多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット。スキーム、説明

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多相モーター用のユニバーサルコントロールユニット。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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400 ～ 1000 Hz の周波数で動作する、非同期、ステッピング、コレクタ、およびあらゆる種類の高周波多相モーターが多種多様に存在しますが、これらは単相ネットワークから効率的に動作させることはできません。ただし、現代の電子機器を使用すると、これが非常に簡単になります。多相モーターのローターを回転させるには、厳密に定義された一連のパルスをその巻線に印加する必要があります。回転磁場を作り出します。しかし、単相ネットワーク以外に何もない場合はどうすればよいでしょうか。もちろん、380 V / 50 Hz 用に設計された三相モーターは、移相コンデンサを使用して単相ネットワークから起動することもできますが、その効率は非常に低く、速度を変更することは夢にもありません。非同期モーターのこと。ステッピングモーターや高周波モーターは全く起動できません。

これらすべての問題を解決するために、ユニバーサルコントロールユニットが作成されました。 ROM を簡単に再プログラミングするだけで、出力キーのアルゴリズムを変更できるため、あらゆるエンジンに適応できます。図1にそのスキームが示されているメインユニットの動作を考えてみましょう。

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周波数1kHzのマスターオシレータがD1:1、D2:2チップ上に組み込まれています。その周波数は主にエンジン速度と使用される ROM の量によって事前に決定されます。急峻なフロントを形成するために、ジェネレーターからのパルスは XNUMX つのシュミットトリガーを通過します。

出力 D2 からのパルスの前で、カウンター D1 ～ D3 が 5 に切り替わります。 D2:2 チップによって反転された同じパルスの立ち下がりで、データが ROM から D7 チップ上のレジスタに上書きされます。デバイスの電源がオンになると、C2R3 チェーンによってカウンターがゼロに設定されます。動作の過程で、カウント係数は、D7 チップの D6 のどのメモリセルにログ「1」が書き込まれるかによって決まり、これによりカウンタのリセット時間が事前に決定されます。 D7 レジスタは、ROM アドレスの切り替え時に発生するパルスがキーのアルゴリズムに影響を与えないようにするために必要です。カウンタの数は、D6 チップが使用するアドレスの数によって異なり、7 から 20 まで変化します。最大 30 ～ 8 mA の負荷をレジスタ DXNUMX の出力に直接接続できます。より大きな負荷を使用する場合は、DXNUMX チップなどのバッファ要素を使用する必要があります。

次に、出力キーとさまざまなエンジンを動作させるためのアルゴリズムについて説明します。まず、27 V の定電圧で動作するコレクタモーターを考えます。そのスイッチング回路を図 2 に示します。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

これは、VT1 に組み立てられた最も単純なトランジスタキーです。このトランジスタはゲインがかなり大きく、エミッタとコレクタの間にダイオードが接続されています。したがって、そのベースは電流制限ダイオードを介してD7マイクロ回路の出力に直接接続できます(図1)。

図 3 は、パルス幅変調 (PWM) モードでのモーターの動作を説明するグラフを示しています。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

期間 T の間、トランジスタがさらに閉じた状態にある場合、エンジン速度は最小になり、その逆も同様です。期間の終わりに、サイクルを繰り返すために D8 放電にログ「1」を書き込む必要があります。複雑な速度モードを作成する必要がある場合、たとえば、1 秒間は速度を最大にし、次の 10 秒間は 20% のレベル、次の 5 秒間は 60% のレベルにする必要があります。 .、その後、カウンタをリセットして調整プロセス全体のサイクルの最後に書き込む必要があり、マスターオシレータの周波数を変更してタイミングの精度を選択します。エンジンに独自のキーをインストールすることも、共通サイクルが一致する場合は各データバスにロードすることもできます。

ステッピングモーターを制御するには、モーターに応じて 4 つまたは 5 つのキーを使用し、モーター制御アルゴリズムを作成し、モーターサイクルごとに必要なパルス数を計算し、マイクロ回路をプログラムする必要があります。モーターの速度は、マスターオシレーターの周波数を変更することで制御できます。ここに、1 つの巻線を持つモーターの図 (図 XNUMX)、アルゴリズム (図 XNUMX)、およびプログラム (表 XNUMX) を示します。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

表1

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三相モーターの動作を考えてみましょう。スターとモーターの接続ブロック図を図6に示します。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

さまざまなキースキームについては後で説明します。最初のキーはデータバス D0 から制御され、1 番目のキーはデータバス D400 から制御されます。エンジンが 1000 ～ 7 Hz の周波数向けに設計されている場合は、図 XNUMX に示す単純なアルゴリズムが適しています。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

アルゴリズムでは、キーをオンにする瞬間を時間 t だけずらす必要があります。キーが異なると、この遅延は異なり、数マイクロ秒から数ミリ秒の範囲になります。キーのトランジスタに貫通電流が発生しないようにするために必要です。 50 Hz の周波数用に設計された非同期モーターを制御するには、10 ～ 20 kHz の周波数の PWM 変調を導入する必要があります。

図 8 は、正弦波の正の半波とそのおおよその PWM パルスの充填を示しています。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

異なる周波数でモーター出力を変化させないようにするには、合計の半波長領域を計算し、PWM 変調領域を一致させる必要があります。エンジン速度が低い場合、これには非常に大量のセルを含む ROM チップを取り付ける必要があり、それに応じてその内容を骨の折れる計算をする必要があります。三相モーターの PWM 制御アルゴリズムの全体像を図 9 に示し、周波数 2 kHz での PWM 変調を備えた ROM ファームウェアを表 2 に示します。エンジン回転数は60rpmです。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

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エンジンを制御するために、さまざまなタイプのパワースイッチを試しました。すべてに独自の長所と短所があります。

図 10 は、主電源からのデカップリングを行わず、供給電圧が小さい最も単純な回路を示しています。トランジスタ VT1 ～ VT2、抵抗 R1 ～ R3、およびダイオード VD1 で、正の半波のキーが組み立てられます。トランジスタVT3 - 負の半波のキー。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

図 11 にバイポーラトランジスタ回路を示します。欠点は、各キーに追加の非安定化 24 V 電源が必要なことです。

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図 12 に、フォトカプラ絶縁を備えた電界効果トランジスタ回路を示します。電界効果トランジスタを開くには大電流は必要ないため、キーにはエンジンと同じ回路から電力が供給されます。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

このスイッチのフォトカプラ絶縁を備えた電源回路を図 13 に示します。

多相モーター用ユニバーサルコントロールユニット

フォトカプラが使用されるすべてのスイッチには、重大な欠点が XNUMX つあります。それは、変調周波数が増加すると、パルスフロントが狭くなるということです。

おそらく現時点で最も最適なのは、International Rectifier の特殊な三相ドライバーチップ IR2130、IR2131 を使用することです。すべてのキーを無効にし、エラー信号を生成する電流保護を提供します。この超小型回路は、IGBT または MOS.ET トランジスタという 740 つのキーのドライバーです。 IR.5 トランジスタを使用すると、最大 XNUMX kW のモーター出力を制御できます。

マイクロ回路とモーター制御の原理の詳細については、[1] を参照してください。ドライバー入力は TTL ロジックと一致しています。上記コントロールユニットとの連携が可能です。

文学：

Obukhov D.、Stenin S.、Strunin D.、Fradkin A. PIC16C62 マイクロコントローラーと IR2131 ドライバーに基づく電気駆動制御モジュール//チップニュース。 - 1999年。 - 第6位。

著者：S.M。アブラモフ

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