Блок управления двигателем постоянного тока
В настоящее время двигатели постоянного тока нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Двигатели постоянного тока используются там, где требуется плавное и точное регулирование скорости и вращающего момента в широких пределах. В этой статье я расскажу о создании блока управления для двигателя постоянного тока, который позволял бы изменять частоту вращения вала двигателя и стабилизировал обороты на определенном уровне, вне зависимости от нагрузки на валу двигателя.
В основе разработки положен принцип работы следящего привода с одноконтурной системой регулирования.
Блок управления состоит из следующих узлов:
— СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления)
— Регулятор
— Защита
Принципиальная схема привода приведена ниже.
Крупнее
Рассмотрим схему поподробнее.
Итак, СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления) — преобразует синусоидальное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов, идущих на управляющие электроды силовых тиристоров. При включении блока управления переменное напряжение величиной 14-16в поступает на мостовой выпрямитель D1, где преобразуется в пульсирующее напряжение, служащее не только для питания схемы, но и для синхронизации работы привода. Диод D2 препятствует сглаживанию импульсов конденсатором С1. Далее импульсы поступают на «детектор нуля» — DA1.1, собранного на одном ОУ микросхемы LM324, работающего в режиме компаратора. Пока нет импульса, напряжения на прямом и инверсном входах примерно равны и компаратор находиться в сбалансированном состоянии. При прохождении фазы через «0», на инверсном входе компаратора DA1.1 играющего роль «детектора нуля» появляются импульсы, переключающие компаратор, в результате чего на выходе DA1.1 вырабатываются прямоугольные синхроимпульсы, период следования которых жестко привязан к похождению фазы через «0».
Ниже представлены осциллограммы, поясняющие принцип работы.
Сверху вниз: КТ1, КТ2, КТ3.
Схема была просимулированна в программе Multisim 11. Вот файл проекта. Можно скачать, запустить и посмотреть как работает данный узел.
Далее синхроимпульсы поступают на интегратор с транзисторным ключом (С4, Q1), где и вырабатывается пилообразное напряжение. В момент прохождения фазы через «0» синхроимпульс открывает транзистор Q1, который разряжает конденсатор С4. После спада импульса транзистор закрывается и происходит заряд конденсатора до прихода следующего синхроимпульса, в результате чего на коллекторе Q1 (осцил. КТ4). формируется линейно нарастающее пилообразное напряжение, стабилизированное генератором стабильного тока выполненного на полевом транзисторе T1. Амплитуда „пилы“ равное 9в выставляется подстроечным резистором RP1. Напряжение „пилы“ поступает на прямой вход компаратора DA1.2.
Напряжение задания поступает на инверсный вход компаратора DA1.2 и в момент, когда пилообразное напряжение превышает величину напряжения на инверсном входе компаратора, компаратор переключиться и на выходе компаратора формируется импульс (осцил. КТ4). Импульс дифференцируется через цепочку R14, C6 и поступает на базу транзистора Q2. Транзистор открывается и на импульсном трансформаторе Tr1 формируются импульсы открытия силовых тиристоров. Увеличивая (уменьшая) напряжение задания, меняется скважность импульсов в КТ5.
Вот осциллограммы.
Но никаких импульсов в КТ5 мы не увидим до тех пор, пока не нажмем кнопку „Пуск“ — S1. Когда кнопка не нажата, напряжение питания +12в через нормально замкнутые контакты S1 по цепочке R12, D3 поступает на инверсный вход DA1.2 и равно около 11в. Так как это напряжение превышает напряжение „пилы“ равное 9в, компаратор запирается, и управляющие импульсы открытия тиристоров не формируются. Для предотвращения аварии и выхода из строя двигателя, в случае если оператор не вывел на «0» регулятор оборотов, в схеме предусмотрен узел разгона C5, R13 служащий для плавного разгона двигателя. В режиме «Пуск», схема работает следующим образом: при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке — «земля», R13, — С5 начинает плавно заряжаться и напряжение на отрицательной обкладке конденсатора плавно стремиться к нулю. Одновременно, напряжение на инвертирующем входе DA1.2 плавно возрастает до величины, определяемой напряжением задания, и компаратор начинает вырабатывать управляющие импульсы силовых тиристоров. Время заряда определяется номиналами C5, R13. Если в процессе работы двигателя необходимо изменить его обороты, чтобы избежать резких бросков оборотов — в схеме предусмотрен узел «разгона — торможения» R21, C8, R22. При увеличении (уменьшении) напряжения задания, конденсатор С8 плавно заряжается (разряжается) что предотвращает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе усилителя и как следствие предотвращает резкий бросок оборотов двигателя.
Теперь рассмотрим принцип работы регулятора оборотов.
Регулятор предназначен для поддержания постоянных оборотов двигателя в зоне регули-рования. Регулятор представляет собой дифференциальный усилитель с суммированием двух напряжений: напряжения задания и напряжения обратной связи. Напряжение задания задается резистором RP1 и поступает через фильтр R20, C8, R21, выполняющий одновременно функции узла «разгона — торможения», поступает на инверсный вход регулятора ОУ DA1.3. При увеличении напряжения задания на выходе ОУ DA1.3 линейно уменьшается выходное напряжение.
Выходное напряжение регулятора поступает на инверсный вход компаратора СИФУ DA1.2 где, суммируясь с импульсами пилообразного напряжения, преобразуется в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды тиристоров. При увеличении (уменьшении) напряжения задания увеличивается (уменьшается) и выходное напряжение на выходе силового блока.
На этом графике представлена зависимость оборотов двигателя от напряжения задания.
Значения оборотов двигателя даны для примера.
Делитель напряжения R22, R23 включенный на прямой вход регулятора DA1.3 служит для предотвращения аварии двигателя при обрыве обратной связи (при обрыве обратной связи двигатель идет в разнос).
При включении привода, тахогенератор начинает вырабатывать напряжение, пропорциональное оборотам двигателя. Это напряжение поступает на вход прецизионного детектора DA1.4, DA2.1 собранного по двухполупериодной схеме. Напряжение, снимаемое с выхода точного детектора DA1.4, DA2.1, поступает через фильтр C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель обратной связи DA2.2. Усилитель служит для подгонки напряжения обратной связи поступающего с тахогенератора. Напряжение с выхода ОУ DA2.2. поступает как на вход регулятора DA1.3 так и на схему защиты DA2.3.
Резистором RP1 задаются обороты двигателя. При работе двигателя без нагрузки, напряжение на выходе масштабирующего усилителя ниже напряжения на выводе 6 ОУ DA1.3. ≈ +5v, поэтому привод работает как регулятор. При увеличении нагрузки на валу двигателя, уменьшается напряжение, получаемое с тахогенератора и как следствие уменьшение напряжения с выхода, масштабирующего усилителя.
Когда это напряжение будет меньше напряжение на выводе 5 ОУ DA1.3 привод входит в зону стабилизации тока. Уменьшение напряжения на неинвертирующем входе ОУ DA1.3 приводит к уменьшению напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA1.2, это приводит к большему углу открытия тиристоров и, следовательно, к увеличению напряжения на якоре двигателя.
СХЕМА ЗАЩИТЫ
Защита от превышения оборотов предназначена для защиты двигателя от аварии, в случае резкого превышения установленных оборотов двигателя. Схема собрана на ОУ DА2.3, включенного по схеме компаратора. На инверсный вход компаратора подается опорное напряжение с делителя R36, R37, RP3. Резистором RP3 устанавливается порог срабатывания защиты. Напряжение с выхода масштабирующего усилителя DA2.2 поступает на прямой вход компаратора защиты DA2.3. При превышении оборотов двигателя выше номинальных, напряжение на прямом входе компаратора превышает порог уставки защиты, определяемой RP3 — компаратор переключиться. Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «за-щелкиванию» компаратора, а наличие диода VD12 препятствует сбросу компаратора. При срабатывании защиты, напряжение с выхода компаратора защиты (≈ +11v) через диод VD14 поступает на инверсный вход 13 DA1.2 СИФУ, а так как напряжение защиты превышает напряжение «пилы» (= 9v) — происходит мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров. Напряжение с выхода компаратора защиты DA2.3 открывает транзистор VT4, что приводит к срабатыванию реле Р1.1 и зажиганию светодиода VL1 сигнализирующего об аварийной ситуации. Снять защиту можно, только полностью обесточив привод, и, выдержав паузу 5 — 10 секунд вновь включив его.
Силовая часть блока управления.
Схема силовой части представлена ниже
Трансформатор Tr1 предназначен для питания схемы блока управления. Управляемый выпрямитель собран по полумостовой симметричной схеме и содержит два силовых диода D1,D2
и два силовых тиристора Т1, Т2, и защитный диод D3. Обмотка возбуждения питается от своего отдельного трансформатора и выпрямителя.
Если на двигателе отсутствует тахогенератор, то обратную связь, для контроля оборотов, можно выполнить следующим образом:
1. Применить трансформатор тока, включенный в цепь питания управляемого выпрямителя
Если используется трансформатор тока, то перемычку P1 на схеме блока управления поставить
в положение 1-3, это необходимо потому, что при увеличении нагрузки ток якоря будет увеличиваться, следовательно напряжение, снимаемое с трансформатора тока тоже будет увеличиваться, поэтому напряжение обратной связи необходимо подавать на инвертирующий
вывод микросхемы DA1.3. Так же можно поставить стандартный токовый шунт, но только в цепь якоря двигателя, после выпрямителя и снимать сигнал обратной связи с него.
2. Использовать датчик якорного напряжения. Схема приведена ниже.
Датчик якорного напряжения представляет собой фильтр – делитель и подключается непосредственно к клеммам якоря электродвигателя. Настройка привода производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь.
Теперь перейдем к конструкции и наладке блока управления.
Блок управления был выполнен на печатной плате (файл печатной платы)
Плата проводом МГТФ соединена с разъемом, для удобства демонтажа при ремонте.
Настройка
На время настройки была собрана силовая часть навесным монтажем, в качестве нагрузки была использована обычная лампа накаливания.
Наладку начинаем с проверки напряжений питания и напряжения питания на операционных усилителях DA1, DA2. Микросхемы желательно ставить в панельки. Потом контролируем осциллограммы в контрольных точках КТ1, КТ2, КТ3 (осциллограммы в этих точках приведены в начале описания СИФУ). Теперь, осциллограф ставим в контрольную точку КТ4. Должны быть пилообразные импульсы, как на осиллограмме выше (кнопка «Пуск» в этот момент должна быть разомкнута). Подстроечным резистором RP1 необходимо выставить размах «пилы» равным 9 вольт, это очень важный момент, так как от него зависит дальнейшая работа схемы. Так как разброс параметров полевых транзисторов бывает весьма значительный, возможно диапазона регулировки RP1 может не хватить, тогда подбором номинала резистора R10 добиться нужного размаха. В контрольной точке КТ3 длительность импульса должна быть 1.5 — 1.8ms, если нет, то подбором резистора R4 (в сторону уменьшения) добиться необходимой длительности.
Вращая регулятор RR1 в контрольной точке КТ5 проконтролировать изменение скважности импульсов от максимума до полного их исчезновения при нижнем положении движка RR1. При этом должна изменятся яркость лампочки подключенной к силовому блоку.
Далее подключаем блок управления к двигателю и тахогенератору. Выставляем регулятором RR1
напряжение на якоре около 40-50 вольт. Резистор RP3 должен быть установлен в среднее положение. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор RP3. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь. Для желающих поэкспериментировать: для увеличения жесткости привода можно также увеличить сопротивление R24, увеличив тем самым коэффициент усиления регулятора либо увеличить резистор R32.
Если используется обратная связь по току якоря двигателя.
Для этого, как говорилось выше, необходим трансформатор тока, включенный в цепь питания
управляемого выпрямителя. Схема калибровки трансформатора тока дана ниже. Подбором резистора получить на выходе трансформатора переменное напряжение ≈ 2 ÷ 2.5v. Мощность нагрузки RN1 должна соответствовать мощности двигателя.
Внимание! Трансформатор тока без нагрузочного резистора не включать.
Подключаем трансформатор тока к цепи обратной связи P1 и P2. На время настройки «Регулятора» желательно выпаять диод D12, чтобы исключить ложное срабатывание защиты.
Осциллограммы в контрольных точках КТ8, КТ9, КТ10 должны быть как на рисунке ниже.
Дальнейшая настройка такая же как и в случае с использования тахогенератора.
Если используется обратная связь по напряжению якоря двигателя.
Как отмечалось выше, можно применить обратную связь по якорному напряжению, для этого собирается датчик якорного напряжения. Настройка блока управления производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь.
Данный блок управления изготавливался для расточного станка. Вот фото этого монстра
На этом станке вышел из строя электромашинный усилитель, который и управлял двигателем постоянного тока перемещения стола.
Вот такой электромашинный усилитель.
Заместо него и делался данный блок управления.
Вот фото самого двигателя постоянного тока.
Блок управления был собран на изоляциоонном основани, где размещены все основные элементы.
Силовые диоды и тиристоры установлены на теплоотводы. Так же была сделана панель с разъемами, куда были выведены сигналы с контрольных точек схемы. Это делалось для удобство настройки и ремонта непосредственно на станке.
Вот смонтированный блок управления в силовом шкафу станка
На другой стороне силового шкафа был установлен маленький пульт управления.
На нем расположены:
-тумблер включения блока
-тумблер режима работы. Так как для установочных перемещений стола станка, точный контроль и стабилизация оборотов не нужны, то на это время цепь обратной связи шунтируется.
-ручки регулировки количества оборотов. Было поставлено два переменных резистора, один для грубой регулировки, второй — многооборотный — для точной установки нужных оборотов при черновой и чистовой расточке детали.
Кому интересно, ниже представлено видео работы станка. Сперва, показывается расточка отверстия в стальной плите толщиной 20мм. Потом показывается с какой частотой вращается винт подачи стола станка. С этой скорость подается деталь на резец, а такую частоту вращения подающего винта обеспечивает двигатель постоянного тока, для которого, собственно, все это и делалось.
Блок управления показал себя хорошо, сбоев и аварий не было.
Схемы и перечень элементов
В основе разработки положен принцип работы следящего привода с одноконтурной системой регулирования.
Блок управления состоит из следующих узлов:
— СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления)
— Регулятор
— Защита
Принципиальная схема привода приведена ниже.
Крупнее
Рассмотрим схему поподробнее.
Итак, СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления) — преобразует синусоидальное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов, идущих на управляющие электроды силовых тиристоров. При включении блока управления переменное напряжение величиной 14-16в поступает на мостовой выпрямитель D1, где преобразуется в пульсирующее напряжение, служащее не только для питания схемы, но и для синхронизации работы привода. Диод D2 препятствует сглаживанию импульсов конденсатором С1. Далее импульсы поступают на «детектор нуля» — DA1.1, собранного на одном ОУ микросхемы LM324, работающего в режиме компаратора. Пока нет импульса, напряжения на прямом и инверсном входах примерно равны и компаратор находиться в сбалансированном состоянии. При прохождении фазы через «0», на инверсном входе компаратора DA1.1 играющего роль «детектора нуля» появляются импульсы, переключающие компаратор, в результате чего на выходе DA1.1 вырабатываются прямоугольные синхроимпульсы, период следования которых жестко привязан к похождению фазы через «0».
Ниже представлены осциллограммы, поясняющие принцип работы.
Сверху вниз: КТ1, КТ2, КТ3.
Схема была просимулированна в программе Multisim 11. Вот файл проекта. Можно скачать, запустить и посмотреть как работает данный узел.
Далее синхроимпульсы поступают на интегратор с транзисторным ключом (С4, Q1), где и вырабатывается пилообразное напряжение. В момент прохождения фазы через «0» синхроимпульс открывает транзистор Q1, который разряжает конденсатор С4. После спада импульса транзистор закрывается и происходит заряд конденсатора до прихода следующего синхроимпульса, в результате чего на коллекторе Q1 (осцил. КТ4). формируется линейно нарастающее пилообразное напряжение, стабилизированное генератором стабильного тока выполненного на полевом транзисторе T1. Амплитуда „пилы“ равное 9в выставляется подстроечным резистором RP1. Напряжение „пилы“ поступает на прямой вход компаратора DA1.2.
Напряжение задания поступает на инверсный вход компаратора DA1.2 и в момент, когда пилообразное напряжение превышает величину напряжения на инверсном входе компаратора, компаратор переключиться и на выходе компаратора формируется импульс (осцил. КТ4). Импульс дифференцируется через цепочку R14, C6 и поступает на базу транзистора Q2. Транзистор открывается и на импульсном трансформаторе Tr1 формируются импульсы открытия силовых тиристоров. Увеличивая (уменьшая) напряжение задания, меняется скважность импульсов в КТ5.
Вот осциллограммы.
Но никаких импульсов в КТ5 мы не увидим до тех пор, пока не нажмем кнопку „Пуск“ — S1. Когда кнопка не нажата, напряжение питания +12в через нормально замкнутые контакты S1 по цепочке R12, D3 поступает на инверсный вход DA1.2 и равно около 11в. Так как это напряжение превышает напряжение „пилы“ равное 9в, компаратор запирается, и управляющие импульсы открытия тиристоров не формируются. Для предотвращения аварии и выхода из строя двигателя, в случае если оператор не вывел на «0» регулятор оборотов, в схеме предусмотрен узел разгона C5, R13 служащий для плавного разгона двигателя. В режиме «Пуск», схема работает следующим образом: при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке — «земля», R13, — С5 начинает плавно заряжаться и напряжение на отрицательной обкладке конденсатора плавно стремиться к нулю. Одновременно, напряжение на инвертирующем входе DA1.2 плавно возрастает до величины, определяемой напряжением задания, и компаратор начинает вырабатывать управляющие импульсы силовых тиристоров. Время заряда определяется номиналами C5, R13. Если в процессе работы двигателя необходимо изменить его обороты, чтобы избежать резких бросков оборотов — в схеме предусмотрен узел «разгона — торможения» R21, C8, R22. При увеличении (уменьшении) напряжения задания, конденсатор С8 плавно заряжается (разряжается) что предотвращает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе усилителя и как следствие предотвращает резкий бросок оборотов двигателя.
Теперь рассмотрим принцип работы регулятора оборотов.
Регулятор предназначен для поддержания постоянных оборотов двигателя в зоне регули-рования. Регулятор представляет собой дифференциальный усилитель с суммированием двух напряжений: напряжения задания и напряжения обратной связи. Напряжение задания задается резистором RP1 и поступает через фильтр R20, C8, R21, выполняющий одновременно функции узла «разгона — торможения», поступает на инверсный вход регулятора ОУ DA1.3. При увеличении напряжения задания на выходе ОУ DA1.3 линейно уменьшается выходное напряжение.
Выходное напряжение регулятора поступает на инверсный вход компаратора СИФУ DA1.2 где, суммируясь с импульсами пилообразного напряжения, преобразуется в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды тиристоров. При увеличении (уменьшении) напряжения задания увеличивается (уменьшается) и выходное напряжение на выходе силового блока.
На этом графике представлена зависимость оборотов двигателя от напряжения задания.
Значения оборотов двигателя даны для примера.
Делитель напряжения R22, R23 включенный на прямой вход регулятора DA1.3 служит для предотвращения аварии двигателя при обрыве обратной связи (при обрыве обратной связи двигатель идет в разнос).
При включении привода, тахогенератор начинает вырабатывать напряжение, пропорциональное оборотам двигателя. Это напряжение поступает на вход прецизионного детектора DA1.4, DA2.1 собранного по двухполупериодной схеме. Напряжение, снимаемое с выхода точного детектора DA1.4, DA2.1, поступает через фильтр C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель обратной связи DA2.2. Усилитель служит для подгонки напряжения обратной связи поступающего с тахогенератора. Напряжение с выхода ОУ DA2.2. поступает как на вход регулятора DA1.3 так и на схему защиты DA2.3.
Резистором RP1 задаются обороты двигателя. При работе двигателя без нагрузки, напряжение на выходе масштабирующего усилителя ниже напряжения на выводе 6 ОУ DA1.3. ≈ +5v, поэтому привод работает как регулятор. При увеличении нагрузки на валу двигателя, уменьшается напряжение, получаемое с тахогенератора и как следствие уменьшение напряжения с выхода, масштабирующего усилителя.
Когда это напряжение будет меньше напряжение на выводе 5 ОУ DA1.3 привод входит в зону стабилизации тока. Уменьшение напряжения на неинвертирующем входе ОУ DA1.3 приводит к уменьшению напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA1.2, это приводит к большему углу открытия тиристоров и, следовательно, к увеличению напряжения на якоре двигателя.
СХЕМА ЗАЩИТЫ
Защита от превышения оборотов предназначена для защиты двигателя от аварии, в случае резкого превышения установленных оборотов двигателя. Схема собрана на ОУ DА2.3, включенного по схеме компаратора. На инверсный вход компаратора подается опорное напряжение с делителя R36, R37, RP3. Резистором RP3 устанавливается порог срабатывания защиты. Напряжение с выхода масштабирующего усилителя DA2.2 поступает на прямой вход компаратора защиты DA2.3. При превышении оборотов двигателя выше номинальных, напряжение на прямом входе компаратора превышает порог уставки защиты, определяемой RP3 — компаратор переключиться. Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «за-щелкиванию» компаратора, а наличие диода VD12 препятствует сбросу компаратора. При срабатывании защиты, напряжение с выхода компаратора защиты (≈ +11v) через диод VD14 поступает на инверсный вход 13 DA1.2 СИФУ, а так как напряжение защиты превышает напряжение «пилы» (= 9v) — происходит мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров. Напряжение с выхода компаратора защиты DA2.3 открывает транзистор VT4, что приводит к срабатыванию реле Р1.1 и зажиганию светодиода VL1 сигнализирующего об аварийной ситуации. Снять защиту можно, только полностью обесточив привод, и, выдержав паузу 5 — 10 секунд вновь включив его.
Силовая часть блока управления.
Схема силовой части представлена ниже
Трансформатор Tr1 предназначен для питания схемы блока управления. Управляемый выпрямитель собран по полумостовой симметричной схеме и содержит два силовых диода D1,D2
и два силовых тиристора Т1, Т2, и защитный диод D3. Обмотка возбуждения питается от своего отдельного трансформатора и выпрямителя.
Если на двигателе отсутствует тахогенератор, то обратную связь, для контроля оборотов, можно выполнить следующим образом:
1. Применить трансформатор тока, включенный в цепь питания управляемого выпрямителя
Если используется трансформатор тока, то перемычку P1 на схеме блока управления поставить
в положение 1-3, это необходимо потому, что при увеличении нагрузки ток якоря будет увеличиваться, следовательно напряжение, снимаемое с трансформатора тока тоже будет увеличиваться, поэтому напряжение обратной связи необходимо подавать на инвертирующий
вывод микросхемы DA1.3. Так же можно поставить стандартный токовый шунт, но только в цепь якоря двигателя, после выпрямителя и снимать сигнал обратной связи с него.
2. Использовать датчик якорного напряжения. Схема приведена ниже.
Датчик якорного напряжения представляет собой фильтр – делитель и подключается непосредственно к клеммам якоря электродвигателя. Настройка привода производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь.
Теперь перейдем к конструкции и наладке блока управления.
Блок управления был выполнен на печатной плате (файл печатной платы)
Плата проводом МГТФ соединена с разъемом, для удобства демонтажа при ремонте.
Настройка
На время настройки была собрана силовая часть навесным монтажем, в качестве нагрузки была использована обычная лампа накаливания.
Наладку начинаем с проверки напряжений питания и напряжения питания на операционных усилителях DA1, DA2. Микросхемы желательно ставить в панельки. Потом контролируем осциллограммы в контрольных точках КТ1, КТ2, КТ3 (осциллограммы в этих точках приведены в начале описания СИФУ). Теперь, осциллограф ставим в контрольную точку КТ4. Должны быть пилообразные импульсы, как на осиллограмме выше (кнопка «Пуск» в этот момент должна быть разомкнута). Подстроечным резистором RP1 необходимо выставить размах «пилы» равным 9 вольт, это очень важный момент, так как от него зависит дальнейшая работа схемы. Так как разброс параметров полевых транзисторов бывает весьма значительный, возможно диапазона регулировки RP1 может не хватить, тогда подбором номинала резистора R10 добиться нужного размаха. В контрольной точке КТ3 длительность импульса должна быть 1.5 — 1.8ms, если нет, то подбором резистора R4 (в сторону уменьшения) добиться необходимой длительности.
Вращая регулятор RR1 в контрольной точке КТ5 проконтролировать изменение скважности импульсов от максимума до полного их исчезновения при нижнем положении движка RR1. При этом должна изменятся яркость лампочки подключенной к силовому блоку.
Далее подключаем блок управления к двигателю и тахогенератору. Выставляем регулятором RR1
напряжение на якоре около 40-50 вольт. Резистор RP3 должен быть установлен в среднее положение. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор RP3. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь. Для желающих поэкспериментировать: для увеличения жесткости привода можно также увеличить сопротивление R24, увеличив тем самым коэффициент усиления регулятора либо увеличить резистор R32.
Если используется обратная связь по току якоря двигателя.
Для этого, как говорилось выше, необходим трансформатор тока, включенный в цепь питания
управляемого выпрямителя. Схема калибровки трансформатора тока дана ниже. Подбором резистора получить на выходе трансформатора переменное напряжение ≈ 2 ÷ 2.5v. Мощность нагрузки RN1 должна соответствовать мощности двигателя.
Внимание! Трансформатор тока без нагрузочного резистора не включать.
Подключаем трансформатор тока к цепи обратной связи P1 и P2. На время настройки «Регулятора» желательно выпаять диод D12, чтобы исключить ложное срабатывание защиты.
Осциллограммы в контрольных точках КТ8, КТ9, КТ10 должны быть как на рисунке ниже.
Дальнейшая настройка такая же как и в случае с использования тахогенератора.
Если используется обратная связь по напряжению якоря двигателя.
Как отмечалось выше, можно применить обратную связь по якорному напряжению, для этого собирается датчик якорного напряжения. Настройка блока управления производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь.
Данный блок управления изготавливался для расточного станка. Вот фото этого монстра
На этом станке вышел из строя электромашинный усилитель, который и управлял двигателем постоянного тока перемещения стола.
Вот такой электромашинный усилитель.
Заместо него и делался данный блок управления.
Вот фото самого двигателя постоянного тока.
Блок управления был собран на изоляциоонном основани, где размещены все основные элементы.
Силовые диоды и тиристоры установлены на теплоотводы. Так же была сделана панель с разъемами, куда были выведены сигналы с контрольных точек схемы. Это делалось для удобство настройки и ремонта непосредственно на станке.
Вот смонтированный блок управления в силовом шкафу станка
На другой стороне силового шкафа был установлен маленький пульт управления.
На нем расположены:
-тумблер включения блока
-тумблер режима работы. Так как для установочных перемещений стола станка, точный контроль и стабилизация оборотов не нужны, то на это время цепь обратной связи шунтируется.
-ручки регулировки количества оборотов. Было поставлено два переменных резистора, один для грубой регулировки, второй — многооборотный — для точной установки нужных оборотов при черновой и чистовой расточке детали.
Кому интересно, ниже представлено видео работы станка. Сперва, показывается расточка отверстия в стальной плите толщиной 20мм. Потом показывается с какой частотой вращается винт подачи стола станка. С этой скорость подается деталь на резец, а такую частоту вращения подающего винта обеспечивает двигатель постоянного тока, для которого, собственно, все это и делалось.
Блок управления показал себя хорошо, сбоев и аварий не было.
Схемы и перечень элементов
236 комментариев
Хочу вообще избавится от ТГ. Если заработает схема с ОС по напряжению якоря, то вообще гуд будет)
Автор: Я. Ю. Солодухо, Р. Э. Белявский, С. Н. Плеханов и др.
Издательство: Энергия
Год издания: 1971
По этой книжке, собственно, и проектировалась силовая часть привода.
Собственно схема из книги:
Как по вашему, для чего нужен диод D3 в моей схеме и Во на схеме из книги.
Большого диапазона регулировки скорости (и ее стабилизации на всем участке регулирования) и не требовалось получить, интересовал малый участок для небольших скоростей вращения (чистовая расточка)… искрения никакого не происходит, сам над этим долго думал, долго гонял двигатель… все нормально… для такого двигателя экономически нецелесообразно было городить 3-х фазную систему… по поводу применения данной схемы в сварочных установках согласен, но не для этого она и делалась.
Спасибо
Не могли бы скинуть Печатку и перечень элементов, а то что то не скидывается
Вот прикольная схема на PIC там же программа и плата разведена, лично собрал работает как часики sda.dp.ua/index.php/component/content/article/14-razrab/24-dcmotor.html
по поводу второго вопроса — если двигатель расчитан на возбуждение постоянкой 220 вольт, то можно смело подключать, смотрите параметры двигателя, могут быть одинаковые двигатели, но в зависимости от модификации возбуждение может быть организовано по разному
Вот тут схема, называется DC MOTOR SPEED CONTROL JYMC-220B-I
www.chipmaker.ru/index.php?app=core&module=attach§ion=attach&attach_rel_module=post&attach_id=460846
Станок ведь заземлен.
Теперь по схеме, моей, все детали проверил все исправны, а двигатель не крутит.
У меня в двигателе нет обмотки возбуждения, она толи параллельна, толи последовательно соединена с якорем, всего два вывода.
Я правильно его подключаю?
Заменил всего лишь микросхему, родная сгорела, стружка попала в блок и натворила делов.
Амплитуда нормальная, проверил еще раз резисторы smd, один был 150 ком, в место 47 ком, как раз в цепи первичной обмотке импульсного трансформатора(R22).
А вот на коллекторе Q1. Пила развернута. Видны искажения.
Проверить на станке не могу, сгорел один тиристор, да и силовые диоды имеют обратное сопротивление, 5 мом.
Не могли бы Вы показать осциллограмму на управляющих электродах тиристоров?
Я временно поставил тиристоры КУ202, но ни фига не работает.
На управляющих импульсы есть, позже покажу какие они.
Я не фоткаю, бо не знаю как, если фоткаю(Canon G-12) в автомате, нет осциллограмм.
Я снимаю фильмом, ну а от туда делаю снимки.
Верхняя — общая осциллограмм на УЭ тиристора.
Нижняя — она же, но развернута до одного импульса.
Прислали мне силовые элементы, все заменил, не работает.
День убил, ни фига.
А дефект, не поверите, я smd резистор R22 номиналом 470(47 ом в первичной обмотке импульсного трансформатора), прочел со слёпу как 473(47 ком) и…
Заменил и все отлично работает.
Спасибо за интересную тему.
P.S. и огромная просьба, пишите грамотно, а то понял, что написано только с четвертой попытки!
огромни спасиба… за помыш
Вопрос мой мой вот об чем.В варианте «Если используется обратная связь по току якоря двигателя» ,RN1 — можно любое сопротивление? Лишь бы по амперметру показания были заданные для данного двигателя, и при этом вольтметр показывал 2-2.5V?
номер раз — поставить токовое реле, например, как тут zeprom.ru/products/relay/rele-toka/maksimalnoe-tokovoe-rele-tipa-ryeo-401/59-rele.html его контакты запустить на кнопку пуск, то есть, пошел максимальный ток, реле сработало, и остановило основную схему…
номер два — собрать еще раз нижнюю часть схемы, на вход поставить трансформатор тока, и отрегулировать на необходимый ток срабатывания, при этом выход оу DA2.2 не подключать к цепи R34, C8, чтоб дополнительная схема не реагировала на изменение оборотов, а только отслеживала максимальный ток, вероятно придется загрубить резистором масштабирование Uoc
Перемычка на плате поставил в положение 1-2. С лампочкой регулировка очень странно работает. Когда касаешься щупом осциллографа КТ8 начинается регулировка. Убираею щуп регулировка пропадает. После этого предположил что плата просит сигнал с тахогенератора.
Подключил плату на станок. При подаче питания на выходе с платы к двигателю максимум 20 вольт, соответственно двигатель чуть дергается. В точке КТ4-пила(9Вольт), в КТ5 скважность присутствует до полного исчезновения. Поменял R19 на переменник 4.7к потому что при 12кОм в точке КТ6 максимум 2 Вольта. С R19=4.7к напряжение от 0 до 6.5 вольт. У меня есть осциллограмма на управляющих ножках тиристоров
Почему может быть максимум 20Вольт? Как выставить 40-50 вольт на якоре? Помогите пожалуйста.
Провел сегодня эксперимент: откинул клеммы двигателя а! тахогенератор оставил! Подключил лампочку… и о чудо!!! На лампочке переменным резистором 2.2к мне удалось увидеть от нуля до 100-150 Вольт.
Но был один нюанс.
При превышении напряжения на лампочке больше 40-50 вольт она начинала моргать примерно раз в секунду. Я предполагаю это начинает работать обратная связь, так как тахогенератор оставался неподвижен, а напряжение задания я повышал. В общем я попробую еще покрутить RP3.
После этого паралельно лампочке накинул клеммы двигателя и он начал регулироваться. Выставил 40 вольт и отключил лампочку. Далее двигатель регулировался без лампочки, иногда срабатывала защита. В общем завтра еще буду его опробывать/подстраивать.
Сегодня встал еще один вопрос-как правильно! реализовать быстрый ход?
PS: Огромнейшее спасибо Вам за такую схему! Я верю все заработает.
Быстрый ход получился случайным обрывом минусового вывода перемменного резистора, поставил туда кнопку НЗ.
Обратная связь есть, но все равно на сверх малых оборотах при рассверливании очень часто двигатель клинит.
То есть получается блок управления при торможении двигателя недостаточно поднимает напряжение.
Пожскажите как сделать привод жестче? Если поменять R24 или R32 что это даст? А если и менять то на какой номинал примерно?
Если кому интересно: Двигатель 2.2кВТ, тиристоры(400В/16А) Диоды(900В/16А). А импульсный трансформатор я сам мотал(первый раз в жизни). Использовал для него 0.315мм провод. Взял 3 куска по 1 метру, намотал их на 1 челнок и потом укладывал одновременно 3 обмотки. В два слоя получилось примерно 50 витков. Затем сделал 6 выводов( главное не путать начало и конец обмоток) и заизолировал все кольцо ПВХ изолентой. Перед намоткой кстати тоже кольцо изолентой обмотал(резал ее вдоль). Ну вроде все.
Спасибо автору за данный проект. Если кто то задумается повторять советую внимательнее читать коментарии к статье. В них очень много раскрыто тонкостей.
Подскажите пожалуйста:
1. Какое реле и светодиоды Вы использовали?
2. Что у Вас при аварии отключает реле?
3. В Вашей схеме установлена защита по напряжению, какая защита надежнее: по току или напряжению?
4. Правильно ли я понял, что можно запускать привод без вывода на «0» регулятора?
Спасибо.
2. Реле может отключать что угодно, у меня отключало главный пускатель на станке, смотря какой станок, смотря какие цепи управления… тут уж решать вам…
3. Тут скорее всего не защита, а обратная связь по току якоря или по напряжению на якоре, а защита срабатывает, когда параметры эти выходят за установленные пределы…
4. Не совсем так, привод обеспечивает плавный запуск двигателя, т.е если у вас регулятор стоит на максимальных оборотах, то при включении схема плавно разгонит двигатель до максимальных оборотов, это сделано для того чтоб не убить механику станка, так как пусковые моменты бывают очень большими
Вы проблему эту решили? Столкнулся с тем же в чем косяк пока не пойму?
Уважаемый автор схемы подскажите.
На просторах интернета нашел вашу схему, начал собирать и возникли вопросы.
По недочетам
1. от 20.12 R19 и R22 на 12В.
2.от 17.03 R18 номинал?
3.от 22.05 R35-D12
4.от 29.05 С5-D3-R12-R13
Это все или были ещё?
Реле не понятно какое.
КП 302 буква какая?
В списке до R19 ваттность указана, дальше нет.
На данный момент пока все.
bersan75@mail.ru
С уважением Александр.
Но на счет реле вопрос остался, как я понял реле 12 вольт, а контакты на замыкание или размыкание, но скорее всегона замыкание?
Ну и поддерживаю вопросы shuper, тоже не совсем понятно.
Но похоже все кто уже запустил эти платы сюда больше не заходят!
1. Точка соединения R19 и R22 подключается к +12 вольт.
2.Номинал резистора R18 10 Ом, мощность R17 и R18 — 1 Ватт.
3. R35-D12 ставил я их со стороны дорожек, просто были варианты когда защита не нужна была(самый первый вариант который я делал), потом все таки потребовалась мне защита, и я ставил эти элементы со стороны дорожек.
Реле на 12 вольт, оно у меня выключало главный привод станка при аварийной ситуации, каждый может использовать его для чего угодно и коммутировать что угодно(сигнал при аварии или отключение привода)
Переключатель работа-установка ставился для конкретной модели станка и тахогенератора, в положении установка сигнал с тахогенератора шунтировался… регуляторы грубо-плавно — переменный резистор установки скорости составил из двух, один-многооборотный, для точной установки скорости, другой-обычный, для грубой регулировки, в сумме их номинал равен -2,2 кОм
Все вопросы выше отпали.
При изменении входного от 20 до 40 В двигатель от дворников работает без претензий. Уже год на полуатомате стоит.
При настройке подстроил только подстроечный резистор. Он влияет на стабилизацию.
Это я к тому, может тип двигателя не подходит.
artradiolab.ru/
Первая проблема с которой я столк-отсуствие импульсов в кт3, для этого нужно подганять резистор R5, далее пила у меня получилась 12в минимум, чтоби подогнать под 9в нужно подгонять R11, а не R10.
Резистор переменный указан неправильно, он должен быть не 2,2кОм, а 22кОм, иначе в точке соединения RR1 и R19 напряжение будет 1.8в и не как9.5в.
резистор R16 я поставил на 100 Ом, иначе напражение на плюсовом виводе С7 приблизительно 5в, нужно подогнать его до 18-20в(для 20в увеличил переменное напряжение до 18в, а не 14-16в)
Импульсник намотал сложив кольца марки 2000нм 30/20/6, первичная обмотка 40 витков две вторичные по 15 витков,Q2 заменил на КТ819, у него больший ток колектор-эмитер.
Все это я делал так, как при всех элементах автора у меня схема с тиристорами КУ202 работала, а с лавинными 200А нет, сейчас все работает.
Возможна мои советы комуто помогут, и вы потратите не столько времени как я.
Сделано, работает отлично.
Изменён номинал конденсатора С6 — нужно уменьшить. У меня 3.9 нФ. Иначе каскад на Q2 не работает.
Q2 — BCP56; Q1, Q3 — 2N7002. Позже выложу фото платы и печатку под смд элементы.
Там 2 кренки — на 20В и 12В… Схемку немного изменённую позже выложу.
На свободном элементе DA2 собрана защита по току с токовым трансформатором.
а где «Схемка немного изменённая»?
Сделал регулятор для двигателя ЭП-110/245 250W 110V 3,3A 4000min-1
Для знакомого, хочет универсальную сверлилку сделать, нужен реверс и защита.
Сделал гибридную схему, аналоговая часть от Sayron а управление/реверс и защита реализовал с помощью МК ATtiny2313.
Но есть проблема, в конце регулирования двигатель сбрасывает обороты. Осциллографом смотрел на электродах тиристоров с синхронизациею с точки КТ5, так там в момент сброса оборотов импульс становиться по длительности такой же как в начале (на минимальных оборотах ), что это может быть?
P.S. Синхронизацию брал через оптопару, Переменное сопротивление в норме, в КТ5 ширина импульса увеличивается монотонно.
Двигатель набирает обороты доходит до нужного значения и отключается на 2-3 секунды затем снова набирает обороты. Если выставить обороты на минимуме, то работает толчками — толчок — остановка.
У меня вот такая последовательность была при увеличении оборотов:
Если не ошибаюсь развертка 1мс/деление. усилитель Y 0.2в/деление.
Видно что задний фронт сигнала уходит от начальной точки.
Подключал макетную плату с МК который по импульсу генерировал пачку длительностью 2-3мс. (разные варианты). Было видно что «пачка» при макс. оборотах перекрывает следующую полу волну.
И кстати двигатель работает рывками, сбрасывает обороты, падает ЭДС на якоре, снова взвывает :(. Подобрал заново резистор регулятора и все…
И мне хотелось бы микроконтролёрное что-то попробовать, но…?
но всётаки спрошу может кто ответит!
у меня есть двигатель 2пд90 мг. он на 11о вольт. как его подключить к этоме блоку управления? и от куда взять 20 вольт?
я правильно понял что мне надо транс намотать на 110-14-20 вольт?
и подскажите какие мне тиристоры и диоду поставить для этого мотора?
в Костроме тоже есть свои «Кулибины».
Вот новость В Костромском госуниверситете…
На мероприятие приглашают учащихся 10-х классов. Будущие абитуриенты смогут почувствовать себя настоящими студентами.
Ребята из всех школ Костромы проведут в стенах вуза несколько часов и попробуют себя в новой роли. Участие в акции примут не менее 700 человек.
В программе мероприятия: официальное открытие, лекции по направлениям, мастер-классы: криминалистическая и химлаборатории, фотостудия, выпиливание, витражи, музыкальная гостиная, психологический квест и т.д. Кроме того, школьники смогут пообщаться со студентами и преподавателями институтов, самых активных участников ждет награждение.
Акция «Я – студент КГУ на один день» пройдет в четырех корпусах университета: в главном корпусе на ул. Дзержинского, 17, в корпусе «Е» на ул. Малышковской, 4, в корпусе «В1» на ул. 1 Мая, 14-а, и в корпусе ИПП в п. Новый, 1. Участников ждут в эту среду, 31 января. Начало мероприятия в 9.00.