Pikap24.ru

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

Электронные схемы управления двигателями

Статьи

Применение галогенных 12 вольтовых ламп

Монтаж фотореле и датчиков движения

Установка люка для розеточного поста

Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке?

Подключение участка с бытовкой к сети 380В

Люминесцентные лампы дома: польза или вред?

Установка уличного светильника на фонарный столб, опору

Перенос счетчика на опору, законно ли?

Механизмы Legrand Valena

Замена трансформаторов тока

Н-мост и схема работы для управления двигателями

В различных электронных схемах часто возникает необходимость менять полярность напряжения, прикладываемого к нагрузке, в процессе работы. Схемотехника таких устройств реализуется с помощью ключевых элементов. Ключи могут быть выполнены на переключателях, электромагнитных реле или полупроводниковых приборах. Н-мост на транзисторах позволяет с помощью управляющих сигналов переключать полярность напряжения поступающего на исполнительное устройство.

Что такое Н-мост

В различных электронных игрушках, некоторых бытовых приборах и робототехнике используются коллекторные электродвигатели постоянного тока, а также двухполярные шаговые двигатели. Часто для выполнения какого-либо алгоритма нужно с помощью электрического сигнала быстро поменять полярность питающего напряжения с тем, чтобы двигатель технического устройства стал вращаться в противоположную сторону. Так робот-пылесос, наткнувшись на стену, мгновенно включает реверс и задним ходом отъезжает от препятствия. Такой режим реализуется с помощью Н-моста. Схема Н-моста позволяет так же изменять скорость вращения электродвигателя. Для этого на один из двух ключей подаются импульсы от широтно-импульсного модулятора (ШИМ).

Схемой управления режимами двигателя является h-мост. Это несложная электронная схема, которая может быть выполнена на следующих элементах:

  • Биполярные транзисторы
  • Полевые транзисторы
  • Интегральные микросхемы

Основным элементом схемы является электронный ключ. Принципиальная схема моста напоминает латинскую букву «Н», отсюда название устройства. В схему входят 4 ключа расположенных попарно, слева и справа, а между ними включена нагрузка.

H-мост

На схеме видно, что переключатели должны включаться попарно и по диагонали. Когда включен 1 и 4 ключ, электродвигатель вращается по часовой стрелке. 2 и 3 ключи обеспечивают работу двигателя в противоположном направлении. При включении двух ключей по вертикали слева или справа произойдёт короткое замыкание. Каждая пара по горизонтали закорачивает обмотки двигателя и вращения не произойдёт. На следующем рисунке проиллюстрировано, что происходит, когда мы меняем положение переключателей:

Схема работы H-моста

Если мы заменем в схеме переключатели на транзисторы, то получим такой вот (крайне упрощенный) вариант:

H-мост

Для того чтобы исключить возможное короткое замыкание h-мост на транзисторах дополняется входной логикой, которая исключает появление короткого замыкания. В современных электронных устройствах мостовые схемы изменения полярности дополняются устройствами, обеспечивающими плавное и медленное торможение перед включением реверсного режима.

Н-мост на биполярных транзисторах

Транзисторы в ключевых схемах работают по принципу вентилей в режиме «открыт-закрыт», поэтому большая мощность на коллекторах не рассеивается, и тип применяемых транзисторов определяется, в основном, питающим напряжением. Несложный h-мост на биполярных транзисторах можно собрать самостоятельно на кремниевых полупроводниковых приборах разной проводимости.

H-мост на биполярных транзисторах

Такое устройство позволяет управлять электродвигателем постоянного тока небольшой мощности. Если использовать транзисторы КТ816 и КТ817 с индексом А, то напряжение питания не должно превышать 25 В. Аналогичные транзисторы с индексами Б или Г допускают работу с напряжением до 45 В и током не превышающим 3 А. Для корректной работы схемы транзисторы должны быть установлены на радиаторы. Диоды обеспечивают защиту мощных транзисторов от обратного тока. В качестве защитных диодов можно использовать КД105 или любые другие, рассчитанные на соответствующий ток.

Недостатком такой схемы является то, что нельзя подавать на оба входа высокий потенциал, так как открытие обоих ключей одновременно вызовет короткое замыкание источника питания. Для исключения этого в интегральных мостовых схемах предусматривается входная логика, полностью исключающая некорректную комбинацию входных сигналов.

Схему моста можно изменить, поставив в неё более мощные транзисторы.

Н-мост на полевых транзисторах

Кроме использования биполярных транзисторов в мостовых схемах управления питанием, можно использовать полевые (MOSFET) транзисторы. При выборе полупроводниковых элементов обычно учитывается напряжение, ток нагрузки и частота переключения ключей, при использовании широтно-импульсной модуляции. Когда полевой транзистор работает в ключевом режиме, у него присутствуют только два состояния – открыт и закрыт. Когда ключ открыт, то сопротивление канала ничтожно мало и соответствует резистору очень маленького номинала. При подборе полевых транзисторов для ключевых схем следует обращать внимание на этот параметр. Чем больше это значение, тем больше энергии теряется на транзисторе. При минимальном сопротивлении канала выше КПД моста и лучше его температурные характеристики.

Дополнительным негативным фактором является зависимость сопротивления канала от температуры. С увеличением температуры этот параметр заметно растёт, поэтому при использовании мощных полевых транзисторов следует предусмотреть соответствующие радиаторы или активные схемы охлаждения. Поскольку подбор полевых транзисторов для моста связан с определёнными сложностями, гораздо лучше использовать интегральные сборки. В каждой находится комплементарная пара из двух мощных MOSFET транзисторов, один из которых с P каналом, а другой с N каналом. Внутри корпуса также установлены демпферные диоды, предназначенные для защиты транзисторов.

В конструкции использованы следующие элементы:

  • VT 1,2 – IRF7307
  • DD 1 – CD4093
  • R 1=R 2= 100 ком

Интегральные микросхемы с Н-мостом

В ключах Н-моста желательно использовать комплементарные пары транзисторов разной проводимости, но с одинаковыми характеристиками. Этому условию в полной мере отвечают интегральные микросхемы, включающие в себя один, два или более h-мостов. Такие устройства широко применяются в электронных игрушках и робототехнике. Одной из самых простых и доступных микросхем является L293D. Она содержит два h-моста, которые позволяют управлять двумя электродвигателями и допускают управление от ШИМ контроллера. Микросхема имеет следующие характеристики:

  • Питание – + 5 В
  • Напряжение питания электромотора – + 4,5-36 В
  • Выходной номинальный ток – 500 мА
  • Ток в импульсе – 1,2 А
Читать еще:  Громко работает двигатель hdi

Микросхема L298 так же имеет в своём составе два h-моста, но гораздо большей мощности. Максимальное напряжение питания, подаваемое на двигатель, может достигать + 46 В, а максимальный ток соответствует 4,0 А. Н-мост TB6612FNG допускает подключение двух коллекторных двигателей или одного шагового. Ключи выполнены на MOSFET транзисторах и имеют защиту по превышению температуры, перенапряжению и короткому замыканию. Номинальный рабочий ток равен 1,2 А, а максимальный пиковый – 3,2 А. Максимальная частота широтно-импульсной модуляции не должна превышать 100 кГц.

Мостовые устройства управления электродвигателями часто называют драйверами. Драйверами так же называют микросхемы, только обеспечивающие управление мощными ключевыми каскадами. Так в схеме управления мощным электродвигателем используется драйвер HIP4082. Он обеспечивает управление ключами, собранными на дискретных элементах. В них используются MOSFET транзисторы IRF1405 с N-каналами. Компания Texas Instruments выпускает большое количество интегральных драйверов предназначенных для управления электродвигателями разных конструкций. К ним относятся:

  • Драйверы для шаговых двигателей – DRV8832, DRV8812, DRV8711
  • Драйверы для коллекторных двигателей – DRV8816, DRV8848, DRV8412/32
  • Драйверы для бесколлекторных двигателей – DRV10963, DRV11873, DRV8332

На рынке имеется большой выбор интегральных мостовых схем для управления любыми электродвигателями. Сделать конструкцию можно и самостоятельно, применив качественные дискретные элементы.

Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iпослед. 2 * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = Iпослед. 2 * 2* R, откуда

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Итак, характеристики ШД будут такими:

ПараметрЗначение
Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, ОмRбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГнLбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×смTбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Биполярное параллельное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.

Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.

Схема управления двигателем

На рис. 1.3 приведена схема управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением (обмотка возбуждения ОВ включена на полное напряжение Uном).

При нажатии пусковой кнопки П срабатывает контактор ЛК и якорь двигателя Я оказывается под током, значение которого на некоторое время ограничивает резистор R1. При отпускании кнопки П схема продолжает работать, так как кнопка зашунтирована вспомогательным контактом ВК1, механически связанным с контактором ЛК. В необходимый момент времени замыкаются контакты РВ задающего органа и включается контактор КУ, контакты которого шунтируют резистор R1. Момент замыкания контактов РВ может задаваться различными способами, например, в функции времени, когда специальное реле времени РВ включает контактор КУ через определенную выдержку времени после срабатывания контактора ЛК. Таким образом, двигатель начинает работать в нормальном режиме.

Рис. 1.3. Схема управления двигателем постоянного тока

Для отключения двигателя необходимо нажать кнопку С. При этом контактор ЛК возвращается в исходное состояние, а схема управления автоматически осуществляет динамическое торможение двигателя. За счет наведенной в якоре ЭДС срабатывает реле напряжения РН (контакты ВК2 относятся к контактору ЛК и в это время они замыкаются). Напряжение сети через контакты РН подается на обмотку контактора ТК, он срабатывает, и его контакты ТК включают резистор R2 параллельно обмотке якоря двигателя. Начинается динамическое торможение двигателя. Снижение частоты его вращения вызывает уменьшение ЭДС, наводимой в обмотке якоря. Когда напряжение на обмотке якоря становится равным напряжению отпускания реле РН, оно разрывает своими контактами цепь обмотки контактора ТК, который при этом отключается, и двигатель окончательно затормаживается под действием статического момента.

Реле напряжения срабатывает при заданном значении напряжения срабатывания, а возвращается в отключенное состояние при определенном напряжении отпускания (возврата). В реле предусмотрена возможность регулирования той или другой величины напряжения в определенных пределах.

В схемах управления часто применяют так называемые промежуточные реле. Эти реле обычно имеют одну оперативную обмотку и много пар контактов. На обмотку подается единичный сигнал через один контакт, не зависимый от промежуточного реле. В то же время при срабатывании этого реле сравнительно большое количество его контактов способно коммутировать число цепей, равное числу пар контактов, то есть подавать в цепи управления значительно большее количество сигналов по сравнению с начальным, поданным на обмотку реле. Контакты этих реле могут пропускать существенно большие токи по сравнению с током, проходящим через обмотку.

2. Описание работы исследуемых схем.

3. Описание аварийных режимов работы.

4. Выводы о проделанной работе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. При каких условиях срабатывают токовые реле?

2. Почему по мере разгона двигателя ток в роторе уменьшается?

3. Каково назначение пусковых резисторов?

4. Как перевести электрическую машину постоянного тока из двигательного режима в режим динамического торможения?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Епифанов, А. П. Электропривод [Электронный ресурс] : учебник для студентов высших учебных заведений / А. П. Епифанов, Л. М. Малайчук, А. Г. Гущинский ; под ред. А. П. Епифанова. – СПб. : Лань, 2012. – 400 с.

2. Епифанов, А. П. Основы электропривода: Учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2008. – 192 c.

3. Ильинский, Н. Ф. Общий курс электропривода: учеб. для вузов / Н. Ф. Ильинский, В. Ф. Козаченко. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 544 с.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНЫХ
Коммутационных аппаратов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование работы схем тиристорных аппаратов: пускателя серии ПТ, станции управления типа БЛЭ, станции управления серии ПТУ, регулятора мощности, выключателя переменного тока, трехфазного пускателя.

Статьи к прочтению:

  • Схема управления и защиты асинхронного двигателя
  • Схемная реализация элементарных логических операций. типовые логические узлы

Схема управления двигателем с двух и трех мест

Похожие статьи:

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального…

На рис. 1.2 показана схема пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами в функции тока ротора. Пуск схемы осуществляется нажатием кнопки П,…

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2 — скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

      • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
      • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

      • низкая стоимость
      • малая масса и размеры

Недостатки:

      • можно использовать для двигателей небольшой мощности
      • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
      • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
      • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

        • Небольшие габариты и масса прибора
        • Невысокая стоимость
        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
        • Отсутствует гул на низких оборотах
        • Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

        • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
        • Все недостатки регулировки напряжением

Вопросы выбора, замены и настройки блока управления двигателем

Прежде, чем менять или ремонтировать ЭБУ, необходимо убедиться, что именно он является причиной неудовлетворительной работы силового агрегата. О неисправности блока управления говорят некорректное функционирование отдельных систем двигателя, невозможность запуска мотора, плохая управляемость двигателя (не слушается педали газа и т.д.) и другие. Также о поломке могут оповещать соответствующие индикаторы на приборной панели. Во всех этих и многих других ситуациях необходимо выполнить диагностику блока, и в случае неисправности выполнить его замену или ремонт.

ЭБУ двигателя — сложное устройство, ремонт которого доступен только специалистам, поэтому при поломке данного модуля следует обратиться в сервисный центр или к мастерам с соответствующей квалификацией. Самостоятельно выполнять ремонт, замену и настройку ЭБУ рекомендуется только при наличии необходимых знаний и в случае, если у транспортного средства уже закончился гарантийный срок.

В случае полной замены ЭБУ необходимо использовать устройство того же типа и модели, что было установлено на автомобиле ранее. В ряде случаев возможно применение блоков другой модели, однако новое устройство должно обладать тем же функционалом и характеристиками, что и старое. Отдельное внимание при выборе необходимо уделять используемому в ЭБУ протоколу передачи данных — CAN или LIN. Подключить к ЭБУ с шиной CAN устройство, использующее шину LIN, и наоборот, напрямую невозможно, а применение адаптеров значительно повышает стоимость и трудозатраты.

С осторожностью следует прибегать к перепрограммированию ЭБУ при монтаже вспомогательных систем и тюнинге двигателя. Для выполнения данной операции должно использоваться специальное оборудование с лицензионным ПО, в противном случае возможны проблемы и поломки.

При правильном выборе, ремонте или замене ЭБУ силовой агрегат будет надежно и уверенно работать в любых условиях.

В сфере ремонта и строительства самое широкое применение находит простой в применении и универсальный материал — монтажная пена. Все, что вы хотели узнать о монтажной пене, ее существующих типах, составе и характеристиках, а также о подборе и применении этого материала — рассказано в данной статье.

В авторемонтной практике и на различных предприятиях часто возникает необходимость розлива топлив, масел и других технических жидкостей из бочек и еврокубов в малые емкости — для этого используются бочковые насосы, о существующих типах которых, их устройстве, выборе и применении рассказано в статье.

Монтажные, слесарные, электромонтажные и другие работы сложно представить без простого, но функционального инструмента — пассатижей и плоскогубцев. О том, что такое пассатижи и плоскогубцы, какими они бывают и как устроены, а также о правильном выборе и использовании инструмента — читайте в статье.

Эксплуатация автомобиля летом сопровождается специфическими загрязнениями — битумными и смолистыми пятнами, следами насекомых и другими. Эти загрязнения не удаляются водой при мойке, решить проблему помогают специальные средства — очистители битума и следов насекомых, о которых рассказано в статье.

Длительная езда на автомобиле приводит к утомляемости мышц шеи и наносит вред здоровью позвоночника. Решить эти проблемы помогают подушки на подголовники. О том, что такое подушки на подголовники и зачем они нужны, а также об ассортименте, подборе и применении данных аксессуаров — узнайте из статьи.

Для нарезки наружной резьбы с помощью круглых и прямоугольных плашек необходимо использовать специальное приспособление — плашкодержатель или вороток для плашек. Все о воротках, их существующих типах, конструкции и характеристиках, а также о выборе и применении этих приспособлений — читайте в статье.

Резьбовой крепеж прост и надежен, однако повреждение болта или шпильки может привести к невозможности его извлечения и замены. Эта проблема решается с помощью специального инструмента — набора экстракторов. Об этих приспособлениях, их типах, конструкции, выборе и применении читайте в данной статье.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector