Универсальный привод с Системой Импульсно — Фазового Управления

Регулятор служит не только для плавного регулирования оборотов двигателя постоянного тока, но в любом устройстве, где требуется плавная регулировка выходного напряжения. Мощность и напряжение определяется параметрами силовых диодов и тиристоров.
Схема регулятора столь проста и надежна, что используется во многих разработках, начиная от регулирования 10 квт. двигателя, кончая зарядным устройством.

Внимание!
Регулятор был разработан под инвертирующий усилитель. Поэтому, увеличение напряжения задания приведет к уменьшению напряжения на двигателе и наоборот, т. е. при нулевом напряжении задания, мы получим максимальные обороты.

↑ Работа регулятора по принципиальной схеме

СИФУ (Систему Импульсно — Фазового Управления). СИФУ преобразует синусное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды силовых тиристоров. При включении привода переменное напряжение 14 — 16в. поступает на мостовой выпрямитель VD1, где преобразуется в пульсирующее напряжение, служащее не только для питания схемы, но и для синхронизации работы привода. Вероятно, возникнет вопрос, почему выбрано питание именно 14—16 Вольт? При этом напряжении переменного тока, на выходе выпрямителя мы получим, 18—20 Вольт нестабилизированного напряжения и выбор этого напряжения связан с допустимыми параметрами напряжения сток — исток полевого транзистора VT2. Диод VD2 препятствует сглаживанию импульсов, конденсатором С1 (осцил. КТ1). Далее импульсы поступают на т. н. «детектор нуля» — DD1.1, собранного на ОУ LM358 работающего в режиме компаратора. Пока нет импульса, напряжения на прямом и инверсном входах примерно равны и компаратор находиться в сбалансированном состоянии. При прохождении фазы через «, на инверсном входе компаратора DA1:1 играющего роль „детектора нуля“ появляются импульсы (осцил. КТ2) переключающие компаратор, в результате чего на выходе DA1:1 вырабатываются прямоугольные синхроимпульсы, период следования которых жестко привязан к похождению фазы через " (осцил. КТ3). Далее синхроимпульсы поступают на интегратор с транзисторным ключом (С4, VT1), где и вырабатывается пилообразное напряжение. В момент прохождения фазы через " синхроимпульс открывает транзистор VT1, который разряжает конденсатор С4. После спада импульса транзистор закрывается и происходит заряд конденсатора до прихода следующего синхроимпульса, в результате чего на коллекторе VT1 (осцил. КТ4). формируется линейно нарастающее пилообразное напряжение, стабилизированное генератором стабильного тока выполненного на полевом транзисторе VT2. Амплитуда „пилы“ равное 9в выставляется подстроечным резистором RP1. Напряжение „пилы“ поступает на прямой вход компаратора DA2.4.

Напряжение задания поступает на инверсный вход компаратора DA2.4 и в момент, когда пилообразное напряжение превышает величину напряжения на инверсном входе компаратора, компаратор переключиться и на выходе компаратора формируется импульс (осцил. КТ4). Импульс дифференцируется через цепочку R14, C6 и поступает на базу транзистора VT3. Транзистор открывается и на импульсном трансформаторе MIT1 формируются импульсы открытия силовых тиристоров. Увеличивая (уменьшая) напряжение задания Вы можете наблюдать, как меняется скважность импульсов в КТ5.

Но никаких импульсов в КТ5 мы не увидим до тех пор, пока не нажмем кнопку „Пуск — Стоп“ — SB1. В режиме „Стоп“, напряжение питания +12в через нормально замкнутые контакты SB1.1 по цепочке R12, VD4 поступает инверсный вход DA1:2 и равно ? +11в. Так как это напряжение превышает напряжение „пилы“ равное 9в, компаратор запирается, и управляющие импульсы открытия тиристоров не формируются. Для предотвращения аварии и выхода из строя двигателя, в случае если оператор не вывел на » регулятор оборотов, в схеме предусмотрен узел разгона C5, R13 служащий для плавного разгона двигателя. В режиме «Пуск», схема работает следующим образом: при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке «земля», R13, — С5 начинает плавно заряжаться и напряжение на отрицательной обкладке конденсатора плавно стремиться к нулю. Одновременно, напряжение на инвертирующем входе D1.2 плавно возрастает до величины, определяемой напряжением задания, и компаратор начинает вырабатывать управляющие импульсы силовых тиристоров. Время заряда определяется номиналами C5, R13. Если в процессе работы двигателя необходимо изменить его обороты, чтобы избежать резких бросков оборотов — в схеме предусмотрен узел разгона — торможения (R21, C8, R22). При увеличении (уменьшении) напряжения задания, конденсатор С8 плавно заряжается (разряжается) что предотвращает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе усилителя и как следствие резкого броска оборотов двигателя.

↑ Наладка

При правильном монтаже и исправных деталях схема начинает работать сразу и практически не требует наладки. Единственное что надо сделать, так это выставить напряжение «пилы» равное 9в. Так как разброс параметров полевых транзисторов бывает весьма значительный, возможно диапазона регулировки RP1 может не хватить, тогда подберите номинал резистора R10. Но если Вам хочется идеально настроить схему то: подбором резистора R4 (в сторону уменьшения) в контрольной точке КТ3 добиться ширины импульса 1.5 — 1.8ms. Так же желательно настроить делитель напряжения задания R19, RP1, R20 и узел разгона — торможения R21, C8, R22 чтобы получить идеально плавный пуск (торможение) двигателя. Как я писал ранее при подаче напряжения задания на инверсном входе DA1:2 выше 9 Вольт, т. е. превышение напряжения «пилы», выдача управляющих импульсов прекращается. Поэтому, настраивая узел разгона — торможения и узел напряжения задания, контролируйте напряжение на ножке 6 DA1:2. Особенности работы ОУ LM358 в схемах с однополярным питанием, сводятся к тому, что на инвертирующий вход необходимо подавать небольшое положительное смещение порядка 315mv, поэтому в схему введен резистор R20. Помните, что при нулевом напряжении задания (считая нулем 315mv) двигатель развивает максимальные обороты, поэтому этот резистор желательно подобрать так чтобы при нулевом напряжении задания не наблюдалось перерегулирование привода.

↑ Неисправности

Таковых пока не наблюдалось, но... был такой случай. При коротком замыкании в силовой цепи пробило тиристор. Тиристор заменили но, вторая полуволна на выходе Тиристорного выпрямителя так и не появилась. При тщательном исследовании обнаружилось, что сгорел низкоомный резистор R17, хотя ни по внешнему виду, ни при «прозвонке» тестером он не напоминал неисправный элемент и даже пропускал импульсы на управляющий электрод, а вот ток, как выяснилось, был недостаточный для открытия тиристора. После замены резистора схема заработала. Низкоомные резисторы R17, R18 служат своего рода предохранителями для защиты импульсного трансформатора МИТ-4В от пробоя в случае пробоя силового тиристора.

В приложении даны три равноценных варианта схем силового блока тиристорных выпрямителей. При работе регулятора на индуктивную нагрузку, (например на обмотку возбуждения двигателя или регулировании тока сварочного трансформатора) желательно выбрать второй вариант выпрямителя, исключив при этом фильтр С2, R2.

↑ Файлы

Схемы регулятора выполнены в программе P-CAD 2000, осциллограммы в AutoCAD 2006
🎁privod.7z  31.27 Kb ⇣ 616
🎁silovojj-blok.7z  13.61 Kb ⇣ 435
🎁oscill.7z  23.51 Kb ⇣ 342

Схемы в Splan: Схемы приводов от Сергея (ddssu) в формате Splan (дополнение к статьям)

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации