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컬렉터 전기 모터의 마이크로컨트롤러 속도 컨트롤러. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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많은 드라이브, 특히 가전 제품에서는 직렬 여자 기능을 갖춘 컬렉터 모터가 널리 사용됩니다. 제어된 사이리스터 정류기를 사용하는 이러한 모터에 대한 속도 컨트롤러에는 다양한 변형이 있습니다(예를 들어 "Thyristors. Technical Reference"/ V. A. Labuntsova et al. - M .: Energy, 1971의 영어 번역 참조).

소프트웨어 수준에서 전기 구동을 제어하는 주요 기능을 구현하는 이러한 장치에 마이크로컨트롤러(MC)를 사용하면 질적으로 새로운 기회가 열립니다. 이 경우 레귤레이터는 MK 메모리에 기록된 프로그램을 변경하여 전기 드라이브 또는 기타 부하에 대한 다양한 옵션을 제어하도록 구성할 수 있는 기능을 갖춘 매우 보편적인 것으로 나타났습니다.

이 기사에서는 Microchip Technology의 PIC16F84 MK를 기반으로 저자가 개발한 조정기 버전에 대해 설명합니다.

제안된 장치는 특히 차량의 전기 구동에 널리 사용되는 DC 회로의 전압 조정에 펄스 방식을 사용합니다 [1].

이 방법의 핵심은 비접촉 키 요소를 통해 반복률이 높은 펄스로 모터에 전압이 적용된다는 사실에 있습니다. 지속 시간 t 및 (그림 1)의 펄스 동안 전원 U의 전체 전압이 전기 모터에 적용되고 모터 회로의 전류가 증가하고 일시 정지 tn 동안 전압이 꺼지고 자체 유도 EMF의 작용으로 전류가 점차 감소하여 차단 다이오드 회로를 통해 닫힙니다. 전기 모터 단자의 전압 Ucp의 평균값과 그에 따른 속도는 듀티 사이클 K3을 변경하여 조절됩니다. 이는 스위칭 기간 T=ti + tn에 대한 펄스 지속 시간 ti의 비율과 같습니다. UCP = K3U; K3 = ti /T. (1)

컬렉터 모터의 마이크로 컨트롤러 속도 컨트롤러

전류 리플의 진폭을 줄이고 조정 범위를 확장하기 위해 핵심 요소는 T = Tmin/4K3(1-K3) 관계식에 따라 스위칭 주기의 지속 시간을 동시에 변경하는 주파수 폭 제어로 제어됩니다. ), (2) 및 마이크로 컨트롤러의 속도; 이 경우 Tmin은 2,5ms와 같습니다.

전기 드라이브의 마이크로 컨트롤러 제어 기능을 시연하기 위해 제안된 장치에 다음 기능 세트가 구현됩니다.

- 충전 계수 K3을 0 ~ 100% 범위에서 2% 간격으로 변경하여 속도를 제어합니다. 전기 드라이브의 기계적 특성(샤프트의 토크에 대한 회전 속도의 의존성)은 부드럽습니다. 부하가 증가하면 회전 속도가 감소하여 전기 모터와 전원을 과부하로부터 보호합니다.

- 편차에 의한 폐쇄 루프 제어 원리를 사용하여 ±5%의 정확도로 설정 속도를 유지합니다. 속도의 실제 값을 설정 값과 비교하여 편차가 있는 경우 편차가 발생할 때까지 K3을 프로그래밍 방식으로 변경합니다. 제거됩니다.

- 전기 모터의 샤프트 회전 방향 변경(역방향)

- 드라이브가 정지할 때 제동 요소를 켜는 신호를 생성합니다.

- 비상 모드 센서(사용된 경우)의 신호에 따라 전기 모터가 자동으로 종료되거나 프로그램 실행에 오류가 발생한 경우;

- 공급 전압 펄스의 일시적인 이동으로 두 개의 전기 모터를 제어하는 기능

- 드라이브의 총 작동 시간에 대한 MC 정보를 비휘발성 메모리에 계산하고 저장합니다.

- 선택한 제어 알고리즘(속도 안정화 유무에 관계없이)과 회전 방향, 듀티 사이클 값, 설정 속도 및 실제 속도를 시각적으로 표시합니다.

특정 응용 프로그램에서는 이러한 기능 중 일부를 사용하지 못할 수 있습니다.

모터 제어 장치의 개략도가 그림에 나와 있습니다. 2. 기본은 1MHz의 클록 주파수에서 작동하는 MK DD10입니다. 컨트롤은 포트 B MK의 비트 RB1 - RB2에 연결된 버튼 SB3("앞으로"), SB0("중지") 및 SB2("뒤로")입니다. 필요한 경우 SB2 버튼과 병렬로 부하 전류 센서의 출력을 연결할 수 있습니다. 이 센서는 설정된 전류 임계값을 초과하면 드라이브를 전원에서 분리합니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

강력한 복합 트랜지스터 KT834V(VT2)가 핵심 요소로 사용되었습니다. 베이스의 전류 전달 계수가 크기 때문에 포트 B의 출력 RB4에서 전류 제한 저항 R5를 통해 전압에 의해 직접 제어됩니다.

제어 프로그램은 유사한 핵심 요소의 입력을 RB5 출력에 연결하여 두 번째 전기 모터를 동시에 제어할 수 있는 가능성을 제공합니다. 동시에 소스 회로의 전류 리플을 줄이기 위해 그림 1에 표시된 것처럼 두 번째 모터의 전압 펄스는 펄스 지속 시간 ti와 동일한 시간 이동으로 형성됩니다. XNUMX, a 및 b.

강력한 전계 효과 또는 하이브리드 전력 트랜지스터는 제어 회로가 MC 단자에 직접 연결된 장치의 키로 사용될 수 있습니다[2]. 이를 통해 조정기를 최대 수백 킬로와트의 전력을 가진 전력 드라이브에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 전기 자동차에서.

전기 모터의 역전은 릴레이 K1의 스위칭 접점을 사용하여 전기 모터 LM1의 여자 권선에서 전류 방향을 변경하여 수행됩니다. 권선은 RB1 MK의 출력 전압에 의해 제어되는 트랜지스터 VT3의 컬렉터 회로에 포함됩니다.

조정기는 18개의 스위칭 접점이 있는 REN4.564.505 릴레이(패스포트 PX1.1)를 사용합니다(신뢰성을 높이기 위해 K1.2 및 K3 그룹 각각에 0개의 접점이 병렬로 연결됨). 접점 전환은 전기 모터의 전원이 차단될 때(KXNUMX = XNUMX) 발생하며, 이는 전환 용량에 대한 요구 사항을 크게 줄입니다.

모터의 정격 전류에 따라 계자 권선을 전환하려면 더 강력한 스위칭 장치가 필요할 수 있습니다. 비가역 전기 드라이브를 제어할 때는 이러한 요소를 전혀 사용할 필요가 없습니다.

이 프로그램은 RB6 MK의 출력에서 신호 형성을 제공하며, 여기에는 드라이브가 꺼졌을 때 드라이브를 신속하게 중지하거나 모터 샤프트에 음의 부하가 있는 안정화 모드에서 속도를 제한하는 브레이크 요소가 포함되어 있습니다. 그러한 요소가 없으면 지정된 신호는 단순히 사용되지 않습니다.

출력 RB7은 광전 속도 센서로부터 펄스를 수신합니다. 이는 IR 방출 다이오드 VD5, VD6 포토다이오드, VT3 트랜지스터를 기반으로 한 증폭기[3], 직경 약 10mm의 구멍 3개가 있는 모터 샤프트에 장착된 디스크로 구성됩니다. 샤프트가 회전하면 IR 광선이 짧은 시간 동안 7회전으로 포토다이오드를 두 번 조명하고 트랜지스터 VT100의 컬렉터 회로에 전압 펄스가 형성됩니다. RB3000의 입력을 입력하면 포트 B에서 MC가 중단됩니다. 이러한 중단을 기반으로 MC는 모터 샤프트의 각 회전 시간을 측정하고 측정된 간격을 공칭 백분율에 대해 정규화된 회전 속도로 변환합니다. 이 경우 회전속도 1min-XNUMX을 XNUMX%로 합니다.

듀티 팩터가 6에 도달하고(전원 꺼짐) 모터가 지정된 각주파수를 초과하는 각주파수로 계속 회전하는 경우 MC는 포트 B의 비트 RBXNUMX을 통해 액추에이터에 제동 명령을 내립니다.

출력용으로 구성된 1비트 포트 A는 HG3 디지털 표시기의 1비트를 동적으로 제어하는 데 사용됩니다. 비트 RA3을 통해 이진 카운터 DD4의 입력 C4은 표시된 십진수에 대한 정보(해당 펄스 수의 형태)를 수신하고 비트 RAXNUMX를 통해 카운터가 재설정됩니다. DDXNUMX 디코더는 카운터 출력의 이진 코드를 XNUMX개 요소 표시 코드로 변환합니다.

RAO-RA2 MK의 출력에서 디코더 DD2의 주소 입력까지 HG1 표시기의 비트 번호는 카운터 DD4의 내용이 표시되는 바이너리 코드로 제공됩니다. 디코더의 출력 0 - 6의 전압은 표시기의 해당 비트를 순차적으로 활성화하여 XNUMX자리 표시를 제공하며, 디코더의 사용되지 않은 출력에서 전압 형성 간격 동안 표시가 꺼지고 표시된 숫자가 표시됩니다. 카운터에 로드됩니다.

장치를 켜면 MK는 자동으로 재설정되고 메모리에 기록된 프로그램의 실행이 시작됩니다. MC 및 제어 프로그램의 초기 초기화가 수행됩니다. 타이머/카운터 프리스케일러와 입력/출력을 위한 포트 A 및 B 라인이 구성되고, 필요한 초기 상수가 사용된 변수에 입력되고, 타이머/카운터에서 인터럽트가 발생합니다. 포트 B의 RB7 비트의 입력 전압 레벨 변경이 허용됩니다.이러한 작업 후에 프로그램은 디지털 표시기 HG1에 정보를 주기적으로 표시하고 버튼 SB1-SB3의 상태를 폴링합니다.

전기 구동은 사용자가 선택한 두 가지 알고리즘에 따라 제어될 수 있습니다.

안정화 모드가 켜져 있습니다. 사용자는 모터축의 필요한 회전속도를 설정하고, MC는 초당 수차례 실제 회전속도를 측정하고, 그 결과에 따라 공급에 관계없이 지정된 주파수를 유지하는 방식으로 채우기 계수 K3를 수정합니다. 모터 샤프트의 저항 순간의 전압 변동 및 변화.

안정화 모드를 켜려면 드라이브가 중지되었을 때 SB2("중지") 및 SB1("앞으로") 버튼을 동시에 눌러 SB2("중지") 및 SB3("뒤로") 버튼을 꺼야 합니다. ). 이 모드의 표시기는 5_XXX_YYV 형식으로 정보를 표시합니다. 여기서 5는 MC가 안정화 모드에서 작동 중이라는 신호이고, XXX는 유지하기 위해 MC가 구성한 0~100%(2% 단위)의 현재 듀티 사이클입니다. 설정 속도, YYY - 0~100% 범위에서 5% 증분 단위로 공칭 백분율로 드라이브 속도를 설정합니다.

안정화 모드가 비활성화되었습니다. 사용자는 필요한 채우기 비율 K3을 설정합니다. 속도 피드백 신호는 사용되지 않습니다. 표시기는 XXX_YYY 형식으로 정보를 표시합니다. 여기서 XXX는 측정된 모터 샤프트의 현재 속도(초당 여러 번 측정됨)이고 YYY는 3~0%(100% 증분)로 지정된 듀티 계수 K2입니다.

프로그램은 MK에 내장된 타이머/카운터를 사용하여 엔진이 작동하는 시간을 분 단위로 계산하고 그 값을 비휘발성 데이터 메모리에 주기적으로 저장합니다. 드라이브가 정지되었을 때 SB2 버튼을 누르면 해당 정보가 표시기에 표시됩니다. 분 카운터가 값 8192(약 136,5시간)에 도달하면 XNUMX으로 재설정됩니다.

두 개의 전원 스위치의 제어 펄스는 그림 4에 표시된 순서대로 타이머/카운터의 인터럽트에 의해 출력 RB5, RB1에서 MK에 의해 형성됩니다. 3. 결과적으로 K0,5 ≤ 3에서는 주어진 순간에 두 모터 중 하나만 전원 공급 장치에 연결되고 K0,5 > XNUMX에서는 전기 모터 소비 전류가 부분적으로 중첩되어 전원 작동 모드가 향상됩니다. .

관계식 (1), (2) 및 그림에 따라 시간 간격을 형성하는 데 필요한 상수. 1은 MK 프로그램 메모리에 있는 테이블에서 타이머로 로드됩니다. 테이블의 주소는 필요한 채우기 비율 K3에 의해 결정됩니다.

코드 "펌웨어"ROM MK가 표에 나와 있습니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

어떤 이유로든 제어 프로그램이 예상치 못한 동작을 하는 경우 감시 타이머 명령에 의해 MC가 재설정되고 비상 시 드라이브가 정지됩니다.

프로그램 소스 코드

MK를 프로그래밍할 때 구성 바이트에 다음 정보가 표시되어야 합니다. 생성기 유형(HS, Watchdog 타이머 및 전원 켜기 타이머)이 활성화됩니다. 이 프로그램은 3000 min -1의 최대 허용 속도에 맞게 설계되었습니다. 이 값을 변경하려면 측정 절차에서 다른 상수를 설정해야 합니다(원본 프로그램 텍스트의 설명 참조).

또한 최대 속도 값은 회전 속도계 디스크의 구멍 수를 변경하여 단계적으로 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 1500 min -1 의 최대 주파수를 얻으려면 XNUMX개의 구멍을 뚫어야 합니다.

레귤레이터의 저전압 부분에 전원을 공급하려면 최대 5mA의 전류에서 150V의 전압을 제공하는 저전력 소스를 사용할 수 있습니다. 제어 프로그램을 변경하지 않은 MK PIC16F84는 16MHz의 클록 주파수에서 작동하도록 설계된 더 저렴한 PIC84C10로 대체될 수 있습니다. 디지털 표시기 HG1로서 유사한 컨트롤을 사용하여 다른 표시기를 사용할 수 있습니다. 정류기 브리지 다이오드 VD3, 트랜지스터 VT2 및 릴레이 접점 K1은 조정기에 의해 제어될 수 있는 최대 구동 전력을 결정합니다.

조정기는 400W 범용 컬렉터 모터를 사용하여 작동하여 테스트되었습니다. 이 경우 VT2 트랜지스터는 총 냉각 표면적이 약 100cm2인 방열판에 설치되었습니다.

정확하게 프로그래밍된 MK를 사용하여 서비스 가능한 구성 요소로 올바르게 조립된 조정기는 조정할 필요가 없습니다.

설명된 장치는 전기 드라이브의 속도를 제어하는 것뿐만 아니라 실내 온도, 인큐베이터, 수영장, 수족관 또는 기타 물체와 같은 다른 물리적 매개변수의 설정 값을 유지하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이러한 경우 속도 센서 대신 온도-주파수 변환기가 RB7 MK 입력에 연결됩니다. 포트 B의 사용되지 않은 비트는 공기가 과열되었을 때 방의 환기 장치를 켜고 특정 간격으로 수족관의 조명과 압축기를 켜는 등 다른 외부 장치를 제어하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 제어 프로그램.

문학

Birznieks LV Impulse 직류 변환기. - M .: 에너지, 1974.
에너지 전자. 참조 가이드: Per. 독일어에서 / Ed. V. A. Labuntsova. - M.: Energoatomizdat, 1987.
Bayanov K. 자기 테이프 소비 카운터. - 라디오, 1994, No. 5, p. 5-7.

저자: S.Koryakov, Yu.Stashinov, Shakhty, Rostov 지역

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