|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШИМ - регулятор на основе
интегрального таймера на КР1006ВИ1
(По материалам форума http://electrotransport.ru)
Описанная в статье конструкция разрабатывалась для управления электродвигателями на электротранспорте с напряжением питания 24 вольта. Это устройство
с таким же успехом можно использовать для регулирования мощности в других устройствах.
Принципиальная электрическая схема устройства показана на рисунке.
Рис.1
Схема
принциапиальная
регулятора
скорости
вращения
двигателя
постоянного
тока
Испытания устройства показали, что схема не годится для управления очень большими токами. Причина заключается в большой величине времени спада и нарастания
фронтов импульсов управления транзисторами. Значение 150 нс крутизны фронтов микросхемы КР1006ВИ1 (NE555) заявленные в даташитах не соответствуют
действительности. По некоторым не проверенным источникам можно полагать, что величина крутизны фронтов близка к 300 нс. Испытания проходили с аналогом
интегрального таймера - NE555
Издержкой данной схемы являются паразитные импульсы при нулевом положении задающего потенциометра. Они слышны на двигателе, но этим можно пренебречь
из-за малой мощности импульсов.
Рекомендуемый ток управления данным устройством до 70 ампер. При этом необходимо помнить, что устройство не имеет защит по току и температуре, поэтому
целесообразно установить амперметр и контролировать ток визуально.
Частота коммутации определяется конденсатором С2 величиной 20нф и составляет 5 килогерц. Причем устройство имеет особенность изменять частоту
с увеличением тока нагрузки. Частота меняется примерно с 3 до 5 кГц. Для ШИМ регулятора это не критично, и даже благоприятно для силовых транзисторов.
Кстати, уменьшая частоту коммутации до 1 кГц и чуть ниже, можно снизить величину нагрева выходных транзисторов и тем самым увеличить ток
коммутации. А при работе с нагрузками отличными от электродвигателя частоту можно понизить до 50-100 Гц.
Переменный резистор R2 (датчик положения дроссельной заслонки инжекторных автомобилей ВАЗ) служит для регулирования тока через нагрузку. Ток
меняется путем заполнения ШИМ импульса, т.е. длительности импульса. Применение именно этого потенциометра имеет недостаток, а именно не весь диапазон изменения
длительности импульса можно получить..
Заполнение ШИМ импульса удается увеличить только до 90%. Для полного включения нагрузки можно с помощью тумблера замыкать подвижный контакт потенциометра
на нижний по схеме вывод
потенциометра. Причиной неполного заполнения ШИМ является резистор величиной 1.5 Ком включенный в цепь подвижного контакта потенциометра.
Проблема
решается путем замены потенциометра на обычный радиотехнический, но такой потенциометр проблематично установить на транспортное средство по причине
сложности конструкции для его управления педалью или ручкой газа, да и выносливость (долговечность) его желает лучшего. При использовании ШИМ регулятора
в бытовых условиях необходимо использовать именно обычный потенциометр.
После замены потенциометра может измениться диапазон работы ШИМ, поэтому необходимо подобрать резистор R1 для настройки работы ШИМ регулятора в рабочем диапазоне.
Диоды подключенные с потенциометру определяют цепи заряда и разряда конденсатора С2.
С выхода интегрального компаратора управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее уже на силовые
транзисторы. Расчет величины резисторов в базовых цепях транзисторов не приводится. Эту информацию можно почерпнуть в статье на этом же
сайте "ШИМ регулятор на IR2110 на токи до 100 а"
В схеме были испытаны транзисторы КТ972 и КТ973 имеющие более высокие показатели по частоте, но реально работают в схеме несколько хуже. Всё-таки лучше использовать
КТ815 и КТ816. Проводились эксперименты без усилительного каскада на транзисторах, т.е. управление силовыми транзисторами сразу с выхода интегрального
таймера, но при этом нагрев выходных транзисторов заметно усиливался. Двухтактный каскад улучшает крутизну импульса.
Печатная плата изготавливается из одностороннего стеклотекстолита размерами 50х50 мм.
Рис.2 Плата печатная
На печатной плате изображено два резистора по 50 ом мощностью по 2 ватта, отсутствующие на принципиальной схеме. Они предназначены для подключения вентилятора обдува,
заимствованного от кулера процессора компьютеров.
При использовании в качестве нагрузки электродвигателя его необходимо заблокировать демпферным (фиксирующим) диодом с параметрами в два раза превышающими
напряжение питания и в два раза ток нагрузки. Например 150EBU02 или изготовить сборку из диодов КД213, исходя из тока нагрузки. Работа устройства
без этого диода практически невозможна, а иногда приводит к выходу из строя мощных силовых транзисторов, их чрезмерному перегреву. Диод (диоды) также
необходимо поместить на теплоотвод.Но здесь не требуется радиатор больших размеров.Достаточно платины размером 30 кв.см.
Потери мощности на регулирующих ключах не велики, но к подбору теплоотвода надо отнестись тщательно. В оригинальной конструкции использован кулер от
компютерного процессора. Вентилятор подключен через ограничивающее сопротивление величиной 100 ом, о котором только что упоминалось, к питающему напряжению
24 вольта.
Рис.3 Устройство в сборе
При изготовлении устройства очень настоятельно рекомендую правильно сделать силовой блок. Рис.3 частично подсказывает как надо его делать.
Должно быть минимум изгибов проводников с большими токами. Да и к разводке печатной платы тоже предьявляются серьезные требования.
Упоминаемая выше крутизна фронтов существенно зависит и от топологии платы.
Еще обращу внимание на подачу питания. Питание на печатную плату подавать с клеммы аккумулятора, избегать подключения к проводу нагрузки, во избежание
проникновения высокочастотных помех и пульсаций в цепи питания электронного устройства и как следствие сбоев работы устройства в целом.Питание
устройства осуществляется интегральным стабилизатором КР142ЕН8В(Е), для лучшего отфильтровывания наводок поступающих по проводам питания.
Имеется недостаток: В случае неполного использования всего диапазона регулировки потенциометра, невозможно отрегулировать полный диапазон регулирования
мощности нагрузки. Т.е. конструкция узла управления оборотами должна обеспечить полный ход движка регулятора.
И ещё пожелание. При разгоне и трогании транспортного средства необходимо контролировать максимальный ток через нагрузку. Устройство
не имеет функции ограничения тока. Для контроля тока используйте подходящий по параметрам амперметр.
-----------------------------Практический пример применения----------------------------------
На основе рассмотренного регулятора разработана упрощённая схема регулятора. Далее представлена схема регулятора вращения для электродвигателя питаемого
аккумулятором 12 вольт, эскиз печатной платы. Ток потребления около 15 ампер. Напряжение питания возможно увеличить до 20 вольт, но не более. Иначе может выйти
из строя силовой транзистор по управляющему входу из-за электрического пробоя. Устройство применено для управления электрифицированной тележкой. В качестве
привода тележки применено два мотор-редуктора стеклоподьемника ВАЗ2110. Во втором экземпляре тележки применен мотор-редуктор привода дворников от "ЗИЛа". Он
также имеет реверсивное направление вращения выходного вала, кроме этого несколько мощней моторчиков от стеклоподьемника. Поэтому применили только
один мотор-редуктор для привода тележки. Этот мотор-редуктор имеет обмотки двух скоростей. На разьеме необходимо установить перемычку
для возможности получения максимального крутящего момента.
Рис.3
Схема
принциапиальная
регулятора
скорости
вращения
для тележки
Рис.4
Эскиз печатной платы (50х60 мм)
Рис.5 Общая схема тележки
Далее представлены общие виды тележки для тепличницы, так сказать, результат коллективного творчества механиков и электронщиков.
Требовались токарные работы для изготовления колёс тележки, втулок для крепления звёздочек на валу ведущих колес и выходного вала мотор-редуктора.
Работы выполнял токарь ремонтно-механических мастерских Осипов Владимир Иванович, под его же руководством проходили работы по сборке тележки.
Задние колёса независимые, свободно вращающиеся на валу (оси), передние колёса зафиксированы на оси и туда же зафиксированы втулки ведомых звездочек.
Для хорошей соосности установки ведущей звездочки можно применить родной для этих мотор-редукторов шкив. Но его придётся тоже переточить и запресовать
во втулку звездочки. Для надёжной фиксации желательно в валу просверлить осевое отверстие и ввернуть контрольный винт.
Примененный на реальной тележке способ получения квадратного отверстия для вала мной не одобряется. Отверстие было пробито квадратным
стержнем по предварительно проверленному отверстию, что дало не соосное его расположение. В результате имеется биение. При сильно натянутой цепи, корёжит
весь узел крепления мотор-редуктора.
Второй вариант тележки с мотор-редуктором от ЗИЛа не свободен от недостатков. У него консольное крепление выходного вала, кроме этого втулку крышки, где
выходит вал, укоротили для установки шестерни. Ресурс работы такого привода тоже будет не велик.
Для транспортировки тележки установлены дополнительные, свободно поворачивающиеся колёса. Они позволяют закатывать тележку на "калач" - направляющие для движения тележки.
Обратите внимание на расположение этих колёс относительно рабочей группы колёс (ведущие колёса не могут свободно вращаться из-за сопротивления мотор-редуктора).
Такое расположение позволяет удобно закатывать и снимать тележку с "калачей".
На последних фотографиях показано неверное расположение транспортных колес, они позднее были перемещены позади ведомых колес тележки, да и электропривод был переставлен на
другую ось.
Вернуться в раздел электроники, к другим схемам ШИМ
-----------------------------------------2011 год----------------------------------------------
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
