Vyjděme z teorie točivého stroje
V minulosti, kdy nebyly k dispozici současné polovodičové prostředky, se používaly pro pohony, u nichž se prováděla regulace otáček, především stejnosměrné motory. V některých aplikacích je jejich použití výhodné dodnes. Řízení otáček je poměrně snadné především u stejnosměrných motorů s cizím buzením.
Jestliže je ke kotvě stejnosměrného motoru připojeno napětí U, potom pro obvod kotvy platí:
kde platí, že:
- Ra je ohmický odpor kotvy motoru,
- Ia je proud v obvodu kotvy,
- Ui je indukovaná protielektromotorická síla na kotvě motoru.
Pro elektrické motory platí pro ustálený stav:
- f je budicí magnetický tok,
- M je moment motoru,
- n jsou otáčky rotoru,
- c je konstanta.
Dosadíme-li do rovnice pro napětí na kotvě, dostaneme:
Poslední rovnice definuje mechanickou charakteristiku stejnosměrného motoru s cizím buzením. Je zřejmé, že tato charakteristika vyjadřuje lineární závislost otáček na momentu motoru, čímž z ní vyplývají možnosti regulace otáček motoru. Výhodné je tyto otáčky regulovat napětím připojeným ke kotvě, neboť i zde je závislost lineární. Plynulá změna napětí na motoru však není vhodná z energetického hlediska.
Změnu napětí lze také realizovat rychlou změnou plného napětí na motoru. Motor jako setrvačný stroj nestačí tuto rychlou změnu sledovat a jeho otáčky budou úměrné střední hodnotě protékaného proudu. Zapojením čtyř spinačů podle obrázku se dosáhne možnosti měnit i směr otáčení motoru. Spinače TK1 až TK4 jsou ovládány řídicími napětími, která zajišťují jejich otevírání tak, aby byly nastaveny otáčky motoru na žádanou hodnotu. Řízení může být provedeno jednou z následujících metod:
|
 |
Symetrická metoda je nejjednodušší
U této metody se řídí všechny ventily mostu a na kotvu motoru přichází impulsy s proměnným znaménkem, jejich délka je řízena řídicími signály. Na obrázku je znázorněn průběh řídicích signálů, jejichž délka se může měnit od nuly do intervalu T.
Relativní délku určuje koeficient g, který se mění v rozmezí 0 - 1. Pro hodnotu 0,5 je střední hodnota napětí na kotvě motoru rovna nule.
Symetrická metoda řízení stejnosměrného motoru
Tento způsob řízení se používá u malovýkonových pohonů. Jeho předností je jednoduchá realizace řídicího systému a neexistence zóny necitlivosti. Přiváděné napětí na kotvu má však proměnné znaménko, což může v některých případech způsobovat pulsaci momentu motoru. Kromě toho vznikají tepelné ztráty v železe i mědi, neboť i při střídě 1:1 je efektivní hodnota proudu nenulová. Měnič sestávající ze čtyř ventilů je napájen stejnosměrným napětím.
Napětí přiváděné na kotvu motoru je označeno ua.
Integrovaný výkonový obvod. L6203 pro řízení motorů v mostovém zapojení
Obvod L6203 obsahuje čtyři tranzistorové klíče, zapojené do dvou půlmostů. Tím je připraven pro symetrické řízení otáček stejnosměrného motoru. Obvod dále obsahuje nezbytné ochranné diody, ovládací a ochranné obvody. Je tedy přímo určen na řízení stejnosměrných nebo krokových motorů v pulsním režimu. Vyroben je hybridní technologií, která sdružuje výkonové DMOS tranzistory, CMOS a bipolární obvody na jednom čipu. Této výhody se využívá hlavně z hlediska efektivnosti a spotřeby energie (účinnosti). Na obrázku je uvedeno principiální vnitřní zapojení. Dva řídící vstupy (IN1 a IN2) jsou plně kompatibilní s TTL a každý ovládá jeden půlmost. Naznačená vnitřní logika ovládání koncových spinačů automaticky zabraňuje sepnutí obou spínačů v jednom půlmostu nad sebou a tím i k zničení obvodu. Vstup ENABLE, též slučitelný s TTL logikou, umožňuje okamžité uzavření všech spínacích tranzistorů. Výkonová část spinačů je vyvedena na výstup SENSE, který je možné použít na proudovou ochranu připojeného motoru.
Obvod má vestavěný zdroj referenčního napětí, potřebný pro ovládání horních dvou spinačů, ochranu proti zkratu obou půlmostů a tepelnou ochranu pracující při překročení hodnoty 150 °C.
| Aplikační zapojení koncového stupně s L6203 Na obrázku je uvedeno elektrické schéma připojení vnějších součástek k obvodu L6203. Řídící vstupy signálové části IN1 a IN2 slouží k přivedení ovládacích signálů PWM. Pro zajištění symetrického řízení motoru musí být signály PWM vzájemně invertovány. Ovládací vstup ENABLE umožňuje elektronické odpojení všech výkonových tranzistorů od motoru. Tlumící člen, tvořený sériovým zapojením odporu 10R a kondenzátoru 22K, je zapojen blízko výstupních pinů obvodu L6203. Mezi výkonový výstup OUT1, OUT2 a zem je zapojena dvojice rychlých ochranných diod BY228. K výstupům BOOT1 a BOOT2 jsou připojeny startovací kondenzátory s doporučenou kapacitou. Výstupu SENSE je možné použit pro signál proudové zpětné vazby, pokud jej nepoužijeme, lze odpor R5 nahradit zkratem. |
|
Vnitřní zapojení výkonového obvodu L6203
Elektrické schéma zapojení výkonového ovladače
Modul výkonového řízení motoru (MOT-1)
Modul je navržen pro řízení motorů v pulsním symetrickém režimu (PWM). Základ modulu PWM je tvořen výkonovým obvodem L6203, který zastává funkci tzv. řiditelného zdroje energie. Na obrázku je zobrazena realizace modulu. Řídící vstupy signálové části IN1 a IN2 jsou odděleny od číslicové části rychlým dvojitým optočlenem typu HCPL-2630 a ovládací vstup ENABLE optočlenem HCPL-2601. Modul také obsahuje nezbytné ochranné obvody (diody, kondenzátory apod.).
Součástí modulu je stabilizátor napětí +5V pro napájení optočlenů.
Uvedená konstrukce modulu umožňuje jeho použití do proudu 2.5A. Pro trvale vyšší řízený výkon je nutné zajistit dostatečné externí chlazení nuceným proudem vzduchu.
Obrázek realizace ovladače ss motoru
- Napájecí napětí 12V-40V
- Spínaný proud 2,5A (s chlazením 4A)
- Proudová pojistka 4 A
- Spínací kmitočet až 25 kHz
- Rozměry modulu 75 x 40 mm
- Výška modulu 35 mm
- L6203 - katalogový list v PDF souboru - L6203.pdf
- Efektivně na PWM - článek na HW
- MOT-1 - odkaz na autorovy stránky s modulem MOT-1 - www.jalsoft.iol.cz/ups_01.htm
Komentáře
změna adresy odkazu na MOT-1
http://www.jalsoft.cz/hw_moduly/ups_01.htm#mot1