קטגוריות: מאמרים מוצגים » אלקטרוניקה מעשית
מספר צפיות: 368329
הערות לכתבה: 5
ערכות של ממירי תדרים חובבים
אחד ממעגלי המהפך הראשונים להפעלת מנוע תלת פאזי פורסם במגזין הרדיו מספר 11 משנת 1999. יזם התוכנית מ 'מוחין באותה תקופה היה תלמיד כיתה י' והיה עוסק במעגל רדיו.
הממיר נועד להפעיל את המנוע התלת-פאזי המיניאטורי DID-5TA, ששימש במכונה לקידוח מעגלים מודפסים. יש לציין שתדירות ההפעלה של מנוע זה היא 400 הרץ, ומתח האספקה הוא 27 וולט. בנוסף, הוצא את נקודת האמצע של המנוע (כאשר מחברים את העקמומיות עם "כוכב"), מה שאיפשר לפשט את המעגל בצורה קיצונית: הוא לקח רק שלושה אותות יציאה, וכל שלב נדרש למפתח פלט אחד בלבד. מעגל הגנרטור מוצג באיור 1.
כפי שניתן לראות מהתרשים, הממיר מורכב משלושה חלקים: מחולל דופק ברצף תלת פאזי על מחזור מיקרו-מעגלים DD1 ... DD3, שלושה מקשים על טרנזיסטורים מורכבים (VT1 ... VT6) והמנוע החשמלי M1 בפועל.
איור 2 מציג את דיאגרמות התזמון של פולסים הנוצרים על ידי גנרטור הגנרטור. מתנד הראשי מיוצר בשבב DD1. באמצעות נגן R2, באפשרותך להגדיר את מהירות המנוע הרצויה, כמו גם לשנות אותה בגבולות מסוימים. מידע מפורט יותר על המעגל ניתן למצוא ביומן לעיל. יש לציין שעל פי המינוח המודרני גנרטורים כאלה מכונים בקרים.
איור 1
איור 2. תרשימי תזמון של פולסי הגנרטור.
מבוסס על הבקר א 'דוברובסקי מהעיר נובופולוצק, אזור ויטבסק. תכנון הכונן בתדר משתנה עבור מנוע המופעל על ידי 220V AC פותח. דיאגרמת המעגל פורסמה בכתב העת רדיו 2001. מספר 4.
בתכנית זו, כמעט ללא שינוי, נעשה שימוש בבקר שנבדק זה עתה בהתאם לתכנית של M. Mukhin. אותות היציאה מהרכיבים DD3.2, DD3.3 ו- DD3.4 משמשים לשליטה על מקשי הפלט A1, A2 ו- A3, אליהם מחובר המנוע החשמלי. התרשים מציג את המפתח A1, השאר זהים. תרשים שלם של המכשיר מוצג באיור 3.
איור 3
חיבור המנוע לפלט של מהפך תלת פאזי
כדי להכיר את חיבור המנוע למפתחות הפלט, כדאי לשקול תרשים מפושט המוצג באיור 4.
איור 4
התרשים מציג את המנוע M, הנשלט על ידי מקשים V1 ... V6. אלמנטים מוליכים למחצה לפישוט המעגל המוצג בצורה של אנשי קשר מכניים. המנוע החשמלי מופעל על ידי מתח קבוע Ud המתקבל מהמיישר (לא מוצג באיור). במקרה זה, המקשים V1, V3, V5 נקראים עליונים, והמפתחות V2, V4, V6 תחתונים.
די ברור כי פתיחת המקשים העליונים והתחתונים בו זמנית, כלומר עם הזוגות V1 & V6, V3 & V6, V5 & V2, אינה מקובלת לחלוטין: קצר קצר. לפיכך, לפעולה הרגילה של ערכת מפתח כזו, חובה שעד פתיחת המקש התחתון המפתח העליון כבר נסגר. לשם כך, הבקרים יוצרים הפוגה, המכונה לעיתים קרובות "אזור המת".
עוצמתה של הפסקה זו היא כזו שתבטיח סגירה מובטחת של טרנזיסטורי הכוח. אם הפסקה זו אינה מספיקה, ניתן לפתוח בקצרה את המקשים העליונים והתחתונים בו זמנית. זה גורם לטרנזיסטורי הפלט להתחמם, מה שמוביל לרוב לכישלונם. מצב זה נקרא באמצעות זרמים.
נחזור למעגל המוצג באיור 3. במקרה זה, המתגים העליונים הם טרנזיסטורים 1VT3, והמתקנים התחתונים 1VT6. קל לראות שהמפתחות התחתונים מחוברים בצורה גלוונית למכשיר הבקרה וביניהם.לפיכך, אות השליטה מפלט 3 של האלמנט DD3.2 דרך הנגדים 1R1 ו- 1R3 מוזנים ישירות לבסיס הטרנזיסטור המורכב 1VT4 ... 1VT5. הטרנזיסטור המורכב הזה אינו אלא מנהל התקן נמוך יותר. בדיוק גם מהיסודות DD3, DD4, נשלטים הטרנזיסטורים המורכבים של מנהל התקן התחתון של הערוצים A2 ו- A3. כל שלושת הערוצים מופעלים על ידי אותו מיישר. על גשר הדיודה VD2.
על המפתחות העליונים של תקשורת גלוונית עם חוט ומכשיר בקרה משותפים אין, לפיכך, כדי לשלוט עליהם, בנוסף לנהג, על טרנזיסטור מורכב 1VT1 ... 1VT2, היה צורך להתקין כל מכשיר אופטי 1U1 אופטי נוסף בכל ערוץ. טרנזיסטור מצמד האופטי לפלט במעגל זה מבצע גם את הפונקציה של מהפך נוסף: כאשר הפלט 3 של אלמנט ה- DD3.2 הוא ברמה גבוהה, הטרנזיסטור של המתג העליון 1VT3 פתוח.
מיישר נפרד 1VD1, 1C1 משמש להפעלת כל נהג מקש עליון. כל מיישר מופעל על ידי סלילה שנאי בודד, אשר יכול להיחשב כחיסרון של המעגל.
הקבל 1C2 מספק עיכוב מיתוג מפתחות של כמאה מיקרו-שניות, מצמד האופטי 1U1 נותן את אותו הכמות, ובכך יוצר את "אזור המת" הנ"ל.
האם ויסות תדרים מספיק?
עם ירידה בתדירות המתח לסירוגין האספקה, ההתנגדות האינדוקטיבית של פיתולי המנוע יורדת (רק זכרו את נוסחת ההתנגדות האינדוקטיבית), מה שמוביל לעלייה בזרם דרך הפיתולים, וכתוצאה מכך, לחימום יתר של הפיתולים. כמו כן, המעגל המגנטי של הסטטור רווי. כדי להימנע מהשלכות שליליות אלה, כאשר התדר יורד, יש להפחית גם את הערך האפקטיבי של המתח על סלילי המנוע.
אחת הדרכים לפתור את הבעיה אצל צ'סטוטניקים חובבים הוצעה להסדיר ערך אפקטיבי זה בעזרת LATR, שבמגע הניתן לו היה קשר מכני עם נגדי משתנה של ווסת התדרים. שיטה זו הומלצה במאמרו של ס. קלוגין, "סיום בקר המהירות של מנועים אסינכרוניים תלת-פאזיים". כתב העת לרדיו 2002, מס '3, עמ' 31.
בתנאי חובבים, ההרכבה המכנית התבררה כמורכבת, והכי חשוב, לא אמינה. דרך פשוטה ואמינה יותר לשימוש בשנאי אוטומטי הוצעה על ידי א 'מוראדכאניאן מירוואן במגזין הרדיו מספר 12 2004. תרשים של מכשיר זה מוצג באיורים 5 ו -6.
מתח החשמל של 220 וולט מסופק לשנאי T1 וממגעו הזז לגשר המיישר VD1 באמצעות פילטר C1, L1, C2. ביציאת המסנן מתקבל Ureg מתח קבוע משתנה שמשמש להפעלת המנוע עצמו.
איור 5
אורג המתח דרך הנגד R1 מסופק גם למתנד הראשי DA1, המיוצר על השבב KR1006VI1 (גרסה מיובאת NE555) כתוצאה מחיבור זה, גנרטור גל מרובע קונבנציונאלי הופך לגנרטור VCO (גנרטור מבוקר מתח). לכן, עם עלייה במתח האורג, עולה גם תדירות הגנרטור DA1, מה שמוביל לעלייה במהירות המנוע. עם ירידה באורג המתח, תדירות מתנד הראשי פוחתת גם באופן פרופורציונאלי, מה שמונע התחממות יתר של הפיתוליות ומרווחי-העל של המעגל המגנטי של הסטטור.
איור 6
באותה מאמר בכתב העת, הכותב מציע גרסה של מתנד הראשי, המאפשר להיפטר מהשימוש במתקן אוטומטי. מעגל הגנרטור מוצג באיור 7.
איור 7
הגנרטור מיוצר על ההדק השני של שבב DD3, בתרשים הוא נקרא DD3.2. התדר נקבע על ידי קבל C1, התדר נשלט על ידי נגן R2 משתנה. יחד עם בקרת התדרים משתנה גם משך הדופק ביציאת הגנרטור: עם התדירות הפוחתת משך הזמן יורד, כך שהמתח על פיתולי המנוע יורד. עקרון בקרה זה נקרא אפנון רוחב הדופק (PWM).
במעגל החובבנים הנחשבים, כוח המנוע קטן, המנוע מופעל על ידי פולסים מלבניים, ולכן ה- PWM די פרימיטיבי. בממש ממירי תדרים תעשייתיים PWM בעל עוצמה גבוהה מיועד לייצר מתח סינוסי כמעט כמעט בפלט, כפי שמוצג באיור 8, וליישם עבודה עם עומסים שונים: במומנט קבוע, בעוצמה קבועה ובעומס מאוורר.
איור 8. צורת מתח היציאה של שלב אחד של מהפך תלת פאזי עם PWM.
חלק כוח של המעגל
צ'סטוטניקים ממותגים מודרניים הם בעלי תפוקה טרנזיסטורי כוח של MOSFET או IGBTתוכנן במיוחד להפעלה ממירי תדרים. בחלק מהמקרים, טרנזיסטורים אלה משולבים למודולים, מה שמשפר בדרך כלל את ביצועי המבנה כולו. טרנזיסטורים אלה נשלטים באמצעות מעגלי מיקרו נהגים מיוחדים. בדגמים מסוימים, מנהלי התקנים זמינים משולבים במודולי טרנזיסטור.
נכון לעכשיו, השבבים והטרנזיסטורים הנפוצים ביותר הם מיישר בינלאומי. בתכנית המתוארת, ניתן בהחלט להשתמש במנהלי התקנים IR2130 או IR2132. במקרה אחד של שבב כזה ישנם שישה דרייברים בבת אחת: שלושה עבור המפתח התחתון ושלושה עבור זה העליון, מה שמקל על הרכבת שלב פלט גשר תלת פאזי. בנוסף לפונקציה העיקרית, מנהלי התקנים אלה מכילים גם מספר כוננים נוספים, למשל, הגנה מפני עומס יתר וקצרים. מידע מפורט יותר על מנהלי התקנים אלה ניתן למצוא בתיאורים הטכניים של גיליון הנתונים עבור השבבים המתאימים.
עם כל היתרונות, החיסרון היחיד של מעגלי המיקרו הללו הוא מחירם הגבוה, ולכן כותב העיצוב הלך בדרך שונה, פשוטה יותר, זולה יותר ובאותה עת מעשית: מעגלי מיקרו-נהגים מיוחדים הוחלפו על ידי שבבי טיימר משולבים КР1006ВИ1 (NE555).
מקשי פלט על טיימרים משולבים
אם נחזור לתרשים 6, נוכל לראות כי למעגל יש אותות פלט עבור כל אחד משלושת השלבים, המיועד כ- "H" ו- "B". נוכחותם של אותות אלה מאפשרת שליטה נפרדת על המקשים העליונים והתחתונים. הפרדה זו מאפשרת ליצור הפוגה בין מיתוג המקשים העליונים והתחתונים באמצעות יחידת הבקרה, ולא המקשים עצמם, כפי שהוצג בתרשים באיור 3.
המעגל של מפתחות הפלט באמצעות מעגלי המיקרו KR1006VI1 (NE555) מוצג באיור 9. באופן טבעי, עבור ממיר תלת פאזי יש צורך בשלושה עותקים של מפתחות כאלה.
איור 9
כנהגי המפתחות העליונים (VT1) והתחתון (VT2) משתמשים במעגלי המיקרו KR1006VI1, הכלולים על פי תוכנית ההדק של שמידט. בעזרתם ניתן להשיג זרם שער דופק של לפחות 200 mA המאפשר להשיג שליטה אמינה ומהירה מספיק על טרנזיסטורי הפלט.
לשבבים של המקשים התחתונים DA2 יש חיבור גלווני עם ספק הכוח + 12 וולט, ובהתאם, עם יחידת הבקרה, כך שהם מופעלים ממקור זה. ניתן להפעיל את המיקרו-שבבים של המפתחות העליונים באותו אופן כפי שהוצג באיור 3 באמצעות מיישרים נוספים ופיתולים נפרדים בשנאי. אולם בתכנית זו משתמשים בשיטת תזונה שונה, מה שנקרא "מהיר", שמשמעותה היא כדלקמן. מעגל המיקרו DA1 מקבל כוח מהקבל האלקטרוליטי C1 שהמטען שלו מתרחש דרך המעגל: + 12V, VD1, C1, טרנזיסטור פתוח VT2 (דרך האלקטרודות הניקוז הוא המקור), "נפוץ".
במילים אחרות, המטען על קבל C1 מתרחש בזמן שטרנזיסטור המפתח התחתון פתוח. ברגע זה, מסוף מינוס של הקבל C1 כמעט ומעגל הקצר לתיל המשותף (ההתנגדות של הניקוז הפתוח - קטע המקור של טרנזיסטורי אפקט שדה רב עוצמה הוא אלפי אוהם!), המאפשר לטעון אותו.
כאשר הטרנזיסטור VT2 סגור, הדיודה VD1 תיסגר גם כן, המטען של הקבל C1 ייפסק עד הפתיחה הבאה של הטרנזיסטור VT2.אבל הטעינה של הקבל C1 מספיקה בכדי להניע את השבב DA1 בזמן שהטרנזיסטור VT2 סגור. באופן טבעי, ברגע זה, הטרנזיסטור של המפתח העליון נמצא במצב סגור. תוכנית זו של מפתחות חשמל התבררה כל כך טובה שהיא מיושמת ללא שינויים בעיצובים חובבים אחרים.
מאמר זה דן רק במזימות הפשוטות ביותר של ממירים תלת-פאזיים חובבים במעגלי מיקרו בדרגת אינטגרציה קטנה ובינונית, איתם הכל התחיל, ושם תוכלו אפילו לשקול כל מה שבפנים באמצעות המעגל. עיצובים מודרניים יותר נעשים באמצעות בקרי מיקרו, לרוב סדרות PICשתוכניות שפורסמו שוב ושוב במגזיני הרדיו.
יחידות בקרת מיקרו-בקרים לפי הסכימה פשוטות יותר מאשר במעגלי מיקרו בדרגת אינטגרציה בינונית, יש להם פונקציות הכרחיות כמו התחלת מנוע חלקה, הגנה מפני עומס יתר ומעגלים קצרים וכמה אחרים. בבלוקים אלה הכל מיושם על חשבון תוכנות בקרה או כפי שהם מכונים "קושחה". יחידת הבקרה של מהפך תלת פאזי תהיה תלויה במדויק בתוכניות אלה.
מעגלים פשוטים למדי עבור בקרי מהפך תלת פאזיים מתפרסמים בכתב העת רדיו 2008 מס '12. המאמר נקרא "מתנד הראשי עבור מהפך תלת פאזי." כותב המאמר הוא גם מחבר סדרת מאמרים בנושא בקרי מיקרו ועיצובים רבים אחרים. המאמר מציג שני מעגלים פשוטים על בקרי מיקרו PIC12F629 ו- PIC16F628.
תדירות הסיבוב בשתי הסכימות משתנה צעד אחר צעד בעזרת מתגים עם עמוד מוט, וזה מספיק למדי במקרים מעשיים רבים. יש גם קישור בו תוכלו להוריד "קושחה" מוכנה, ויתרה מכך, תוכנית מיוחדת איתה תוכלו לשנות את הפרמטרים של “הקושחה” לפי שיקול דעתכם. זה אפשרי גם הפעלת מצב הגנרטורים "הדגמה". במצב זה, תדירות הגנרטור מופחתת פי 32, מה שמאפשר שימוש חזותי בנורות LED כדי לצפות בפעולת הגנרטורים. הוא גם מספק המלצות לחיבור יחידת הכוח.
אבל, אם אינך מעוניין לעסוק בתכנות מיקרו-בקר, מוטורולה פרסמה בקר אינטליגנטי MC3PHAC המיועד למערכות בקרה מוטוריות דו-פאזיות. על בסיסו ניתן ליצור מערכות זולות של כונן תלת פאזי מתכוונן המכיל את כל הפונקציות הדרושות לבקרה והגנה. בקרי מיקרו כאלה משמשים יותר ויותר במכשירים ביתיים שונים, למשל במדיחי כלים או מקררים.
להשלים עם בקר MC3PHAC ניתן להשתמש במודולי חשמל מחוץ למדף, למשל IRAMS10UP60A שפותחה על ידי International Rectifier. המודולים מכילים שישה מתגי חשמל ומעגל בקרה. לפרטים נוספים על רכיבים אלה, עיינו בתיעוד גיליון הנתונים שלהם, שקל למצוא באינטרנט.
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: