Двигатель симистор управления схема

Двигатель симистор управления схема

Симистор («триак» по терминологии, принятой в США) — это двунаправленный симметричный тиристор. Симисторы очень удобны для систем ключевого регулирования в цепях переменного тока. Как следствие, они практически вытеснили тиристоры из бытовой техники (стиральные машины, пылесосы и т.д.).

У симистора нет анода и катода. Его три вывода называются: УЭ (управляющий электрод), СЭУ (силовой электрод, расположенный ближе к УЭ), СЭ (силовой электрод у основания прибора) 146. Существуют также аналогичные зарубежные названия, принятые в триаках, соответственно, «G» (Gate — затвор), «Т1» (Main Terminal 1) и «Т2» (Main Terminal 2).

Симистор, в зависимости от конструкции, может открываться как положительными, так и отрицательными импульсами на выводе УЭ. Ветви ВАХ симметричные, поэтому ток через силовые электроды может быть и втекающим, и вытекающим. Итого, различают четыре режима работы в квадрантах 1…4 (Рис. 2.105).


Рис. 2.105. Режимы работы симисторов (триаков).

Первыми были разработаны четырёх квадрантные симисторы или, по-другому, 4Q-TpnaKM. Они требуют для нормальной работы введения в схему демпферных ЛС-цепочек (100 Ом, 0.1 МК Ф), которые устанавливаются параллельно силовым электродам СЭУ и СЭ. Таким нехитрым способом снижается скорость нарастания напряжения через симистор и устраняются ложные срабатывания при повышенной температуре и значительной индуктивной или ёмкостной нагрузке.

Технологические достижения последнего времени позволили создать трёхквадрантные симисторы или, по-другому, 3Q триаки. Они, в отличие от симисторов «4Q», работают в трёх из четырёх квадрантов и не требуют ЯС-цепочек. Типовые параметры 3Q-TpnaKOB Hi-Com BTA208…225 фирмы Philips: максимальное коммутируемое напряжение 600…800 В, ток силовой части 8…25 А, ток отпирания затвора (УЭ) 2…50 мА, малогабаритный SMD-корпус.

Схемы подключения симисторов к MK можно условно разделить на две группы: без развязки от сети 220 В (Рис. 2.106, a…r) и с гальванической изоляцией (Рис. 2.107, а…л).

Некоторые замечания. Типы указанных на схемах симисторов однообразны, в основном КУ208х, BTxxx, MACxxx. Это сделано специально, чтобы заострить внимание на схемотехнике низковольтной управляющей части, поскольку она ближе всего к MK. На практике можно использовать и другие типы симисторов, следя за их выходной мощностью и амплитудой управляющего тока.

Демпферные цепочки в силовой части на схемах, как правило, отсутствуют. Это упрощение, чтобы не загромождать рисунки, поскольку предполагается, что сопротивление нагрузки RH носит чисто активный характер. В реальной жизни демпфирование необходимо для 4Q-триаков, если нагрузка имеет значительную индуктивную или ёмкостную составляющую.


Рис. 2.106. Схемы подключения симисторов к MK без гальванической изоляции.

а) ВЫСОКИЙ уровень на выходе МК открывает транзистор VT1, через который включается симистор VS1. Варистор RU1 защищает симистор от всплесков напряжения, начиная с порога 470 В (разброс 423…517 В). Это актуально при индуктивном характере нагрузки jRH;

б) аналогично Рис. 2.106, а, но с другой полярностью сигнала на выходе MK и с транзистором VT1 другой структуры, который выполняет функцию инвертора напряжения. Благодаря низкому сопротивлению резистора R2, повышается помехоусточивость. Сопротивление резистора R2 выбирается по тем же критериям, что и для схем на тиристорах;


Рис. 2.106. Схемы подключения симисторов к MK без гальванической изоляции.

в) высоковольтный транзистор ГУ2замыкаетдиагональдиодного моста VD1 при НИЗКОМ уровне на линии MK. Транзистор VT1 в момент рестарта MK находится в открытом состоянии из-за резистора R1, при этом симистор VS1 закрывается и ток через нагрузку RH не протекает;

г) прямое управление симистором VS1 с одного или нескольких выходов MK. Запараллеливание линий применяется при недостаточном токе управления (показано пунктиром). Ток через нагрузку RH не более 150 мА. Возможные замены: VS1 — MAC97A8, VD2— KC147A.

а) симистор VS1 включается/выключается при наличии/отсутствии импульсов 50…100 кГц, генерируемых с выхода MK. Изолирующий трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30 и содержит в обмотке I — 15 витков, в обмотке II — 45 витков провода ПЭВ-0.2;

б) простая схема трансформаторной развязки. Симистор VS1 включается короткими импульсами с выхода MK. Ток управления зависит от коэффициента трансформации 77;


Рис. 2.107. Схемы гальванической изоляции МК от симисторов.

в) разделительный трансформатор T1 наматывается на ферритовом кольце M1000HM размерами K20xl2x6 и содержит в обмотке I — 60 витков, в обмотке II — 120 витков провода ПЭВ-0.2. Цепочка R3, C1 накапливает энергию для импульсной коммутации транзистора K77;

г) если не требуется частое включение/выключение нагрузки, то для гальванической развязки можно использовать реле K1. Его контакты должны выдерживать без пробоя переменное напряжение 220 В. В некоторых схемах токоограничивающий резистор R3 закорачивают;

Читайте также:  Почему глохнет двигатель на холостом ходу дизеля

д) контакты геркона SF1 замыкаются при протекании тока через катушку индуктивности L1, которая намотана на его корпус. Достоинство — сверхбольшое сопротивление изоляции;

е) гальваническая развязка на транзисторной оптопаре VU1. Резистор R3 повышает помехоустойчивость, но может отсутствовать. Резистор Я2определяет порог открывания транзистора VT1. При использовании симисторов КУ208, TC106-10 сопротивление резистора Я2уменьшают до 30…75 кОм;

ж) симистором VS1 управляет драйвер DA1 (по-старому, КР1182ПМ1), который обеспечивает плавное изменение тока в нагрузке RH в зависимости от напряжения на конденсаторе C1. Если транзистор оптопары W/закрыт, то конденсатор С1 заряжается от внутреннего ИОН микросхемы DA1 и в нагрузке устанавливается максимальное напряжение. Резистор R4 может отсутствовать при наличии резистора R3. Резистор R3 можно закоротить при наличии резистора R4\

з) гальваническая развязка на опторезисторе VU1. Резистором R1 подбирается ток через своизлучатель VU1 и, соответственно, ток управления симистором VS1;

и) применение двух оптотиристоров VU1, УУ2щ\я коммутации симистора VS1 в любой пупериод сетевого напряжения. Резистор Л2ограничивает ток управления симистора;

к) питание входа УЭ симистора VS1 осуществляется от отдельной низковольтной обмотки промышленного трансформатора T1ТПП235-220/110-50;

л) применение оптотиристора VU1 для управления симистором VS1 (замена КУ208Д1). Из двух токоограничивающих резисторов R2, R3 обычно оставляют один, второй замыкают перемычкой. Замена VD1 — мост КЦ407А или четыре отдельных диода КД226.

Источник :
Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2, :ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Источник

Симисторное Управление Мощностью в Нагрузке

Здравствуйте Всем! Схема о которой пойдёт речь в сегодняшней статье, в том или ином виде собиралась большинством радиолюбителей. Речь идёт о регуляторе мощности в нагрузке для сети переменного тока напряжением 220 В . Подобных схем немало, где в качестве регулирующего элемента использован тиристор, симистор или транзистор. Моя первая подобная схема собиралась для регулировки мощности 40- ваттного паяльника на тиристоре КУ202 с управлением на однопереходном транзисторе из журнала « Радио ».

Ещё есть такой интересный момент, что часто подобные схемы называют регуляторами напряжения или тока. На мой взгляд это не совсем верно. Например, если говорить о регулировке напряжения, то в чистом виде она не подразумевает изменения его формы. Регулятором переменного напряжения является ЛАТр , который изменяет амплитуду синусоиды. А в регуляторах мощности на тиристорах или симисторах происходит изменение синусоиды прерыванием следования полуволн с определённым временем. И чем больше это время прерывания (закрытия тиристора или симистора), тем меньшая мощность выделяется на нагрузке. Называют данный метод фазоимпульсным управлением. Рисунок ниже наглядно демонстрирует его.

На левом графике показано входное напряжение, а на правом напряжение на нагрузке. Очевидно, что половину времени следования полуволн, регулирующий элемент был заперт и на нагрузке выделяются только их половины. Такой метод регулировки мощности хорошо подходит для активных нагрузок — паяльников, нагревателей, ламп накаливания и т.д. Также его используют для регулировки оборотов коллекторных электродвигателей. И даже для трансформаторов! Но для них это не является нормальным режимом работы.

Теперь давайте перейдём к конкретной схеме.

В этой схеме в качестве регулирующего элемента использован симистор. Эта одна из базовых фазоимпульсных схем его управления, с помощью которой можно управлять мощностью выделяемой в нагрузке. Принцип работы довольно прост — в определённый момент времени происходит « отсечка » симистором каждой из полуволн синусоиды, и как следствие в нагрузке действуют только их части, а значит и мощность будет изменятся пропорционально.

В цепь управляющего электрода симистора VS2 включен симметричный динистор VS1 . Напряжение его открытия составляет 32 В . Как только напряжение на нём достигнет этого значения, он открывается, включая тем самым симистор VS2 и в нагрузку поступает напряжение. Время, когда на динисторе будет действовать напряжение его открытия зависит от времени, когда до этого значения зарядится конденсатор C1 . А время заряда конденсатора зависит от сопротивлений R2R3 . Изменяя сопротивление в цепи заряда конденсатора C1 переменным резистором R2 мы можем управлять длительностью открытия симистора, а значит мощностью в нагрузке.

Чем больше будет сопротивление в цепи заряда конденсатора C1 , тем меньше по времени будет включен симистор и тем меньшую мощность мы получим в нагрузке. Данная схема позволяет регулировать мощность практически от нулевого и до 100% -го значений.

Читайте также:  Чем отмыть двигатель москвич

На схеме в качестве симистора обозначен BT138 с максимальным током 12 А , но это могут быть и BT134 , ВТ136 , BT137 , BT139 . Отличаются они номинальными токами.

На рисунке выше показан вариант печатной платы для этой схемы. Плата изготовляется как обычно, скачав pdf-ку по ссылке, методом ЛУТ . Зеркалить её не надо. Залудив толстым слоем припоя силовые печатные дорожки, с помощью её можно управлять мощностью в нагрузке до 2 кВт . Симистор при этом вместе с платой крепится к теплоотводу.

Ещё раз отмечу, что не стоит применять данную схему в качестве понижающего регулятора напряжения для низковольтных нагрузок. Хотя мультиметр на выходе и будет показывать действующие значения напряжений, но в нагрузке будут протекать сквозные токи. Это именно регулятор мощности, а не понижающий регулятор напряжения.

Источник

Двигатель симистор управления схема

Многообразие материалов на эту тему практически не оставляет шансов на оригинальность, но кое-что можно представить, дабы сократить время на поиск нужных решений и обозначить «подводные камни». И прежде всего представить практическое, без академичности, которая векторными диаграммами управления и матрицами отпугивает многих, а привлекает только тех, кому нужен реферат потолще.

Необходимо отметить, что выбор индуктивной нагрузки, коей является двигатель, вовсе не отвергает данное решение для управления освещением или нагревательными элементами. Двигатель, достаточно капризный элемент и не всякий подходит для данной схемы. И более того, режим плавного управления мощностью двигателя не всегда удается осуществить. Это зависит от многих факторов: мощность двигателя, инерционность нагрузки на валу, реактивные и активные параметры обмоток. Для надёжного решения всех этих проблем предназначены частотные инверторы. Тем не менее, данная схема значительно проще по сложности, чем частотное управление и иногда обеспечивает приемлемые результаты.

Вот совокупность всех аспектов проблемы управления:

  • Прежде всего, слово «микроконтроллер» в заглавии статьи, говорит о том, что управлять нагрузкой необходимо не потенциометром, (таких решений предостаточно), а именно микроконтроллером.
  • Обязательное наличие гальванической развязки.
  • Плавное управление мощностью, а не старт-стопное.
  • Контроль перехода через ноль (Zero-Cross).
  • Некоторые особенности выбора сглаживающего фильтра RC snubber.
  • Программная реализация событий управления на примере Atmega16A.
  • Обзор аналогичных решений в Интернете.


Схема 1. Узел управления нагрузкой.


Схема 2. Датчик перехода через ноль (Zero-Cross).

Цепи:

  • VCC – 5 вольт, питание низковольтной части узла, полученное стабилизатором напряжения;
  • GND – общая точка низковольтной части;
  • DRV – выход микроконтроллера, для управления нагрузкой (PC6 для Atmega16A);
  • ZERO — вход TTL-сигнала (PD2/INT0 для Atmega16A) от события перехода через ноль сети 220;
  • L,N — фаза и нейтраль сети 220;

Элементы:

  • MOC3052 — оптотриак (симистор), обеспечивающий гальваническую развязку;
  • BT136 — триак (симистор), обеспечивающий управление мощной нагрузкой;
  • BC847 – транзистор, управляющий MOC3052;
  • R1,R2 – делитель, запирающий транзистор по умолчанию.
  • RS,CS — сглаживающий фильтр RC snubber, необходимый только для индуктивной нагрузки.
  • PC814 — оптрон датчика Zero-Cross;
  • RZ0,RZ1 — токозадающие резисторы, двухваттные;
  • SN74HC14D – триггер Шмидта, для повышения помехоустойчивости;
  • М — двигатель, схема включения типа «звезда»;
  • CF — фазосдвигающий конденсатор.


Диаграмма фазового управления.

Оптрон PC814 обладает той особенностью, что содержит два внутренних светодиода, и реагирует на разнополярное напряжение при токе 10 мА. Поэтому характер импульсов сигнала ZERO именно такой, как показано на диаграмме. На токозадающих сопротивлениях RZ0 и RZ1 падает практически всё напряжение питающей сети, поэтому на их ваттности не надо экономить. Вместо двух последовательных сопротивлений можно использовать одно, соответствующего типа.

Сигнал ZERO попадает на микроконтроллер PD2/INT0 и вызывает аппаратное прерывание ниспадающим фронтом. Как будет показано далее, программа обработки прерывания запускает счетчик, время работы которого и будет определять фазовую задержку включения симистора относительно события перехода через ноль. Сигнал DRV формируется этой задержкой. На диаграмме показано, что передний фронт сигнала DRV смещается так, что энергетика на нагрузке уменьшается синхронно, через каждые 10 миллисекунд. Этого можно достичь только программным способом.

Если задача управления нагрузкой простая (включить/выключить) , то датчик Zero-Cross можно и не применять. Однако его использование уменьшает помехи при коммутации сильноточной нагрузки, да и режим, в котором пребывает силовой симистор более щадящий и он меньше нагревается. Используя данный подход в полном объеме, можно строить достаточно сложные воздействия на двигатель.

В представленной схемотехнике имеется один не большой «подводный камушек», о который можно споткнуться. При инициализации микроконтроллера может пройти достаточное время, это связано с конкретной задачей, когда его выходные сигналы находятся в третьем состоянии. В течении этого времени необходимо запереть транзистор BC847. Иначе возможен скачек напряжения, который пройдет на нагрузку.

Читайте также:  Что такое колоть двигатель

Сглаживающий фильтр RC-snubber.

Необходимо иметь в виду, что при отключении и включении симистора из-за реактивного сопротивления обмоток может возникать короткий бросок и даже затухающие колебания на нагрузке. Для предотвращения этих бросков служит фильтр RS, CS. В литературе по триакам приводятся номиналы этих элементов: RS = 39 Ом, CS = 0.01 мкФ. При этом для мощности RS нет рекомендаций. Мой практический опыт говорит о том, что сопротивление RS горит так, что выгорает весь узел с симистором. При этом оборудование испытывалось, собственные колебания подавлены, работа стабильная, но иногда у заказчика происходит пробой узла. Причины этих возгораний носят случайный характер и систематизации не поддаются. Можно только предположить, что причиной может быть не сам узел симистор – двигатель, а наводимая на него через питающую сеть импульсная помеха от другого оборудования.

И так, для подавления собственных колебаний представленные номиналы вполне оправданы, и вообще-то не критичны. RS должно быть того же порядка, что и активное сопротивления двух обмоток (схема «звезда»). Собственные колебания могут быть от 1 до 10кГц. На этой частоте реактивное сопротивление CS от 16кОм до 1.6кОм, поэтому всё напряжение приложено к CS. Гораздо хуже, когда возникает внешняя импульсная помеха, её параметры не известны.

Поэтому мои рекомендации таковы:

RS эквивалентно активному сопротивлению обмоток, а мощность не менее двух ватт. CS большего номинала чем 0.01 мкФ, с напряжением 400V и более.

Вот здесь есть интересные материалы на эту тему:

Программная реализация управления.

Пример программы реализован в проекте AVR-studio Ver 4.18 build 716.

  • Частота процессора 8 МГц внутренняя без кварца.
  • Регистр счетчика TCCR2 настроен на внутреннее прерывание с периодом 20 мкс.
  • Программа обработки этого прерывания SIGNAL(SIG_OUTPUT_COMPARE2) вызывает процедуру drv_act().
  • Процедура drv_act() в зависимости от флага drv_faza0 запускает счетчик задержки относительно момента перехода через ноль.
  • Процедура обработки прерывания SIGNAL (SIG_INTERRUPT0) от датчика Zero-Cross управляет флагом drv_faza0.
  • Весь период полуволны в 10 мс разбивается на 500 значений задержки.
  • В массиве pwm_array[] заранее формируется набор задержек. Перебор индекса массива происходит в программе обработки прерывания SIGNAL (SIG_INTERRUPT0).

Более подробно см. проект.

Ниже будет описано, что можно получить, манипулируя полуволнами, но автор, работая над реальным проектом управления двигателем, не ограничился статическими значениями задержек. Для более стабильного результата была реализована следящая система поддержания заданных оборотов двигателя на основе тахометра. Программно это поддержано в процедуре NormalCtrl(), но описания этой части не входит в рамки данной статьи.

Управление двигателем с помощью манипуляций полуволнами.

  • Двигатель: асинхронный , 3 фазы, 250 Ватт, 220 В, 2730 об/мин, тип АИР56В2N3.
  • Фазосдвигающий конденсатор CF = 10мкФ х 400 В.
  • Активное сопротивление каждой обмотки Ra = 39 Ом.
  • RS = 46 Ом, CS = 0.22 мкФ.
  • Двигатель не нагружен, холостой ход.
  • Напряжения снимались через резистивный делитель относительно нейтрали N.

На диаграммах 1,2,3 зелёный график – напряжение на нагрузке (LOAD), жёлтый график – точка между сопротивлением RZ1 и PC814, она показывает реальные моменты перехода через ноль.

При определённой задержке фазы включения симистора, близкой к той, что показана на диаграмме 1, наблюдалась устойчивая работа двигателя на оборотах в два раза меньше максимальных. Однако незначительное уменьшение этой задержки, приводило к тому, что двигатель, постепенно разгоняясь, выходил на полные обороты и симистор открывался полностью, игнорируя управляющее воздействие.


Диаграмма 1. Начало вращения, постепенный набор оборотов.


Диаграмма 2. Обороты, близкие к максимальным, вырождение участков закрытого симистора.


Диаграмма 2. Обороты максимальные, симистор открыт.

Можно предположить, что срыв работы симистора, как управляющего элемента, объясняется динамическим изменением реактивной составляющей сопротивления обмоток двигателя, в результате чего симистор переходит в открытое состояние. К этим сложностям добавляется то обстоятельство, что неустойчивость симистора так же зависит и от момента на валу двигателя. Если удалось подобрать фазы задержек на холостых оборотах, то при нагрузке для устойчивой работы эти параметры будут совершенно иными.

Однако же заставить работать двигатель на оборотах, кратных максимальным можно. Получить достаточно плавную регулировку, правда, не получится. Самое же проблематичное это получить вращение двигателя при оборотах в диапазоне 0.75MAX

Источник

Adblock
detector