Controlul în trepte al motorului DC. Controlul motorului tranzistorului în circuitele de microcontroler. Diagrama punctului de mijloc

Vladimir Rentyuk, Zaporojie, Ucraina

Articolul dă scurtă prezentare generalăși analiza circuitelor populare concepute pentru a controla motoarele cu perii DC, și oferă, de asemenea, soluții de circuite originale și puțin cunoscute

Motoarele electrice sunt probabil unul dintre cele mai populare produse de inginerie electrică. După cum ne spune atotștiutoarea Wikipedia, un motor electric este o mașină electrică (convertor electromecanic) în care energia electrică este convertită în energie mecanică. Începutul istoriei sale poate fi considerat descoperirea făcută de Michael Faraday încă din anul 1821, stabilind posibilitatea rotirii unui conductor într-un câmp magnetic. Dar primul motor electric mai mult sau mai puțin practic cu rotor rotativ a așteptat până în 1834 inventarea sa. În timp ce lucra la Königsberg, a fost inventat de Moritz Hermann von Jacobi, mai cunoscut de noi ca Boris Semenovich. Motoarele electrice sunt caracterizate de doi parametri principali - viteza de rotație a arborelui (rotor) și cuplul dezvoltat pe arbore. În termeni generali, ambii acești parametri depind de tensiunea furnizată motorului și de curentul din înfășurările acestuia. În prezent, există destul de multe varietăți de motoare electrice și, deoarece, așa cum a remarcat faimosul nostru personaj literar Kozma Prutkov, este imposibil să înțelegem imensitatea, ne vom opri asupra caracteristicilor de control al motoarelor cu curent continuu (în continuare la care se face referire la ca motoare electrice).

Există două tipuri de motoare de curent continuu - motoarele cu perii cu care suntem obișnuiți și motoarele fără perii (pas cu pas). În primul, un câmp magnetic alternant, care asigură rotația arborelui motorului, este format de înfășurările rotorului, care sunt alimentate printr-un comutator cu perie - comutator. Interacționează cu câmpul magnetic constant al statorului, rotind rotorul. Pentru a funcționa astfel de motoare, nu sunt necesare comutatoare externe; Statorul poate fi realizat fie dintr-un sistem de magneți permanenți, fie dintr-un electromagneți. La al doilea tip de motor electric, înfășurările formează partea staționară a motorului (statorul), iar rotorul este realizat din magneți permanenți. Aici, un câmp magnetic alternativ este generat prin comutarea înfășurărilor statorului, care este realizată de un circuit de control extern. Motoarele pas cu pas („stepper motor” în ortografia engleză) sunt mult mai scumpe decât motoarele cu comutator. Acestea sunt dispozitive destul de complexe cu propriile lor caracteristici specifice. Lor descriere completă necesită o publicare separată și depășește domeniul de aplicare al acestui articol. Pentru informații mai complete despre motoarele de acest tip și circuitele de control ale acestora, vă puteți referi, de exemplu, la.

Motoarele cu perii (Figura 1) sunt mai ieftine și, în general, nu necesită sisteme complexe de control. Pentru funcționarea lor, este suficientă furnizarea unei tensiuni de alimentare (redresată, constantă!). Problemele încep să apară atunci când devine necesară reglarea vitezei de rotație a arborelui unui astfel de motor sau utilizarea unui mod special de control al cuplului. Există trei dezavantaje principale ale unor astfel de motoare: cuplu redus viteze mici rotație (prin urmare, este adesea necesară o cutie de viteze, iar acest lucru afectează costul designului în ansamblu), generarea unui nivel ridicat de interferență electromagnetică și radio (datorită contactului de alunecare în comutator) și fiabilitate scăzută (mai precis, o resursă scurtă; motivul este în același comutator). Atunci când se utilizează motoare cu comutator, este necesar să se țină cont de faptul că consumul de curent și viteza de rotație a rotorului acestora depind de sarcina pe arbore. Motoarele cu perii sunt mai versatile și mai utilizate pe scară largă, în special în aplicațiile cu costuri reduse unde prețul este un factor determinant.

Deoarece viteza de rotație a rotorului unui motor cu comutator depinde, în primul rând, de tensiunea furnizată motorului, este firesc să folosiți circuite pentru controlul acestuia care au capacitatea de a seta sau regla tensiunea de ieșire. Astfel de soluții care pot fi găsite pe Internet sunt circuite bazate pe stabilizatoare de tensiune reglabile și, deoarece epoca stabilizatorilor discreti a trecut de mult, este recomandabil să folosiți stabilizatori de compensare integrati ieftini, de exemplu, pentru aceasta. Opțiuni posibile O astfel de schemă este prezentată în Figura 2.

Schema este primitivă, dar pare foarte reușită și, cel mai important, ieftină. Să ne uităm la asta din punctul de vedere al inginerului. În primul rând, este posibil să se limiteze cuplul sau curentul motorului? Acest lucru poate fi rezolvat prin instalarea unui rezistor suplimentar. În Figura 2 este notat cu R LIM. Calculul său este inclus în specificație, dar înrăutățește caracteristicile circuitului ca stabilizator de tensiune (mai multe despre asta mai jos). În al doilea rând, care opțiune de control al vitezei este mai bună? Opțiunea din Figura 2a oferă o caracteristică convenabilă de control liniar, motiv pentru care este mai populară. Opțiunea din figura 2b are o caracteristică neliniară. Dar în primul caz, când contactul din rezistorul variabil este întrerupt, obținem viteza maximă, iar în al doilea caz, cea minimă. Ce să alegeți depinde de aplicația specifică. Acum să ne uităm la un exemplu pentru un motor cu parametri tipici: tensiune de funcționare 12 V; curentul maxim de funcționare este de 1 A. CI LM317, în funcție de sufixe, are un curent maxim de ieșire de la 0,5 A la 1,5 A (vezi specificația; există circuite integrate similare cu curent mai mare) și protecție dezvoltată (împotriva suprasarcinii și supraîncălzirii). Din acest punct de vedere, este ideal pentru sarcina noastră. Problemele sunt ascunse, ca întotdeauna, în lucrurile mărunte. Dacă motorul este adus la puterea maximă, ceea ce este foarte realist pentru aplicația noastră, atunci IC-ul, chiar și cu diferența minimă admisă între tensiunea de intrare V IN și ieșire V OUT egală cu 3 V, va disipa o putere de cel puțin

P = (V IN - V OUT)×I = 3×1 = 3 W.

Astfel, este nevoie de un calorifer. Din nou întrebarea este: care este puterea disipată? La 3 W? Dar nu. Dacă ne facem timp pentru a calcula graficul de sarcină al CI în funcție de tensiunea de ieșire (acest lucru este ușor de făcut în Excel), atunci obținem că, în condițiile noastre, puterea maximă de pe CI va fi disipată nu la maxim. tensiunea de ieșire a regulatorului, dar la o tensiune de ieșire de 7,5 V (vezi Figura 3) și va fi de aproape 5,0 W!

După cum puteți vedea, rezultatul este ceva care nu mai este ieftin, ci foarte voluminos. Deci, această abordare este potrivită numai pentru motoarele de putere mică, cu un curent de funcționare de cel mult 0,25 A. În acest caz, puterea de pe CI de control va fi la nivelul de 1,2 W, ceea ce va fi deja acceptabil.

Calea de ieșire este utilizarea metodei de modulare a lățimii impulsului (PWM) pentru control. Este într-adevăr cel mai comun. Esența sa este furnizarea de impulsuri dreptunghiulare unipolare modulate în durată către motor. Conform teoriei semnalului, structura unei astfel de secvențe are o componentă constantă proporțională cu raportul τ/T, unde: τ este durata impulsului, iar T este perioada secvenței. Ea este cea care controlează turația motorului, ceea ce o distinge ca integratoare în acest sistem. Deoarece treapta de ieșire a unui regulator bazat pe PWM funcționează în modul de comutare, în general nu necesită radiatoare mari pentru a disipa căldura, chiar și la relativ capacitati mari motor, iar eficiența unui astfel de regulator este incomparabil mai mare decât cea precedentă. În unele cazuri, este posibil să se utilizeze convertoare DC/DC descendente sau crescătoare, dar acestea au o serie de limitări, de exemplu, în ceea ce privește adâncimea reglării tensiunii de ieșire și sarcina minimă. Prin urmare, de regulă, alte soluții sunt mai frecvente. Designul circuitului „clasic” al unui astfel de regulator este prezentat în Figura 4. Este folosit ca clapete de accelerație (regulator) într-un model profesional de cale ferată.

Pe primul amplificator operațional un generator este asamblat, pe al doilea există un comparator. Un semnal de la condensatorul C1 este furnizat la intrarea comparatorului, iar prin ajustarea pragului de răspuns, este generat un semnal dreptunghiular cu raportul dorit τ/T (Figura 5).

Domeniul de reglare este stabilit prin tăierea rezistențelor RV1 (mai rapidă) și RV3 (mai lent), iar reglarea vitezei în sine este efectuată de rezistența RV2 (viteză). Aș dori să atrag atenția cititorilor asupra faptului că pe internet circulă pe forumurile în limba rusă un circuit similar cu erori în valorile divizorului care stabilește pragul comparatorului. Motorul este controlat direct printr-un comutator folosind un tranzistor puternic cu efect de câmp. Caracteristicile acestui tranzistor de tip MOSFET sunt curent de funcționare ridicat (30 A constant și până la 120 A în impulsuri), rezistență ultra-scăzută canal deschis(40 mOhm) și, prin urmare, pierderi minime de putere în starea de pornire.

La ce ar trebui să acordați atenție mai întâi atunci când utilizați astfel de scheme? Prima este executarea circuitului de control. Există un mic defect aici în diagramă (Figura 4). Dacă în timp apar probleme cu contactul în mișcare al rezistenței variabile, vom obține o accelerație completă, aproape instantanee, a motorului. Acest lucru poate deteriora dispozitivul nostru. Care este antidotul? Instalați un rezistor suplimentar de înaltă rezistență, de exemplu, 300 kOhm, de la pinul 5 al circuitului integrat la firul comun. În acest caz, dacă regulatorul eșuează, motorul va fi oprit.

O altă problemă cu astfel de regulatoare este treapta de ieșire sau driverul motorului. În astfel de circuite, acesta poate fi realizat folosind atât tranzistoare cu efect de câmp, cât și bipolare; acestea din urmă sunt incomparabil mai ieftine. Dar atât în ​​prima cât și în a doua opțiune este necesar să se țină cont de unele puncte importante. Pentru a controla un MOSFET, este necesar să încărcați și să descărcați capacitatea sa de intrare, care poate ajunge la mii de picofarads. Dacă rezistorul seriei de poartă (R6 în Figura 4) nu este utilizat sau valoarea sa este prea mică, amplificatorul operațional poate defecta la frecvențe relativ ridicate. Dacă utilizați R6 de o valoare mare, atunci tranzistorul va rămâne în zona activă a caracteristicii sale de transfer mai mult timp și, prin urmare, avem o creștere a pierderilor și a încălzirii comutatorului.

Încă o notă despre circuitul din figura 4. Utilizarea unei diode suplimentare D2 nu are sens, deoarece structura tranzistorului BUZ11 are deja propria sa diodă de protecție internă de mare viteză cu cele mai bune caracteristici decât cel propus. Dioda D1 este, de asemenea, în mod clar superfluă, tranzistorul BUZ11 permite o tensiune de poartă-sursă de ± 20 V, iar inversarea polarității în circuitul de control cu ​​o sursă unipolară, precum și tensiuni peste 12 V, sunt imposibile.

Dacă utilizați un tranzistor bipolar, atunci apare problema generării unui curent de bază suficient. După cum se știe, pentru a satura cheia la tranzistor bipolar curentul său de bază trebuie să fie de cel puțin 0,06 din curentul de sarcină. Este clar că amplificatorul operațional nu poate furniza un astfel de curent. În acest scop, într-un regulator în esență similar, care este utilizat, de exemplu, în popularul mini-gravor PT-5201 al companiei, este utilizat un tranzistor, care este un circuit Darlington. Există un punct interesant aici. Aceste mini-gravoare uneori eșuează, dar nu din cauza supraîncălzirii tranzistorului, așa cum s-ar putea presupune, ci din cauza supraîncălzirii circuitului integrat (maxim temperatura de functionare+70 °C) tranzistor de ieșire (temperatura maximă admisă +150 °C). În produsele utilizate de autorul articolului, acesta a fost presat strâns pe corpul IC și așezat pe lipici, care a încălzit în mod inacceptabil IC-ul și aproape a blocat radiatorul. Dacă întâlniți un astfel de design, atunci este mai bine să „dezlipiți” tranzistorul de la IC și să-l îndoiți cât mai mult posibil. Pentru acest know-how, autorul articolului a fost premiat de Pro’sKit cu un set de instrumente. După cum puteți vedea, totul trebuie rezolvat într-un mod cuprinzător - priviți nu numai circuitele, ci și acordați o atenție deosebită designului regulatorului în ansamblu.

Există câteva circuite mai interesante de regulatoare PWM mai simple. De exemplu, două circuite unice amplificatoare operaționale cu driver sunt publicate în [

În primul rând, să aruncăm o privire mai atentă la un motor de curent continuu convențional. Orice motor are două părți principale - rotorul și statorul. Într-un motor cu comutator, statorul este partea staționară și este format din magneți permanenți (sau în motoarele mai puternice, electromagneți). Rotorul (armatura) se rotește, este combinat cu arborele motorului și este format din multe bobine (cel puțin trei). Comutatorul (unitatea perie-colector) este responsabil pentru comutarea ieșirilor bobinelor rotorului. Curentul dintr-un astfel de motor este furnizat bobinelor rotorului prin contacte glisante (sau perii). La un moment dat, este conectată doar o bobină și creează rotația motorului datorită curentului care trece.

Din punctul de vedere al elementelor de proiectare a circuitului de bază, orice motor poate fi reprezentat ca următorul circuit echivalent:

Când motorul este conectat la o sursă de curent continuu și nu a început încă să se rotească, acesta reprezintă o rezistență normală. Adică, curentul curge prin el conform legii lui Ohm și rezistenței înfășurării sale. Predomină componenta R. Inductanța începe să influențeze atunci când tensiunea nu este constantă, de exemplu, dacă motorul este alimentat de un semnal PWM.

Rezistența și inductanța rotorului sunt de obicei foarte mici. Poate fi măsurat cu un multimetru obișnuit. Motoarele de modele mici au o rezistență de 1-10 ohmi. Prin urmare, atunci când motorul pornește (când nu a început încă să se rotească), curentul depășește cu mult curentul de funcționare al motorului, iar dacă motorul este staționar pentru o lungă perioadă de timp (este blocat), atunci un curent atât de mare poate duce la supraîncălzirea motorului și defecțiuni.

Inductanța bobinelor rotorului încearcă să mențină constant curentul care circulă prin înfășurări. Efectul său este vizibil doar atunci când tensiunea se schimbă. Când motorul începe să se rotească, comutatorul începe să comute bobinele rotorului, ceea ce provoacă o schimbare a tensiunii. În aceste momente, inductanța încearcă să mențină curentul care circulă prin motor la un nivel constant datorită tensiunii.

Pe măsură ce bobinele rotorului se rotesc, ele încep să genereze curent (ca un generator) - apare un EMF invers. Cu cât rotorul se rotește mai repede, cu atât este mai mare EMF din spate care apare în bobine și, deoarece este direcționat împotriva tensiunii de alimentare, curentul consumat de motor scade.

Pe viitor vom avea nevoie de următoarele concluzii:

pana cand motorul incepe sa se roteasca este rezistenta

Dacă aplicați o tensiune variabilă motorului (de exemplu PWM), atunci inductanța va avea un efect mare, va rezista la schimbarea curentului prin motor.

atunci când motorul se rotește, acesta acționează ca un generator, iar din acest motiv, consumul de curent este redus (tensiunea finală este V - Vbemf).

Cum se conectează motorul la MK

În acest articol vom înțelege cum să controlăm viteza și direcția de rotație a unui motor de curent continuu convențional folosind un MK.

Pentru ca un motor de comutator de curent continuu să înceapă să se rotească, este suficient să îi aplicați o anumită tensiune. Polaritatea acestei tensiuni va determina direcția de rotație a acesteia, iar mărimea tensiunii va determina viteza de rotație. Tensiunea nu poate fi schimbată la infinit. Fiecare motor este proiectat pentru un domeniu specific de tensiune. Pe măsură ce tensiunea crește, curentul prin motor va crește și acesta va începe să se supraîncălzească și se poate arde. Următorul grafic al unui anumit motor arată clar relația dintre principalii săi indicatori.

Motorul atinge puterea maximă (cuplul) la curentul maxim. Și dependența de curent și cuplu este liniară. Motorul atinge turația maximă atunci când nu există sarcină (la turație în gol, pe măsură ce sarcina crește, viteza de rotație scade). Tensiunea nominală de funcționare este indicată în fișa tehnică a motorului și tocmai pentru aceasta este dat acest grafic. Dacă reduceți tensiunea, atunci viteza de rotație și toți ceilalți indicatori vor scădea și ele. De obicei, sub 30-50% din tensiunea nominală, motorul se va opri. Dacă motorul nu poate roti arborele (este blocat), acesta devine în esență o rezistență și curentul consumat atinge o valoare maximă, în funcție de rezistența internă a înfășurărilor sale. Un motor obișnuit nu este proiectat să funcționeze în acest mod și se poate arde.

Să vedem cum se modifică curentul de la sarcina unui motor real R380-2580.

Vedem că tensiunea de funcționare a acestui motor este de 12V, consumul de curent sub sarcină este de 1,5A. Curentul de oprire a motorului crește la 8A, iar în ralanti, consumul de curent este de doar 0,8A.

După cum știm, portul microcontrolerului nu poate scoate un curent mai mare de 50mA, iar tensiunea de alimentare de 12V este prea mare pentru acesta. Pentru a controla motoarele de care avem nevoie cheie electronică- tranzistor, luați un tranzistor bipolar NPN obișnuit și conectați-l după cum urmează greşit sistem.

Pentru ca motorul să înceapă să se rotească, trebuie furnizat un curent mic la baza tranzistorului, apoi tranzistorul se va deschide și va putea trece mult mai mult curent și tensiune prin el însuși - motorul se va roti. Este demn de remarcat faptul că, dacă asamblam un astfel de circuit, atunci tranzistorul se va defecta foarte curând, dacă nu imediat. Pentru a preveni acest lucru, trebuie protejat.

După cum știm deja, una dintre componentele motorului - inductanța - rezistă la schimbările de curent. Prin urmare, atunci când închidem tranzistorul pentru a opri motorul, rezistența tranzistorului va crește brusc și nu va mai trece curentul prin el însuși. Cu toate acestea, inductanța va rezista și pentru a menține curentul la același nivel, conform legii lui Ohm, tensiunea la colectorul tranzistorului va începe să crească brusc (poate ajunge chiar și la 1000V, deși pentru o perioadă foarte scurtă de timp) iar tranzistorul se va arde. Pentru a preveni acest lucru, este necesar să instalați o diodă paralelă cu înfășurările motorului, care va deschide calea pentru tensiune inversă și o va închide pe înfășurarea motorului, protejând astfel tranzistorul.

De asemenea, toate motoarele permanente mai au o problemă - la rotire, contactul mecanic în comutator nu este ideal, periile fac scântei în timpul funcționării, creând interferențe, ceea ce poate duce la o defecțiune a microcontrolerului. Pentru a reduce această interferență, este necesar să folosiți condensatori mici conectați în paralel cu cablurile motorului (cât mai aproape de motorul însuși). Iată-l pe final corecta circuit (dioda poate să nu fie neapărat Schottky, dar este de preferat).

Tranzistoarele bipolare în stare deschisă se comportă ca niște diode (aproximativ 0,7 V picături peste ele). Și acest lucru, la rândul său, le face să se încălzească la curenți mari și reduce eficiența circuitului de control al motorului. Prin urmare, este mai bine să controlați motoarele folosind tranzistori cu efect de câmp (MOSFET). În prezent, sunt destul de comune și au un preț mic. Rezistența lor scăzută le permite să comute curenți foarte mari cu pierderi minime. Cu toate acestea, au și dezavantajele lor. Deoarece tranzistoarele MOSFET sunt controlate de tensiune, nu de curent (și de obicei este de 10V), trebuie fie să selectați MOSFET-uri logice speciale care pot fi controlate de joasă tensiune - 1,8 .. 2,5 V, fie să utilizați circuite speciale de pompare a tensiunii (tranzistor cu efect de câmp). șoferii). Vom analiza cum să alegeți un MOSFET pentru circuitul dvs. în alte articole, pe anumite dispozitive.

Acum, aplicând unul logic la ieșirea microcontrolerului, vom face motorul să se rotească, iar un zero logic se va opri. Cu toate acestea, se va roti cu o viteză constantă și doar într-un singur sens. Aș dori să pot schimba sensul de rotație al motorului, precum și viteza acestuia. Să vedem cum se poate realiza acest lucru folosind un microcontroler.

H-Bridge - schimbarea sensului de rotație a motorului

Pentru a controla direcția de rotație a motorului, există un circuit special numit H-bridge (circuitul arată ca litera H).

Într-un circuit cu punte H, cele cu canal N sunt întotdeauna folosite ca tranzistoare inferioare, dar cele superioare pot fi fie pe canal N, fie pe canal P. Tranzistoarele cu canal P din comutatorul superior sunt mai ușor de controlat; este suficient să se realizeze un circuit de polarizare a nivelului de tensiune la poartă. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza un tranzistor bipolar cu efect de câmp cu canal N de putere redusă. Tranzistorul inferior poate fi controlat direct de la MK dacă selectați un tranzistor cu efect de câmp logic special.

Dacă circuitul dvs. va folosi un motor DC de înaltă tensiune (mai mult de 24V) sau un motor puternic cu curenți mai mari de 10A, atunci este mai bine să utilizați microcircuite speciale - drivere de tranzistori MOSFET. Driverele sunt controlate, de regulă, de semnale de microcontroler de la 2 la 5V, iar la ieșire creează tensiunea necesară pentru a deschide complet tranzistoarele MOSFET - de obicei 10-15V. Driverele oferă, de asemenea, un curent de impuls mare necesar pentru a accelera deschiderea tranzistoarelor cu efect de câmp. Folosind drivere, este ușor să organizați controlul tranzistorului N-canal superior. Un driver foarte bun este cipul L6387D de la ST. Acest microcircuit este bun deoarece nu necesită o diodă pentru circuitul de pompare a tensiunii. Acesta este modul în care este conectat pentru a controla puntea H pe 2 tranzistoare cu canale N.

Tranzistoarele cu efect de câmp cu canal N sunt mai ieftine decât cele cu canal P și au, de asemenea, rezistență mai mică la starea de funcționare, ceea ce le permite să comute curenți mari. Dar sunt mai greu de controlat în poziția sus. Problema cu utilizarea unui tranzistor cu canal N în comutatorul superior este că pentru a-l deschide trebuie să aplicați o tensiune de 10V în raport cu Sursa și, după cum puteți vedea în diagramă, poate exista întreaga tensiune de alimentare a motorului, si nu 0 volti. Astfel, la bază trebuie furnizată tensiunea de alimentare de 10V + motor. Aveți nevoie de un circuit de bootstrap special pentru a crește tensiunea. De obicei, un circuit de pompare a tensiunii care utilizează un condensator și o diodă este utilizat în aceste scopuri. Cu toate acestea, această schemă funcționează numai dacă reîncărcați constant condensatorul - prin deschiderea și închiderea tranzistorului inferior (în controlul PWM). Pentru a putea menține tranzistorul superior deschis în mod constant, trebuie să complicați și mai mult circuitul - adăugați un circuit pentru alimentarea externă a condensatorului. Iată un exemplu de circuit pentru conducerea tranzistoarelor cu canale N fără a utiliza cipuri de driver.

Să trecem la controlul vitezei de rotație a motorului.

Semnal PWM - controlează viteza de rotație a motorului

Motoarele de curent continuu au o dependență liniară a vitezei de rotație de tensiunea aplicată. Astfel, pentru a reduce viteza de rotație, trebuie aplicată mai puțină tensiune. Dar trebuie să ne amintim că pe măsură ce tensiunea scade, puterea motorului scade. Prin urmare, în practică, este posibil să se controleze viteza motorului numai în intervalul de 30%-50% din viteza maximă a motorului. Pentru a controla viteza motorului fără pierderi de putere, este necesar un feedback de la motor cu privire la viteza de rotație, de exemplu, ca într-o șurubelniță electrică. Acest mod de control necesită un circuit mai complex. Vom lua în considerare o opțiune simplă - controlul vitezei motorului fără feedback.

Deci, trebuie să schimbăm tensiunea furnizată motorului. Avem la dispoziție un tranzistor MOSFET. Ne amintim că motorul nostru are inductanță. Inductanța rezistă la schimbările de curent. Și dacă porniți și opriți rapid tensiunea de pe motor, atunci în momentul opririi curentul va continua să curgă din cauza inductanței. Și motorul va continua să se rotească prin inerție și nu se va opri. Dar, în mod natural, se va roti mai încet, iar tensiunea medie pe înfășurările sale va fi mai mică.

Microcontrolerul este excelent la generarea unui semnal de impuls PWM (PWM). Iar motorul este capabil să integreze acest semnal (medie) datorită inductanței înfășurărilor și inerției rotorului. Tensiunea medie primită de motor și, prin urmare, viteza, va depinde de ciclul de funcționare (factor de funcționare) al semnalului PWM.

Ce frecvență PWM este necesară pentru un control mai bun al motorului? Raspunsul este foarte simplu, cu cat mai multi, cu atat mai bine. Frecvența minimă depinde de inductanța motorului, precum și de masa rotorului și de sarcina pe arborele motorului. Dacă simulați controlul motorului PWM într-un simulator electric (de exemplu, PROTEUS), veți vedea că cu cât frecvența PWM este mai mare, cu atât curentul curge mai ușor prin motor (curent de ondulare - scade pe măsură ce frecvența crește). Frecvență joasă:

frecventa inalta:

Dacă frecvența scade sub un anumit nivel, curentul va deveni discontinuu (va scădea la zero) și ca urmare motorul nu se va putea roti.

Super, e simplu! Facem frecvența PWM mai mare, de exemplu 1 MHz, și va fi suficientă pentru orice motor. În viață, totul nu este atât de simplu. Pentru a înțelege toate problemele posibile, puteți lua pur și simplu poarta unui tranzistor MOSFET ca un condensator ideal. Pentru ca tranzistorul să se deschidă complet, condensatorul trebuie să fie încărcat la 10V (de fapt, mai puțin). Cu cât putem pompa mai mult curent în condensator, cu atât se va încărca mai repede, ceea ce înseamnă cu cât tranzistorul se va deschide mai repede. În procesul de deschidere a tranzistorului, curentul și tensiunea pe el vor fi maxime și, cu cât acest timp este mai lung, cu atât tranzistorul se va încălzi mai mult. Fișa de date are de obicei un astfel de parametru precum Qgate - încărcarea completă care trebuie transferată la tranzistor pentru ca acesta să se deschidă complet.

Inductanța motoarelor nu este atât de mică și nu sunt necesare frecvențe atât de înalte. Pentru a controla motoarele de curent continuu, 8 kHz este suficient, aproximativ 20 kHz este mai bine (în afara domeniului audio).

În plus, este de remarcat faptul că, pentru a reduce curentul de pornire, este necesar să creșteți treptat frecvența PWM la pornire. De asemenea, este mai bine să controlați curentul de pornire al motorului folosind senzori de curent.

Controlul motorului PWM implică o schimbare foarte rapidă a tensiunii de la 0 la maxim, ceea ce creează mari probleme la rutarea plăcii. Să enumerăm pe scurt regulile care trebuie urmate la rutarea unei plăci.

Masele de control al motorului și ale microcontrolerului trebuie separate, conectându-se într-un punct cu un conductor subțire, de exemplu 0,3mm, cât mai aproape de firele de alimentare ale întregului circuit.

Driverele de control MOSFET ar trebui să fie cât mai aproape posibil de tranzistoarele MOSFET înșiși

Designul zonei de control trebuie să fie pe două fețe, de preferință cu un strat de pământ pe o parte. Cu controlul pulsului, apar interferențe electromagnetice pentru a o reduce, stratul de pământ trebuie să fie în apropiere.

Este imperativ să aveți un condensator cât mai aproape de zona în care trec curenți mari de impuls. Dacă nu există un astfel de condensator, atunci tensiunea de pe linia de alimentare se va scădea semnificativ și microcontrolerul se va reseta în mod constant. De asemenea, fără un astfel de condensator, din cauza inductanței firelor de alimentare, tensiunea pe linia de alimentare poate crește de mai multe ori și componentele se vor defecta!

Vom analiza mai detaliat modul în care aceste reguli funcționează pe anumite dispozitive.

Semnal PWM în podul H

Să vedem cum circuitul de control afectează încălzirea cheilor noastre electronice. Să presupunem că controlăm motorul cu un semnal PWM cu un ciclu de lucru de 50% și motorul se rotește într-o direcție.

Cea mai simplă opțiune este să aplici un semnal PWM unuia dintre cele două tranzistoare și să-l lași pe al doilea deschis tot timpul. De obicei, PWM în acest caz este aplicat la tranzistorul inferior (tip N), care este de obicei mai rapid. În acest caz, încălzirea celui de jos va fi mai mare decât cea de sus cu cantitatea de căldură generată la comutarea tranzistorului. Pentru a uniformiza scorul, puteți aplica alternativ un semnal PWM la partea superioară (dacă sunt aceleași), apoi la tranzistorul inferior. De asemenea, puteți aplica PWM la ambele tranzistoare în același timp, dar din cauza diferenței dintre tranzistori, acest lucru nu va fi eficient și, de asemenea, va crește încălzirea datorită comutării tranzistoarelor. Cu această schemă de control, celelalte două tranzistoare acționează ca diode. Din fericire, cel mai mare curent prin diodă va fi la cel mai mare ciclu de lucru PWM, iar dioda va fi activă pentru o perioadă foarte scurtă de timp.

Pentru a elimina curentul prin diode, care provoacă încălzire semnificativă, nu puteți deconecta niciodată motorul de la tensiune, ci, în schimb, rotiți-l în direcția opusă. Astfel, trebuie, de exemplu, să întoarcem 70% din semnalul PWM la dreapta și 30% la stânga. Acest lucru va oferi o viteză totală de 70%-30%=40% spre dreapta. Dar diodele nu vor fi folosite. Această metodă de management se numește complementară. Acest circuit necesită un condensator mare pe linia de alimentare, precum și o sursă de alimentare care poate consuma curent (cum ar fi o baterie).

În loc să rotiți motorul în direcții diferite, puteți ajuta diodele - și anume, încetiniți motorul, deschideți cele două tranzistoare superioare atunci când nivelul semnalului PWM este scăzut. În practică, toate aceste metode nu modifică semnificativ viteza de rotație a motorului, dar pot controla eficient încălzirea tranzistoarelor cu efect de câmp. Mai multe detalii despre caracteristici diverse scheme controalele pot fi găsite în acest articol.

Aceasta încheie articolul nostru despre motoare. Acum putem trece la exersare - o vom face pentru robot.

În trecut, sistemele de tracțiune foloseau controlere în buclă deschisă controlate prin impulsuri pentru a controla motoarele de curent continuu. În prezent, sistemele de tracțiune folosesc în principal doar motoare asincrone.

În sistemele de putere redusă, și în special în sistemele servo, controlul comutării în buclă închisă este obișnuit. Cele mai utilizate sunt motoarele de curent continuu cu magneți permanenți. Există și motoare cu excitație independentă, dar în acest articol vor fi luate în considerare doar motoarele cu magneți permanenți.

Motor DC cu magnet permanent

La motoarele de curent continuu mici, câmpul magnetic este de obicei generat de magneți permanenți ceramici. Este clar că caracteristicile unor astfel de motoare sunt similare cu caracteristicile motoarelor cu o înfășurare de excitație. Dar motoarele cu magnet permanenți au performanțe mai bune:

Notă: Curba cuplu-viteză (Fig. 1).

Pentru motoarele de curent continuu, pot fi specificate următoarele dependențe:

Astfel:

Pentru motoarele de curent continuu este o valoare constantă, prin urmare:

Drive cu un singur cadran

Circuitul de control al motorului de curent continuu folosește un invertor PWM cu un controler.

Orez. 2. Unitate controlată cu un singur cadran

Operație în două cadrane

În fig. Figura 3 prezintă un circuit de punte pentru controlul unui motor de curent continuu. Acest circuit este adesea folosit în etapa de putere pentru controlul servomotoarelor și motoarelor pas cu pas. Circuitul de punte poate fi folosit și în servoamplificatoare liniare, dar din motive de eficiență este folosit doar pentru a conduce motoare de putere mică. Practic, tranzistoarele acționează ca întrerupătoare și sunt controlate de PWM-ul servoamplificatorului.

Aceste comutatoare funcționează în perechi: T1-T4 și T2-T3. Când T1-T4 sunt închise și T1-T3 sunt deschise, curentul armăturii curge spre dreapta. Motorul se rotește, de exemplu, în sensul acelor de ceasornic. Cu T2-T3 închis și T1-T4 deschis, motorul se va roti în sens invers acelor de ceasornic. Podul în modul șofer poate funcționa în două direcții.

Orez. 3. Podul circuitului de control al motorului DC

În mod fundamental, circuitul de control al motorului de curent continuu punte are două opțiuni, care sunt numite PWM unipolar și bipolar. În fig. Figura 4 prezintă o formă posibilă a semnalelor de impuls pentru PWM unipolar.

Tensiunea de pe motor în timpul unui ciclu variază de la 0 la V (de la + la +V și de la 0 la -V). Sunt utilizate două comutatoare: T1-T4 sau T2-T3.

Cu un semnal PWM bipolar (Fig. 5), patru comutatoare sunt utilizate pentru un sens de rotație a motorului. Tensiunea la motor variază de la +V la -V, valoarea medie a tensiunii determină sensul de rotație al motorului.

Orez. 4. Control motor DC - semnal PWM unipolar.

Orez. 5. Control motor DC - semnal PWM bipolar.

Ca exemplu, ne vom uita la funcționarea unui circuit de control al motorului de curent continuu în punte folosind PWM unipolar utilizat pe scară largă.

Orez. 6 (a) ilustrează opțiunea cu T1-T4 închis și motorul care se rotește în sensul acelor de ceasornic. Acum există două opțiuni pentru controlul tranzistorilor: fie un comutator rămâne închis (de exemplu, T1), iar al doilea este controlat cu controlul lățimii impulsului (T4), fie ambele comutatoare (T1 și T4) sunt controlate prin control PWM - fig. 6 (c). În primul rând, să ne uităm la funcționarea când T1 este închis și T4 este controlat de control PWM.

Când T4 este deschis - fig. 6 (b) - avem:

Este necesar să folosiți diode de protecție pentru acest tranzistor. În cazul prezentat în fig. 6(b), emf e va face ca curentul să circule prin D3 și T1. Dioda D3 va proteja tranzistorul T4. Pentru alte opțiuni de comutare, va fi necesar să se protejeze alte tranzistoare, de ex. toate cele patru tranzistoare vor avea diode de protecție: D1, D2, D3, D4.

O altă opțiune este în care ambele comutatoare T1 și T4 sunt oprite în același timp (controlate de control PWM). În momentul de față tranzistoarele se închid - Fig. 6 (c) - EMF e va face ca energia să curgă prin diodele D2 și D3 către sursa Vcc. Acest lucru este valabil și pentru cazul prezentat în fig. 6 (b) în momentul în care se deschide T1 (simultan cu T4). Evident este nevoie de dioda D2.

Controlul rotației motorului în sens invers este similar, dar în loc de T1-T4 funcționează tranzistorii T2-T3.

Nota:

1. Din circuitul punții de control al motorului de curent continuu prezentat în diagramele din Fig. 6 (a, b, c), putem observa posibilitatea controlului în două cadrane.
2. Când utilizați PWM bipolar, este posibil să schimbați rapid direcția de rotație a motorului și să oferiți o dinamică bună. PWM unipolar oferă mai puțină ondulație de curent în armătura motorului la aceeași frecvență purtătoare și valoare medie a curentului.

Orez. 6. Controlul motorului DC prin punte folosind PWM unipolar

Controlul comutării motorului DC cu excitație în serie

Până în 1990, motoarele de curent continuu au fost folosite în multe țări ca motoare de tracțiune (trenuri, tramvaie, metrouri). Pentru control s-au folosit invertoare, surse DC și DC. ACși redresoare controlate. Pe lângă sarcina principală de control al motorului de tracțiune, invertoarele au fost folosite și pentru a opera echipamente auxiliare externe (de exemplu, pentru a controla ventilatoarele pentru răcirea motoarelor de tracțiune). Puterea invertoarelor a variat de la sute de kilowați la câțiva megawați.

ÎN sisteme moderne IGBT (Insulated Gate Bipolar Tranzistor) este folosit pentru a comuta electricitatea și a controla motoarele de tracțiune. Controlul motorului este implementat folosind microcontrolere. Se folosesc predominant motoare asincrone trifazate.

Sisteme de tracțiune

În fig. 7 prezintă invertorul ca un comutator mecanic. Modul de funcționare δ al invertorului determină valoarea medie:

Determină viteza de rotație a motorului.

Orez. 7. Diagrama schematică Controlul motorului de curent continuu folosind un invertor.

Schimbarea curentă Δi este determinată de expresia:

Este evident că Δi a= 0 la δ = 0 sau la δ = 1.

Valoarea maximă Δi a ca mărime independentă poate fi găsită:

La δ = 0,5 și = frecvența invertorului, obținem:

(1)

Din formula (1) rezultă că intervalul de curent al motorului se ondula (Δi a) max va fi mai puțin dacă:

1. Frecvența invertorului va fi mai mare
2. Auto-inducția va fi mai mare

Când se utilizează invertoare cu o frecvență prea mică, este necesar să se includă în circuit șocuri electrice mari și scumpe.
Frecvența mare a invertorului crește pierderile:

• În semiconductorii din care este realizat invertorul;
• În circuitele de protecție pentru acești semiconductori;
• În motorul propriu-zis (pierderi din cauza componentei de curent alternativ).

În timpul utilizării normale a unui invertor cu tiristor, timpul de oprire ar trebui să fie de cel puțin cinci ori timpul mort al tiristorului.

Dacă frecvența invertorului este folosită prea mare, valoarea maximă a lui δ este limitată. În acest caz, cea mai mare parte a energiei electrice de la sursa de alimentare nu poate fi furnizată motorului.

Nota:

De obicei, în timpul frânării, un motor DC bobinat în serie funcționează ca generator.

Filtru de linie

În cazul în care bateriile sunt folosite ca sursă de alimentare (impedanță internă = 0), invertorul poate fi alimentat fără probleme.

Când puterea este furnizată printr-un fir de contact, auto-inducția LR prin acest fir este:

1. va limita semnificativ timpul de creștere a curentului pe comutatorul invertorului;
2. generați o tensiune mare de auto-inducție la comutatorul invertorului.

Pentru a neutraliza aceste fenomene negative, este necesar să se includă în circuit cel puțin un filtru inductiv-capacitiv (L1C1 în Fig. 8).

Orez. 8. Autoinducție pe firul de contact și filtrul de intrare al dispozitivului de tracțiune.

CapacitateC1: vă permite să absorbiți ondulațiile de curent fără auto-inducție a circuitului, limitând rata de creștere a curentului. Containerul funcționează ca o instalație de stocare a energiei. În plus, capacitatea reduce nivelul de supratensiune la intrarea invertorului. Această supratensiune poate apărea din două motive:

1. supratensiune poate fi pe firul de contact;
2. supratensiune rezultată din oprirea curentului invertorului.

BobinaL1 : vă permite să limitați fluctuațiile firului de contact, astfel încât alți consumatori ai aceluiași fir de contact să nu se confrunte cu probleme care pot apărea ca urmare a ondulațiilor curentului în timpul funcționării intermitente. Astfel de curenți intermitenți în firul și șina căruciorului pot cauza interferențe cu circuitele de control al telecomunicațiilor.

Capacitatea C1 împreună cu inductanța LR+L1 formează un circuit rezonant în serie cu frecventa de rezonanta:

(2)

Împreună cu frecvența invertorului f c, care este egală sau mai mică decât frecvența f 1, această frecvență poate provoca fluctuații mari de tensiune. În practică, acest lucru se întâmplă când f c > 2*f 1 sau chiar f c > 3*f 1.

În plus, este necesar să se țină cont de faptul că LR este o variabilă în funcție de distanța dintre tabloul principal și consumator.

Pentru ca un motor de curent continuu să înceapă să se rotească, acesta trebuie să fie furnizat cu cantitatea potrivită de energie. De obicei, câțiva wați sunt suficienti pentru motoarele de putere redusă. Unitatea de control (microcontroller), care ia decizii cu privire la pornirea motorului, nu poate controla direct motorul, adică furnizează puterea necesară de la ieșirea acestuia. Acest lucru se datorează faptului că porturile microcontrolerului au o capacitate de încărcare foarte limitată (curentul maxim la ieșirea microcontrolerului nu este de obicei mai mare de 20 mA).

Prin urmare, avem nevoie de un amplificator de putere - un dispozitiv care poate genera un semnal la ieșire cu o putere mai mare decât puterea de la intrare. Astfel de dispozitive sunt tranzistorul și releul, care sunt excelente pentru controlul unui motor de curent continuu.

Cel mai simplu mod de a conduce motorul este prezentat mai jos:

Controlul motorului pas cu pas

Motoarele pas cu pas, ca și motoarele cu perii, constau în principal din bobine. Adică, pentru a se roti, trebuie să treci curent prin bobine. Astfel, toate circuitele de control al motorului prezentate pot fi utilizate pentru. (toate cu excepția podului H)
Diferența dintre circuitul amplificatorului de putere pentru motoarele pas cu pas este că există tensiuni și curenți ușor diferiți și, de asemenea, necesită practic 4 comutatoare per motor (când motorul are cinci pini).

Tensiunea nominală de funcționare este în principal în intervalul 9 - 24 V. La astfel de tensiuni ridicate, avem de-a face și cu un curent mare: 0,3 - 1A pe fază! Mai jos este un exemplu de conectare a unui motor pas cu 5 pini:

Putem folosi și MOSFET-uri ca comutatoare. Aceasta este o soluție și mai simplă.
Deoarece avem nevoie de până la 4 tranzistori, care ocupă destul de mult spațiu pe placă, buna decizie va folosi un microcircuit.

Motor electric este o mașină care transformă energia electrică în energie mecanică. Primele motoare electrice au apărut la mijlocul secolului al XIX-lea. Succesul în dezvoltarea lor este asociat cu numele unor fizicieni și ingineri remarcabili precum N. Tesla, B. Jacobi, G. Ferraris, W. Siemens.

Există motoare electrice de curent continuu și alternativ. Avantajul primei este posibilitatea de reglare economică și lină a vitezei arborelui. Avantajul acestuia din urmă este densitatea mare de putere pe unitate de greutate. În practica microcontrolerelor, se folosesc adesea motoare de curent continuu de joasă tensiune, utilizate în ventilatoarele de uz casnic și de calculator (Tabelul 2.13). Există și modele cu motoare de rețea.

Tabelul 2.13. Parametrii ventilatoarelor Sunon

Înfășurarea motorului trebuie considerată ca o bobină cu inductanță mare, astfel încât să poată fi comutată cu comutatoare convenționale cu tranzistori (Fig. 2.78, a...t). Principalul lucru este să nu uităm de protecția împotriva EMF de auto-inducție.

La motoarele de curent continuu, este posibilă schimbarea sensului de rotație al rotorului în funcție de polaritatea tensiunii de funcționare. În astfel de cazuri, circuitele de punte „H-bridge” sunt utilizate pe scară largă (Fig. 2.79, a...i).

(început):

a) reglarea vitezei debitului de aer a ventilatorului M1. Condensatorul C/ reduce interferența RF. Dioda VD1 protejează tranzistorul VT1 de supratensiuni. Rezistorul R1 determină gradul de saturație al tranzistorului G77, iar rezistorul R2 îl închide atunci când MK este repornit. Frecvența impulsului PWM la ieșirea MK trebuie să fie de cel puțin 30 kHz, adică în afara intervalului audio pentru a elimina „fluierul” neplăcut. Elementele C/ și R2 pot fi absente;

b) controlul lin al vitezei de rotație a arborelui motor M1 prin canalul PWM. Condensatorul C/ este filtrul primar, iar condensatorul C2 este filtrul secundar al semnalelor PWM; DESPRE

Orez. 2,78. Scheme de conectare pentru motoare electrice prin comutatoare cu tranzistori

(continuare):

c) tranzistoarele VT1, VT2 sunt conectate în paralel pentru a crește curentul total al colectorului. Rezistoarele R1, R2 asigură o sarcină de putere uniformă pe ambele tranzistoare, care se datorează răspândirii coeficienților lor I2]E și caracteristicilor curent-tensiune ale joncțiunilor bază-emițător;

d) motorul M1 (Airtronics) are o intrare de control „digitală”, care vă permite să conectați MK-ul direct la acesta. Comutatoarele (driverele) cu tranzistori sunt amplasate în interiorul motorului;

e) două surse de alimentare separate pot reduce semnificativ impactul asupra MK al zgomotului electric generat de motorul M1. Sistemul va funcționa mai stabil. GB1 este o putere redusă baterie cu litiu, GB2, GB3 sunt celule galvanice de tip deget cu o tensiune totală de 3,2 V și o putere suficientă pentru a porni și a opera motorul M1

f) rezistențele paralele R2, R3 servesc ca limitatoare ale curentului care circulă prin motorul M1. În plus, stabilizează curentul de sarcină dacă tranzistorul VT1 este în modul activ sau pe punctul de a intra în modul de saturație;

g) MK pornește/oprește motorul M1. Rezistorul R3 reglează viteza arborelui său. Stabilizatorul este un cip DA1 de tip „registrofon” de la Panasonic. Cu ajutorul acestuia, parametrii constanți sunt menținuți la bornele motorului M1, care sunt practic independente de fluctuațiile de temperatură și tensiunea de alimentare;

h) clapele L7, L2 și condensatoarele C7, C2 filtrează interferența radio emisă de motor. În același scop, motorul este plasat într-o carcasă ecranată cu împământare;

Orez. 2,78. Scheme de conectare pentru motoare electrice prin comutatoare cu tranzistori

(continuare):

i) motorul de vibrații M1 este o sursă de interferențe electromagnetice și de radiofrecvență puternice. Elementele L/, L2, C1 servesc drept filtre. Rezistorul R2 limitează curentul de pornire prin două tranzistoare deschise VT1 Diodele VD1, UA2 taie vârfurile de zgomot de impuls;

j) elementele VD1, C1 și VD2, &2 filtrează zgomotul de alimentare generat de motorul M1 în direcția MK. Viteza arborelui motorului poate fi reglată fără probleme prin canalul PWM MK, în timp ce nu este necesar un filtru trece-jos separat, deoarece motorul are o inerție mare și netezește el însuși impulsurile de curent HF care trec prin el;

k) folosirea unui comutator pe un tranzistor cu efect de câmp VT1 crește eficiența în comparație cu un comutator pe un tranzistor bipolar, datorită rezistenței dren-sursă mai scăzute. Rezistorul R1 limitează amplitudinea interferenței care se poate „scurge” de la motorul în funcțiune M1 în circuitele interne ale MK prin capacitatea de drenare a porții a tranzistorului VT1;

l) tranzistorul VT2 este un comutator puternic care furnizează energie motorului ML, iar tranzistorul VT1 este un amortizor care încetinește rapid rotația arborelui după oprire. Rezistorul R1 reduce sarcina pe ieșirea MK la încărcarea capacităților de poartă ale tranzistoarelor cu efect de câmp VT1, VT2. Rezistorul R2 oprește motorul M1 când MK repornește;

m) comutatorul de pe tranzistoarele VT1, VT2 este asamblat conform circuitului Darlington și are un câștig mare. Pentru a controla viteza de rotație a arborelui motor M1, poate fi utilizată metoda PWM sau controlul fază-impuls. Sistemul nu are feedback, prin urmare, atunci când viteza de rotație scade din cauza frânării externe, puterea de operare pe arbore va scădea;

Orez. 2,78. Scheme de conectare pentru motoare electrice prin comutatoare cu tranzistori

(continuare):

m) încorporarea MK în traseul deja existent pentru controlul vitezei de rotație a arborelui motor Ml. Această cale include toate elementele circuitului, cu excepția rezistenței R2. Rezistorul R4 stabilește viteza de rotație „aspră”. Reglarea fină este efectuată prin impulsuri de la ieșirea MK. Este posibil să se organizeze feedback atunci când MK monitorizează orice parametru și ajustează dinamic viteza de rotație în funcție de tensiunea de alimentare sau de temperatură;

o) viteza de rotație a arborelui motor M1 este determinată de ciclul de lucru al impulsurilor în canalul PWM generat de la ieșirea inferioară a lui MK. Comutatorul principal de comutare este tranzistorul VT2.2, comutatoarele de tranzistor rămase sunt implicate în oprirea rapidă a motorului M1 printr-un semnal de nivel ÎNALT de la ieșirea superioară a MK;

n) reglarea lină a vitezei arborelui motor M1 se realizează prin rezistența R8. Op-amp-ul TS servește ca stabilizator de tensiune cu feedback dublu prin elementele R1, R8, C2 și R9, R10, C1. Prin combinarea nivelurilor de la trei ieșiri MK (DAC), puteți modifica pas cu pas viteza de rotație a arborelui motor M1 ( selecție precisă rezistențe R2...R4). Liniile MK pot fi comutate în modul de intrare fără un rezistor pull-up pentru a crește numărul de „pași” DAC;

Orez. 2,78. Scheme pentru conectarea motoarelor electrice prin comutatoare cu tranzistori (capăt):

p) controlul fază-impuls al motorului AC M1. Cu cât perioada este mai lungă tensiunea de rețea tranzistorul VT1 este deschis, cu atât arborele motorului se rotește mai repede;

c) puternicul motor de curent alternativ Ml este pornit printr-un optotiristor KS7, care asigură izolarea galvanică de circuitele MK;

t) similar cu Fig. 2,78, p, dar cu un inel de feedback prin elementele C7, R6, R8. Rezistorul R4 reglează fără probleme viteza arborelui motorului Ml, iar MK - discret.

Orez. 2,79. Circuite punte pentru conectarea motoarelor electrice la MK (început):

a) sensul de rotație al arborelui motor Ml este schimbat printr-un circuit „mecanic” în punte pe două grupuri de contacte relee KL1, K1.2. Frecvența de comutare a contactelor releului ar trebui să fie scăzută, astfel încât resursa să nu fie epuizată rapid. Chokes L7, L2 reduc curenții de comutare la comutarea releelor ​​și, în consecință, nivelul interferenței electromagnetice radiate;

b) când Nivel ÎNALT la nivelurile superioare și LOW la ieșirea inferioară a MK, tranzistoarele K77...la TZ se deschid, iar tranzistoarele KG4...KG6 se închid și invers. Când polaritatea sursei motorului Ml este inversată, rotorul acestuia se rotește reversul. Semnalele de la cele două ieșiri ale MK ar trebui să fie antifază, dar cu o scurtă pauză Nivel JOSîntre impulsuri pentru a închide ambele brațe (eliminarea curenților de trecere). Diodele VD1..VD4 reduc supratensiunile, protejând astfel tranzistoarele de defectare;

c) similar cu Fig. 2.79, b, dar cu valori diferite ale elementelor, precum și cu protecție hardware împotriva deschiderii simultane a tranzistoarelor unui braț folosind diode VD3, VD4. Diodele VD1, KD2 cresc imunitatea la zgomot la o distanță mare de MK. Condensatorul C/ reduce interferența radio pulsată „scânteie” generată de motorul Ml;

Orez. 2,79. Circuite punte pentru conectarea motoarelor electrice la MK (continuare):

d) similar cu Fig. 2.79, b, dar cu absența rezistențelor de „blocare” în circuitele de bază ale tranzistoarelor VT2, VT4. Se calculează că înfășurarea motorului L// are o rezistență destul de scăzută, prin urmare, la repornirea MK, zgomotul extern de pe bazele „atârnate în aer” ale tranzistoarelor VT1 VT2, VT4, VT6 nu își vor putea deschide colectorul. joncțiuni;

e) similar cu Fig. 2.79, b, dar cu simplificarea maximă a diagramei. Recomandat pentru dispozitivele care îndeplinesc funcții secundare. Tensiunea de alimentare este +E și trebuie să corespundă tensiunii de funcționare a motorului M1\

f) spre deosebire de circuitele anterioare, tranzistoarele VT1...VT4 sunt conectate conform unui circuit emițător comun și sunt controlate de niveluri HIGH/LOW direct de la ieșirile MK. Motorul M1 trebuie proiectat pentru o tensiune de operare de 3...3,5 V. Diodele VD1...VD4 reduc supratensiunile. Filtrul LL C1 reduce zgomotul de impuls din sursa de alimentare de la motorul M1, ceea ce poate duce la defecțiuni ale MK. Piese de schimb găsite: VT1 VT3- KT972; VT2, VT4-KT973; VD1…VD4- KD522B, R x = 3,3 kOhm; R2 = 3,3 kOhm;

g) circuit punte cu patru tranzistoare de control VT1 VT2, VT4, VT5 structuri p-p-p. Rezistorul trimmer R4 reglează tensiunea motorului Ml și, prin urmare, viteza pentru două direcții de rotație a rotorului simultan;

Orez. 2,79. Circuite punte pentru conectarea motoarelor electrice la MK (capăt):

h) circuit de punte pentru controlul unui motor puternic Ml (24 V, 30 A). Schimbarea polarității tensiunii de pe motor se realizează prin niveluri antifază la ieșirile mijlocii ale MK, iar viteza de rotație este efectuată prin metoda PWM la ieșirile superioare și inferioare ale MK;

i) tranzistoarele VT2, VT5 alimentează circuitul de comandă a motorului puntea Ml. Punerea în paralel a acestora vă permite să conectați un alt circuit similar la dioda VD1.