alex-day › Блог › Реверсивное управление двигателем постоянного тока. Управление постоянным двигателем


Как управлять мотором постоянного тока

Как подключить мотор к МК

В данной статье мы будем разбираться как управлять с помощью МК скоростью и направлением вращения обычным двигателем постоянного тока.

Для того чтобы коллекторный мотор постоянного тока заработал, достаточно подать на него определённое напряжение. Полярность данного напряжения будет определять направление его вращения, а величина напряжения — скорость вращения. Напряжение нельзя менять безгранично. Каждый мотор рассчитан на определённый диапазон напряжений. Максимальной мощности он достигает на указанном в документации напряжении. Как правило, ниже 30-50% от этого напряжения он перестаёт вращаться. Чем больше нагрузка на мотор, тем больший ток он потребляет. Если же мотор не сможет прокрутить вал (его заклинило), то мотор по сути станет сопротивлением и потребляемый ток достигает максимальной величины, зависящей от внутреннего сопротивления его обмоток. Мотор не рассчитан на работу в таком режиме и может сгореть.

Для того чтобы вы поняли как меняется ток от нагрузки, посмотрим на реальный мотор R380-2580.

Мы видим, что рабочее напряжение данного мотора — 12В, потребляемый ток под нагрузкой — 1.5А. Ток останова мотора вырастает до 8А, а в холостом же вращении, потребляемый ток равен всего 0.8А.

Как мы знаем, порт микроконтроллера не может выдать ток больше 50мА, и напряжение питания 12В для него слишком большое. Для управления моторами нам понадобится электронный ключ — транзистор, возьмём обычный биполярный транзистор NPN и подключим его по следующей схеме.

Чтобы мотор начал вращаться, на базу транзистора необходимо подать небольшой ток, далее транзистор откроется и сможет пропустить через себя гораздо больший ток и напряжение — мотор будет вращаться. Стоит отметить что, если мы соберём такую схему, то транзистор очень скоро, если не сразу, выйдет из строя. Чтобы этого не произошло, его необходимо защитить.

Обмотки мотора обладают достаточно большой индуктивностью, а как известно индуктивность сопротивляется изменению тока. Поэтому, когда мы закроем транзистор, чтобы выключить мотор, то его сопротивление резко увеличится и он перестанет пропускать через себя ток. Однако индуктивность будет сопротивляться этому, и для того, чтобы удержать ток на прежнем уровне, по закону Ома, напряжение на коллекторе транзистора начнёт резко повышаться (может достигнуть даже 1000В, правда очень на малое время) и транзистор сгорит. Чтобы этого не произошло необходимо параллельно обмоткам мотора поставить диод, который откроет путь для обратного тока и замкнёт его на обмотке мотора, тем самым защитит транзистор. Также, все постоянные моторы имеют еще одну неприятность — их щётки искрят в процессе работы, создавая помехи, что может привести к сбою микроконтроллера. Чтобы снизить эти помехи, необходимо использовать конденсаторы небольшой ёмкости, подключенный параллельно выводам мотора (как можно ближе к самому мотору). Вот окончательная схема.

Биполярные транзисторы имеют один недостаток — в открытом состоянии они ведут себя как диоды (на них падает около 0.7 В). А это, в свою очередь, вызывает их большой нагрев на больших токах и снижаем КПД схемы управления мотором. Поэтому лучше управлять моторами с помощью полевых (MOSFET) транзисторов. В настоящее время они достаточно распространены и имеют невысокую цену. Их низкое сопротивление в открытом состоянии позволяет коммутировать очень высокие токи. Однако и у них есть свои недостатки. Так как MOSFET транзисторы управляются напряжением, а не током (и обычно оно составляет 10В), то нужно выбирать специальные логические MOSFET, которые могут управляться низким напряжением — 1.8 .. 2.5В или использовать специальные схемы драйверов полевых транзисторов. Как выбирать MOSFET под вашу схему мы рассмотрим в других статьях, на конкретных приборах.

Теперь, подавая на выход микроконтроллера логическую единицу, мы заставим мотор вращаться, а логический ноль — остановится. Однако вращаться он будет с постоянной скоростью и в только одну сторону. Хотелось бы иметь возможность менять направление вращения мотора, а также его скорость. Рассмотрим, как этого можно добиться с помощью микроконтроллера.

H-Мост — меняем направление вращения мотора

Для управления направлением вращения мотора существует специальная схема, которая называется H-мост (схема выглядит как буква H).

Работает схема очень просто. Если открыть верхний правый и левый нижний транзистор, то на клемах мотора справа будет плюс, а слева будет минус. Мотор будет крутиться в одну сторону. Если открыть левый верхний и правый нижний, то справа будет минус, а слева плюс — полярность тока сменится, и мотор будет крутиться в другую сторону. Паразитные диоды внутри MOSFET транзисторов будут защищать всю схему (параметры этих диодов не очень хорошие и в реальных схемах могут понадобиться более быстродействующие диоды Шотке параллельно паразитным диодам, для снижения нагрева полевого транзистора), так что лишние компоненты не понадобятся, кроме искрогасящего конденсатора.

В схеме H-моста в качестве нижних транзисторов всегда используются N-канальные, а вот верхние могут быть как N-канальные, так и P-канальные. P-канальными транзисторами в верхнем ключе проще управлять, достаточно сделать схему смещения уровня напряжения на затворе. Для этого можно использовать маломощный N-канальный полевой или биполярный транзистор. Нижним транзистором можно управлять напрямую от МК, если выбрать специальный логический полевой транзистор.

Если в вашей схеме будет использоваться высоковольтный мотор постоянного тока (больше 24В) или мощный мотор с токами более 10А, то лучше использовать специальные микросхемы — драйверы MOSFET транзисторов. Драйверы управляются, как правило, сигналами микроконтроллера от 2 до 5В, а на выходе создают напряжение необходимое для полного открытия MOSFET транзисторов — обычно это 10-15В. С помощью драйверов легко организовать управление верхним N-канальным транзистором. Очень хорошим драйвером является микросхема L6387D от компании ST. Данная микросхема хороша тем, что не требует диода для схемы накачки напряжения. Вот так она подключается для управления H-мостом на всех N-канальных транзисторах.

N-канальные полевые транзисторы, стоят дешевле P-канальных, а также имеют меньшее сопротивление в открытом состоянии, что позволяет коммутировать большие токи. Но ими сложнее управлять в верхнем положении. Проблема использования N-канального транзистора в верхнем ключе состоит в том, что для его открытия нужно подать напряжение 10В относительно Истока, а как вы видите на схеме там может быть все напряжение питания мотора, а не 0 вольт. Таким образом, на базу необходимо подать 10В + напряжение питания мотора. Нужна специальная bootstrap схема для повышения напряжения. Обычно, для этих целей используется схема накачки напряжения на конденсаторе и диоде. Однако такая схема работает только, если вы постоянно подзаряжаете конденсатор — открывая, закрывая нижний транзистор (в ШИМ управлении), или нужно еще усложнять схему — добавлять схему внешней подпитки конденсатора. Вот пример схемы управления N-канальными транзисторами без использования микросхем.

Рассмотрим теперь, как управлять скоростью вращения мотора.

ШИМ сигнал — управляем скоростью вращения мотора

Моторы постоянного тока имеют линейную зависимость скорости вращения от приложенного напряжения. Таким образом, чтобы снизить скорость вращения, надо подать меньше напряжения. Но надо помнить, что с падением напряжения, у мотора падает мощность. Поэтому, на практике, можно управлять скоростью мотора только в пределах 30%-50% от полной скорости вращения мотора. Для управления скоростью мотора без потери мощности, необходима обратная связь от мотора по оборотам вращения, например как в электрическом шуруповерте. Такой режим управления, требует более сложной схемы. Рассмотрим простой вариант — управление скоростью мотора без обратной связи.

Итак, нам необходимо менять напряжение подаваемое на мотор. В нашем распоряжении есть MOSFET транзистор. Мы помним, что наш мотор — это в первую очередь индуктивность. Индуктивность сопротивляется изменению тока. И если быстро включать и выключать напряжение на моторе, то в момент выключения ток будет продолжать течь благодаря индуктивности. А мотор будет продолжать вращаться по инерции, а не остановится. Но естественно, вращаться он будет медленнее, среднее напряжение на его обмотках будет меньшее.

Микроконтроллер, как раз, отлично умеет генерировать ШИМ (PWM) сигнал. А мотор умеет интегрировать данный сигнал (усреднять) за счёт индуктивности обмоток. От коэффициента заполнения (скважности) ШИМ сигнала как раз и будет зависеть полученное мотором среднее напряжение, а значит и скорость.

Какая же частота ШИМ нужна для лучшего управления мотором? Ответ очень простой, чем больше, тем лучше. Минимальная частота зависит от индуктивности мотора, а также массы ротора и нагрузки на вал мотора. Если смоделировать в электрическом симуляторе (например, PROTEUS) ШИМ управление мотором, то будет видно, что чем больше частота ШИМ, тем более ровный ток протекает через мотор (ripple current — снижается при увеличении частоты). Низкая частота:

высокая частота:

Если же частота упадёт ниже определённого уровня, то мотор не сможет крутится, ток станет разрывным (будет падать до нуля).

Отлично, все просто! Делаем частоту ШИМ побольше, например 1 МГц, и любому мотору хватит. В жизни же, все не так просто. Для понимания всех возможных проблем можно упрощенно принять затвор MOSFET транзистора за идеальный конденсатор. Для того чтобы транзистор полностью открылся, конденсатор необходимо зарядить до 10В (на самом деле меньше). Чем больше ток, который мы можем вкачать в конденсатор, тем быстрее он зарядится, а значит быстрее откроется транзистор. В процессе открытия транзистора, ток и напряжение на нем будут максимальными, и чем больше это время, тем сильнее нагреется транзистор. В datasheet обычно есть такой параметр как Qgate — полный заряд, который надо передать транзистору, чтобы он открылся полностью.

Чем меньше эта величина, тем меньшей ток нужен для управления данным транзистором. Естественно, такой ток нужен только на очень короткое время — какое, опять же написано в datasheet — tr, обычно оно измеряется в наносекундах. Чтобы выдать такой ток, нужны специальные драйверы, если же мы управляем логическим MOSFET напрямую от микроконтроллера, то мы не сможем обеспечить такой ток. Поэтому для защиты микроконтроллера необходимо перед базой MOSFET ставить резистор, а это сильно замедляет время открытия. В итоге, микроконтроллер в прямом управлении не может обеспечить более 1-2 мкc на открытие и закрытие транзистора. Время открытия и закрытия должно занимать не более 10% длительности ШИМ сигнала. Таким образом, мы сразу получаем ограничение в частоте — 50 000 Гц. Дополнительно, сам микроконтроллер должен иметь возможность генерировать ШИМ сигнал с возможностью хотя бы 8 битного управления шириной ШИМ (для этого требуется большая рабочая частота МК). В итоге, обеспечить большую частоту ШИМ не так просто. Так же, на высоких частотах, начитает мешать паразитные ёмкости и индуктивности. На плате, которую можно сделать дома, получить частоту ШИМ больше 300 кГц, очень сложно. Трассировка платы должна быть сделана идеально. Для снижения требований к плате, в настоящее время выпускаются специальные MOSFET, объединённые с драйверами управления, они позволяют на заводских, многослойных платах получить частоту управления MOSFET в 2МГц.

Индуктивность моторов не маленькая, и такие большие частоты не нужны. Для управления моторами постоянного тока вполне достаточно 8КГц, лучше около 20КГц (за звуковым диапазоном).

ШИМ управление мотором предполагает очень быстрое изменение напряжение от 0 для максимального, что порождает большие проблемы при трассировке платы. Перечислим коротко правила, которые необходимо соблюдать при трассировке платы.

  • Земли управления моторами и микроконтроллера обязательно должны быть разделены, соединение в одной точке тонким проводником, например 0.3мм, как можно ближе к проводам питания всей схемы

  • Драйвера управления MOSFET должны быть как можно ближе к самим MOSFET транзисторам

  • Исполнение управляющей области обязательно двухсторонее, желательно с земляным слоем с одной стороны. При импульсном управлении возникают электромагнитные помехи, чтобы снизить их, земляной слой должен быть рядом.

  • Обязательно наличие конденсатора как можно ближе к зоне прохождения больших импульсных токов. Если такого конденсатора не будет, то напряжение на линии питания будет сильно проседать и микроконтроллер будет постоянно сбрасываться. Также без такого конденсатора, за счёт индуктивности проводов питания, напряжения на линии питания может увеличиться в несколько раз и компоненты выйдут из строя!

Более подробно мы рассмотрим как работают эти правила на конкретных приборах.

ШИМ сигнал в H-мосте

Чтобы можно было менять направление вращения и скорость — нужна схема H-моста и нужно управлять транзисторами ШИМ сигналом. В схеме H-моста четыре транзистора, как лучше ими управлять, на какой транзистор подавать ШИМ сигнал. Разберёмся в этом вопросе (рекомендуем прочитать очень подробную статью на эту тему).

Рассмотрим нашу схему с точки зрения нагрева транзисторов. Это один из основных критериев, по которому наш прибор может выйти из строя. Полевой транзистор состоит из двух элементов — собственно транзистор и паразитный диод. В схеме управления мотором оба элемента работают. Нагрев полевого транзистора происходит в следующие моменты времени:

  • когда транзистор открыт, нагрев идёт из-за сопротивления в открытом состоянии Rdson, пропорционально времени открытия транзистора выделяется мощность P = I * I * Rdson

  • когда транзистор закрыт, то ток ЭДС мотора идет через диод, то есть нагрев идет из-за диода P = I * U diode forward (как правило 1В)

  • когда транзистор переключается из открытого состояния в закрытое, то нагрев пропорционален времени открытия и закрытия транзистора

Посмотрим, как влияет схема управления на нагрев нашим электронных ключей. Допустим, что мы управляем мотором ШИМ сигналом со скважностью 50% и мотор крутится в одну сторону.

Самый простой вариант — применить ШИМ сигнал к одному из двух транзисторов, а второй оставить все время открытым. Обычно, ШИМ в этом случае подаётся на нижний транзистор (N типа), который обычно быстрее. В этом случае нагрев нижнего будет больше верхнего на величину тепла выделяемого при переключениях транзистора. Чтобы сравнять счет, можно попеременно подавать ШИМ сигнал то на верхний (если они одинаковые), то на нижний транзистор. Также можно подавать ШИМ на оба транзистора одновременно, но из-за разницы в транзисторах это будет не эффективно, а также будет увеличивать нагрев за счет переключения транзисторов. При такой схеме управления, два других транзистора работают как диоды. К счастью, наибольший ток через диод будет при наибольшей скважности ШИМ, при этом диод будет задействован очень малое время.

Для исключения тока через диоды, которые дают существенный нагрев, можно мотор никогда не отключать от напряжения, а вместо этого, крутить его в обратную сторону. Таким образом, мы должны, например 70% ШИМ сигнала крутить вправо, а 30% влево. Это даст в итоге 70%-30%=40% скорости вправо. Но при этом не будут задействованы диоды. Такой метод управления называется комплементарным. Такая схема требует большого конденсатора на линии питания, а также источника питания, который может потреблять ток (например аккумулятора).

Вместо вращения мотора в разные стороны, можно помогать диодам — а именно тормозить мотор, открывать два верхних транзистора в момент низкого уровня ШИМ сигнала. На практике, все эти методы не дают существенного изменения скорости вращения двигателя, но позволяют эффективно управлять нагревом полевых транзисторов. Более подробно про особенности различных схем управления можно в этой статье.

myowndevice.ru

Электродвигатель постоянного тока — устройство, принцип работы, управление двигателем и его пуск

УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ - ПУСК

Исторически первый электродвигатель работал именно на постоянном токе, так как во времена его изобретения в 1834 году Борисом Якоби единственным источником тока были гальванические батареи.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока прост: в простейшем случае он имеет по одной паре полюсов на статоре и роторе, при этом направление тока в обмотке ротора дважды за оборот изменяется при помощи специального устройства – коллектора, представляющего собой набор пластин, соответствующий числу роторных обмоток.

При вращении ротора различные участки обмотки последовательно соединяются через щетки с внешним источником постоянного тока. Так как электродвигатель с двухполюсным ротором имеет две мертвые точки, где запуск без внешнего импульса невозможен (полюса ротора находятся точно напротив полюсов статора, и равнодействующая сил отталкивания равна нулю), на практике используются только многополюсные роторы. Кроме того, увеличение числа полюсов увеличивает равномерность вращения ротора.

Подключение обмотки якоря может быть различным:

Независимое. Обмотка ротора не имеет прямого соединения со статором, такое подключение используется в схемах с регулировкой оборотов. Сериесное. Обмотка якоря включена последовательно со статором. При увеличении нагрузки на сериесный электродвигатель его обороты резко падают (но возрастает крутящий момент), при уменьшении нагрузки возможен разнос. По этой причине сериесное возбуждение не используется там, где возможен холостой ход электродвигателя. Классический пример сериесного мотора – автомобильный электростартер. Шунтовое. Якорь подключается параллельно статору. При перегрузке крутящий момент на роторе не изменяется, при отсутствии нагрузки не возникает разнос. Смешанное. Якорь имеет две обмотки, подключенных последовательно статору и параллельно с ним. По своим электромеханическим характеристикам компаундные электромоторы находятся между сериесными и шунтовыми – они способны поднимать крутящий момент при увеличении нагрузки и вместе с тем не склонны к разносу на холостом ходу.

Компаундное возбуждение часто используется в электроинструменте, где необходимо и ограничение максимальных оборотов, и устойчивость к росту нагрузок.

В зависимости от взаимного направления магнитных потоков обеих обмоток различают прямое и обратное компаундное включение: при обратном включении и правильном конструировании ротора возможно поддержание стабильных оборотов при изменении нагрузки, но такая схема склонна к периодическим колебаниям частоты вращения.

Магнитное поле статора является постоянным, поэтому статор может выполняться из мощных магнитов, не имея обмотки. Благодаря этому снижаются затраты меди на производство электродвигателя и уменьшается его стоимость.

Сфера применения электродвигателей постоянного тока – это в первую очередь устройства и системы с батарейным питанием: от микромоторов карманных плейеров до мощных автомобильных электростартеров, тяговые двигатели легких электромобилей и электрокаров, аккумуляторный электроинструмент.

При всех своих достоинствах (простота устройства, высокий КПД, легкость реверса) электродвигатели постоянного тока имеют ряд серьезных недостатков:

  1. При вращении ротора в питающей цепи возникают импульсные помехи в момент перехода ламелей коллектора мимо щеток, к которым добавляются радиопомехи из-за искрения на коллекторе.
  2. Сам коллектор и токопроводящие щетки неизбежно изнашиваются. Неравномерный износ ламелей коллектора и изолятора между ними может приводить к нарушению контакта щеток и коллектора, снижению мощности и обгоранию ламелей.
  3. В ряде случаев искрение щеток усиливается настолько, что возникает так называемое «кольцевое пламя» - сплошная область ионизированного воздуха, окружающая коллектор с разрушительными последствиями. Для противодействия этому чаще всего используется принудительная вентиляция области коллектора, выносящая ионизированный воздух наружу.

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Наиболее очевидный способ управления оборотами электродвигателя постоянного тока – это изменение тока в его обмотках и, следовательно, магнитного потока. Изначально в цепь питания ротора включался мощный реостат, однако этот способ управления имел явные недостатки:

Сложность автоматического поддержания оборотов.

Движок реостата приводился либо вручную, либо присоединялся к центробежному регулятору. В любом случае резкое увеличение нагрузки не могло быть быстро скомпенсировано.

Высокие потери мощности.

На мощных электродвигателях реостат значительно нагревался, снижая КПД двигательной установки и требуя введения дополнительного охлаждения.

Применение линейного стабилизатора для управления электродвигателем – это, по сути, замена механического реостата электронным: изменяя мощность, рассеиваемую линейным стабилизатором, изменяют ток в обмотках электродвигателя.

Главное преимущество такой схемы – возможность создания устройств для поддержания оборотов с высокой скоростью реакции. Как известно, при вращении коллектора возникают броски тока в момент подключения очередной секции обмотки ротора.

Частота этих импульсов строго пропорциональна оборотам двигателя, что широко используется в устройствах правления коллекторными двигателями. Например, автомобильный доводчик стеклоподъемников автоматически отключает питание мотора, перестав фиксировать пульсацию тока в цепи питания стеклоподъемника (обнаружение момента остановки электродвигателя).

Совершенствование силовой электроники и в частности создание ключей с низким собственным падением напряжения в открытом состоянии (IGBT, MOSFET) позволило создать системы электронного управления широтно-импульсной модуляцией. Суть широтно-импульсной модуляции (сокращенно ШИМ) состоит в изменении длительности импульсов тока при сохранении их постоянной частоты.

Такой метод регулировки имеет значительно больший КПД, так как отсутствует элемент, на котором рассеивается излишняя мощность, как это было бы в случае использования реостата или линейного стабилизатора напряжения.

Основной проблемой схем с широтно-импульсной является индуктивность обмоток электродвигателя. Она делает невозможным моментальное нарастание и падение тока, искажая форму прямоугольного сигнала, подаваемого на электродвигатель. В свою очередь, при неправильном проектировании силового каскада ШИМ-контроллера это способно привести к перегреву силовых ключей и резкому падению КПД.

В начало

ПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В момент включения электродвигателя постоянного тока в питающую сеть возникает значительный бросок тока, так как пусковой ток электродвигателя в несколько раз (при мощностях, измеряемых киловаттами – до 20) превосходит номинальный. По этой причине прямой пуск электродвигателей используется только при небольших мощностях.

Распространенный способ снижения нагрузки на сеть при пуске электродвигателей высокой мощности – это реостатный запуск. В данном случае в момент включения мотора цепь ротора питается через мощный резистор или набор резисторов, по мере набора оборотов закорачиваемых специальными контакторами. Осциллограмма тока якоря при этом становится близкой к пилообразной, а амплитуда пульсаций зависит от числа ступеней пускового реостата.

В тех случаях, когда нагрузка на электродвигатель находится в определенном заданном диапазоне, реостатный пуск производится в автоматическом режиме с помощью реле времени. Эта схема используется на ряде электропоездов, однако распространены и ручные контроллеры, управляемые машинистами.

Недостаток реостатного пуска – большие потери на нагрев реостатов, из-за чего они должны иметь высокую мощность и в ряде случаев искусственное охлаждение.

Этого лишен пуск изменением питающего напряжения, применяемый в тех случаях, когда возможно управление источником тока, например, в электро трансмиссиях постоянного тока: в момент пуска приводящий генератор двигатель работает на минимальных оборотах, плавно набирая их по мере разгона.

Также могут применяться управляемые выпрямители, но этот способ более применим для электродвигателей низкой мощности.

В начало

© 2012-2018 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

eltechbook.ru

Устройство управления двигателем постоянного тока

Читать все новости ➔

При включении и выключении двигателей постоянного тока (ДПТ), работающих в паре с пластмассовыми редукторами, возникает удар, который постепенно разрушает редуктор. Предлагаемое устройство позволяет плавно подавать и снимать нагрузку с редуктора, и может быть использовано для регулировки скорости в ДПТ, плавного пуска и остановки ДПТ, например, при закрытии/открытии жалюзи, подъема/опускания ролетов и в других т.п. устройствах.

Детский электрический автомобиль

Устройство разработано для детских электрических автомобилей с питанием от аккумуляторной батареи 6 В 10 А*ч. Автомобиль управляется по радиоканалу с пульта управления, находящимся в руках родителя, идущего рядом с автомобилем. Для того чтобы маленькие дети не пугались при движении с большой скоростью, устройство снабжено переключателем скоростей. Поскольку в устройстве применено питание двигателя импульсами ШИМ, то скорости переключаются подачей на ДПТ импульсов с заполнением 50%, 60%, 80% и 100%.

Алгоритм работы

Предлагаемое устройство разрабатывалось с условием минимального изменения в электрической схеме автомобиля.

Устройство разработано на микроконтроллере РIС16F676. Алгоритм работы программы микроконтроллера показан на рис.1. После пуска и инициализации микроконтроллера определяется установленная скорость и включается флаг выбранной скорости. Далее определяется направление движения: прямой ход, реверсивный ход, либо отсутствие движения - стоп, и устанавливаются соответствующие флаги направления.

Рис. 1

Если направление движения не выбрано, то сигнала «Пуск» нет, и программа переходит на ожидание прерывания. Если «Пуск» включен, то по флагу определяется направление движения и отрабатывается прямой ход или обратный.

Длительность управляющего импульса пуска при прямом и обратном ходе формируется одинаково, но на разные выходы. Один выход, который включает «земляной» провод двигателя, включается сразу, а на втором выходе длительность импульса включения увеличивается после каждого прерывания. Чем большее число прерываний произошло с момента начала пуска, тем на большее значение увеличивается длительность импульса.

Реализовано это с помощью подпрограммы задержки 37 мкс, умноженное на число регистра «сек», имеющего переменное значение, и изменяющееся после каждого прерывания. Прерывание по переполнению таймера ТМR0 происходит через 4 мс, делится делителем на 10 и увеличивает счетчик «сек». Таким образом, счетчик «сек» увеличивается на единицу через 40 мс. Значение этого счетчика при пуске выбрано равным 55, но может быть изменено пользователем в любую сторону. При данном значении счетчика «сек» время пуска равно 2,25 с, а длительность импульса плавно увеличивается до 75% полной мощности двигателя.

После отработки части пуска ожидается прерывание, и, если пуск еще не завершен, программа возвращается на определение скорости и направления. Если пуск выполнен, то программа отрабатывает выбранную скорость с частотой ШИМ, равной 125 Гц. Отработка скорости выполняется аналогично отработке пуска, но с постоянным временем задержки. Но если при пуске время задержки увеличивает длительность выходного импульса, то при работе время задержки определяет длительность паузы. Это необходимо для того, чтобы при отработке «стопа» еще больше увеличивать время паузы, сокращая таким образом длительность выходного импульса.

Если включен флаг «стопа», то при прерывании изменяются значения делителей. Делитель на 10 становится делителем на 1, а значение регистра «сек» может принимать значение либо 50, либо 70. Это зависит от включенного флага скорости. При скорости 50% регистр «сек» принимает значение 50, так как при больших значениях происходит перерегулировка и длительность паузы становится больше длительности импульса работы. При этом вместо того, чтобы уменьшать значение длительности импульса, она начинает возрастать. При таких значениях регистра «сек» время остановки двигателя равно 0,2 с (оно может быть изменено пользователем в любую сторону уменьшением или увеличением до 255 значения регистра «сек»), а длительность выходного импульса плавно уменьшается до нуля.

После отработки длительности импульса скорости или стопа программа повторяется с определения скорости.

Работа устройства

Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис.2. Выходы микроконтроллера DD1 RC0-RC3 управляют ключами VT1-VT4, которые открывают полевые транзисторы VT5-VT8, подающие напряжение в необходимой полярности на двигатель постоянного тока М1. На входы RA4, RA5 ИМС DD1 через переключатели SA1, SA2 подается лог. «0», определяя выбранную скорость. Программно входы RA4, RA5 подтянуты внутренними резисторами микроконтроллера к плюсу питания. Значения выбранных скоростей в зависимости от состояния входов приведены слева внизу на рис.2.

Рис. 2

На входы RC4, RC5 также подается напряжение от БУ автомобиля, определяя выбранное направление движения. Поскольку при полностью заряженной аккумуляторной батарее (АКБ) автомобиля напряжение на ней превышает максимально допустимое для входов микроконтроллера, то установлены делители напряжения R2, R9 и R3, R8.

Вначале был изготовлен вариант устройства с питанием от АКБ автомобиля, но при уменьшении напряжения на АКБ вследствие ее разряда полевые транзисторы открывались не полностью, и их внутреннее сопротивление увеличивалось. Увеличивалось и падение напряжения на транзисторах, и они грелись. Поэтому для питания микроконтроллера и ключевых транзисторов была установлена дополнительная батарея GB1 с напряжением 9 В. Стабилизатор напряжения DA1 необходим только для питания ИМС микроконтроллера DD1. Потребляемый ток от батареи GB1 составляет 15...25 мА. Меньшее потребление тока будет при максимальной скорости вращения двигателя.

Конструкция и детали

Схема подключения устройства в сеть автомобиля показана на рис.3. Пунктиром показано штатное соединение. Под сиденьем автомобиля имеется ниша для второго АКБ и много свободно го места. Сняв сиденье и крышку ниши АКБ, увидите пару проводов, идущих от АКБ, и пару прово­дов, идущих к двигателю. Один провод, как правило, черный - «минусовой», а второй провод - красный (может быть и желтым, белым) - «плюсо­вой». В назначении проводов можно убедиться, по­смотрев на клеммы АКБ. Провод, идущий от БУ к двигателю, необходимо отпаять от двигателя и припаять к плате. Поскольку провод толстый, то лучше предварительно припаять к нему тонкие провода, которые легко паять к плате. Провода пи­тания, идущие от АКБ к плате и от платы на двига­тель, необходимо брать сечением не менее 1 мм2. Выключатель напряжения SA3 лучше установить на крышке ниши АКБ под сиденьем или сзади корпу­са автомобиля. Разводку 9 В питания можно выпол­нить любым монтажным проводом. Батарею GB1 и плату можно закрепить в любом удобном месте.

Рис. 3

Печатная плата устройства и схема расположения элементов показаны на рис.4 и рис.5 соответственно.

Рис. 4

Рис. 5

МОSFЕТ-транзисторы \/Т5-\/Т8 могут быть любыми импортными с буквенным индексом L, с током стока не менее 10 А или отечественные с аналогичными параметрами. Чем больше допустимый

ток стока, тем меньших размеров нужен радиатор для транзистора. При 10-кратном запасе по току, радиатор может вообще не понадобиться. Конечно, это при условии, что транзистор открывается полностью. Большую нагрузку испытывают транзисторы, работающие в ключевом режиме, т.е. VT7, VТ8.

Транзисторы VT1-VT4 могут быть любыми структуры n-р-n. Переключатели скоростей SА1, SА2 лучше заменить одним движковым и установить его на передней панели автомобиля. В качестве батареи GB1 лучше применить 2 батареи типа 3R12, которых хватит на весь сезон.

Работа с устройством

Перед подачей напряжения на БУ автомобиля, необходимо подать напряжение на плату устройства. Напряжение питания 6 В и 9 В на плату должно подаваться одновременно. При движении вперед и переключении назад сначала отрабатывается время стопа, затем время пуска в выбранном направлении. При выключении движения отрабатывается время стопа, а при включении - время пуска.

Скачать файлы abtou.asm и abtou.hex, а также печатная плата в формате .lay

Автор:   Николай Заец, г. Азов, Ростовской обл.

Источник: Радиоаматор №5,  2015

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Реверсивное управление двигателем постоянного тока — DRIVE2

ПредисторияИногда я "по просьбам трудящихся" :) в свободное время помогаю составить различные схемы. В ряде случаев я получаю отклик, в ряде — все "уходит в пучину" и не знаю: вышла схема или нет. Таких схем получилось достаточно прилично и вот решил выложить их "в открытый доступ" — может кому что понравится и он попробует собрать — заодно и расскажет, как все вышло.

ЗадачаСформулировано задание было так : " Имеется моторчик 12в. Нужна схема для изменения полярности на выходах моторчика, чтоб работал от кнопки без фиксации то в одну сторону, то в другую.Кнопка без фиксации должна подавать минусовой сигнал.Включил зажигание моторчик крутит в одну сторону, нажал кнопку крутит в другую сторону, выключил зажигание моторчик не крутит"

Конечно схема былабы проще, если бы не требование только минусового сигнала на кнопке, то таково "требование заказчика"

"Схема переключения"Пояснять тут особо нечего — по сути это схема управления нагрузкой при помощи одной кнопки.Реализована на микросхеме CD4013, представляющую собой два D- триггера в одном корпусе.

Если выкинуть резистор R1 и поставить кнопку S1 вместо транзистора VT1, то получим схему управляемую плюсовым сигналом.При подаче питания на на выходе Out (+) появляется напряжение питания. При нажатии на кнопку S1 происходит переключение.Вывод 12 является инверсным к выводу 13 и если нужно, чтобы при включении на выходе был 0, нужно подключаться к Out (-)

Силовая часть

Тут также все просто — мостовая схема на биполярных транзисторах VT1- VT4, на схеме изображены Tip41 и Tip42 — эти транзисторы позволят подать на мотор до 65 Вт нагрузки.При подаче управляющего сигнала на вход двигатель будет вращаться в одну сторону, при отсутствии — в противоположную.

Если кто решит повторить схему или ее часть — просьба отписаться: пришлось ли что то дорабатывать или нет и если да, то что.

PS. а вообще предельно просто данная система управления собирается из волговского реле РС711 и двух 5-контактных обычных реле, но "заказчик" просил именно электронную схему ;)

PS2. Если честно, то делая для себя, я не сталбы пускать двигатель в другую сторону, не дождавшись его полной остановки

www.drive2.ru

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

Управление двигателями постоянного тока

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого (рис.1), параллельного (рис.2), последовательного (рис.3) и смешанного (рис.4) возбуждения. При параллельном, последовательном и смешанном возбуждении  напряжение на обмотке возбуждения зависит от напряжения на обмотке якоря, при независимой системе возбуждения, обмотка возбуждения питается от дополнительного источника постоянного тока и не зависит от режима работы и нагрузки двигателя.

 Рис.1 Схема независимого возбуждения

Рис.2 Схема параллельного возбуждения

Рис.3 Схема последовательного возбуждения

Рис.4 Схема смешанного возбуждения

Для регулирования скорости двигателей постоянного тока применяют различные способы. В общем случае скорость двигателя определяется выражением:

Как видно из выражения (1.1), регулировать скорость двигателя постоянного тока возможно двумя способами:

- Изменением питающего напряжения U

- Изменением магнитного потока машины Ф (изменением тока возбуждения)

Раньше регулирование питающего напряжения встречало трудности связанные с преобразованием напряжения постоянного тока, изменение скорости вращения двигателя осуществлялось с помощью включения в цепь якоря дополнительного регулировочного реостата. Основными недостатками этого метода являются  потери в реостате, через который протекает ток полной нагрузки двигателя, неудобство управления.

Наиболее удобным, распространенным и экономичным способом регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, является изменение магнитного потока машины (изменение тока возбуждения). Экономия связана с тем, что в данном случае управлять можно не большим током якоря, а малым током возбуждения, что уменьшает потери и удешевляет систему управления.  Однако этот способ позволяет лишь увеличивать скорость вращения двигателя.

Согласно выражению (1.1), с уменьшением Ф скорость возрастает (рис.5). Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф, т. е. с наименьшей величиной n. При таком регулировании к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, и потери при регулировании минимальны. Максимальная скорость вращения в данном случае ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.

    

Рис.5 Характеристики ДПТ при регулировании тока возбуждения

Современные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока

Сегодня основным средством управления двигателями постоянного тока становятся современные  тиристорные регуляторы (назовем их “приводы постоянного тока”), их производят множество фирм, специализирующихся на приводной технике (например, Control Techniques, Siemens, Sprint-Electric и т.д.).  Современные приводы постоянного тока позволяют управлять не только скоростью вращения двигателя, но и его моментом (например, на линиях намотки). За счет различных интерфейсов обмена сигналами с автоматизированной системой управления, изменять параметры работы двигателя достаточно просто и удобно.

Приводы постоянного тока могут работать как в одном квадранте, так и во всех четырех, при этом изменяя не только ток обмотки якоря, но и ток обмотки возбуждения - многие приводы имеют встроенные “контроллеры поля”, что дает возможность регулировать скорость двигателя в самом широком диапазоне.

Следует отметить, что “ослабление” поля при задании скорости двигателя выше номинальной, привод  производит автоматически, контроллер поля представляет собой тот же тиристорный регулятор. Встроенные контроллеры поля имеют приводы Mentor, Mentor MP (Control Techniques),  PL, PLX (Sprint-Electric). Остальные модели приводов постоянного тока этих брендов для питания обмотки возбуждения двигателей имеют неуправляемые выпрямители.

Номинальный ток контроллеров возбуждения приводов постоянного тока имеют следующие значения: Sprint-Electric PL, PLX -  8A (для приводов с номинальным током якоря 12-123A), 16A (для приводов с номинальным током якоря 155-330A), 32A (для приводов с номинальным током якоря 430-630A).

Control Techniques Mentor - M25(R) - M210(R) -  8 А, остальные габариты с неуправляемым выпрямителем. Control Techniques Mentor  MP - MP25Ax(R), MP45Ax(R), MP75Ax(R), MP105Ax(R), MP155Ax(R), MP210Ax(R) - 8А  MP350Ax(R), MP420Ax(R), MP550Ax(R), MP700Ax(R), MP825Ax(R), MP900Ax(R) - 10A MP1200Ax(R), MP1850Ax(R) - 20А.

Для токов обмотки возбуждения имеющих значение свыше 8А, Control Techniques предлагает внешние контроллеры поля, которые связываются с приводом постоянного тока по цифровой шине - это контроллеры FXM-5 (до 90А) и FXMP-25 (до 25А).

На практике часто встречаются двигатели с низковольтными обмотками возбуждения с большими токами. В данном случае, для изменения тока можно применить приводы постоянного тока, при этом вместо обмотки якоря подключить обмотку возбуждения. Это может быть любой аналоговый или цифровой привод постоянного тока. При использовании в качестве регуляторов поля простых аналоговых преобразователей Sprint-Electric (модели 340, 680, 1220, 340i, 680i, 1220i, 370, 370E, 400E, 800E, 1200E, 400, 800, 1200, 400i, 1600i, 3200i, SL, SLE), производитель рекомендует настраивать их в режим управления моментом. Привод Mentor MP (Control Techniques) имеет для этого специальный режим.

По всем возникшим вопросам обращайтесь пишите нам на support@driveka.ru, тел.(812) 635-9030

www.driveka.ru

Системы «Импульсный преобразователь — двигатель постоянного тока». Импульсное управление двигателем постоянного тока.

Суть его заключается в том, что частоту вращения двигателя регулируют не величиной постоянно подводимого напряжения, а длительностью питания двигателя номинальным напряжением. Одна из возможных схем импульсного управления приведена на рис. 2.7,а. Там же (рис. 2.7,б) показаны графики скорости при различных t.

В период, когда электронный ключ открыт, питающее напряжение полностью подается на двигатель, ток якоря увеличивается, двигатель развивает положительный момент и частота вращения возрастает; когда электронный ключ закрыт, ток под действием запаса электромагнитной энергии продолжает протекать в том же направлении но через обратный диод. При этом он уменьшается, момент двигателя уменьшается, угловая скорость вращения падает.

 

 

 

Рис. 2.7. Схема импульсного управления (а), графики скорости вращения (б) при разных τ. (τ2 > τ1)

 

Система «Тиристорный преобразователь - двигатель переменного тока». Тиристорные регуляторы напряжения.

Скорость асинхронного двигателя можно регулировать измене­нием напряжения, подводимого к статору, при этом частота на­пряжения на двигателе не изменяется и равна стандартной часто­те сети 50 Гц.

Для регулирования напряжения на статоре АД в настоящее время наибольшее распространение получили тиристорные регу­ляторы напряжения (ТРН), которые обладают большим быстро­действием, высоким КПД, небольшой стоимостью, простотой обслуживания. Трехфазная схема ТРН для регулирования напря­жения на статоре АД, построенная на основе однофазных схем ТРН представлена на рис. 6.1, а. Она состоит из шести тиристоров VS1...VS6. В каждую фазу трехфазного ТРН включаются два тири­стора по встречно-параллельной схеме, которая обеспечивает про­текание тока в нагрузке в оба полупериода напряжения сетиU1. Тиристоры получают импульсы управления Ua от системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая обеспечивает их сдвиг на угол управления а в функции внешнего сигнала Uу Изменяя угол управления а от 0 до 180°, можно регулировать напряжение на статоре от полного напряжения сети U1 до нуля.

Регулирование напряже­ния на статоре не приводит к изменению скорости холостого хода w0 и не влияет на критическое скольжениеSК, но существенно изменяет значение критического (максимального) моментаМк. Это связано с тем, что критический момент асинхронного электро­двигателя пропорционален квадрату напряжения: Мк ~ U^2.

 

Принципы построения систем подчинённого управления. Функциональная схема. Структурная схема.

Варианты оптимизации контура регулирования тока в системах подчинённого управления.

Последовательная оптимизация контуров управления

Ограничение координат в системах подчинённого управления. Задатчик интенсивности.

Оптимизация контура регулирования скорости в системах подчинённого управления.

cyberpedia.su

Проектирование систем управления двигателем постоянного тока

Проектирование систем управления двигателем постоянного тока

Курсовая работа по дисциплине

«АЭП НГО»

 

 

студентка гр. 8291 _____________ Е.А. Маликова

(подпись)

 

 

руководитель _____________ С.В. Леонов

(подпись)

 

Томск 2012г.

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра_____________________

 

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой____________(И.О.Ф.)

(Подпись, дата)

 

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

 

Студентке гр. 8291 Маликовой Екатерине Александровне

 

1Тема курсовой работы _______________________________________________________

 

 

(утверждена приказом ректора (распоряжением декана) от____№___

 

2 Срок сдачи студентом готовой работы_____________________

 

3 Исходные данные к работе

 

1. Нагрузочная диаграмма.

 

 

2. Исходные данные.

Момент:

М1=5Н*м

М2=4Н*м

М3=3Н*м

М4=1Н*м

М5=2Н*м

Время:

t1=10 сек.

t2=13 сек.

t3=7 сек.

t4=11 сек.

t5=19 сек.

Угловая скорость:

ω1=88 рад/с

ω2=44 рад/с

ω3=22рад/с

ω4=11 рад/с

ω5=5.5 рад/с

Температура:

tº=20ºC

Напряжение питания:

Uпит=220В

Время переходного процесса:

tпп=10% от интервала, т.е.

Ошибка регулирования в установившемся режиме на больше 5%

 

Руководитель________________ (И.О.Ф.)

(подпись, дата)

Задание принял к исполнению

____________________________ (И.О.Ф.)

(подпись, дата)

 

Содержание

Введение. 6

1.1 Двигатель постоянного тока. 7

1.2 Выбор элементов, расчет параметров силовой части………………………8

1.3 Подбор силового драйвера. 12

1.4 Выбор датчиков тока и скорости. 13

1.5 Выбор микроконтроллера. 15

2.1 Выбор функциональной схемы системы управления двигателем постоянного тока 18

2.2 Синтез регуляторов методом модального оптимума. 19

2.3 Расчет контура тока. 20

2.4 Расчет контура скорости. 22

3.1 Моделирование процесса в пакете MatLab Simulink. 23

Заключение. 24

Список использованных источников. 25

 

Введение

В данном курсовом проекте осуществляется подбор двигателя постоянного тока по определенным параметрам, заданным в варианте задания. Рассматриваются вопросы подбора схемы питания и выбора ее частей из линейки элементов, выпускаемых промышленностью; проектируется схема управления, в том числе: осуществляется выбор подходящего силового драйвера, МК, датчиков тока и скорости. По окончании расчетов системы электропривода будет произведено моделирование системы в пакете MatLab Simulink.

 

Двигатель постоянного тока.

Двигатель постоянного тока — электромеханический преобразователь энергии электрической в механическую, работающий от сети постоянного тока и имеющий в составе щёточно-коллекторный узел.

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором.

Принцип действия основан на взаимодействии основного магнитного поля главных полюсов, с магнитным полем якоря вращающегося внутри. Поле якоря образуется (рамки с током) протекающим по обмотке постоянным электрическим током, который в каждый момент в зависимости от положения якоря протекает по одной из фаз.

Щеточно-коллекторный узел выполняет роль электромеханического преобразователя рода тока постоянного в переменный и коммутатора, подключая в текущий момент времени ту фазу обмотки якоря (катушку), который формирует максимальный электрический момент.

 

Подбор силового драйвера.

Необходимые условия для подбора силового драйвера:

Интеллектуальный силовой драйвер должен содержать встроенные элементы токовой, температурной защиты, защиты от перенапряжения, встроенные датчики тока и скорости. При этом:

· ток силового драйвера > 6.5 А,

· Пусковой ток < Предельного тока драйвера,

· Напряжение силового драйвера > 110В

 

 

Наиболее подходящий по параметрам силовой драйвер - IRAMX16UP60A.

Рис. 3 Силовой драйвер IRAMX16UP60A.

Характеристики драйвера

Таблица 3

Из таблицы 3 видно, что данный драйвер полностью удовлетворяет заданным параметрам, а именно

Напряжение драйвера больше напряжения двигателя 600В>110В

Максимальный ток больше тока пускового 30A>16.25A

Ток силового драйвера > номинального тока двигателя 8A>6.5A

Функциональная схема силового драйвера:

 

 

Рис. 4 Функциональная схема силового драйвера.

Выбор микроконтроллера.

Микроконтроллер — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

Требования к микроконтроллеру:

1). Устройство управления должно получать от задающего устройства некую информацию. Это могут быть: требуемая скорость движения исполнительного механизма, выбор варианта режима работы, коэффициенты автоматического регулирования и любая другая информация, необходимая для автономного управления приводом. В качестве задающего устройства могут быть компьютер, другие контроллеры многопроцессорной системы, пульт дистанционного управления и другие, вплоть до нескольких кнопок или регуляторов бытового прибора. В первом случае нужен стандартный интерфейс: USB, SPI, I2C. Во втором, оптимальным вариантом представляется протокол CAN. Для пульта дистанционного управление необходим IrDA - канал передачи данных в инфракрасном диапазоне. Для кнопок и регуляторов - наличие цифровых линий ввода-вывода и аналогового ввода.

2). Устройство управления должно получать информацию от датчиков обратной связи и выдавать управляющие воздействия на электродвигатель через силовой драйвер. Поскольку эти процессы проходят непрерывно, то желательно минимизировать вычислительную нагрузку от этих операций на микроконтроллер. Именно для автономной реализации этих задач во многих микропроцессорах используются модули захвата/сравнения/ШИМ (или Capture/Compare/PWM). При выборе микроконтроллера необходимо соотносить требования решаемой задачи и параметры таймерной системы: количество входов захвата, выходов сравнения, выходов сигналов с широтно-импульсной модуляцией, а также количество и разрядность внутренних таймеров общего назначения.

3). В большинстве случаев при подключении электродвигателя используют падение напряжения на токовом датчике. Эти сигналы редко применяются в контуре управления, но их желательно использовать в качестве сигналов аварийного отключения. Соответственно, микроконтроллер, используемый как устройство управления электроприводом, должен иметь достаточное количество входов аналогового ввода (АЦП или аналоговых компараторов).

Рис.5 Семейство 32-разрядных микроконтроллеров STM32F

 

Отличительные особенности архитектуры семейства STM32F с точки зрения задач управления приводами (помимо ARM-ядра):

  • Flash-память программ- от 16К до 512К, данных- от 4К до 64К.
  • Аналоговая подсистема. Типовым вариантом является 16 каналов 12-разрядных аналого-цифровых преобразователей. В корпусах с 144 выводами- 21 канал. Большое число каналов позволяет использовать не только аналоговые сигналы токовых датчиков двигателей, но и дополнительные сигналы от аналоговых датчиков различного назначения.
  • Таймерная подсистема. Число универсальных таймеров в корпусах с большим числом выводов увеличено до 6...8. Число каналов захват/сравнение- до 16...24, линий ШИМ-сигналов- до 18...28. Это позволяет реализовать управление не одним, а десятью приводами в одном микроконтроллере.
  • Интерфейсная система. Добавлена дополнительная линия - экономная с USB. В производительной линии USB присутствует в обязательном порядке. Увеличено общее число различных последовательных портов. Интерфейс CAN присутствует во многих моделях.
  • Резко увеличено число универсальных входов/выходов, что позволяет подключать большое количество внешних датчиков (аварийных, концевых выключателей и т.д).

Область применения 32-разрядных микроконтроллеров - прецизионные приводы, а именно - оборудование для точной механики, оптических систем, научного приборостроения.

Возможности приборов класса STM32F позволяют не только управлять многими приводами, увязывая работу в единый алгоритм, но и использовать при этом достаточно сложные в вычислительном отношении алгоритмы обработки.

Расчет контура тока.

(1)

, где Кт – коэффициент обратной связи по току

ан- коэффициент настройки контура, принимаемый равным 2, что соответствует настройке на оптимум с показаниями переходных процессов.

- суммарная некомпенсируемая постоянная времени контура регулирования

(2)

(3)

(4)

(5)

Выразим :

(6)

(7)

,где -

Произведем расчеты:

,

, отсюда

, где

, где

, где

J– момент инерции якоря кг*м2

J*5 – момент инерции всего механизма

- скорость холостого хода

- момент пусковой

Найдем . Для этого запишем выражение .

При режиме холостого хода произведение , таким образом .

, отсюда

, отсюда

Таким образом, можем найти передаточную функцию

Расчет контура скорости.

(8)

(9)

(10)

Составим выражение:

(11)

Выразим :

 

 

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был выбран двигатель постоянного тока - ДК1-5,2, с подходящими параметрами. Так же был осуществлен подбор силового драйвера, датчиков тока и скорости и микроконтроллера. Рассчитаны все передаточные функции, входящие в систему управления электроприводом. Данная схема была смоделирована в пакете MatLab Simulink, в результате чего был получен сходящийся переходный процессии и выявлены следующие параметры: tпп= 0.000872, перерегулирование – 8.25%.

В результате выполнения курсового проекта были получены новые практические навыки в подборе необходимых элементов схемы и углублены знания в области текущей дисциплины.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/powersuply/rohm_revers.htm.

2. Первичные преобразователи, датчики, компоненты автоматизации производства, системы безопасности, КИПиА. Датчики тока. Датчики тока с выходом по току: каталог [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.sensorica.ru/d7-3.shtml.

3. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.chipinfo.ru/literature/compeljournal/2009/200913/p2.html.

4. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/irf/iramx16up60a.pdf.

 

Проектирование систем управления двигателем постоянного тока

Курсовая работа по дисциплине

«АЭП НГО»

 

 

студентка гр. 8291 _____________ Е.А. Маликова

(подпись)

 

 

руководитель _____________ С.В. Леонов

(подпись)

 

Томск 2012г.

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра_____________________

 

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой____________(И.О.Ф.)

(Подпись, дата)

 

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

 

Студентке гр. 8291 Маликовой Екатерине Александровне

 

1Тема курсовой работы _______________________________________________________

 

 

(утверждена приказом ректора (распоряжением декана) от____№___

 

2 Срок сдачи студентом готовой работы_____________________

 

3 Исходные данные к работе

 

1. Нагрузочная диаграмма.

 

 

2. Исходные данные.

Момент:

М1=5Н*м

М2=4Н*м

М3=3Н*м

М4=1Н*м

М5=2Н*м

Время:

t1=10 сек.

t2=13 сек.

t3=7 сек.

t4=11 сек.

t5=19 сек.

Угловая скорость:

ω1=88 рад/с

ω2=44 рад/с

ω3=22рад/с

ω4=11 рад/с

ω5=5.5 рад/с

Температура:

tº=20ºC

Напряжение питания:

Uпит=220В

Время переходного процесса:

tпп=10% от интервала, т.е.

Ошибка регулирования в установившемся режиме на больше 5%

 

Руководитель________________ (И.О.Ф.)

(подпись, дата)

Задание принял к исполнению

____________________________ (И.О.Ф.)

(подпись, дата)

 

Содержание

Введение. 6

1.1 Двигатель постоянного тока. 7

1.2 Выбор элементов, расчет параметров силовой части………………………8

1.3 Подбор силового драйвера. 12

1.4 Выбор датчиков тока и скорости. 13

1.5 Выбор микроконтроллера. 15

2.1 Выбор функциональной схемы системы управления двигателем постоянного тока 18

2.2 Синтез регуляторов методом модального оптимума. 19

2.3 Расчет контура тока. 20

2.4 Расчет контура скорости. 22

3.1 Моделирование процесса в пакете MatLab Simulink. 23

Заключение. 24

Список использованных источников. 25

 

Введение

В данном курсовом проекте осуществляется подбор двигателя постоянного тока по определенным параметрам, заданным в варианте задания. Рассматриваются вопросы подбора схемы питания и выбора ее частей из линейки элементов, выпускаемых промышленностью; проектируется схема управления, в том числе: осуществляется выбор подходящего силового драйвера, МК, датчиков тока и скорости. По окончании расчетов системы электропривода будет произведено моделирование системы в пакете MatLab Simulink.

 

Двигатель постоянного тока.

Двигатель постоянного тока — электромеханический преобразователь энергии электрической в механическую, работающий от сети постоянного тока и имеющий в составе щёточно-коллекторный узел.

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором.

Принцип действия основан на взаимодействии основного магнитного поля главных полюсов, с магнитным полем якоря вращающегося внутри. Поле якоря образуется (рамки с током) протекающим по обмотке постоянным электрическим током, который в каждый момент в зависимости от положения якоря протекает по одной из фаз.

Щеточно-коллекторный узел выполняет роль электромеханического преобразователя рода тока постоянного в переменный и коммутатора, подключая в текущий момент времени ту фазу обмотки якоря (катушку), который формирует максимальный электрический момент.

 

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com