Однофазный привод постоянного тока

В основе разработки электропривода лежит принцип работы следящего привода с одноконтурной системой регулирования. Привод предназначен для поддержания постоянных оборотов электродвигателя, в независимости от нагрузки на валу двигателя. Данная схема работает с регулированием по току.



Заменив трансформатор тока, на датчик напряжения, привод поддерживает постоянное напряжение на якоре. При наличии тахогенератора на валу двигателя, не изменяя схему, привод легко может быть доработан до двухконтурной системы с регулированием по скорости и по току.

Также для регулирования привода по току вместо трансформатора тока можно применить шунт, на соответствующий ток, включенный непосредственно в цепь якоря двигателя. Привод собран на печатной плате размерами 100?95 мм. и состоит из следующих узлов:
· СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления)
· Регулятор
· Защита

↑ СИФУ

Так как работа СИФУ подробно описана в ранее опубликованной публикации «Регулятор скорости» (там же даны и осциллограммы) — этот пункт я пропускаю и перехожу к описанию работы «Регуляторы».

↑ РЕГУЛЯТОР

Регулятор предназначен для поддержания постоянных оборотов двигателя в зоне регулирования. Регулятор представляет собой дифференциальный усилитель с суммированием двух напряжений: напряжения задания и напряжения обратной связи. Напряжение задания задается резистором RP1 и поступает через фильтр R20, C8, R21, выполняющий одновременно функции узла «разгона — торможения», поступает на инверсный вход регулятора ОУ DA1.2. При увеличении напряжения задания на выходе ОУ DA1.2 линейно уменьшается выходное напряжение.

Выходное напряжение регулятора поступает на инверсный вход компаратора СИФУ DA2.4 где, суммируясь с импульсами пилообразного напряжения, преобразуется в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды тиристоров. При увеличении (уменьшении) напряжения задания увеличивается (уменьшается) и выходное напряжение на выходе силового блока.

Делитель напряжения R22, R23 включенный на прямой вход регулятора DA1.2 служит для предотвращения аварии двигателя при обрыве обратной связи (при обрыве обратной связи двигатель идет в разнос).

При включении привода через двигатель протекает ток и, переменное напряжение, снимаемое с трансформатора тока, поступает на вход прецизионного детектора DA2.1, DA2.2 собранного по двухполупериодной схеме (эпюры напряжений см. осциллограммы). Пульсирующее напряжение, снимаемое с выхода точного детектора DA2.1, DA2.2, поступает через фильтр C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель обратной связи DA2.3. Усилитель служит для подгонки напряжения обратной связи поступающего с трансформатора тока. Напряжение с выхода ОУ DA2.3. поступает как на вход регулятора DA1.2 так и на схему защиты DA1.4.

↑ Работа регулятора по принципиальной схеме

Резистором RP1 задаем обороты двигателя. При работе двигателя без нагрузки, напряжение на выходе масштабирующего усилителя ниже напряжения на выводе 5 ОУ DA1.2. ? +5v, поэтому привод работает как регулятор. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет ток двигателя и как следствие увеличение напряжения на выходе трансформатора тока и увеличение напряжения с выхода, масштабирующего усилителя.

Когда это напряжение превысит напряжение на выводе 5 ОУ DA1.2. привод входит в зону стабилизации тока. Увеличение напряжения на инверсном входе ОУ DA1.2 приводит к уменьшению напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA2.4, это приводит к большему углу открытия тиристоров и, следовательно, к увеличению напряжения на якоре двигателя. Принцип работы объясняется осциллограммой.

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. При отжатой кнопке «Пуск» напряжение +12v через н. з. контакты кнопки SB1.1, резистор R12 и диод VD4, поступает на инверсный вход DA2.4. Так как это напряжение ? +11v и превышает напряжение «пилы» равное +9v, выдача управляющих импульсов на тиристоры не происходит.

↑ Работает схема следующим образом:

при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке «земля», R13, — С5 начинает плавно заряжаться. Напряжение на отрицательной обкладке конденсатора С5 плавно стремиться к «, в тоже время напряжение на инверсном входе DA2.4, плавно возрастает до уровня определенного напряжением задания. Время разгона 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 предотвращает резкий бросок оборотов двигателя.

↑ СХЕМА ЗАЩИТЫ

Защита по току предназначена для защиты двигателя от аварии, в случае перегрузки двигателя. Схема собрана на ОУ DА1.4 включенного по схеме компаратора. На инверсный вход компаратора подается опорное напряжение с делителя R36, R37, RP4. Резистором RP4 устанавливается порог срабатывания защиты. Напряжение с выхода масштабирующего усилителя DA2.3 поступает на прямой вход компаратора защиты DA1.4.

При превышении тока двигателя выше номинального, напряжение на прямом входе компаратора превышает порог уставки защиты определяемой RP4 — компаратор переключиться. Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «защелкиванию» компаратора, а наличие диода VD12 препятствует сбросу компаратора. При срабатывании защиты, напряжение с выхода компаратора защиты (? +11v) через диод VD14 поступает на инверсный вход 13 DA2.4 СИФУ, а так как напряжение защиты превышает напряжение «пилы» (= 9v) — происходит мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров. Напряжение с выхода компаратора защиты DA1.4 открывает транзистор VT4, что приводит к срабатыванию реле Р1.1 и зажиганию светодиода VL1 сигнализирующего об аварийной ситуации. Снять защиту можно, только полностью обесточив привод, и, выдержав паузу 5 — 10 секунд вновь включив его.

↑ Защита по обрыву цепи обмотки возбуждения (на усмотрение)

В случае обрыва, или исчезновения питания в цепи обмотки возбуждения двигатель пойдет «в разнос». Для предотвращения этого предусмотрена защита обрыва по полю собранную на токовом реле К1. Когда подается напряжение на привод срабатывает реле К1 и нормально закрытыми контактами разблокирует кнопку «Пуск». Если в процессе работы происходит обрыв питания в цепи обмотки возбуждения реле К1 отпускается и шунтирует кнопку «Пуск». Напряжение +12v поступает на инверсный вход ОУ DA2.4 СИФУ, а так как это напряжение превышает напряжение «пилы» равное 9v, DA2.4 прекращает выдачу управляющих импульсов на тиристоры.

↑ Наладка

Увы, к сожалению, я не могу дать точные номиналы конденсаторов и резисторов «Регулятора», для оптимизации работы привода, а также данные токового трансформатора и реле К1 на схеме «Регулятора», так как это зависит от конкретного типа двигателя. Даже профессиональные привода, например «Kemtor», работает только с конкретным типом двигателя или 5.5 квт, или 11 квт. И даже здесь для оптимизации работы привода приходиться подбирать номиналы резисторов и конденсаторов при переходе с одной мощности на другую.

Вместо двигателя подключаем лампочку на 220v. Наладку начинаем с проверки напряжений питания и напряжения питания на операционных усилителях DA1, DA2. Проверяем и настраиваем СИФУ по методике описанной ранее в статье «Регулятор оборотов». Подбираем резисторы R19, R20, R21, R24 так чтобы к контрольной точке КТ7 получить (необязательно точно такие же) напряжения показанные на осциллограмме КТ7. Вращая регулятор RP1 в контрольной точке КТ5 проконтролировать изменение скважности импульсов от максимума до полного их исчезновения при нижнем положении движка RP1. Схема калибровки трансформатора тока дана в приложении. Подбором резистора получить на выходе трансформатора переменное напряжение ? 2 ? 2.5v.



Подключаем трансформатор тока к цепи обратной связи Х3. На время настройки «Регулятора» желательно выпаять диод VD4, чтобы исключить ложное срабатывание защиты. Для улучшения динамических характеристик привода желательно параллельно резистору R32 установить конденсатор С11 (на печатной плате его нет). После предварительной настройки отключаем лампочку, подключаем электродвигатель и производим оптимизацию привода согласно эпюрам напряжений на осциллограммах. Напряжения даны при идеальной настройке привода. Вероятно, желающим повторить данную конструкцию и не знакомым с теорией электропривода трудно будет добиться такой оптимизации привода — не огорчайтесь. При исправных деталях и правильном монтаже привод должен работать любом случае.

↑ Детали

ОУ — LM324N — счетверенный операционный усилитель с однополярным питанием.
VD1 — мост КЦ407
Реле — РЭС-47 или РЭК-23 на 12 ? 18 Вольт.
Подстроечные резисторы — СП5—3ВБ или аналогичные импортные.
Импульсный трансформатор — МИТ-4В
Разъем — МНР22—2
Внимание! В схеме не применять керамические конденсаторы

Типы тиристоров и силовых диодов выбираются в зависимости от мощности применяемого электродвигателя. Трансформатор тока и реле К1 самодельные.

↑ Области применения устройства

Многофункциональность данного устройства обеспечивает ему широкий спектр применения. Оно может использоваться не только как электропривод, но и как стабилизатор в устройствах, где требуется поддержание стабильности технологических процессов. Чертежи печатной платы, схема и осциллограммы даны в приложении.
Если же у Вас возникнут вопросы по наладке привода — пишите. Всегда рад буду помочь.

↑ Файлы

Схемы и чертеж печатной платы выполнены в программе P-CAD 2002, осциллограммы — в AutoCAD 2006.
🎁oscill.7z  26.02 Kb ⇣ 336
🎁kalibr.7z  6.39 Kb ⇣ 308
🎁privod.7z  91.54 Kb ⇣ 473

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

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации