Електричний двигун – це машина, що перетворює електричну енергію в механічну Перші електродвигуни зявилися в середині 19 століття Успіхи в їх розробці повязують з іменами таких видатних фізиків та інженерів, як НТесла, БЯкобі, ГФерраріс, ВСіменс

Розрізняють електро двигуни постійного і змінного струму Перевага перших полягає в можливості економічного і плавного регулювання частоти обертання вала Перевага другого – велика питома потужність на одиницю ваги У микроконтроллерной практиці часто застосовують низьковольтні двигуни постійного струму, використовувані в побутових і компютерних вентиляторах (Табл 213) Зустрічаються також конструкції з мережевими двигунами

Таблиця 213 Параметри вентиляторів фірми Sunon

Обмотку двигуна слід розглядати як котушку з великою індуктивністю, тому її можна комутувати звичайними транзисторними ключами (Мал 278, а .. т) Головне – це не забути про захист від ЕРС самоіндукції

У двигунах постійного струму є можливість змінювати напрямок обертання ротора в залежності від полярності робочої напруги У таких випадках широко використовують мостові схеми «Н-bridge» (Мал 279, а .. і)

Рис 278 Схеми через транзисторні ключі (початок):

а) регулювання швидкості потоку повітря вентилятора M1 Конденсатор С / зменшує ВЧ-перешкоди Діод VD1 захищає транзистор VT1 від викидів напруги Резистор R1 визначає ступінь насичення транзистора Г77, а резистор R2 закриває його при рестарт MK Частота імпульсів ШІМ на виході МК повинна бути не менше 30 кГц, тобто за межами звукового діапазону, щоб виключити неприємний «свист» Елементи С / і R2 можуть бути відсутні

б) плавне регулювання частоти обертання вала двигуна M1 через канал ШІМ Конденсатор С / є первинним, а конденсатор С2-вторинним фільтром сигналів ШІМ Про

Рис 278 Схеми через транзисторні ключі

(Продовження):

в) транзистори VT1, VT2 зєднуються паралельно для збільшення сумарного колекторного струму Резистори R1, R2 забезпечують рівномірне навантаження по потужності на обидва транзистора, що повязано з розкидом у них коефіцієнтів І2] Е і ВАХ переходів «база – емітер»

г) двигун M1 (фірма Airtronics) має «цифровий» вхід управління, що дозволяє підключати до нього MK безпосередньо Транзисторні ключі (драйвери) знаходяться всередині двигуна

д) два окремих джерела живлення дозволяють значно знизити вплив на MK електричних перешкод, які генерує двигун M1 Система працюватиме стійкіше GB1 – це малопотужна літієва батарея, GB2, GB3 – це пальчикові гальванічні елементи із загальним напругою 32 В і потужністю, достатньої для запуску і роботи двигуна M1 \

е) паралельні резистори R2, R3 служать обмежувачами струму, що протікає через двигун M1 Крім того, вони стабілізіруютток в навантаженні, якщо транзистор VT1 знаходиться в активному режимі або на межі входу в режим насичення

ж) MK включає / вимикає двигун M1 Резистором R3 підлаштовується частота обертів його валу Стабілізатором служить «магнітофонний» мікросхема DA1 фірми Panasonic З її допомогою на затискачах двигуна M1 підтримуються постійні параметри, які практично не залежать від коливань температури і напруги живлення

з) дроселі L7, L2 і конденсатори C7, С2фільтруют випромінюються двигуном радіоперешкоди З тією ж метою двигун поміщається в заземлений екранований корпус

Рис 278 Схеми через транзисторні ключі

(Продовження):

і) вібромотор M1 є джерелом потужних електромагнітних і радіочастотних перешкод Елементи L /, L2, C1 служать фільтрами Резистор R2 обмежує пусковий струм через два прочиненому транзисторі VT1 Діоди VD1, УА2срезаютвершиныимпульсныхпомех

к) елементи VD1, C1 і VD2, & 2фільтруют перешкоди з харчування, які генерує двигун M1 в напрямку до MK Частоту обертів вала двигуна можна плавно регулювати через канал ШІМ MK, при цьому окремий ФНЧ не потрібно, оскільки двигун має велику інерцію і сам згладжує проходять через нього ВЧ-імпульси струму

л) застосування ключа на польовому транзисторі VT1 підвищує ККД в порівнянні з ключем на біполярному транзисторі, зважаючи нижчого опору «стік – витік» Резистор R1 обмежує амплітуду наведень, які можуть «просочуватися» від працюючого двигуна M1 у внутрішні ланцюга MK через ємність «затвор – стік» транзистора VT1

м) транзистор VT2 є потужним силовим ключем, який подає живлення на двигун ML а транзистор VT1 – демпфером, який швидко гальмує обертання вала після вимкнення Резистор R1 знижує навантаження на вихід MK при заряді ємностей затворів польових транзисторів VT1, VT2 Резистор Я2отключаетдвігатель M1 при рестарт MK

н) ключ на транзисторах VT1, VT2 зібраний за схемою Дарлінгтона і має велике посилення Для регулювання швидкості обертання вала двигуна M1 може застосовуватися метод ШІМ або фазо-імпульсне управління Система не має зворотного звязку, тому при зниженні швидкості обертання через зовнішнього гальмування буде зменшуватися робоча потужність на валу

Рис 278 Схеми через транзисторні ключі

(Продовження):

м) вбудовування MK в уже існуючий тракт регулювання швидкості обертання вала двигуна Ml У цей тракт входять всі елементи схеми, крім резистора R2 Резистором R4 виставляється «груба» частота обертання Точне підстроювання здійснюється імпульсами з виходу MK Можлива організація зворотного звязку, коли МК стежить за яким-небудь параметром і динамічно підлаштовує швидкість обертання залежно від напруги живлення або температури

о) швидкість обертання вала двигуна M1 визначається скважностью імпульсів в каналі ШІМ, що генеруються з нижнього виходу MK Основним комутуючим ключем служить транзистор VT22, решта транзисторні ключі беруть участь у швидкій зупинці двигуна M1 по сигналу ВИСОКОГО рівня з верхнього виходу MK

п) плавне регулювання частоти обертів вала двигуна M1 проводиться резистором R8 ОУ ТШ служить стабілізатором напруги з подвійною зворотним звязком через елементи R1, R8, C2 і R9, R10, C1 Комбінацією рівнів з трьох виходів MK (ЦАП) можна східчасто змінювати швидкість обертання вала двигуна M1 (точний підбір резисторами R2 .. R4) Лінії MK можуть переводитися в режим входу без «pull-up» резистора для збільшення числа «сходинок» ЦАП

Рис 278 Схеми через транзисторні ключі (закінчення):

p) фазо-імпульсне управління двигуном змінного струму M1 Чим більший час за період мережевої напруги відкритий транзистор VT1, тим швидше обертається вал двигуна

з) включення потужного двигуна змінного струму Ml проводиться через оптотиристор KS7, який забезпечує гальванічну розвязку від ланцюгів MK

т) аналогічно Рис 278, п, але з одним кільцем зворотного звязку через елементи C7, R6, R8 Резистор R4 регулює частоту обертання валу двигуна Ml плавно, а MK – дискретно

Рис 279 Мостові схеми до MK (початок):

а) напрямок обертання вала двигуна Ml змінюється бруківці «механічної» схемою на двох групах контактів реле KL1, K12 Частота перемикання контактів реле повинна бути низькою, щоб швидко не виробився ресурс Дроселі L7, L2 знижують комутаційні струми при перемиканні реле і, відповідно, рівень випромінюваних електромагнітних перешкод

Рис 279 Мостові схеми до MK (продовження):

б) при високому рівні на верхньому і НИЗЬКОМУ рівні на нижньому виході МК транзистори К77 .. до ТЗ відкриваються, а транзистори кг4 .. КГ6закриваются, інавпаки Коли полярність живлення двигуна Ml змінюється на протилежну, то його ротор обертається в зворотну сторону Сигнали з двох виходів МК повинні бути протівофазного, але з невеликою паузою НИЗЬКОЇ рівня між імпульсами, щоб закрити обидва плеча (усунення наскрізних струмів) Діоди VD1 . VD4уменьшают викиди напруги, тим самим захищаючи транзистори від пробою

в) аналогічно Рис 279, б, але з іншими номіналами елементів, а також з апаратною захистом від одночасного відкривання транзисторів одного плеча за допомогою діодів VD3, VD4 Діоди VD1, КД2повишают завадостійкість при великій відстані до MK Конденсатор С / знижує «іскрові» імпульсні радіоперешкоди, що генеруються двигуном Ml

Рис 279 Мостові схеми до MK (продовження):

г) аналогічно Рис 279, б, але з відсутністю «замикаючих» резисторів в базових колах транзисторів VT2, VT4 Расчётнато,чтообмоткадвигателяЛ//достаточнонизкоомная,следователо, при рестарт МК зовнішні перешкоди на які «висять у повітрі» базах транзисторів VT1 VT2, VT4, VT6 не зможуть відкрити їх колекторні переходи

д) аналогічно Рис 279, б, але з максимальним спрощенням схеми Рекомендується для пристроїв, що виконують другорядні функції Напруга живлення + Еі має відповідати робочій напрузі двигуна M1 \

е) на відміну від попередніх схем, транзистори VT1 ​​.. VT4 включаються за схемою з загальним емітером і управляються високий / низький рівнем безпосередньо з виходів MK Двигун M1 повинен бути розрахований на робоче напруга 3 .. 35 В Діоди VD1 .. VD4 зменшують викиди напруги Фільтр LL C1 знижує імпульсні перешкоди з харчування від двигуна M1, які можуть призводити до збоїв у роботі MK Зустрічаються заміни деталей: VT1 VT3-KT972 VT2, VT4-KT973 VD1 .. VD4-КД522Б, Rx = 33 кОм R2 = 33 кОм

ж) мостова схема на чотирьох керуючих транзисторах VT1 VT2, VT4, VT5 структури р-п-р Підлаштування резистором R4 регулюється напруга на двигуні Ml, а значить, і частота обертів відразу для двох напрямків обертання ротора

Рис 279 Мостові схеми до MK (закінчення):

з) мостова схема для управління потужним двигуном Ml (24 В, 30 А) Зміна полярності напруги на двигуні проводиться протівофазного рівнями на середніх виходах MK, а швидкість обертання – методом ШІМ на верхньому і нижньому виходах MK

і) транзистори VT2, VT5 подають харчування на бруківку схему управління двигуном Ml Їх запаралелювання дозволяє підключити до діода VD1 ще одну таку ж схему

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)