Микроконтроллерная система управления трехфазным двигателем » Вот схема!

Управление трехфазным двигателем в однофазной сети (PS11036, IRPT2060A, IR2130)

В области силовых приборов “законодателями» являются фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER — сокращенно IR и MITSUBISHI Electric — сокращенно ME, а также INFENION Technologies — IT.

Я привожу наименование фирм-изготовителей для того, чтобы пользователи могли ориентироваться при выборе элементов. Так как, в основном, только эти фирмы занимаются разработкой элементной базы для силовых приводов.

Данная статья поможет многим радиолюбителям применить современные силовые электронные приборы для управления 3-х фазными электродвигателями в однофазной сети.

Схема

На рис. 1 приведена схема электрическая принципиальная электронного привода электродвигателя. Устройство работает следующим образом.

Рис. 1. Схема управления трехфазными двигателями с помощью силовой электроники в однофазной сети.

Задающий генератор DD1 серии NE555 вырабатывает импульсы частотой 360 Гц, поступающие на вывод 9 DD2 (счетный вход) 55БТМ8 (аналог 74175N — четыре D-триггера). В микросхеме используются три D-тригг*ра в качестве схемы, сдвига.

То есть, с их прямых и инверсных выходов выходит трехфазное напряжение управления частотой 60 Гц, которое подается на соответствующие входы микросхемы DA3 IR2130S.

Чтобы электронный привод работал на различных частотах, нужно резистор R2 номиналом 100 кОм заменить на цепочку из постоянного 62 кОм и переменного 56 кОм резисторов.

Микросхема DA3 IR2130S представляет собой шестиканальный высоковольтный драйвер (схема управления) управления выходными ключами фирмы IR. При нажатии на кнопку S1 “Пуск» драйвер управляет как верхними ключами, так и нижними.

Транзисторы VТ1, VТ2, VТ3 — верхние ключи, соответственно VТ4, VТ5, VТ6 — нижние ключи. Питание схемы осуществляется таким образом.

Трансформатор Т1 понижает напряжение сети до 18 В, которое выпрямляется мостом VDS2 и фильтруется конденсаторами С3, С6. Выпрямленное напряжение поступает на стабилизатор DA2 7815.

С выхода DA2 напряжение +15 В служит для питания микросхемы DA3 IR2130. Напряжение +15 В понижается стабилизатором DA1 7805 (КРЕН5) до 5 В, необходимого для питания микросхем DD1, DD2.

Рис. 2. Схема генератора на микросхеме.

Рис. 3. Установка дополнительного резистора.

Рис. 4. Схема драйвера.

Внимание! Минусовой провод на схеме показан как “общЕго ни в коем случае нельзя соединять с корпусом прибора. Он должен быть надежно изолирован от корпуса. Сам корпус привода и электродвигатель должны быть надежно заземлены.

При работе с устройством надо соблюдать осторожность, чтобы избежать поражения электрическим током!

Детали

Мост VDS1 должен быть рассчитан на прямой ток 20…25 А и обратное напряжение 400 В. Данные параметры зависят от мощности используемого двигателя. Я рассчитывал на мощность 1.5…2 кВт.

Подходящим является мост КВРС2504 — Іпр. = 25 А и LJo6p. = 400 В. Примененный мост можно, конечно, заменить отечественными мощными диодами, установив их на радиатор, но опять же габариты схемы увеличатся.

Мост VDS2 рассчитан на Uo6p. = 400 В и Іпр.=1 А, например, КЦ405. Диоды VD1, VD2, VD3 должны быть быстродействующими, с ІІобр. не менее 400 В, например, 11DF4 или 10DF6.

Резисторы R6, R8, R10, R12, R13, R14 номиналом 100 Ом, R7, R9. R11 — номиналом 47 Ом. Защитные диоды VD4….VD9 — быстродействующие, с ІІобр. не менее 400 В и выдерживающие прямой импульсный ток более 30 А, например, MUR680.

Но можно обойтись и без защитных диодов — для этого нужно применить выходные ключи VТ1 …VТб с защитными диодами, встроенными в корпуса транзисторов.

Особое внимание следует обратить на выходные ключи VТ1 ….VТ6 — это транзисторы технологии IGBT — по входу полевой транзистор, т.е. затвор, а по выходу коллектор и эмиттер — это в первом приближении.

То есть IGBT — это смесь полевой и биполярной технологии. Такие транзисторы производят фирмы Infineon: BUP311D, BUP313D, Harris: HGTh30N40C1D, IR: IRG8C30D, IRGBC2GD с защитными (обратны* ми) диодами.

Рис, 5. Схема силового привода с использованием модуля фирмы MITSUBISHI SEMICONDUCTOR PS11036.

Все резисторы на схеме мощностью 0,25 Вт, кроме R15 — проволочный (падение напряжения на кем должно быть не более 0,5 В). Суммарная емкость конденсаторов после выпрямления сетевого напряжения должна быть около 1000 мкФ при нагрузке 2 кВт и более.

На схеме указаны номиналы С7 и С8 по 330 мкФ для случая нагрузки 1,5 кВт. Конденсаторы C10, С11, С12 номиналом 0,1 мкФ обязательно должны быть с малыми диэлектрическими потерями и термостабильными, рассчитанными на напряжение 50 В.

Трансформатор Т1 — мощностью не более 10 Вт. Если возникли трудности с приобретением DD1 NE555, ее можно заменить мультивибратором, собрав на отечественной 555-й серии.

Схема такого генератора показана на рис. 2. Тактовая частота будет определяться формулой:

F = 1/2C1R1,

где:

• С1. Фарад
• R, Ом.

Такой генератор будет работать в диапазоне 45 Гц … 25 кГц. Если такой широкий диапазон генерирования не нужен, то вместо переменного резистора R1 номиналом в 510 Ом нужно установить цепочку из резистора номиналом 100 Ом и 470 Ом (рис.

3). Выходные ключи VТ1….VТ6 обязательно надо установить на теплоотвод через электроизоляционные теплопроводные прокладки (подойдет слюда от больших конденсаторов), иначе у конструктора возникнут трудности с теплоотводом и электроизоляцией.

Фирма JR об этом позаботилась и разработала силовые модули в широком ассортименте. В частности для однофазной сети были разработаны модули типов IRPT2060A на мощность нагрузки 2,2 кВт и IRPT2064A на мощность нагрузки 1,5 кВт (рис. 4).

В модуле, кроме силовых ключей, еще установлены силовой мост, токоизмерительные шунты (выводы IS1, IS2 и IS3, IS4) для IRPT2060A номиналом по 25 мОм (для IRPT2064A — номиналом по 45 мОм), терморезистор (выводы RT1 и RT2), имеющий значение 50 кОм ±5% при температуре модуля 25°С и 3,1 кОм при температуре 100°С для обоих модулей. В модуле еще установлен ключ (выводы BR и N). Он такой же мощный, как и шесть ключей, и предназначен для аварийного отключения модуля.

Я не стал с ним экспериментировать. Все ключи изолированы от корпуса модуля так, что отпадает проблема надежной теплоизоляции, хотя и в этом случае она не помешает при длительной работе модуля.

На рис. 5 приведена схема силового привода с использованием модуля фирмы MITSUBISHI SEMICONDUCTOR PS11036 мощностью 2,2 кВт. Эта схема самая простая в управлении.

Правда, модули такого типа для однофазной сети я не смог найти. Но ведь можно включит и таким образом, как показано на схеме. Вывод FO — выход сигнала об аварии.

Вывод Vamp — напряжение, усиленное в 10 раз с токового резистора нагрузки. Диапазон изменения напряжения на выходе Vamp составляет 0…5 В.

К нему можно подключить, например, вольтметр и измерять косвенно ток в нагрузке. Еще хочу напомнить, что на схеме минусовый провод показан как общий, но его ни в коем случае нельзя соединять с корпусом устройства.

В. Хрипченко. пос. Октябрьский Белгородской обл. РМ-07-17.

Контроллер трехфазного двигателя переменного тока

Этот проект выполнен с использованием MC3PHAC от NXP Semiconductor. Проект генерирует 6 сигналов PWM для контроллера трехфазного двигателя переменного тока. Очень легко сделать профессиональный частотно-регулируемый привод в сочетании с интеллектуальным силовым модулем (IPM) или 3-фазным IGBT/MOSFET с драйвером затвора. Плата обеспечивает 6 сигналов PWM для инвертора IPM или IGBT, а также сигнал торможения. Также эта плата работает в автономном режиме и не требует программирования/кодирования программного обеспечения.

MC3PHAC — это высокопроизводительный монолитный интеллектуальный контроллер двигателя, разработанный специально для недорогих систем управления трехфазным двигателем переменного тока с регулируемой скоростью. Устройство адаптируется и настраивается в зависимости от среды. Он содержит все активные функции, необходимые для реализации управляющей части 3-фазного привода с разомкнутым контуром. Одним из уникальных аспектов этой платы является то, что, хотя ее можно адаптировать и настраивать в зависимости от среды, для нее не требуется разработка программного обеспечения. Это делает MC3PHAC идеально подходящим для пользовательских приложений, требующих управления двигателем переменного тока, но с ограниченными или отсутствующими программными ресурсами.

В MC3PHAC включены защитные функции, состоящие из контроля напряжения на шине постоянного тока и входа системной неисправности, которые немедленно отключают модуль ШИМ при обнаружении системной неисправности.

Все выходы представляют собой сигналы TTL, входное питание 5–15 В постоянного тока, напряжение на шине постоянного тока должно быть в пределах 1,75–4,75 В, DIP-переключатель предназначен для установки частоты двигателя 60 или 50 Гц, перемычки также помогают установить полярность выхода PWM Active Low или Active High, и это помогает использовать эту плату с любыми типами модулей IPM, поскольку выход можно установить активным низким или высоким уровнем. Потенциометр PR2 помогает регулировать скорость двигателя. Обратитесь к техническому описанию микросхемы, чтобы изменить базовую частоту, мертвое время ШИМ и другие возможные параметры.

Управление скоростью — частота синхронного двигателя может быть задана в режиме реального времени в диапазоне от 1 Гц до 128 Гц путем регулировки потенциометра PR2. Масштабный коэффициент составляет 25,6 Гц на вольт. Вывод SPEED обрабатывается 24-битным цифровым фильтром для повышения стабильности скорости в шумной среде.

Управление ускорением — Ускорение двигателя можно задать в режиме реального времени в диапазоне от 0,5 Гц/сек до 128 Гц/сек, регулируя потенциометр PR1. Коэффициент масштабирования составляет 25,6 Гц/секунду на вольт.

Защита от сбоев : MC3PHAC поддерживает расширенный набор функций защиты и предотвращения сбоев. Если неисправность действительно возникает, MC3PHAC немедленно отключает ШИМ и ждет, пока неисправность не будет устранена, прежде чем запустить таймер для повторного включения ШИМ. Обратитесь к графику на Рисунке 10 для значения сопротивления в зависимости от времени повторной попытки из листа данных IC. На рис. 10 предполагается подтягивающий резистор 6,8 кОм. В автономном режиме этот интервал тайм-аута задается на этапе инициализации путем подачи напряжения на вывод MUX_IN, в то время как на вывод RETRY_TxD устанавливается низкий уровень. Таким образом, время повторной попытки может быть указано от 1 до 60 секунд с коэффициентом масштабирования 12 секунд на вольт

Мониторинг внешних сбоев : На контакт FAULTIN подается цифровой сигнал, указывающий на обнаружение сбоя с помощью внешней схемы мониторинга. Высокий уровень на этом входе приводит к немедленному отключению ШИМ. Типичными условиями неисправности могут быть перенапряжение на шине постоянного тока, перегрузка по току на шине или перегрев. Как только этот вход возвращается к низкому логическому уровню, начинает работать таймер повторной попытки отказа, и ШИМ снова активируются после достижения запрограммированного значения тайм-аута. FLTIN входной контакт 9разъема CN3 должен быть высоким, чтобы на выводе неисправности был низкий уровень для нормальной работы.

Мониторинг целостности напряжения на шине (входной контакт 10 CN3) Вывод DC_BUS контролируется на частоте 5,3 кГц (4,0 кГц, когда частота ШИМ установлена ​​на 15,9 кГц), и любое значение напряжения за пределами допустимого диапазона составляет неисправность. В автономном режиме пороги окна фиксируются на уровне 4,47 В (128 процентов от номинального) и 1,75 В (50 процентов от номинального), где номинальное значение определено как 3,5 В. Как только уровень сигнала DC_BUS возвращается к значению в пределах допустимого окна, таймер повторной попытки отказа начинает работать, и ШИМ снова включаются после достижения запрограммированного значения тайм-аута. Во время включения питания VDD может достичь рабочего напряжения до того, как конденсатор звена постоянного тока зарядится до своего номинального значения. При проверке целостности шины постоянного тока пониженное напряжение будет обнаружено и обработано как неисправность с соответствующим периодом тайм-аута. Чтобы предотвратить это, MC3PHAC отслеживает напряжение на шине постоянного тока во время включения питания в автономном режиме и ждет, пока оно не превысит пороговое значение пониженного напряжения, прежде чем продолжить. На это время все функции MC3PHAC приостанавливаются. Как только этот порог будет достигнут, MC3PHAC продолжит работу в обычном режиме, а любое дальнейшее пониженное напряжение будет рассматриваться как неисправность.

Примечание: Если контроль напряжения на шине постоянного тока не требуется, на контакт DC_BUS следует подать напряжение 3,5 В ± 5%. Для этого используйте следующие компоненты: R2 должен быть 3,3 кОм, R4 4 кОм 7 Ом, C6 0,1 мкФ и замкнуть перемычку между контактами 1 и 2. передается обратно в электронику привода, как правило, в результате резкого торможения. В особых случаях, когда этот процесс происходит часто (например, в системах управления двигателями лифта), целесообразно включить в привод двигателя специальные функции, позволяющие возвращать эту энергию обратно в сеть переменного тока. Однако в большинстве недорогих приводов переменного тока эта энергия накапливается в конденсаторе шины постоянного тока за счет увеличения его напряжения. Если этот процесс не остановить, напряжение на шине постоянного тока может подняться до опасного уровня, что может привести к выходу из строя конденсатора шины или транзисторов в инверторе мощности. MC3PHAC включает в себя два метода, позволяющих справиться с регенерацией до того, как она станет проблемой.

Резистивное торможение: Вывод DC_BUS контролируется на частоте 5,3 кГц (4,0 кГц, если частота ШИМ установлена ​​на 15,9 кГц), и когда напряжение достигает определенного порога, на вывод RBRAKE устанавливается высокий уровень. Этот сигнал можно использовать для управления резистивным тормозом, подключенным к конденсатору шины постоянного тока, так что механическая энергия двигателя будет рассеиваться в виде тепла в резисторе, а не накапливаться в виде напряжения на конденсаторе. В автономном режиме порог DC_BUS, необходимый для подачи сигнала RBRAKE, фиксируется на уровне 3,85 В (110 процентов от номинального), где номинальное значение определено как 3,5 В.

Выбираемая частота ШИМ: MC3PHAC поддерживает четыре дискретные частоты ШИМ и может динамически изменяться во время работы двигателя. Этот резистор может быть потенциометром или постоянным резистором в диапазоне, указанном в таблице. В автономном режиме частота ШИМ определяется подачей напряжения на вывод MUX_IN, когда на вывод PWM FREQ_RxD подается низкий уровень. Таблица 4 из таблицы данных показывает требуемые уровни напряжения на выводе MUX_IN и соответствующую частоту ШИМ для каждого диапазона напряжения.

• PR1: Потенциометр для установки ускорения
• PR2: Потенциометр для регулировки скорости
• SW1: DIPX4 Переключатель для установки частоты 60 Гц/50 Гц, а также активного низкого/активного высокого выхода
• SW2: Переключатель сброса
• SW3: Старт/стоп двигателя
• SW4: Изменение направления вправо/влево двигателя
• CN1: Вход питания постоянного тока 7–15 В постоянного тока
• CN2: Подача напряжения на шину от модуля IPM/IGBT для защиты от повышенного/пониженного напряжения
• CN3: Интерфейс между модулем IPM и платой IGBT обеспечивает 6 выходов ШИМ, выход торможения и вход ошибки

Плата

• имеет область прототипа, которую можно использовать для разработки.

Характеристики

• Питание 7–15 В пост. тока
• Потенциометр для управления скоростью двигателя
• Частота ШИМ по умолчанию 10,582 кГц, можно настроить в диапазоне (5,291 кГц – 164 кГц)
• Потенциометр для регулировки ускорения
• Ползунковый переключатель для управления направлением движения
• Ползунковый переключатель для пуска/останова
• 6 выходных сигналов ШИМ
• Время простоя по умолчанию 4,5 мкс
• Время повтора ошибки 32,8 секунды
• Вход VBS (обратная связь по напряжению шины) Контроль пониженного напряжения
• Неисправность входа (перегрузка по току или короткое замыкание на входе)
• Управление скоростью в вольтах на герц
• Фильтрация цифровой обработки сигналов (DSP) для повышения стабильности скорости
• 32-битные вычисления для высокоточной работы
• Интернет включен
• Для работы не требуется разработка пользовательского программного обеспечения
• 6-выходной широтно-импульсный модулятор (ШИМ)
• Генерация трехфазного сигнала
• 4-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
• Настраивается пользователем для автономной работы
• Динамическое подавление пульсаций шины
• Выбираемая полярность и частота ШИМ
• Выбираемая базовая частота 50/60 Гц
• Системный генератор на основе контура фазовой автоподстройки частоты (PLL)
• Цепь обнаружения низкого напряжения питания
• В MC3PHAC включены защитные функции, состоящие из контроля напряжения на шине постоянного тока и системы

.

• Вход ошибки, который немедленно отключит модуль ШИМ при обнаружении ошибки системы.

Некоторые целевые приложения для MC3PHAC включают

• Маломощные двигатели HVAC
• Бытовая техника
• Коммерческие прачечные и посудомоечные машины
• Управление процессом
• Насосы и вентиляторы

Schematic

Parts List

Connections

DIP Switch Settings

Block Diagram

Photos

Video

MC3PHAC Datasheet

Please follow and like us :

Электропроводка цепи управления двигателем — Inst Tools

Здесь показана простая трехфазная цепь управления двигателем переменного тока на 480 В в графическом и схематическом виде. Вся эта сборка, состоящая из контактора, блока перегрузки, управляющего силового трансформатора, силовых предохранителей (или, альтернативно, автоматического выключателя) и связанных с ними компонентов, неофициально называется ковшом:

Обратите внимание, как управляющий силовой трансформатор понижает напряжение 480 вольт переменного тока, чтобы обеспечить 120 вольт переменного тока для работы катушки контактора. Кроме того, обратите внимание на то, что контакт перегрузки («OL») соединен последовательно с катушкой контактора, так что событие тепловой перегрузки вынуждает контактор обесточиваться и, таким образом, прерывать подачу питания на двигатель, даже если переключатель управления все еще находится в положении « положение «включено». Нагреватели перегрузки показаны на схематической диаграмме как пары встречно-параллельных «крюков», соединенных последовательно с тремя Т-образными линиями двигателя. Помните, что эти нагревательные элементы «OL» не прерывают питание двигателя напрямую в случае перегрузки, а скорее сигнализируют контакту «OL» о размыкании и обесточивании контактора.

Читайте также: Цепи защиты двигателя

В системе автоматического управления тумблер заменяется другим релейным контактом (это реле управляется состоянием процесса), переключателем процесса или, возможно, дискретным выходным каналом. программируемого логического контроллера (ПЛК).

Следует отметить, что перекидной переключатель необходим для того, чтобы двигатель продолжал работать после того, как человек-оператор активирует переключатель. Двигатель работает, когда переключатель находится в замкнутом состоянии, и останавливается, когда переключатель размыкается. Альтернативой этой конструкции является создание схемы с фиксацией, позволяющей использовать переключатели с мгновенным контактом (один для запуска и один для остановки).

Здесь показана простая схема управления двигателем с фиксацией:

В этой схеме вспомогательный контакт, приводимый в действие контактором двигателя, подключен параллельно кнопочному выключателю «Пуск», так что контактор двигателя продолжает получать питание после оператор отпускает переключатель. Этот параллельный контакт, иногда называемый замыкающим контактом, фиксирует двигатель во включенном состоянии после мгновенного замыкания кнопки «Пуск».

Нормально замкнутый переключатель «Стоп» позволяет «разблокировать» цепь двигателя. Нажатие этого кнопочного переключателя размыкает цепь управления, принудительно останавливая ток через катушку контактора, что затем размыкает три силовых контакта двигателя, а также вспомогательный контакт, используемый для поддержания включенного состояния контактора.

Читайте также: Цепи пускателя двигателя

Простая лестничная диаграмма, показывающая взаимосвязи всех компонентов в этой цепи управления двигателем, упрощает понимание этой системы:

некоторая вариация на эту тему проводки, если не идентичная ей. Опять же, эту систему можно было бы автоматизировать, заменив кнопочные переключатели «Пуск» и «Стоп» переключателями процесса (например, реле давления для системы управления воздушным компрессором), чтобы создать систему, которая запускается и останавливается автоматически. Программируемый логический контроллер (ПЛК) также может использоваться для обеспечения функции фиксации, а не вспомогательного контакта на контакторе. Как только ПЛК включен в схему управления двигателем, можно добавить множество функций автоматического управления для расширения возможностей системы. Примеры включают функции синхронизации, функции подсчета циклов движения и даже возможность удаленного пуска/остановки через цифровую сеть, подключаемую к дисплеям интерфейса оператора или другим компьютерам.

В приложениях, где требуется реверсивное управление двигателем, пара контакторов может быть соединена вместе, как показано здесь:

Обратите внимание, как реверсирование двигателя достигается путем перестановки фаз L1 и L3: в прямом направлении подключается провод линии питания L1. к клемме двигателя T1, L2 подключается к T2, а L3 подключается к T3. В обратном направлении L2 по-прежнему соединяется с T2, но L1 теперь соединяется с T3, а L3 теперь соединяется с T1. Вспомним принцип, согласно которому перестановка любых двух фаз в трехфазной энергосистеме меняет чередование фаз, что в данном случае заставляет электродвигатель вращаться в другом направлении.

С двумя контакторами схема управления теперь содержит две катушки для приведения в действие этих контакторов: одна с пометкой «вперед», а другая с пометкой «назад». Отдельные кнопочные переключатели «вперед» и «назад» подают питание на эти катушки, а отдельные вспомогательные контакты, соединенные параллельно с соответствующими кнопками, защелкивают каждую из них.

Важной особенностью этой схемы реверсивного пускателя является наличие блокирующих контактов на каждой ступени цепи. В цепи прямого управления нормально замкнутый вспомогательный контакт, приводимый в действие контактором «реверса», подключается последовательно, и наоборот в цепи обратного управления. Целью «блокировки» является предотвращение возникновения несовместимых событий, в данном случае предотвращение срабатывания «реверсивного» контактора, когда «прямой» контактор уже активирован, и наоборот. Если бы оба контактора сработали одновременно, это привело бы к прямому межфазному замыканию (короткому замыканию) между L1 и L3!

Читайте также: Программа ПЛК для пускателя двигателя

Некоторые реверсивные пускатели двигателей имеют функцию, называемую механической блокировкой, при которой движение якоря в каждом контакторе ограничивается таким образом, что оба контактора не могут срабатывать одновременно. Обычно это принимает форму рычага «качающейся балки», предотвращающего втягивание якоря одного контактора, в то время как якорь другого контактора втягивается, подобно игрушке-качалке, где в любой момент времени может быть опущен только один конец.