 — Схема управления электродвигателем с двух мест при наличии соответствующего количества кнопочных станций Рисунок 6 — Схема управления асинхронным двигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя: а — силовая цепь; б — цепь управления с электрической блокировкой контактами магнитного пускателя и контактами кнопочной станции; в — цепь управления с электрической блокировкой контактами магнитного пускателя Реверсивные магнитные пускатели комплектуются из двух нереверсивных.

Вращение электродвигателя прекращается.
Схема управления двигателем с двух и трех мест

Типы двигателей и как подобрать нужный двигатель

Существует две основные категории двигателей: переменного тока (AC) и постоянного тока (DC).

Двигатели постоянного тока были изобретены первыми и по-прежнему являются самым простым видом двигателей. DC двигатели приводятся в движение путем пропуска тока через проводник внутри магнитного поля. Основными типами электродвигателей постоянного тока являются щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Энергия щеточных двигателей генерируется подключением противоположных полюсов источника питания для подачи отрицательных и положительных зарядов в коммутатор при его физическом контакте с щетками. Такие электродвигатели отличаются своей простотой и низкой стоимостью, но требуют частого техобслуживания, так как щетки нуждаются в регулярной чистке и замене. Для того, чтобы работа приборов была более надежной, эффективной и менее шумной, используют бесщеточные двигатели постоянного тока. Они легче по сравнению с щеточными двигателями при одной и той же выходной мощности, практически не требуют техобслуживания, но значительно дороже.

Двигатели переменного тока можно разделить на два основных типа: асинхронные и синхронные. Выделяют ещё один, менее распространенный тип — линейные AC двигатели.

Можно сказать, что AC двигатели состоят из двух основных частей: внешняя часть (статор) и внутренняя (ротор). Статор – это стационарная часть двигателя с катушками, на которые подается переменный ток для создания вращающегося магнитного поля. А ротор соединен с валом, который создает другое вращающееся магнитное поле.

Линейные двигатели схожи с вращающимися двигателями, но в них движущиеся и неподвижные части расположены по прямой линии, и в итоге они создают линейное движение.

Индукционные (асинхронные) электродвигатели называются таковыми, поскольку крутящий момент создается с помощью электромагнитной индукции. Они известны также как двигатели с короткозамкнутым ротором или фазным ротором.

Синхронные двигатели отличаются от асинхронных тем, что они работают с точной синхронизацией с частотой сети. Напротив, асинхронные двигатели используют индуктивный ток для создания магнитного поля и требуют некоторого «скольжения» (немного более медленного вращения), чтобы вызвать ток.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector