|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ ШИ регулятор потужності електродвигунів
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори В останні роки стає популярним захоплення аматорським складанням електрифікованого транспорту та переобладнанням автомобілів для переведення їх на електричну тягу. На цьому шляху на ентузіастів чекає чимало труднощів. Так, наприклад, один із складних і дорогих вузлів подібних транспортних засобів - пристрій керування електродвигунами, - швидше за все, доведеться розробляти та виготовляти самостійно. Залишається додати, що практичної літератури щодо управління великим струмом вкрай мало. Наведена нижче стаття має допомогти у вирішенні низки питань у зазначеній галузі конструювання. При розробці описуваного нижче пристрою використано досвід одного з піонерів електромобілебудування [1]. Пристрій допоможе електрифікувати іграшки, скутери, потужні вентилятори, створювати електроприводи потужністю до 5 кВт напругою до 150 В. Потужність представленої уваги читачів ШІ регулятора дозволяє приводити в дію електродвигун транспортного засобу вагової категорії "Жигулі"-класика. Схема пристрою допускає збільшення потужності керованих пристроїв шляхом заміни радіоелементів більш потужні з дотриманням рекомендацій, викладених у статті.
Регулятор, схема якого показано на рис. 1, складається з чотирьох вузлів: генератора, що задає, на транзисторі VT1, формувача керуючих імпульсів, зібраного на мікросхемах DA2, DA3, потужного комутатора струму на транзисторах VT4-VT9, блока живлення VD1, R6, VT3, DA1. Регулятор живиться від двох джерел: один - напругою від 20 до 30 для живлення слаботочної частини пристрою, другий - до 150 для живлення навантаження. Пристрій має вхід сигналу для блокування регулятора та вихід на зовнішній вузол захисту, який формує цей сигнал. Тяговий електродвигун включають послідовно з комутатором струму. Частотозадающим елементом регулятора служить генератор пилкоподібних імпульсів на транзисторі VT1. Частоту 3...4 кгц визначає ланцюг R3C1. Імпульси надходять на неінвертуючий вхід компаратора DA2, а на інвертуючий подано напругу з двигуна резистора R11, що керує частотою обертання ротора електродвигуна. Як цей резистор використаний датчик положення дросельної заслінки від автомобілів ВАЗ десятої серії. Опір датчика змінюється від 0 до 7,5 ком. У датчику ланцюга повзунка є вбудований резистор опором 1,5 кОм. На додаток до нього в ШІ регуляторі в цей ланцюг додані резистор R9 і конденсатор С2 для зменшення впливу "брязкання" контакту двигуна і збільшення плавності регулювання. У процесі експлуатації на конкретному устаткуванні може знадобитися добірка елементів цього кола для отримання потрібної динаміки процесу. Критерієм задовільної динаміки у випадку з електромобілем служать плавні розгін (при переміщенні движка резистора R11 вліво за схемою) та гальмування (те ж - праворуч) машини, а також значення максимального струму через електродвигун.
На рис. 2 зверху спрощено показані імпульси Uг генератора і напруга URд, що знімається з двигуна резистора R11. Як показує практичний досвід застосування регулятора, для прискорення процесу гальмування електродвигуна доцільно зашунтувати резистор R9 діодом КД522А, підключивши його анодом до точки з'єднання резистора R9 і конденсатора С2 для прискорення розрядки цього конденсатора. Резистор R12 служить для запобігання аварійній ситуації при випадковому відключенні резистора R11 або обрив проводів, що з'єднують його з регулятором. На виході компаратора DA2 отримуємо послідовність імпульсів Uynp (рис. 2) тривалістю, що задається резистором R11. Потім сигнал надходить на підсилювач-формувач DA3, що виробляє імпульси з фронтом і спадом тривалістю не більше 120 не, і далі - ланцюг затвора блоку потужних польових перемикальних транзисторів VT4-VT9. Резистори R19-R24 вирівнюють значення струму заряджання ємності затвора транзисторів. Імпульс зарядного струму може досягати сотень міліампер. При закриття транзисторів розрядний струм протікає через резистори R19-R24, резистор R16, ланцюг VD3R17 і вихід підсилювача DA3. Швидкість закривання транзисторів важлива не менше швидкості відкривання – від цього залежить ступінь їхнього нагрівання. При налагодженні пристрою необхідно контролювати напругу імпульсів керуючих на затворі потужних транзисторів - воно не повинно бути менше 10 В - для виключення їх переходу в лінійний режим. Напруга живлення навантаження залежить від характеристик застосовуваного електродвигуна, але не повинно перевищувати номінальної напруги сток-витік транзисторів. Для блоку транзисторів IRF640 максимальна напруга - 150 при сумарному струмі навантаження до 80 А. Характер зміни потужності Ред електродвигуна від зміни напруги на двигуні резистора R11, що управляє, спрощено показаний на рис. 2. Вихідне положення двигуна цього резистора - крайнє праве за схемою. При цьому керуючі імпульси відсутні, польові транзистори VT4-VT9 закриті, знеструмлене навантаження. Для живлення слаботочної частини пристрою зручно використовувати частину напруги живлення навантаження, особливо, якщо електродвигун живиться від батареї акумуляторів. Але цей спосіб вимагає ретельних випробувань регулятора до установки на машину, оскільки опір загального дроту може негативно вплинути на якість роботи регулятора в цілому. При експлуатації пристрою бажано передбачити захист транзисторів від лінійного режиму та перевантаження струмом. Перехід транзисторів з перемикального режиму в підсилювальний призводить до їх швидкого перегріву та подальшого руйнування. Використовувані в регуляторі транзистори здатні витримувати навантаження і замикання навантаження протягом десятків мікросекунд, не довше. Тому для збереження регулятора навіть у аварійних ситуаціях доцільно використовувати пристрій захисту. Для його підключення передбачені два висновки - верхній за схемою затискач шунту R27 в ланцюзі навантаження (з обмежувальним резистором R25) та вхід блокуючого пристрою (VT2) формувача імпульсів. Вузол захисту повинен формувати сигнал, що утримує транзистор VT2 відкритим до усунення причини аварії, і контролювати струм у ланцюзі живлення навантаження, оберігаючи потужні транзистори від переходу в лінійний режим та перегрівання. Пристрій вузла захисту цієї статті не розглядається. У найпростіших пристроях управління, що не вимагають захисту або коли ймовірність виникнення аварійної ситуації мала, транзистор VT2, резистори R5 і R25 та шунт R27 можна не встановлювати. Потужні транзистори захищені діодом VD4 від сплесків напруги при розриві ланцюга навантаження. Його максимальна зворотна напруга не повинна бути меншою за напругу живлення, а прямий струм - менший за номінальний струм двигуна. Тут підійдуть вітчизняні діоди ДЧ151-125 або імпортні 150EBU02. При живленні пристрою від акумуляторної батареї її слід блокувати конденсаторами С6-С13 загальною ємністю з розрахунку 10 000 мкФ на один кіловат потужності навантаження з метою зменшення дії струму високої частоти на батарею, що руйнує. Номінальна напруга конденсаторів – не менше напруги батареї. Генератор, компаратор, формувач імпульсів і вентилятор М1 живляться напругою 15 від блоку, що складається зі стабілізатора DA1 і підсилювача струму на транзисторі VT3. Транзистор та стабілізатор необхідно встановлювати на тепловідведення з ефективною площею не менше 20 см. У випадку, якщо у пристрої потужні транзистори встановлені на тепловідведення, що забезпечує їх необхідне охолодження, можна обійтися без вентилятора М1.
Слаботкова частина пристрою розміщена на друкованій платі рис. 3. Потужні транзистори VT4-VT9 підбирають під конкретне навантаження. При цьому кількість транзисторів, що підключаються до підсилювача-формувача DA3, має відповідати його вихідним характеристикам [2, 3]. Як показує досвід, під час розробки ШИ регулятора необхідно передбачати запас перевантаження струмом. Це спричинено конструктивним виконанням транзисторів. Незважаючи на заявлене значення струму, переріз висновків транзисторів не відповідає. Падіння напруги на висновках транзисторів перетином 1,3 мм2, а відповідно, і енергія, що розсіюється, марнотратно великі. Щільність струму у виводах транзисторів має перевищувати 15...20 А/мм2. У регуляторі застосовані транзистори IRF640 на струм 18 А і напруга 200 В. Пристрій було випробувано також з транзисторами IRF3710 (100 В, 57 А), IRF3205 (55 В, 110 A), IRF3808 (75 В, 140 А) 3 кВт та напругою живлення 48 В. Сигнал керування на вихідні транзистори рекомендується передавати по кручений парі проводів безпосередньо на затвор і витік [4]. Не слід пропускати струм керування транзисторів через загальний провід пристрою через небезпеку проникнення комутаційних перешкод із ланцюга навантаження в ланцюг керування. Насправді це проявляється як підвищене нагрівання транзисторів та його непередбачуваний вихід із ладу. Ще найкращі результати дає поділ джерел живлення слаботочного вузла та потужного. Конструкції потужного комутатора струму регулятора необхідно приділити найбільшу увагу. Від його компонування залежить якість роботи пристрою загалом. Рекомендується компактніше розмістити потужні транзистори VT4-VT9, до висновків припаяти провідники великого перерізу (10...20 мм2), а резистори R18-R24 розмістити у безпосередній близькості від потужних транзисторів. Неприпустимі вигини провідників у межах потужного блоку, оскільки вони утворюють паразитну індуктивність. Пристрій, зібраний із справних деталей, налагодження, як правило, не вимагає. Достатньо лише переконатися у стійкій роботі генератора, що задає, перевіркою частоти проходження імпульсів (3...4 кГц) на емітері транзистора VT1, у правильності встановлення меж регулювання вихідної потужності (при необхідності підібрати резистори R7, R13) та наявності керуючих імпульсів (напругою не менше 10 В) на загальній точці ланцюга резисторів R18-R24. Вихідні транзистори встановлюють на мідну пластину, що відводить, розмірами 160x60x4 мм, охолоджувану вентилятором М1. Без застосування вентилятора площу тепловідведення для кожного транзистора розраховують виходячи з його характеристик і потужності, що розсіюється. Як охолодний вентилятор можна використовувати кулер персонального комп'ютера, підключений через попередньо підібраний резистор (на схемі рис. 1 не показаний) для зниження напруги до 9 ... 12 Ст. Тепловідведення допустимо використовувати як об'єднаний вивід стоку транзисторів. Батарею конденсаторів С6-С13 слід монтувати в безпосередній близькості від акумуляторної батареї, а при використанні на транспортному засобі - помістити в окрему коробку для захисту від вологи. Діод VD4 можна розташувати у будь-якому зручному місці. При роботі із захисним пристроєм використовується готовий шунт 75ШСМ МОЗ (або 75ШС). Номінал його підбирають з струму навантаження регулятора. У даному випадку застосований шунт на 100 А у зв'язку з тим, що пристрій розроблено для керування електродвигуном ЗДТ-31 на напругу 24 В і струм 80 А. Для підключення навантаження слід застосовувати мідні дроти перетином з розрахунку 8 А на 1 мм2, підійде, наприклад , провід із серії ПВЗ. На кінцях проводів монтують кабельні наконечники, що відповідають їхньому перерізу. На закінчення кілька зауважень у разі заміни потужних транзисторів VT4-VT9. Транзистори серії IRF мають значну ємність затвора - від 1200 пф (у IRF640) до 5310 пФ(IRF3808), звідси випливають вимоги до резисторів R18-R23 та підсилювача DA3. При збільшенні числа потужних транзисторів може знадобитися заміна підсилювача-формувача IR2110 більш потужний, наприклад LM5110, або додавання двотактного транзисторного підсилювача потужності (типове підключення IR2110 допускає таку доробку [2]). Споживаний від підсилювача струм визначається сумарним опором ланцюга R16R18-R24. Опір резисторів R19-R24 розраховують наступним чином. Спочатку визначають середній струм зарядки ємності затвора:
де Uпіт - напруга живлення підсилювача DA3, В; С3 – ємність затвора транзистора, Ф; t - час відкривання/закривання транзистора, с. Тоді опір резистора ланцюга затвора R3=Uпит/I3,OM. Резистори ланцюга затвора найкраще припаяти безпосередньо до висновків транзисторів. При виборі компонентів ШІ регулятора слід віддати перевагу високочастотним радіоелементам. література
Автор: Н. Токмаков, м. Сиктивкар; Публікація: radioradar.net
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Бездротові навушники Anker Soundcore Space Q45 та Space A40 ▪ Дешевий аналог будівельного піску з відходів ▪ Ефективне охолодження 3-D мікросхем
▪ розділ сайту Загадки для дорослих та дітей. Добірка статей ▪ стаття Юси будувати. Крилатий вислів ▪ У чому суть середньовічної Японії? Детальна відповідь ▪ стаття Визначення сторін світла за Сонцем та годинником. Поради туристу ▪ стаття Шлейф для дистанційного налаштування антени. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Квіти з хустки. Секрет фокусу
Коментарі до статті: Костя А чи схема вузла захисту є?
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page