فئات: مقالات مميزة » إلكترونيات عملية
مرات المشاهدة: 368329
تعليقات على المقال: 5
مخططات محولات تردد الهواة
تم نشر واحدة من أولى دوائر التحويل لتشغيل محرك ثلاثي المراحل في مجلة راديو رقم 11 لعام 1999. كان مطور المخطط M. Mukhin في ذلك الوقت طالبًا من الصف العاشر وكان يعمل في دائرة إذاعية.
تم تصميم المحول لتشغيل محرك DID-5TA المصغر ثلاثي المراحل ، والذي تم استخدامه في الجهاز لحفر لوحات الدوائر المطبوعة. تجدر الإشارة إلى أن تردد التشغيل لهذا المحرك هو 400 هرتز ، وأن الجهد الكهربائي هو 27 فولت. بالإضافة إلى ذلك ، تم إحداث نقطة المنتصف للمحرك (عند توصيل اللفات بـ "نجم") ، مما أتاح تبسيط الدائرة للغاية: استغرق الأمر ثلاث إشارات خرج فقط ، وكانت كل مرحلة تتطلب مفتاح إخراج واحدًا فقط. يظهر مولد الدائرة في الشكل 1.
كما يتضح من الرسم التخطيطي ، يتكون المحول من ثلاثة أجزاء: مولد مولد النبض التسلسلي ثلاثي المراحل على الدوائر الصغيرة DD1 ... DD3 ، وثلاثة مفاتيح على الترانزستورات المركبة (VT1 ... VT6) والمحرك الكهربائي الفعلي M1.
يوضح الشكل 2 مخططات توقيت البقول الناتجة عن مولد المولد. يتكون المذبذب الرئيسي على رقاقة DD1. باستخدام المقاوم R2 ، يمكنك ضبط سرعة المحرك المطلوبة ، وكذلك تغييرها في حدود معينة. يمكن العثور على مزيد من المعلومات المفصلة حول الدائرة في السجل أعلاه. تجدر الإشارة إلى أنه وفقًا للمصطلحات الحديثة ، تسمى هذه المولدات وحدات التحكم.
الشكل 1
الشكل 2. الرسوم البيانية توقيت النبضات مولد.
استنادا إلى وحدة تحكم A. دوبروفسكي من مدينة نوفوبولوتسك ، منطقة فيتيبسك. تم تطوير تصميم محرك التردد المتغير لمحرك مدعوم من 220V AC. تم نشر مخطط الدائرة في مجلة Radio 2001. رقم 4.
في هذا المخطط ، بدون تغيير عمليًا ، يتم استخدام وحدة التحكم التي تمت مراجعتها للتو وفقًا لنظام M. Mukhin. تُستخدم إشارات الخرج من العناصر DD3.2 و DD3.3 و DD3.4 للتحكم في مفاتيح الخرج A1 و A2 و A3 ، التي يتصل بها المحرك الكهربائي. يوضح الرسم البياني المفتاح A1 ، والباقي متطابقان. يظهر الرسم التخطيطي الكامل للجهاز في الشكل 3.
الشكل 3
توصيل المحرك بإخراج العاكس ثلاثي الأطوار
للتعرف على اتصال المحرك بمفاتيح الإخراج ، يجدر التفكير في رسم تخطيطي مبسط مبين في الشكل 4.
الشكل 4
يوضح الشكل المحرك M ، الذي تتحكم فيه المفاتيح V1 ... V6. عناصر أشباه الموصلات لتبسيط الدائرة الموضحة في شكل جهات اتصال ميكانيكية. يتم تشغيل المحرك الكهربائي بواسطة جهد ثابت ثابت تم الحصول عليه من المقوم (غير موضح في الشكل). في هذه الحالة ، تسمى المفاتيح V1 و V3 و V5 العليا ، والمفاتيح V2 و V4 و V6 أقل.
من الواضح تمامًا أن فتح المفاتيح العلوية والسفلية في نفس الوقت ، وبالتحديد مع الأزواج V1 و V6 و V3 و V6 و V5 و V2 ، أمر غير مقبول تمامًا: ستحدث دائرة قصيرة. لذلك ، من أجل التشغيل المعتاد لمخطط المفاتيح هذا ، من الضروري أنه بحلول الوقت الذي يتم فيه فتح المفتاح السفلي ، يكون المفتاح العلوي قد تم إغلاقه بالفعل. تحقيقا لهذه الغاية ، تشكل وحدات التحكم وقفة ، وغالبا ما يشار إليها باسم "منطقة ميتة".
حجم هذا التوقف المؤقت هو ضمان الإغلاق المضمون لترانزستورات الطاقة. إذا كانت هذه الإيقاف المؤقت غير كافية ، فمن الممكن فتح المفاتيح العلوية والسفلية لفترة وجيزة في نفس الوقت. هذا يتسبب في حرارة الترانزستورات الإخراج ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى فشلها. يسمى هذا الموقف من خلال التيارات.
دعنا نعود إلى الدائرة الموضحة في الشكل 3. وفي هذه الحالة ، فإن المفاتيح العليا هي الترانزستورات 1VT3 ، والمفاتيح السفلية 1VT6. من السهل أن نرى أن المفاتيح السفلية متصلة بجهاز التحكم بجهاز التحكم وفيما بينها.لذلك ، يتم تغذية إشارة التحكم من الناتج 3 للعنصر DD3.2 خلال المقاومات 1R1 و 1R3 مباشرة إلى قاعدة الترانزستور المركب 1VT4 ... 1VT5. هذا الترانزستور المركب ليس سوى سائق رئيسي. بالضبط أيضًا من العناصر DD3 و DD4 ، يتم التحكم في الترانزستورات المركبة للسائق الرئيسي السفلي للقناتين A2 و A3. جميع القنوات الثلاث مدعومه بنفس المعدل. على جسر الصمام الثنائي VD2.
لا تحتاج المفاتيح العليا للاتصال بالكلفاني باستخدام سلك مشترك وجهاز تحكم ، للتحكم فيها ، بالإضافة إلى برنامج التشغيل ، على ترانزيستور مركب 1VT1 ... 1VT2 ، يجب تثبيت optocoupler 1U1 إضافية في كل قناة. يقوم ترانزيستور المخرجات في optocoupler في هذه الدائرة أيضًا بوظيفة العاكس الإضافي: عندما يكون المخرج 3 من عنصر DD3.2 عالي المستوى ، يكون ترانزستور المفتاح العلوي 1VT3 مفتوحًا.
يستخدم مقوم منفصل 1VD1 ، 1C1 لتشغيل كل سائق أعلى مفتاح. يتم تشغيل كل مقوم بواسطة لف محول فردي ، والذي يمكن اعتباره عيبًا في الدائرة.
يوفر Capacitor 1C2 تأخيرًا في التبديل يبلغ حوالي 100 ميكروثانية ، وهو نفس المقدار من optocoupler 1U1 ، مما يشكل "المنطقة الميتة" المذكورة أعلاه.
هل تنظيم الترددات كافٍ؟
مع انخفاض وتيرة الجهد المتناوب على الإمداد ، تنخفض المقاومة الاستقرائية لللفات الحركية (فقط تذكر صيغة المقاومة الاستقرائية) ، مما يؤدي إلى زيادة التيار من خلال اللفات ، ونتيجة لذلك ، ارتفاع درجة حرارة اللفات. أيضا ، مشبعة الدائرة المغناطيسية. لتجنب هذه النتائج السلبية ، عندما ينخفض التردد ، يجب أيضًا تخفيض القيمة الفعالة للجهد على اللفات الحركية.
تم اقتراح طريقة واحدة لحل المشكلة في هواة chastotniks لتنظيم هذه القيمة الأكثر فاعلية باستخدام LATR ، التي كان الاتصال المتحرك بها مرتبطًا ميكانيكيًا بمقاوم متغير لمنظم التردد. تمت التوصية بهذه الطريقة في المقالة التي كتبها س. كالوجين ، "إنهاء التحكم في السرعة للمحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور". مجلة راديو 2002 ، رقم 3 ، ص 31.
في ظروف الهواة ، تبين أن التجميع الميكانيكي كان معقدًا ، والأهم من ذلك أنه غير موثوق به. اقترح E. Muradkhanian من يريفان في مجلة الراديو رقم 12 2004 طريقة أبسط وأكثر موثوقية لاستخدام المحول التلقائي. ويرد في الشكلين 5 و 6 رسم تخطيطي لهذا الجهاز.
يتم توفير جهد التيار الكهربائي 220 فولت إلى المحول الذاتي T1 ، ومن اتصاله المتحرك إلى جسر المعدل VD1 مع مرشح C1 ، L1 ، C2. عند إخراج الفلتر ، يتم الحصول على جهد ثابت متغير Ureg ، والذي يستخدم لتشغيل المحرك نفسه.
الشكل 5
يتم أيضًا توفير الجهد Ureg من خلال المقاوم R1 إلى المذبذب الرئيسي DA1 ، المصنوع على الرقاقة KR1006VI1 (النسخة المستوردة NE555). نتيجة لهذا الاتصال ، يتحول مولد الموجة المربعة التقليدي إلى VCO (مولد يتم التحكم فيه بالجهد). لذلك ، مع زيادة الجهد Ureg ، يزداد تردد المولد DA1 أيضًا ، مما يؤدي إلى زيادة في سرعة المحرك. مع انخفاض الجهد Ureg ، فإن تردد المذبذب الرئيسي يتناقص أيضًا تناسبيًا ، مما يتجنب ارتفاع درجة حرارة اللفات وفائق التشبع في الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت.
الشكل 6
في مقال المجلة نفسه ، يقدم المؤلف نوعًا مختلفًا من المذبذب الرئيسي ، والذي يسمح لك بالتخلص من استخدام المحول التلقائي. تظهر دائرة المولدات في الشكل 7.
الشكل 7
تم إنشاء المولد في المشغل الثاني لرقاقة DD3 ، في الرسم البياني تم تعيينه على أنه DD3.2. يتم ضبط التردد بواسطة مكثف C1 ، ويتم التحكم في التردد بواسطة متغير مقاوم R2. بالإضافة إلى التحكم في التردد ، تتغير مدة النبضة عند خرج المولد أيضًا: عندما يتم تقليل التردد ، تنخفض المدة ، وبالتالي ينخفض الجهد على لف المحركات. يسمى مبدأ التحكم هذا تعديل عرض النبضة (PWM).
في دائرة الهواة قيد النظر ، تكون قوة المحرك صغيرة ، ويتم تشغيل المحرك بواسطة نبضات مستطيلة ، وبالتالي فإن PWM بدائية تمامًا. في الواقع محولات التردد الصناعية تم تصميم PWM عالية الطاقة لتوليد جهد الجيب تقريبا في الخرج ، كما هو مبين في الشكل 8 ، ولتنفيذ العمل مع مختلف الأحمال: في عزم دوران ثابت ، في قوة ثابتة وعند تحميل مروحة.
الشكل 8. شكل الجهد الناتج من مرحلة واحدة من العاكس على ثلاث مراحل مع PWM.
جزء السلطة من الدائرة
chastotniks ذات العلامات التجارية الحديثة لها ناتج MOSFET أو IGBT الترانزستورات السلطةالمصممة خصيصا للعمل في محولات التردد. في بعض الحالات ، يتم دمج هذه الترانزستورات في وحدات ، مما يعمل بشكل عام على تحسين أداء الهيكل بأكمله. يتم التحكم في هذه الترانزستورات باستخدام الدوائر المتخصصة للسائق. في بعض النماذج ، تتوفر برامج التشغيل المدمجة في وحدات الترانزستور.
في الوقت الحالي ، تعتبر الرقائق والترانزستورات الأكثر شيوعًا هي المعدل الدولي. في المخطط الموضح ، من الممكن استخدام برامج تشغيل IR2130 أو IR2132. في حالة واحدة من هذه الشريحة ، هناك ستة محركات في وقت واحد: ثلاثة للمفتاح السفلي وثلاثة للمفتاح العلوي ، مما يجعل من السهل تجميع مرحلة إخراج الجسر ثلاثية الطور. بالإضافة إلى الوظيفة الرئيسية ، تحتوي برامج التشغيل هذه أيضًا على عدة برامج إضافية ، على سبيل المثال ، الحماية ضد الحمولة الزائدة والدوائر القصيرة. يمكن العثور على مزيد من المعلومات التفصيلية حول برامج التشغيل هذه في الأوصاف التقنية لـ "ورقة البيانات" الخاصة بالشرائح المعنية.
مع كل المزايا ، فإن العائق الوحيد لهذه الدوائر الصغيرة هو سعرها المرتفع ، لذلك ذهب مؤلف البناء بطريقة مختلفة وأبسط وأرخص ، وفي الوقت نفسه عملي: تم استبدال الدوائر الدقيقة للسائق المتخصص برقائق توقيت مدمجة KR1006VI1 (NE555).
مفاتيح الإخراج على توقيت المتكاملة
إذا عدنا إلى الشكل 6 ، يمكننا أن نرى أن الدائرة بها إشارات خرج لكل مرحلة من المراحل الثلاث ، المعينة كـ "H" و "B". يسمح وجود هذه الإشارات بالتحكم المنفصل في المفاتيح العلوية والسفلية. يسمح لك هذا الفصل بإنشاء توقف مؤقت بين التبديل بين المفتاحين العلوي والسفلي باستخدام وحدة التحكم ، بدلاً من المفاتيح نفسها ، كما هو موضح في الشكل 3.
يظهر الشكل 9 دائرة مفاتيح الخرج التي تستخدم الدوائر الدقيقة KR1006VI1 (NE555). وبطبيعة الحال ، من أجل محول ثلاثي الطور ، هناك حاجة إلى ثلاث نسخ من هذه المفاتيح.
الشكل 9
كسائقين لمفاتيح (VT1) العلوية والسفلية (VT2) ، يتم استخدام الدوائر الدقيقة KR1006VI1 ، والتي يتم تضمينها وفقًا لنظام Schmidt المشغل. من خلال مساعدتهم ، من الممكن الحصول على تيار بوابة نبض لا يقل عن 200 مللي أمبير ، مما يجعل من الممكن الحصول على تحكم موثوق وسريع بما فيه الكفاية من الترانزستورات الخرج.
تتمتع رقائق المفاتيح السفلية DA2 باتصال جلفاني مع مزود الطاقة + 12V ، وبالتالي ، مع وحدة التحكم ، بحيث يتم تشغيلها من هذا المصدر. يمكن تشغيل الرقائق الدقيقة للمفاتيح العليا بالطريقة نفسها كما هو مبين في الشكل 3 باستخدام مقومات إضافية ولفائف منفصلة على المحول. ولكن في هذا المخطط ، يتم استخدام طريقة مختلفة للتغذية "السريعة" ، والمعنى هو على النحو التالي. تستقبل الدائرة الكهروضوئية DA1 الطاقة من المكثف الكهربائي C1 ، والتي تحدث شحنة من خلال الدائرة: + 12V ، VD1 ، C1 ، الترانزستور المفتوح VT2 (من خلال الأقطاب هي مصدر الصرف) ، "شائع".
بمعنى آخر ، يحدث الشحن على المكثف C1 أثناء فتح ترانزستور المفتاح السفلي. في هذه اللحظة ، تكون محطة ناقص المكثف C1 قصيرة الدائرة تقريبًا في السلك الشائع (مقاومة التصريف المفتوح - قسم مصدر الترانزستورات ذات التأثير الميداني القوي هو الألف من أوم!) ، مما يجعل من الممكن شحنه.
مع إغلاق الترانزستور VT2 ، سيتم إغلاق الصمام الثنائي VD1 أيضًا ، ستتوقف شحنة المكثف C1 حتى الفتح التالي للترانزستور VT2.لكن شحنة المكثف C1 كافية لتشغيل شريحة DA1 أثناء إغلاق الترانزستور VT2. بطبيعة الحال ، في هذه اللحظة ، يكون ترانزستور المفتاح العلوي في الحالة المغلقة. تبين أن مخطط مفاتيح الطاقة هذا جيد جدًا لدرجة أنه يتم تطبيقه دون تغييرات في تصميمات الهواة الأخرى.
تتناول هذه المقالة فقط أبسط مخططات لمحولات هواة ثلاثية الطور على دوائر مصغرة ذات درجة تكامل صغيرة ومتوسطة ، بدأ كل شيء فيها ، وحيث يمكنك حتى التفكير في كل شيء من الداخل باستخدام الدائرة. تصميمات أكثر حداثة باستخدام ميكروكنترولر ، في معظم الأحيان سلسلة الموافقة المسبقة عن علم، والتي تم نشر مخططات لها مرارا وتكرارا في مجلات الراديو.
وحدات التحكم في Microcontroller وفقًا للمخطط أبسط من الوحدات الدقيقة ذات التكامل المتوسط ، ولديها الوظائف الضرورية مثل بداية المحرك السلس، الحماية ضد الحمولة الزائدة والدوائر القصيرة وبعضها الآخر. في هذه الكتل ، يتم تنفيذ كل شيء على حساب برامج التحكم أو كما يطلق عليها "البرامج الثابتة". ستعتمد وحدة التحكم في العاكس ثلاثي المراحل بدقة على هذه البرامج.
يتم نشر دوائر بسيطة إلى حد ما لوحدات تحكم العاكس ثلاثية الطور في مجلة Radio 2008 No. 12. يسمى المقال "المذبذب الرئيسي لعاكس ثلاثي الطور." مؤلف المقال هو أيضًا مؤلف سلسلة من المقالات حول ميكروكنترولر والعديد من التصاميم الأخرى. تقدم المقالة دائرتين بسيطتين على ميكروكنترولر PIC12F629 و PIC16F628.
يتم تغيير تواتر الدوران في كلا المخططين خطوة بخطوة بمساعدة مفاتيح أحادية القطب ، وهو ما يكفي في العديد من الحالات العملية. يوجد أيضًا رابط يمكنك من خلاله تنزيل "البرامج الثابتة" الجاهزة ، علاوة على ذلك ، وهو برنامج خاص يمكنك من خلاله تغيير معلمات "البرامج الثابتة" وفقًا لتقديرك. ومن الممكن أيضا تشغيل وضع المولدات "التجريبي". في هذا الوضع ، يتم تقليل تردد المولد بنسبة 32 مرة ، مما يسمح بصريًا باستخدام مصابيح LED لمراقبة تشغيل المولدات. كما يقدم توصيات لتوصيل وحدة الطاقة.
ولكن ، إذا كنت لا ترغب في الانخراط في برمجة متحكم دقيق ، فقد أصدرت موتورولا وحدة تحكم ذكية متخصصة MC3PHAC ، مصممة لأنظمة التحكم في المحركات ثلاثية الطور. على أساسها ، من الممكن إنشاء أنظمة غير مكلفة لمحرك ثلاثي الأوجه قابل للتعديل يحتوي على جميع الوظائف اللازمة للتحكم والحماية. يتم استخدام أدوات التحكم الدقيقة هذه بشكل متزايد في الأجهزة المنزلية المختلفة ، على سبيل المثال ، في غسالات الصحون أو الثلاجات.
مع وحدة التحكم MC3PHAC ، من الممكن استخدام وحدات الطاقة الجاهزة ، على سبيل المثال IRAMS10UP60A التي طورتها International Rectifier. تحتوي الوحدات على ستة مفاتيح طاقة ودائرة تحكم. لمزيد من التفاصيل حول هذه العناصر ، راجع وثائق ورقة البيانات الخاصة بهم ، والتي يسهل العثور عليها على الإنترنت.
بوريس الأديشين
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: