Бесколлекторный двигатель схема контроллер

Контроллеры управления бесколлекторными двигателями компании APEX Microtechnology

В настоящее время существует актуальность использования электродвигателей в промышленности различных отраслей, где становится задача автоматизации управления электроприводом. В данной статье будет рассмотрен пример построения системы управления бесколлекторными электродвигателями постоянного тока с использованием специализированных контроллеров компании APEX Microtechnology.

Электроприводы с цифровым микропроцессорным управлением применяются не только в станкостроении, роботизированных отраслях, но и в бытовой технике, медицинской технике, автомобилестроении. Причина широкого использования электроприводов объясняется многими факторами. Во-первых, применение алгоритмов, запрограммированных на конкретные операции, позволяет значительно повысить производительность конечных устройств. Во-вторых, гибкость, достигаемая посредством изменения программы управления либо сменой датчиков. В-третьих, качество управления объектом улучшается, т.к. современные контроллеры позволяют реализовывать такие алгоритмы управления, как фаззи-логика, скользящие режимы. Точность и диапазон регулирования приводом повышается.
Развитие цифрового регулируемого электропривода обязано появлению силовой полупроводниковой техники. Появление контроллеров для управления электроприводами позволило создавать преобразователи частоты для асинхронных приводов, приводов с вентильными и вентильно-индукторными двигателями. Кроме того, использование контроллеров позволяет значительно экономить затраты на электроэнергию.
Как вариант реализации управления электроприводом компания APEX Microtechnology предлагает использовать контроллеры серии BCXX, возможность применения которых в целях управления бесколлекторными электродвигателями постоянного тока (БДПТ) будет рассматриваться в данной статье.
Компания APEX Microtechnology представляет уникальные решения для управления 3-х фазными БДПТ. Компанией выпускаются три изделия данной категории (табл.1). Семейство устройств BC — контроллеров управления БДПТ — обеспечивает полностью интегрированное решение 2-х и 4-х квадрантного управления. Мощности конечных устройств на базе данного контроллера (при их компактном размере) могут достигать 8,5 кВт.

Выходной ток пост.

Мощность двигателя max

2. Описание контроллера

Контроллер управления БДПТ APEX BCXX (XX — постоянный выходной ток (А) ) обеспечивает необходимые функции контроля 3-х фазными ДПТ в замкнутых или разомкнутых системах (рис.1). Контроллеры серии BC обладают 3-х фазной мостовой схемой с 2-х или 4-х квадрантной системой управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и выбираемой коммутацией 60° или 120°. BCXX способны управлять двигателями, мощностью до 4,5 кВт.

Контроллеры обеспечивают управление двигателем, генерацию сигнала ШИМ, управление коммутацией, усиление рассогласования и контроль токового считывания обмотки двигателя.

Контроллер может генерировать 4-х квадрантное управление ШИМ для приложений, обеспечивающих продолжительный переход через нулевую скорость электродвигателя или 2-квадрантное управление ШИМ, которое, из-за его экономичности, более подходит для реализации однонаправленного вращения. Однако в данном режиме существует возможность изменения направления движения ротора путем использования входа, обеспечивающего реверс. Таким образом, возможна реализация работы со сложными алгоритмами замедления даже при использовании 2-х квадрантного управления.

3. 2-х и 4-х квадрантное управление ШИМ

BCXX может быть сконфигурирован, используя входную логику, и действовать как контроллер, реализующий как 2-х квадрантное, так и 4-х квадрантное управление сигналом ШИМ. При 2-х квадрантном управлении происходит захват одной фазы двигателя и сигнал ШИМ запитывает положительной полярностью одну фазовую обмотку двигателя. При 4-х квадрантном управлении ШИМ, коммутируется две фазы двигателя. 4-х квадрантное управление сигналами ШИМ имеет более широкое применение, по сравнению с 2-х квадрантным, в таких случаях как: позиционное управление, фазовая синхронизация, скоростное управление, управление по сложному алгоритму.

Контроллер имеет четыре схемы защиты, необходимые для его надежной работы при различного рода нежелательных ситуациях:

— схема обнаружения пикового значения тока, которая запрограммирована на значение датчика тока, размещенного между ДМОП-источниками и обратным выходом высокого напряжения.

— схема защиты от перегрева, функции которой заключаются в прерывании работы контроллера при перегреве и возобновлении ее только после достаточного охлаждения до рабочей температуры.

— схема защиты от сверхтоков, прекращающая работу контроллера при превышении тока силового источника напряжения примерно в 1,5 раза пикового значения тока.

обрыв цепи при обесточивании контроллера.

5. Пример схемной реализации на основе контроллера BC20

Ранее было оговорено, что в зависимости от вида управления ШИМ могут быть реализованы различные схемы управления электродвигателем. Ниже приводится пример использования контроллера при реализации скоростного управления электродвигателем в замкнутой системе, сигналы ШИМ которого используют 4-х квадрантный режим управления.

Рассмотрим подробнее работу схемы (рис.2).

Номинальное рабочее напряжение микросхемы, подаваемое на вход Vcc, составляет 15В. На вход OE должен быть подан логически активный сигнал для разрешения работы контроллера. В начале статьи оговаривалось, что скоростной режим управления двигателем рационально реализовывать при 4-х квадрантном режиме управления, чтобы обеспечивать возможность остановки ротора двигателя. Поэтому, на вход 2Q, который указывает режим управления сигналами ШИМ, подается логически пассивный сигнал, т.е. реализовывается 4-х квадрантный режим. Вход управления реверсом REV при 4-х квадрантном режиме остается пассивным. Угол коммутации фаз двигателя задается логически активным сигналом, подаваемым на вход 120. В данном случае шаг ротора при каждой коммутации будет равен 120 эл. град. Выход FAULT микросхемы показывает о нарушении работы схемы подключенным к нему световым индикатором.

Сигналы с датчиков Холла, установленных на двигателе, подаются на входы HS1-HS3 контроллера. За изменением уровня сигнала датчиков Холла следит выход SSC. Важно правильно подключить датчики Холла с выводами микросхемы, иначе ротор двигателя может либо двигаться в обратном направлении, либо сильно колебаться, либо вообще не двигаться. На вход REF_IN подается аналоговый управляющий сигнал, а на вход FB подается сигнал с тахогенератора. С выхода MOTOR_I на вход TORQ подается аналоговое напряжение, пропорциональное току двигателя. Тем самым эти выводы, соединенные между собой через резистор, образуют замкнутый контур тока. Резистор стабилизирует коэффициент передачи. С выходов OUT1-OUT3 происходит управление фазовыми обмотками двигателя. S1-S3 — входы/выходы, необходимые для замыкания рабочего контура двигателя и отслеживания значения тока для защиты контроллера от сверхтоков.

Для работы схем защиты используется вход HVRTN. Питание двигателя осуществляется через вход HV.

6. Преимущества гибридного исполнения

Контроллеры серии BCXX выполнены по гибридной технологии, которая позволяет относительно быстро создавать электронные устройства, выполняющие достаточно сложные функции. С использованием гибридной технологии созданы и другие продукты, такие как ШИМ–усилители и линейные операционные усилители.

Использование уникальных технологий способствует созданию качественных продуктов. Гибридная технология сборки значительно увеличивает рассеиваемую мощность устройств, при их компактном размере. Например, контроллер BC20 с габаритными размерами 112x51x12 мм (рис. 3) обладает внутренней рассеиваемой мощностью 480 Вт, что позволяет ему управлять двигателями мощностью до 4,5 кВт. Технологии производства компании APEX повышает надежность создаваемых устройств, которые могут работать в жестких условиях окружающей среды. Гибридная технология сборки устройств значительно повысила диапазон рабочих температур (-40С – +85С).

Изделия на базе контроллера управления бесколлекторным электродвигателем постоянного тока BCXX могут применяться в самом широком спектре высокопроизводительного промышленного автоматизированного оборудования, такого как автоматические производственные линии, удаленные системы управления, роботы — манипуляторы и другие прецизионные устройства с электроприводом.

Также хотелось бы добавить, что компоненты компании APEX являются высокофункциональными устройствами, обладают уникальными техническими характеристиками, разработаны для применений в жестких условиях внешней среды. Многие из компонентов APEX дают возможность найти решение там, где другие варианты либо дорогостоящи и экономически нецелесообразны, либо вообще невозможны.

Компания APEX Microtechnology предлагает решения, упрощающие проектирование устройств и одновременно повышающие их надежность. Использование контроллеров компании APEX существенно облегчает реализацию системы управления электроприводом и позволяет значительно снизить количество компонентов в схеме, и тем самым сократить время, затрачиваемое на разработку и тестирование.

TMCC160 — контроллер и драйвер бесколлекторного двигателя в одном корпусе

Компания Trinamic известна своими интегральными решениям для управления шаговыми двигателями. На этот раз фирма сделала значительный рывок вперед и выпустила микросхему контроллера бесколлекторных двигателей TMCC160. Она объединяет в одном корпусе процессор Cortex-M4 и драйвер силового трехфазного моста. Благодаря поддержке широкого спектра интерфейсов и датчиков положения TMCC160 способна стать базовой микросхемой для электроприводов: как для простых, так и для сложных и ответственных приложений.

Рис. 1. TMCC160 – контроллер бесколлекторного двигателя от TRINAMIC

Управление бесколлеторным двигателем – сложная задача. Как известно, в таких двигателях нет коллекторно-щеточного узла. Вместо этого переменное поле создается с помощью электронного блока управления. При этом формирование питающих напряжений и коммутация обмоток производится по достаточно сложному алгоритму.

Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из статора с обмотками и ротора, изготовленного из постоянного магнита. Наибольшее распространение получили трехфазные моторы. Их обмотки соединены звездой или треугольником.

Если подключить одну из фаз на шину питания, а вторую на шину земли, то через соответствующие обмотки начнет протекать ток. Он создаст магнитное поле, которое приведет к повороту ротора. Чтобы добиться кругового вращения, необходимо коммутировать фазы двигателя по специальному алгоритму. Обычно используется последовательность из шести шагов (рис. 2).

Рис. 2. Принцип работы бесколлектроного двигателя

На первом этапе к шине питания подключается фаза А, а фаза B — к земле. После этого ротор начнет вращение. Когда его положение приблизится к положению равновесия, необходимо повернуть магнитное поле статора. Для этого производится вторая коммутация обмоток – фаза A отключается, а напряжение питания подается на фазу С. Проводя такие последовательные переключения, можно поворачивать поле статора, и, соответственно, добиться вращения подвижного ротора.

В этой простой с первого взгляда схеме есть множество сложностей. Во-первых, нужно очень точно определять моменты коммутации обмоток, например, с помощью датчиков Холла или энкодеров. Во-вторых, для управления скоростью необходимо менять значение тока обмоток. Для этого обычно используют ШИМ (рис. 3). В третьих, коммутация производится за счет трехфазного моста, который требует драйвера, и обеспечения мертвого времени. В-четвертых, необходимо обеспечить оптимальные разгонные и тормозные характеристики. Кроме всего перечисленного не стоит забывать и о таких важных функциях привода, как поддержка аналогового или цифрового управления.

Рис. 3. Упрощенные диаграммы напряжений фаз бесколлекторного двигателя

Таким образом, для создания привода потребуется достаточно сложная схема, включающая контроллер, драйвер силовых транзисторов, силовой мост, источник питания для процессора и логики управления, источник питания для драйвера и т. д. Еще более сложным окажется программное обеспечение для процессора. Однако с появлением специализированных интегральных контроллеров создание электронной части электропривода значительно упростилось.

В разделе УНИТЕРА неоднократно публиковались статьи о контроллерах шаговых двигателей от TRINAMIC. Теперь же компания вышла на новый для себя рынок контроллеров бесколлекторных двигателей. Первым продуктом компании стала микросхема TMCC160.

TMCC160 – интегральный контроллер бесколлекторного двигателя, объединяющий в одном миниатюрном корпусе LGA (17x12x1,4 мм) ключевые компоненты системы управления:

• производительный процессор Cortex-M4;
• драйвер силового моста с источником питания 12 В/ 1 А;
• источник питания 3,3 В с входным напряжением 7…24 В.

Для создания привода на базе TMCC160 потребуется силовой мост и несколько пассивных компонентов (рис. 4).

Рис. 4. Схема включения TMCC160

Функции управления и выполнение алгоритмов коммуникации обеспечивает процессор Cortex-M4:

• Формирование управляющих сигналов для драйвера силового моста;
• Прием и обработка сигналов обратной связи;
• Прием и обработка сигналов с датчиков положения (датчиков Холла и энкодеров);
• Управление работой схемы тормозного резистора;
• Прием команд управления от внешнего управляющего контроллера по интерфейсам UART/ SPI/ CAN;
• Прием аналогового сигнала управления AIN;
• Взаимодействие с внешней ПЗУ EEPROM (если требуется).

Интегрированный драйвер формирует управляющие сигналы для силового трехфазного моста. Для этой цели используется внутренний источник 12 В 1 А.

TMCC160 может работать как в автономном режиме, так и под управлением внешнего контроллера. Для автономной работы в простых приложениях (вентиляторы, насосы) в качестве задающего сигнала удобно использовать аналоговый вход 10 В. При работе в паре с внешним контроллером, для управления параметрами вращения двигателя также может применяться аналоговый вход либо один из цифровых интерфейсов (UART/ SPI/ CAN). При этом общение с TMCC160 производится с помощью языка TMCL, включающего около 2048 команд.

В состав средств разработки и отладки входят: система проектирования ПО TMCL-IDE 3.0 и отладочный набор TMCC160-EVAL (рис. 5).

Рис. 5. Подключение и внешний вид отладочной платы TMCC160-EVAL

Отладочная плата TMCC160-EVAL, по сути, является полноценным контроллером бесколлекторных двигателей с номинальным напряжением питания 24 В и током до 10 А. Плата включает микросхему TMCC160-LC, силовой трехфазный мост, схему управления тормозным резистором, цепи нормирования для сигналов датчиков положения (датчиков Холла и энкодеров), микросхемы интерфейсов RS232, RS485, CAN, SPI. Таким образом, для того чтобы создать свой первый привод потребуется только лишь ПК, двигатель и источник питания.

В качестве заключения хотелось бы отметить, что новый контроллер наверняка найдет свое применение как в относительно простых приложениях (насосы, вентиляторы), так и в сверхточных и ответственных системах: роботы, двигатели станков с ЧПУ, системы промышленной автоматизации, медицинское и лабораторное оборудование, электромобили, электровелосипеды и многое другое.

Характеристики микросхемы контроллера бесколлекторного двигателя TMCC160:

• Микропроцессорное ядро: ARM Cortex-M4;
• Управление: FOС и шестишаговое;
• Диапазон рабочих напряжений питания: 7…28 В;
• Драйвер силового моста: 12 В, 1 А;
• Встроенный регулятор: 3,3 В 500 мА;
• Поддерживаемые датчики: датчики Холла и энкодеры;
• Коммуникационные интерфейсы: RS232, RS485, CAN, SPI;
• Особенности: аналоговый вход управления (10 В), поддержка резистивного резистора;
• Язык программирования: TMCL с поддержкой 2048 команд;
• Среда разработки: TMCL-IDE 3.0 (доступна для скачивания на сайте www.trinamic.com);
• Диапазон рабочих температур: -40…85 °C;
• Корпусное исполнение: 17x12x1,4 мм 51-выводной LGA.

Характеристики отладочного набора TMCC160-EVAL:

Бесколлекторный двигатель схема контроллер

SG92R Arduino — цифровой сервопривод, улучшенный аналог модели SG90. Устройство широко используется ..

Драйверы и контроллеры двигателей

Ваша корзина пуста!

Контроллер двигателя Ардуино используется для сборки электросхемы, конструкция которой предполагает наличие двигателя. В схему большинства модулей подобного рода входит несколько мостов. Это позволяет соединять несколько щеточных и шаговых двигателей постоянного тока.

Если схема создана правильно, контроллер шагового двигателя Arduino позволит менять направление, скорость движения моторов в определенное время работы. Управление реализуется за счет подачи сигналов на нужное количество входов штыревого типа.

Контроллер шагового двигателя Ардуино: технические особенности

Конструктивно разные модели модулей незначительно отличаются между собой, но каждый имеет стандартные входы-выходы. Отметим основные, используемые при создании электросхемы:

• OUT. Контроллер шагового двигателя на Ардуино часто оснащается несколькими выходами OUT для подключения двигателей щеточного типа или без коллекторно-щеточного узла.
• GND. Стандартный вход, который соединяется с таким же входом на плате Arduino.
• VSS. Вход предназначен для подключения питания мотора, в комплекте с Arduino максимально возможный уровень может составлять 35V.
• IN. Обычно имеется несколько входов IN, они используются для создания связи управления с двигателями. Выходы всегда устанавливаются в режиме “0” для организации старта мотора. Если необходимо поставить контроллер у бесколлекторного двигателя Arduino, программирование осуществляется в соответствии с функционалом роботизированной системы.
• VS. Вход необходим для организации питания логики и требует 5V. Через него осуществляется запись на микросхему. Некоторые сборщики не используют данный вход, если применять модуль со стабилизатором напряжения.

Как подключить и использовать контроллер шагового двигателя на Ардуино

Драйверы для контроля и управления двигателями используются в разных сферах деятельности. Сборщики применяют контроллеры для создания цепей 3D принтеров, шагающих или иным образом передвигающихся роботов или вендинговых аппаратов. Если подробнее разобраться в работе этих устройств, возможно создать целую роботизированную систему, которая будет управляться с помощью ИК-приемника. В роли “мозга” контроллер бесколлекторного двигателя Arduino, как и любой аналогичный модуль, поддерживает работу большинства распространенных стандартных плат — Nano, Uno или других подобных.

Принципы соединения электросхемы просты и понятны даже начинающим сборщикам, знание протоколов и профессиональной электротехники не понадобится. Весь процесс соединения с двигателями и платой сводится к подключению логических уровней. Обязательным этапом является создание программы в Arduino IDE, где прописываются функции Setup(), здесь нужно учитывать следующее:

• Для IN задаются логические нули, что обеспечит гарантированное вращение двигателей с момента старта.
• Возможно задать увеличение скорости на определенной секунде. Тогда на максимальной скорости контроллер дает команду обратного движения и скорость замедляется. Затем весь алгоритм запускается заново.

Контроллер двигателя Ардуино в интернет-магазине Ekot

Интернет-магазин Ekot предлагает заказать любой контроллер шагового двигателя Arduino из представленных в данном разделе каталога. К каждому опубликовано подробное техническое описание и фото для быстроты выбора. При этом мы гарантируем оригинальное качество устройств при сохранении доступной цены.

Если вы хотите выбрать контроллер шагового двигателя Ардуино, но у вас возникли сложности или вопросы, свяжитесь с нашими консультантами по телефонам, указанным на сайте. Работает онлайн-форма обратной связи.

Микросхемы управления трехфазными двигателями постоянного тока: Электробайк. Контроллер двигателя своими руками / Блог компании Mail.ru Group / Хабр

Бесколлекторные двигатели постоянного тока. Устройство бесколлекторного двигателя. — Avislab

Общее устройство (Inrunner, Outrunner)

Схему Inrunner обычно применяют для высокооборотистых двигателей с небольшим количеством полюсов. Outrunner при необходимости получить высокомоментный двигатель со сравнительно небольшими оборотами. Конструктивно Inrunners проще из за того, что неподвижный статор может служить корпусом. К нему могут быть смонтированы крепежные приспособления. В случае Outrunners вращается вся внешняя часть. Крепеж двигателя осуществляется за неподвижную ось либо детали статора. В случае мотор-колеса крепление осуществляется за неподвижную ось статора, провода заводятся к статору через полую ось.

Магниты и полюса

Количество магнитов не всегда соответствует количеству полюсов. Несколько магнитов могут формировать один полюс:

В этом случае 8 магнитов формируют 4 полюса. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу.

Магниты на роторе закрепляются с помощью специального клея. Реже встречаются конструкции с держателем магнитов. Материал ротора может быть магнитопроводящим (стальным), немагнитопроводящим (алюминиевые сплавы, пластики и т.п.), комбинированным.

Обмотки и зубья

Количество зубьев статора должно делиться на количество фаз. т.е. для трехфазного бесколлекторного двигателя количество зубьев статора должно делиться на 3. Количество зубьев статора может быть как больше так и меньше количества полюсов на роторе. Например существуют моторы со схемами: 9 зубьев/12 магнитов; 51 зуб/46 магнитов.

Двигателя с 3-х зубым статором применяют крайне редко. Поскольку в каждый момент времени работает только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор не равномерно по всей окружности (см. рис.).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее.

В этом случае магнитные силы, воздействующие на ротор, компенсируют друг друга. Дисбаланса не возникает.

Варианты распределения обмоток фаз по зубьям статора

Вариант обмотки на 9 зубов

Вариант обмотки на 12 зубов

В приведенных схемах число зубов выбрано таким образом, чтобы оно делилось не только на 3. Например, при 36 зубьях приходится 12 зубьев на одну фазу. 12 зубьев можно распределить так:

6 групп по 2 зуба

4 группы по 3 зуба

Шаговые двигатели (подробный разбор 4 типов)

Общие сведения:

Шаговый двигатель — это бесколлекторный двигатель, ротор которого вращается не плавно, а шагами (дискретно). Полный оборот ротора состоит из нескольких шагов. Меняя форму сигнала, количество импульсов, их длительность и фазовый сдвиг, можно задавать скорость вращения, направление вращения и количество оборотов ротора двигателя.

Шаговые двигатели состоят из ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть). На статоре устанавливают электромагниты, а части ротора взаимодействующие с электромагнитами выполняются из магнитотвердого (двигатель с постоянными магнитами) или магнитомягкого (реактивный двигатель) материала.

Виды шаговых двигателей по типу ротора:

По типу ротора, шаговые двигатели делятся на: двигатели с постоянными магнитами, реактивные двигатели и гибридные двигатели.

• Двигатель с постоянными магнитами (ротор из магнитотвердого материала). На роторе установлен один, или несколько, постоянных магнитов. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на роторе, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 4 до 48 шагов (один шаг от 7,5° до 90°).
• Реактивный двигатель (ротор из магнитомягкого материала). Еще такие двигатели называют двигателями с переменным магнитным сопротивлением. Ротор не имеет постоянных магнитов, он выполнен из магнитомягкого материала в виде многоконечной звезды. Данные двигатели встречаются редко, так как у них наименьший крутящий момент, по сравнению с остальными, при тех же размерах. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества зубцов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 24 до 72 шагов (один шаг от 5° до 15°.)
• Гибридный двигатель (совмещает технологии двух предыдущих двигателей). Ротор выполнен из магнитотвердого материала (как у двигателя с постоянными магнитами), но имеет форму многоконечной звезды (как у реактивного двигателя). Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Количество шагов в одном обороте таких двигателей может доходить до 400 (один шаг от 0,9°).

Какой тип шагового двигателя у меня?

Если вручную покрутить ротор отключённого двигателя, то можно заметить, что он движет

Управление электродвигателями

Исследования Мирового Энергетического Совета в 2013 году, говорят о том, что около 45% глобального потребления электроэнергии приходится на электродвигатели. Они являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Электродвигатели можно встретить в бытовой технике, инструментах, электромобилях, поездах, на нефтяных платформах и дамбах.

Со времен промышленной революции мы постоянно сокращаем трудозатраты и время, внедряя электродвигатели во всевозможное оборудование. Масса устройств с электроприводом сделала наши домашние дела проще и удобнее, а наши рабочие места стали более эффективными и рентабельными. Но какой ценой?

Энергопотребление и окружающая среда

В современном мире, где сокращаются запасы ископаемых видов топлива, где внимательно следят за экологией и окружающей средой, производителям любых изделий с моторами приходится нелегко. Пока не существует достойной альтернативы по получению электроэнергии из возобновляемых источников, проблема усугубляется стремительным увеличением спроса в связи с экономическим ростом в Африке, Азии и Южной Америке и быстрорастущей численностью мирового населения. Во всем мире правительства все более активно внедряют законодательные меры, направленные на сокращение потребления энергии. В ответ на это промышленные заказчики стараются инвестировать в более эффективное оборудование. Не желают отставать и дальновидные розничные потребители, которые ищут изделия с низким энергопотреблением.

Компактные двигатели

Помимо сокращения энергопотребления, инженеры также сталкиваются с необходимостью сокращения размеров моторов, приводов и их контроллеров. Так, например, для потребителя большой объем барабана в стиральной машинке является дополнительным критерием выбора, но тем не менее машинка по-прежнему должна соответствовать стандартным размерам. Сокращение пространства для электронных компонентов усложняет терморегулирование и охлаждение и порождает некоторые трудности для инженеров-разработчиков. Добавление механизмов охлаждения только увеличивает потребление энергии, поэтому двигатели должны быть спроектированы таким образом, чтобы выделять меньше тепла.

Архитектура систем управления двигателями

Системы управления двигателем

На приведенной выше схеме показаны стандартные блоки системы управления двигателем в зависимости от типа двигателя, области его применения, уровня управления и мониторинга.

Контроллер – это устройство управления, микроконтроллер или ЦСП, который воспринимает такие команды, как направление, скорость и крутящий момент. Он необходим для генерации одного или нескольких сигналов для приведения в действие мотора. Управление обычно осуществляется посредством ШИМ. Контроллер также может быть снабжен обратной связью в виде измерения тока и положения, чтобы обеспечить более точное управление, защиту двигателя и обнаружение неисправности.

Привод — в большинстве случаев привод необходим для усиления сигналов, образуемых контроллером для обеспечения достаточно

Модель привода асинхронного двигателя с полевым управлением (FOC)

Описание

Блок привода асинхронного двигателя с полевым управлением представляет собой стандартный векторный или роторный управляемый привод для асинхронных двигателей. Этот привод имеет регулирование скорости с обратной связью на основе косвенного или прямого векторного управления. Скорость контур управления выдает эталонный электромагнитный момент и поток ротора машины. В опорные прямые и квадратурные (dq) составляющие тока статора, соответствующие управляемые поток и крутящий момент ротора выводятся на основе стратегии косвенного векторного управления.В затем используются опорные компоненты dq тока статора для получения требуемых стробирующих сигналов. для инвертора через гистерезисный или ШИМ-регулятор тока.

Основным преимуществом этого привода по сравнению с приводами с скалярным управлением является его быстрая динамика. ответ. Внутренний эффект связи между крутящим моментом и магнитным потоком в машине регулируется. за счет развязки (ориентации потока ротора) управления, что позволяет моменту и потоку быть управляются независимо.Однако из-за сложности вычислений реализация этого Привод требует быстрых вычислительных процессоров или DSP.

Примечание

В Simscape ™ Программное обеспечение Electrical ™ Specialized Power Systems, индукционное управление с ориентацией на поле Блок моторного привода обычно называют моторным приводом AC3 .

Блок привода индукционного двигателя с полевым управлением использует эти блоки из библиотеки Electric Drives / Fundamental Drive Blocks:

Remarks

Модель дискретная.Хорошие результаты моделирования были получены с 2 µ с временным шагом. Для моделирования устройства цифрового контроллера система управления имеет два разных времени выборки:

Время выборки регулятора скорости должно быть кратно времени выборки FOC. В последнее время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования. Среднее значение инвертор позволяет использовать большие временные шаги моделирования, поскольку он не генерирует малое время постоянные (из-за демпферов RC), присущие детальному преобразователю.Для времени выборки ВОК 60 мкс, хорошие результаты моделирования были получены для временного шага моделирования 60 мкс. Этот временной шаг не может быть больше, чем временной шаг FOC.