Чтобы двигатель постоянного тока начал вращаться, ему необходимо обеспечить нужное количество энергии. Как правило, для маломощных двигателей достаточно несколько ватт. Блок управления (микроконтроллер), который принимает решения о запуске двигателя, не может непосредственно управлять двигателем, то есть обеспечить необходимую мощность со своего вывода. Это связано с тем, что порты микроконтроллера имеют очень ограниченную нагрузочную способность (максимальный ток на выходе микроконтроллера обычно не более 20 мА). Поэтому нужен усилитель мощности - устройство, которое может на своем выходе генерировать сигнал мощностью большей, чем мощность на его входе. Такими устройствами являются транзистор и реле, которые прекрасно подходят для управления двигателем постоянного тока. Самый простой способ приведения в действие двигателя показан ниже: Биполярный транзистор используется в качестве переключателя. Резистор R необходимо подобрать таким, чтобы в худшем случае (потенциал базы равен потенциалу эмиттера) через него протекал ток, не превышающий максимальный ток порта микроконтроллера. Для того чтобы подобрать подходящий транзистор, нам нужно знать максимальный ток во время пуска или остановки двигателя, и ток во время нормальной его работы. Исходя из этого, мы подберем транзистор с соответствующим током коллектора и его максимальное значение. Следует также обратить внимание на мощность, выделяющуюся на транзисторе (P = Uкэ * Iк). Несмотря на то, что транзистор в данном случае работает в состоянии насыщения и напряжение Uкэ часто не превышает 1В, коллекторный ток все же велик (около 0,5 А для двигателя среднего размера) и, следовательно, мощность, излучаемая на транзисторе может потребовать от нас установки радиатора. Другой проблемой при применении биполярных транзисторов, может быть, слишком большой ток базы. Соотношение токов выходного сигнала к входному такого транзистора - это чаще всего 100 (это отношение называется коэффициентом усиления по току и обозначается или hfe ). Но, к сожалению, когда транзистор работает в состоянии насыщения, этот коэффициент сильно снижается. Это приводит к тому, что если мы хотим, чтобы ток коллектора имел большое значение, это может потребовать большего тока, чем 20 мА, то есть больше, чем составляет нагрузочная способность порта микроконтроллера. В таких случаях решением может быть использование комбинации транзисторов – транзистор Дарлингтона: Такая система ведет себя как один транзистор с большим значением усиления тока и малой скоростью работы. Поскольку двигатель является индуктивной нагрузкой, мы должны быть осторожны. Если через обмотку течет ток, и мы внезапно остановим этот поток, то на выводах обмотки временно появляется большое напряжение. Это напряжение может привести к повреждению транзистора (в представленной схеме выше) вызывая пробой перехода база-коллектор. Кроме того, это может создавать значительные помехи. Для предотвращения этого необходимо параллельно с индуктивной нагрузкой подключить диод: Во время нормальной работы двигателя диод смещен в обратном направлении. Отключение питания электродвигателя вызывает нарастание напряжения на катушке, при этом диод будет смещен в прямом направлении, благодаря чему произойдет разряд излишней энергии накопленной в катушке. Диод следует подобрать такой, чтобы он выдерживал обратное напряжение во время нормальной работы двигателя. Такую защиту можно применять как при использовании биполярных транзисторов, так и MOSFET. Так же рекомендуется использовать диод и в работе с электромагнитным реле, для предотвращения раннего износа контактов. Так же можно управлять постоянным двигателем с помощью полевого транзистора MOSFET: Он должен быть с каналом обогащенного типа. Основным преимуществом такого транзистора является практически отсутствие входного тока. Он имеет небольшое активное сопротивление канала (доли ома), благодаря чему потери мощности в транзисторе не большие. Недостатком является чувствительность к электростатическим разрядам, которые могут вывести транзистор из строя. Так как ток стока может достигать (для среднего транзистора) десятков ампер и, имея практически нулевой входной ток, MOSFET транзисторы отлично подходят в качестве усилителя мощности и часто являются лучшей альтернативой, чем биполярные. Они так же должны быть защищены диодами от индуктивных всплесков, так как это может привести к пробою между затвором и каналом (напряжение пробоя составляет несколько десятков вольт). Если вам необходимо управление двигателем постоянного тока, и вы знаете, что частота переключения не будет слишком большая (ниже 20 Гц), то вы можете для коммутации использовать реле (реле не подходят для управления ШИМ). Преимуществом такого решения является, прежде всего, малое выделение тепла. Существуют малогабаритные реле способные управлять токами до 10 А ! Для таких больших токов, потери мощности в реле являются приемлемыми, но для небольших токов хуже. Катушка управления контактами реле можно работать даже от нескольких сотен мА. Так что нет никакого смысла в использовании такого реле для управления током подобной величины. К счастью, есть отдельные экземпляры, которые потребляют ток около 40 мА и это уже гораздо лучше. Если речь идет о напряжении управления реле, то оно бывает от 3 до 24 В. Как мы уже писали ранее, максимальный выходной ток микроконтроллера 20 мА, а это слишком мало, чтобы управлять реле напрямую. Поэтому для управления необходимо использовать транзистор. Схема такого подключения, как правило, выглядит следующим образом: Так и так, нам нужен транзистор. Следует, отметить, что в данном случае выделяется гораздо меньше тепла, чем на схеме, основанной только на транзисторе, так как через транзисторный ключ в этой системе течет небольшой ток, а само реле почти не рассеивает энергию в выходной цепи. Защитный диод на реле не является обязательным. Его наличие зависит от силы тока, индуктивности катушки и максимального напряжения Uкэ транзистора. А вот наличие диода в выходной цепи больше зависит от того, хотим ли мы продлить срок службы контактов реле. В конце рассуждений о реле приведем ситуацию, когда данный вид управления двигателем является оптимальным. Предположим, что мы хотим управлять двигателем, у которого номинальное рабочее напряжение 2,5 В и ток 3А и работает он от источника напряжением 2,5 В (переключение с небольшой частотой). Если вы будете использовать усилитель, построенный на транзисторе, то на выходе мы будем иметь падение напряжения около 1 В, что в данном случае является слишком большим значением. При использовании же реле у нас никакого падения напряжения не будет. Решения, которые мы привели до этого, имеют основной недостаток - с их помощью не возможно управлять двигателем в двух направлениях! Такая необходимость, скорее всего, нам пригодиться, например, при строительстве роботов. H-моста - это конструкция, которая может быть построена как из обоих типов транзисторов, как и с реле. Буква «H» исходит из того, что четыре реле и двигатель в середине образуют на схеме букву «H». Подробно о том, как работает H-мост можно почитать здесь Шаговые двигатели, так же как и коллекторные, состоят в основном из катушек. То есть для вращения нужно пропустить ток через катушки. Таким образом, все из представленных схем управления двигателями могут быть использованы и для управления шаговым двигателем. (все, кроме H-моста)Разница в схеме усилителя мощности для шаговых двигателей заключается в том, что здесь немного другие напряжения и токи, и также в основном требуется 4 переключателя на один двигатель (когда двигатель имеет пять контактов). Номинальное рабочее напряжение, в основном, находится в диапазоне 9 - 24 В. При таких не малых напряжениях мы имеем дело также с большим током: 0,3 - 1A на одну фазу! Ниже приведен пример подключения шагового двигателя с 5 выводами: В роли ключей мы можем также использовать MOSFET - транзисторы. Это даже более простое решение.Так как нам нужно до 4-х транзисторов, которые занимают довольно много места на плате, хорошим решением будет использовать микросхему ULN2003A. www.joyta.ru Типовые схемы релейно-контакторного управления (РКУ) двигателями постоянного тока (ДПТ) обеспечивают автоматический пуск, реверсирование и ступенчатое регулирование скорости вращения ДПТ, автоматическое электрическое торможение. На рис. 17.17 представлена типовая схема РКУ, обеспечивающая пуск ДПТ в функции независимой выдержки времени в три ступени, регулирование скорости ослаблением магнитного потока, динамическое торможение в функции ЭДС, защиту от коротких замыканий, обрыва поля ДПТ, от само-шпуска после исчезновения и появления напряжения. Управляется схема командоконтроллером SA, имеющим секции и четыре положения — нулевое и три рабочих. Типовые ЭП с силовыми промежуточными магнитными усилителями (ПМУ) используются для САР механизмов подачи металлорежущих станков и иных механизмов, требующих обеспечение диапазона регулирования скорости до 100:1. ПМУ (рис. 17.18, а) включает пары силовых обмоток w, встречно-параллельно включенные в каждую фазу вентили В1, к которым подключается мостовой выпрямитель В2. Обмотка якоря Д подключена к зажимам выпрямителя В2, а обмотка возбуждения питается от отдельного выпрямителя, не показанного в схеме. Фазные силовые обмотки располагаются на отдельных замкнутых сердечниках, охваченных обмотками управления и обратных связей wi и смещения щ. Регулирование напряжения происходит путем намагничивания сердечников ПМУ, что изменяет индуктивное сопротивление рабочих обмоток. Чем больше намагничивающий ток обмотки управления, тем меньше сопротивление рабочих обмоток и больше выходное напряжение ПМУ, т.е. напряжение на якоре и, следовательно, скорость двигателя. Принцип действия замкнутой САР сводится к следующему. Задающее напряжение Uj снимается с задающего потенциометра ПЗ, сравнивается с напряжением Uqq тахоге-нератора 77". Результирующее напряжение подается на вход транзисторного усилителя с диодным ограничителем Д1, Д2. Выходной сигнал усилителя поступает на обмотку управления, ток которой определяет величину выходного постоянного напряжения ПМУ. Обмотка смещения служит для линеаризации начального участка характеристики ПМУ «вход-выход», т.е. зависимости тока рабочей обмотки от тока управления усилителя. Механические характеристики замкнутой САР с ПМУ представлены на рис. 17.16, 6. Тиристорные ЭП постоянного тока. Используются для механизмов с широким диапазоном регулирования скорости, необходимостью ограничения моментов и токов двигателя и др. На рис. 17.19 представлена схема комплектного тиристорного ЭП серии ЭТЗР с ДПТ серии ПБСТ либо 4ПО (4ПФ). Замкнутая САР с отрицательной обратной связью по скорости и нелинейной — по току обеспечивает высокую жесткость механических характеристик в диапазоне регулирования 2000:1, ограничение тока якоря и момента на валу ДПТ. Силовые цепи реверсивного тиристорного преобразователя ТП состоят из двух вентильных групп (Т1,ТЗ, Г5) и {Т2,Т4,Т6}, уравнительных реакторов Др1 и Др2, сглаживающего дросселя ДрЗ. Задающее напряжение U подается на узел сравнения с диодным ограничителем Д302, куда подается также напряжение обратной связи по скорости U. Результирующее напряжение поступает на вход усилителя БУ, куда подается также пилообразное напряжение блока БУК Их разность определяет угол управления тиристорами, выходное напряжение ТП и, следовательно, скорость вращения ДПТ. Необходимая жесткость механических характеристик во всем диапазоне обеспечивается жесткой отрицательной обратной связью по скорости, осуществляемой посредством тахогенератора ТП В схеме предусмотрены токовая отсечка (реле РП1 и РП2) и упреждающее токоограничение, что обеспечивает пуск ЭП с неизменным током якоря, равным току упора (1,5—2 I), и максимальную токовую защиту. ЭП постоянного тона с микропроцессорным управлением Для перемещения и точного позиционирования рабочих органов робототехнических механизмов используются электроприводы с микропроцессорным управлением (ЭПМПУ). Схема типового ЭПМПУ с аналогово-цифровыми узлами представлена на рис. 17.20. ДПТ М питается от реверсивного преобразователя на тиристорах VS1—VS6 и VS7—VS12. М связан с рабочим органом, тахогенератором ТГи датчиком положения ДП. Контроль тока якоря осуществляется датчиком тока ДТ. Рис. 17.19, Схема комплектного тиристорного ЭП серии ЭТЗР ЭПМПУ построен по принципу подчиненного регулирования координат рабочего органа. Имеет обратные связи по скорости {ТГ и регулятор скорости PQ и току {ДТ и регулятор тока РТ). Стабилитроны VD1,VD2 обеспечивают ограничение системой тока и момента ДПТ. Микропроцессорная система включает микропроцессор МП, устройства памяти ОЗУ и ПЗУ, устройства сопряжения УС1— УСЗ, цифровой датчик положения ДП, цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, обеспечивающий выходной сигнал задания скорости. Сигнал задания положения подается с терминала положения Г через УСЗ. Оптимальный график движения ЭП записывается в ПЗУ и определяет работу цифрового регулятора. Выходное напряжение управления U регулятора поступает на систему импульсно-фазового управления СИФУ, которая определяет напряжение 777 и скорость вращения М. В качестве МП-системы используются серийные микроЭВМ, либо программируемые контроллеры типа «Электроника К1-20» и Др. www.proelectro2.ru В разрабатываемой схеме управления двигателя необходимо предусмотреть по заданному данному варианту задания автоматический пуск двигателя в функции времени и динамическое торможение в функции скорости. Разработка осуществляется следующим образом: Для осуществления автоматического пуска в функции времени в 2 ступени предусмотрим в составе основного оборудования схемы пусковые резисторы R1, R2, R3 реле времени КТ1, КТ2, КТ3 контакторы ускорения КМ3.1, КМ4.1, КМ5.1. Для коммутации резисторов (при переходе с одной пусковой характеристики на другую) параллельно им устанавливаем замыкающие контакты контакторов ускорения КМ3.2, КМ4.2, КМ5.2. 2. В цепи якоря устанавливаем катушки реле КА1 и КА2 для максимальной токовой защиты и катушку реле нулевого тока КА3 в цепи обмотки возбуждения двигателя ОВ (для контроля за наличием тока в цепи ОВ или для контроля за снижением этого тока ниже допустимого уровня). Автоматизация процесса пуска осуществляется в функции времени. Функцию минимальной защиты осуществляет включаемое в схему реле напряжения KV1. В случае снижения напряжения сети ниже допустимого уровня (0,8-0,85) исчезает напряжение релеKV1, оно отпадает и своим замыкающим контактом KV1 отключает схему управления, что приводит к отключению силовой схемы от сети. Для осуществления динамического торможения в функции скорости предусмотрим реле напряжения KV, обмотка которого подключена на якорь двигателя. Реле отключается при низкой скорости, при этом подаёт команду на отключение контактора КМ2 и окончание процесса торможения. Напряжение отпадания реле KV соответствует скорости, соответствующей примерно 10 – 20 % установившегося значения: Для осуществления коммутации применяются автоматические выключатели QF1 и QF2, предохранители FU1 и FU2, для защиты – реле контроля напряжения KV1, реле максимального тока КА1 и КА2, реле обрыва поля КА3, для защиты обмотки возбуждения двигателя от перенапряжений, возникающих при её отключении, применяется разрядный резистор R6 и диод VD1, которые подключаются параллельно обмотке при её отключении. Рисунок 3.1 Электрическая принципиальная схема релейно-контакторной системы управления автоматическим пуском и торможением двигателя постоянного тока СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981, 576 с. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., М.: Издательство МЭИ, 2003, 224 с. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986, 416 с. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под ред. В. Елисеева и А.В.Шинянского. -М.: Энергоатомиздат, 1983. -616с. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985, 560 с. Справочник по крановым электродвигателям / Под ред. В.М. Рабинович. М.: Энергоатомиздат, 1988. 318 с. 29 studfiles.netСхемы управления двигателями постоянного тока. Схема электрическая принципиальная управления двигателем постоянного тока
Управление двигателем постоянного тока | joyta.ru
Управление двигателем при помощи биполярного транзистора
Несколько слов об индуктивных нагрузках
Управление двигателем при помощи MOSFET транзистора
Управление двигателем при помощи реле
Управление двигателем при помощи H-моста
Управление шаговым двигателем
Схемы управления двигателями постоянного тока
Автоматическое управление электроприводами 
4 Разработка принципиальной электрической схемы управления двигателем
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: