Широтно-импульсная модуляция и управление электромоторами

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) - один из видов модуляции потока прямоугольных импульсов, следующих с постоянной частотой.

Принцип работы ШИМ

На рис.1 показан принцип такой модуляции.  верхней части рисунка изображен модулирующий сигнал (в данном случае - синусоида с постоянной подставкой).

В нижней части рисунка показано, как в зависимости от модулирующего сигнала изменяется длительность импульсов, следующих с постоянной частотой. Если такие импульсы пропустить через фильтр нижних частот, то на его выходе появится модулирующий сигнал.

Широтно-импульсная модуляция, принцип, диаграмма

Рис. 1. Широтно-импульсная модуляция, принцип, диаграмма.

Для управления электромотором постоянного тока в данном случае важно, что чем больше длительность импульсов в ШИМ-после-довательности, тем больше уровень постоянной составляющей.

Как известно, скорость вращения электромотора постоянного тока прямо пропорциональна напряжению питания [1]. Поэтому можно управлять мотором, изменяя напряжение источника питания.

Но на практике, как правило, используют нерегулируемые источники питания. Вот в таком случае и нужно использовать ШИМ. Мотор является фильтром нижних частот, поэтому при грамотном выборе частоты следования импульсов можно управлять скоростью вращения, используя маломощные средства управления.

Схема управления мотором постоянного тока

На рис.2 показана классическая схема управления мотором постоянного тока с помощью моста из мощных транзисторов VT2-VT5, в диагональ которого включен мотор М.

Транзисторы моста управляются от двух менее мощных транзисторов: транзистор VT1 включает транзисторы моста VT2 и VT5; транзистор VT6 - транзисторы моста VТЗ и VТ4. В первом случае мотор М вращается в одном направлении, во втором - в противоположном.

Классическая схема управления мотором постоянного тока с помощью моста из мощных транзисторов

Рис. 2. Классическая схема управления мотором постоянного тока с помощью моста из мощных транзисторов.

В нашем случае на входы транзисторов VT1 или VT6 подаются не постоянные напряжения, а ШИМ-последовательность. Тогда при постоянном напряжении источника питания появляется возможность регулировать обороты мотора. Типы транзисторов зависят от мощности мотора.

Например, для транзисторов КТ816, КТ817 с максимальным током 3 А при напряжении питания +12 В максимальная мощность равна 36 Вт.

Схема устройства для формирования ШИМ-последовательности

Схема устройства для формирования ШИМ-последовательности показана на рис.З. Схема состоит из счетчика DD1 и схемы сравнения кодов DD2.

При подаче импульсов тактовой частоты на вход С и разрешения работы по входу EN на выходе счетчика DD1 цифровой код пробегает значения от 0000 до 1111, т.е. во времени образует циклически нарастающую последовательность (рис.4).

Эта последовательность поступает на входы А схемы сравнения кодов DD2. На группу входов В поступает постоянный цифровой код К0 с программного переключателя или с группы тумблеров.

Пока цифровой код счетчика А меньше, чем постоянный код В, на выходе A. Как только коды сравняются, на этом выходе появится лог."0". Таким образом, на выходе A

Схема устройства для формирования ШИМ-последовательности

Рис. 3. Схема устройства для формирования ШИМ-последовательности.

Диаграмма работы устройства

Рис. 4. Диаграмма работы устройства.

Тактовая частота ШИМ-последовательности определяется степенью инерционности мотора. Чем мощнее мотор, тем инерционность его больше.

Инерционность определяется так: мотор раскручивается на максимальном для него напряжении, а затем напряжение питания отключается. Некоторое время мотор вращается до полной остановки.

Обозначив это время т, примем, что период ШИМ-последовательности должен быть в 30-50 раз меньше (для хорошей фильтрации). Например, т=1 с, отсюда Тшим=0,02 с, т.е. тактовая частота равна 50 Гц.

Поскольку счетчик DD1 (рис.3) делит поступающую на него тактовую частоту в 16 раз, то на входе счетчика частота составляет 800 Гц. Генератор такой частоты можно построить на таймере КР1006ВИ1 по схеме, приведенной в [2].

О. Н. Партала. г. Киев., Украина. Электрик-2004-12.

Литература:

  1. Прядко А.Д. Электрические микродвитатели//Э-2000-4.
  2. Партала О.Н. Электропривод с перестраиваемой частотой//Э-2004-6.
1 761 Схемотехника
ШИМ начинающим
Написать комментарий:

cashback