Меню

Контроллер для управления двигателем переменного тока

Управление электродвигателями переменного тока

Современная схема управления электродвигателем переменного тока чаще всего включает в себя преобразователь частоты. Данная система управления начала набирать популярность благодаря развитию микропроцессорной электроники, на принципах которой и работают современные частотные преобразователи. Такой блок управления асинхронным двигателем отличается высокой надежностью и приемлемой ценой. Кроме того, установка таких систем управления может сэкономить около 40 % потребляемой энергии. Трехфазные двигатели переменного тока могут управляться с применением двух различных принципов:

  • вольт-частотное регулирование;
  • векторный метод управления.

Вольт-частотное управление асинхронным электродвигателем еще называют скалярным. Изменение скорости вращения вала при этом достигается изменением частоты и напряжения в обмотке статора. При этом одновременно изменяется модуль данного напряжения. В результате как частота, так и напряжение являются регулирующими факторами. Для работы двигателя переменного тока важно, чтобы отношение напряжения на статоре и его частота оставались постоянными. То есть снижение или увеличения частоты должно быть синхронизировано напряжением. При этом КПД электродвигателя практически не изменяется.

Подобная схема управления электродвигателем переменного тока удобна тем, что позволяет одновременно работать с группой устройств, что является важнейшим преимуществом при работе со сложными технологическими линиями, например при контроле движения конвейера. При использовании вольт-частотного регулирования можно добиться диапазонов 1/40, чего вполне достаточно для решения большинства производственных задач. Но при этом необходимо отметить, что данная система управления не позволяет контролировать вращающий момент и режим позиционирования. Чаще всего данный способ управления применяется в вентиляторах, насосах, конвейерных системах и т. д.

Векторное управление электродвигателем переменного тока позволяет осуществлять не только скалярное управление, но и работать с магнитным потоком. В основе данной системы лежит представление об основных параметрах электромагнитной системы двигателей как о векторах, расположенных в пространстве. Микросхемы для управления электродвигателя позволяют контролировать и изменять не только амплитуду, но и фазу статорного тока, фактически изменяя его вектор. В результате появляется возможность управления вращающим моментном электродвигателя.

Для эффективного управления фазой тока, а значит, и магнитным потоком относительно ротора, необходимо знать его точное состояние в любой момент времени. Для решения этой проблемы используется либо внешний датчик положения ротора, либо система определения его положения по параметрам напряжения и токов обмоток статора. Управление электродвигателем переменного тока с устройством контроля обратной связи скорости позволяют ее регулирование в диапазоне 1–1000. При этом точность контроля скорости составляет сотые доли процента. Точность регулирования момента несколько ниже — около 2 процентов.

Источник

Контроллер

Контроллер — электрический аппарат низкого напряжения, предназначенный для пуска, регулирования скорости, реверсирования и электрического торможения электродвигателей постоянного и переменного тока.

Посредством контроллера изменяют электрическое сопротивление в цепи управления, схемы соединений силовых цепей и цепей возбуждения электродвигателей.

Управление контроллером производится обычно вручную рукояткой или маховичком; для дистанционного управления применяют сервомоторы.

Читайте также:  Номинальный ток кабельной линии

Конструктивно контроллер представляют собой многоступенчатые плоские, барабанные или кулачковые контактные переключатели.

Плоские контроллеры применяют главным образом там, где требуется большое число ступеней переключения, — для пуска и регулирования электродвигателей мощностью до 30-40кВт.

Барабанные контроллеры чаще других применяют для непосредственного управления электродвигателями мощностью 45 кВт постоянного и 75 кВт переменного тока.

При вращении барабана медные сегментные контакты соприкасаются с неподвижными, образуя различные схемы соединения в цепях управления электродвигателя.

Для управления более мощными электродвигателями с большим числом включений (до 600 вкл/ час) более надежными оказываются кулачковые контроллеры с перекатывающимися контактами, которые по сравнению со скользящими имеют значительно большую износостойкость.

Микроконтроллер — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.

С их появлением началось массовое применение компьютерной автоматизации в области управления.

Источник

Устройства управления электродвигателями

Устройство управления электродвигателем может включать ручные или автоматические средства для запуска и остановки двигателя, средства выбора прямого или обратного направления вращения, выбора и регулирования скорости вращения, регулирования или ограничения момента, защиту от перегрузки и от неисправности.

Каждый электродвигатель должен иметь своего рода систему управления (контроллер). Система управления электродвигателем в зависимости от задачи будет иметь различные характеристики и сложность.

Простейшим случаем управления электродвигателем является выключатель который соединяет электродвигатель с источником энергии, например как в небольших бытовых приборах или электроинструменте (дрели и др.). Переключение может осуществляться вручную, с помощью реле или контактора подсоединенного к датчику для автоматического запуска или остановки электродвигателя. Переключатель может иметь несколько положений для выбора различных способов подключения электродвигателя, что может позволить уменьшить пусковое напряжение, выбирать направление и скорость вращения.

Более сложные системы управления электродвигателями могут использоваться для точного управления скорости и момента электродвигателя, могут быть частью системы для точного управления угловым положением управляемого механизма.

Устройства управления электродвигателями могут управляться вручную, удаленно или автоматически. Они могут иметь, как только функции старта и остановки двигателя, так и многие другие функции.

Устройства управления двигателями можно классифицировать по типам управляемых электродвигателей (таких как СДПМ, КДПТ и др.) или по назначению.

Источник



Управление щёточными моторами с Arduino

Как вы знаете, никакую нагрузку мощнее светодиода нельзя подключать к Ардуино напрямую, особенно моторчики. Ардуино, да и вообще любой микроконтроллер – логическое устройство, которое может давать только логические сигналы другим железкам, а те уже могут управлять нагрузкой. Кстати, урок по управлению мощной нагрузкой постоянного и переменного тока у меня тоже есть. “Драйвером” мотора могут быть разные железки, рассмотрим некоторые из них.

При помощи обычного реле можно просто включать и выключать мотор по команде digitalWrite(пин, состояние) , прямо как светодиод:

Читайте также:  Магнитная индукция магнитного поля токов различной формы

При помощи двойного модуля реле (или просто двух реле) можно включать мотор в одну или другую сторону, а также выключать:

Купить модуль реле можно на Aliexpress.

Мосфет

Полевой транзистор, он же мосфет, позволяет управлять скорость вращения мотора при помощи ШИМ сигнала. При использовании мосфета обязательно нужно ставить диод, иначе индуктивный выброс с мотора очень быстро убьёт транзистор. Скорость мотора можно задавать при помощи ардуиновской analogWrite(пин, скорость) .

Вместо “голого” мосфета можно использовать готовый китайский модуль:

Купить мосфет модуль можно на Aliexpress.

Реле и мосфет

Если объединить реле и мосфет – получим весьма колхозную, но рабочую схему управления скоростью и направлением мотора:

Специальный драйвер

Лучше всего управлять мотором при помощи специального драйвера, они бывают разных форм и размеров и рассчитаны на разное напряжение и ток, но управляются практически одинаково. Рассмотрим основные драйверы с китайского рынка:

Остальные драйверы смотри у меня вот тут. Схемы подключения и таблицы управления:




Пины направления управляются при помощи digitalWrite(pin, value) , а PWM – analogWrite(pin, value) . Управление драйвером по двум пинам может быть двух вариантов:

Моторы переменного тока

Мотором переменного тока (220V от розетки) можно управлять при помощи диммера на симисторе, как в уроке про управление нагрузкой.

Библиотеки

У меня есть удобная библиотека для управления мотором – GyverMotor, документацию можно почитать вот здесь. Особенности библиотеки:

  • Контроль скорости и направления вращения
  • Работа с ШИМ любого разрешения
  • Программный deadtime
  • Отрицательные скорости
  • Поддержка всех типов драйверов
  • Плавный пуск и изменение скорости
  • Режим “минимальная скважность”

Помехи и защита от них

Индуктивный выброс напряжения

Мотор – это индуктивная нагрузка, которая в момент отключения создаёт индуктивные выбросы. У мотора есть щетки, которые являются источником искр и помех за счёт той же самой индуктивности катушки. Сам мотор потребляет энергию не очень равномерно, что может стать причиной помех по линии питания, а пусковой ток мотора так вообще сильно больше рабочего тока, что гарантированно просадит слабое питание при запуске. Все четыре источника помех могут приводить к различным глюкам в работе устройства вплоть до срабатывания кнопок на цифровых пинах, наведения помех на аналоговых пинах, внезапного зависания и даже перезагрузки микроконтроллера или других железок в сборе устройства.

Отсечь индуктивный выброс с мотора можно при помощи самого обычного диода, чем мощнее мотор, тем мощнее нужен диод, то есть на более высокое напряжение и ток. Диод ставится встречно параллельно мотору, и чем ближе к корпусу, тем лучше. Точно таким же образом рекомендуется поступать с электромагнитными клапанами, соленоидами, электромагнитами и вообще любыми другими катушками. Логично, что диод нужно ставить только в том случае, если мотор или катушка управляется в одну сторону. Важные моменты:

  • При работе с драйвером и управлением в обе стороны диод ставить не нужно и даже нельзя!
  • При управлении ШИМ сигналом рекомендуется ставить быстродействующие диоды (например серии 1N49xx ) или диоды Шоттки (например серии 1N58xx).
  • Максимальный ток диода должен быть больше или равен максимальному току мотора.
  • Защитный диод, принимающий на себя обратный выброс ЭДС самоиндукции, также называется шунтирующим диодом, снаббером, flyback диодом.
  • В природе существуют мосфеты со встроенным защитным диодом. Этот диод является отдельным элементом и такой мосфет обычно имеет нестандартный корпус, читайте документацию на конкретный транзистор.
  • Диод, который показан на схематическом изображении мосфета, не является защитным диодом: это слабый и медленный “паразитный” диод, образованный при производстве транзистора. Он не защитит мосфет от выброса, нужно обязательно ставить внешний!
Читайте также:  Этапы оказания помощи при каждой степени поражения электрическим током

Помехи от щёток

Искрящиеся щетки мотора, особенно старого и разбитого, являются сильным источником электромагнитных помех, и здесь проблема решается установкой керамических конденсаторов с ёмкостью 0.1-1 мкФ на выводы мотора. Такие же конденсаторы можно поставить между каждым выводом и металлическим корпусом, это ещё сильнее погасит помехи. Для пайки к корпусу нужно использовать мощный паяльник и активный флюс, чтобы залудиться и припаяться как можно быстрее, не перегревая мотор.

Помехи по питанию, просадка

Мотор потребляет ток не очень равномерно, особенно во время разгона или в условиях переменной нагрузки на вал, что проявляется в виде просадок напряжения по питанию всей схемы. Беды с питанием решаются установкой ёмких электролитических конденсаторов по питанию, логично что ставить их нужно максимально близко к драйверу, то есть до драйвера. Напряжение должно быть выше чем напряжение питания, а ёмкость уже подбирается по факту. Начать можно с 470 мкф и повышать, пока не станет хорошо.

Разделение питания

Если описанные выше способы не помогают – остаётся только одно: разделение питания. Отдельный малошумящий хороший источник на МК и сенсоры/модули, и отдельный – для силовой части, в том числе мотора. Иногда ради стабильности работы приходится вводить отдельный БП или отдельный аккумулятор для надёжности функционирования устройства.

Экранирование

В отдельных случаях критичными являются даже наводки от питающих проводов моторов, особенно при управлении ШИМ мощными моторами и управлении мощными шаговиками в станках. Такие наводки могут создавать сильные помехи для работающих рядом чувствительных электронных компонентов, на аналоговые цепи, наводить помехи на линии измерения АЦП и конечно же на радиосвязь. Защититься от таких помех можно при помощи экранирования силовых проводов: экранированные силовые провода не всегда удаётся купить, поэтому достаточно обмотать обычные провода фольгой и подключить экран на GND питания силовой части. Этот трюк часто используют RC моделисты, летающие по FPV.

Видео


Источник