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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidad de control universal para motores polifásicos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos Existe una gran variedad de motores asíncronos, paso a paso, colectores y todo tipo de motores multifásicos de alta frecuencia que funcionan a una frecuencia de 400 ... 1000 Hz, que no se pueden hacer funcionar de manera eficiente desde una red monofásica. Sin embargo, la electrónica moderna hace que esto sea bastante fácil de hacer. Para hacer girar el rotor de un motor polifásico, es necesario aplicar una secuencia de pulsos estrictamente definida a sus devanados, es decir crear un campo magnético giratorio. Pero cómo hacer esto si, aparte de una red monofásica, no hay nada. Un motor trifásico diseñado para 380 V / 50 Hz, por supuesto, también se puede arrancar desde una red monofásica utilizando condensadores de cambio de fase, pero su eficiencia será muy baja y no hay nada que soñar con cambiar la velocidad. de un motor asíncrono. Los motores paso a paso y de alta frecuencia no se pueden arrancar en absoluto. Para resolver todos estos problemas, se creó una unidad de control universal. Mediante una simple reprogramación de la ROM, es posible cambiar el algoritmo de las teclas de salida, y por tanto, la adaptación a cualquier motor. Considere el funcionamiento de la unidad principal, cuyo esquema se muestra en la Fig.1.
Se ensambla un oscilador maestro a una frecuencia de 1 kHz en el chip D1: 1, D2: 2. Su frecuencia está predeterminada principalmente por la velocidad del motor y la cantidad de ROM utilizada. Para formar frentes escarpados, los pulsos del generador pasan a través de dos disparadores Schmitt. En el borde del pulso de la salida D2: 1, se conmutan los contadores D3-D5. En el declive del mismo pulso, invertido por el chip D2: 2, los datos se sobrescriben desde la ROM en el registro del chip D7. Cuando se enciende el dispositivo, la cadena C2R3 pone a cero los contadores. En el proceso de operación, el coeficiente de conteo depende de en qué celda de memoria de la descarga D7 del chip D6 se escribirá el registro "1", que predeterminará el tiempo de reinicio de los contadores. El registro D7 es necesario para que los pulsos que se producen en el momento de cambiar las direcciones de la ROM no afecten al algoritmo de las teclas. El número de contadores depende del número de direcciones utilizadas por el chip D6 y puede variar de uno a diez. Se puede conectar una carga de hasta 7...20 mA directamente a las salidas del registro D30. En el caso de usar una carga mayor, es necesario usar elementos de amortiguación, por ejemplo, un chip D8. Ahora hablemos de las claves de salida y el algoritmo para el funcionamiento de diferentes motores. Para empezar, considere un motor colector que funciona con un voltaje constante de 27 V. Su circuito de conmutación se muestra en la Fig. 2.
Esta es la llave de transistor más simple ensamblada en VT1. Este transistor tiene una ganancia bastante grande y un diodo conectado entre el emisor y el colector. Por lo tanto, su base a través de un diodo limitador de corriente se puede conectar directamente a la salida del microcircuito D7 (Fig. 1). La figura 3 muestra un gráfico que explica el funcionamiento del motor en el modo de modulación de ancho de pulso (PWM).
Si el transistor durante un período de tiempo T estará más en el estado cerrado, entonces la velocidad del motor será mínima, y viceversa. Al final del período, es necesario escribir el registro "8" en la descarga D1 para que el ciclo se repita. Si necesita crear un modo de velocidad complejo, por ejemplo: durante 1 s, las revoluciones deben ser máximas, durante los próximos 10 s, al nivel del 20 %, durante los próximos 5 s, al nivel del 60 %, etc. ., luego reinicie el contador debe escribirse al final del ciclo de todo el proceso de ajuste, y seleccione la precisión del tiempo cambiando la frecuencia del oscilador maestro. Puede instalar su propia clave con un motor o cargar en cada bus de datos si sus ciclos comunes coinciden. Para controlar un motor paso a paso, es necesario utilizar tres o seis teclas, según el motor, dibujar un algoritmo de control del motor, calcular el número de pulsos necesarios por ciclo del motor y programar el microcircuito. La velocidad del motor se puede controlar cambiando la frecuencia del oscilador maestro. Aquí hay un diagrama (Fig. 4), un algoritmo (Fig. 5) y un programa (Tabla 1) para un motor con tres devanados.
Tabla 1
Considere el funcionamiento de un motor trifásico. El diagrama de bloques para conectar el motor con una estrella se muestra en la Fig.6.
Más adelante se darán varios esquemas clave. La primera tecla se controla desde el bus de datos D0, la segunda, D1, y así sucesivamente. Si el motor está diseñado para una frecuencia de 400 ... 1000 Hz, entonces un algoritmo simple es adecuado para él, como se muestra en la Fig. 7.
En el algoritmo, el momento de encender las llaves debe ser desplazado por el tiempo t. Para diferentes claves, este retraso es diferente y varía de varios microsegundos a varios milisegundos. Es necesario para que no se produzcan corrientes a través de los transistores de las teclas. Para controlar motores asíncronos diseñados para una frecuencia de 50 Hz, es necesario introducir modulación PWM con una frecuencia de 10 ... 20 kHz. La figura 8 muestra una media onda positiva de una onda sinusoidal y su relleno aproximado con pulsos PWM.
Para mantener la potencia del motor sin cambios a diferentes frecuencias, es necesario calcular el área total de media onda y alinear el área de modulación PWM. Para bajas velocidades del motor, esto está plagado de la instalación de chips ROM con un volumen muy grande de celdas y, en consecuencia, un cálculo minucioso de su contenido. La imagen general del algoritmo de control PWM para un motor trifásico se muestra en la Fig. 9, y el firmware ROM con modulación PWM a una frecuencia de 2 kHz se muestra en la Tabla 2. La velocidad del motor es de 60 rpm.
Para controlar el motor, he probado varios tipos de interruptores de potencia. Todos tienen sus propios méritos y deméritos. La figura 10 muestra el circuito más simple sin desacoplamiento de la tensión de red y una pequeña tensión de alimentación. En los transistores VT1-VT2, las resistencias R1-R3 y el diodo VD1, se ensambla una clave para una media onda positiva. En el transistor VT3: la clave de la media onda negativa.
La figura 11 muestra un circuito de transistor bipolar. Su desventaja es que cada tecla requiere una fuente de alimentación adicional de 24 V no estabilizada.
La figura 12 muestra un circuito de transistor de efecto de campo con aislamiento de optoacoplador. Para abrir los transistores de efecto de campo, no se necesita una gran corriente, por lo que las teclas se alimentan del mismo circuito que el motor.
El circuito de alimentación con aislamiento de optoacoplador para este interruptor se muestra en la Fig.13.
Todos los interruptores, en los que se utilizan optoacopladores, tienen un inconveniente importante: con un aumento en la frecuencia de modulación, los frentes de pulso se contraen. Quizás lo más óptimo en este momento es el uso de un chip controlador trifásico especializado IR2130, IR2131 de International Rectifier. Proporciona protección actual, que desactiva todas las teclas y genera una señal de error. El microcircuito es un controlador de seis teclas: transistores IGBT o MOS.ET. Cuando se utilizan transistores IR.740, se puede controlar una potencia del motor de hasta 5 kW. Los detalles sobre el microcircuito y los principios del control del motor se pueden encontrar en [1]. Las entradas del controlador son consistentes con la lógica TTL. Es posible coordinarlo con la unidad de control anterior. Literatura:
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