Меню

U2010b регулятор оборотов с обратной связью для коллекторных двигателей переменного тока



U2010B схема

Основные функции микросхемы

При работе с микросхемой U2010B нужно соблюдать ограничение по напряжению. Для этого ее нужно подсоединять к сети через диод D1 и сопротивление R1. Напряжение питания — между контактом 10 и 11 — сглаживается емкостью C1. В случае, если напряжение V6 ≤ (70% порогового напряжения перегрузки), выводы 11 и 12 замыкаются между собой, посредством чего Vsat ≤ 1,2 В. Когда |V6|≥ |VT70|, ток от питающего напряжения идет через светодиод D3.

Сопротивление R1 может быть вычислено по следующей формуле из даташита:

Где, Vmains — сетевое питающее напряжение
Vmains — Максимальное питающее напряжение
Itot — Общее потребление тока = ISmax + Ix
ISmax — Максимальное потребление тока
Ix Потребление тока внешних компонентов

Когда сетевое напряжение нарастает, неконтролируемые импульсы на выходе исключаются благодаря внутреннему контролю. Кроме того, все триггеры микросхемы сбрасываются, а конденсатор плавного пуска замыкается накоротко. Это гарантирует правильный режим запуска при каждом включении питающего или после коротких перерывов в сети. Плавный пуск начнется лишь после того, как питающее увеличится до номинального значения. Такая работа гарантирует плавный запуск электродвигателя и автоматически задает нужное время запуска.

Фазовый угол импульса запуска задается с помощью сравнения изменения линейного напряжения V3, которое синхронизируется с сетью детектором, с установленным значением на входе управления четвертого вывода. Наклон линейного изменения задается Cφ и его током заряда Iφ . Последний можно изменять с помощью сопротивления Rφ на пине 14. Максимальный фазовый угол αmax, также можно изменять при помощи Rφ.

В тот момент времени, когда потенциал на третьем пине вощрастает до уровня уставки на четвертом входе, ширина запускающего импульса tp задается из номинала Cφ (tp = 9 мкс/нФ). В то же время защелка устанавливается с импульсом на выходе, пока автоматическое повторное включение не было активировано, тогда в этом полупериоде не может быть сгенерировано больше импульсов. Управляющий вход на выводе 4 (по отношению к 10 пину) имеет активный диапазон от V8 до -1 В. Когда V4 = V8, тогда фазовый угол максимально возможный, αmax, что соответствует токовому минимуму. Минимальный фазовый угол, αmin, устанавливается с V4 ≥ -1 В.

Цепь токового детектора контролирует состояние симистора после его при помощи измерения падения напряжения на симмисторном затворе. Ток, идущий через симистор, распознается, когда падение напряжения превышает пороговый уровень номинального значения в 40 мВ.

Если симистор отключен в диапазоне соответствующей полуволны после запуска, схема автоматического повторного включения обеспечивает немедленное повторное включение, если нужно с высокой частотой повторения, tpp/tp, до тех пор, пока симистор не отпирается.

Перед функцией синхронизации по току поставлены две основные задачи:

Микросхема U2010B оценивает напряжение на импульсном выходе между затвором и опорным электродом симистора. Это исключает констуктиив отдельного входа синхронизации с заданной серией сопротивлений.

Детектор напряжения синхронизирует опорное линейное изменение с сетевым. Параллельно зависящий от сети ток на входе контакт 15 формируется и выпрямляется. Далее он активирует автоматическое повторное включение и доступность на 5 пине. При соблюдении нужных значений можно соблюсти эффект компенсации. Автоматическая перезагрузка и компенсация сетевого не активируются до того момента, пока |V15 — 10| не будет более 8 Вольт. Сопротивление Rsync. задает ширину импульса при пересечении нуля, тока синхронизации и компенсации сетевого напряжения.

Если компенсация сетевого напряжения и автоматическое повторное включение не используется в нашей схеме, то они могут быть отключены путем ограничения уровня |V15 — 10| ≤ 7 В.

Внутренняя схема чипа непрерывно измеряет ток нагрузки как падение напряжения на резисторе R6. Отслеживание и применение обеих полуволн приводит к быстрой реакции на изменение нагрузочного тока. Из-за падения напряжения на R6 существует разница между обоими входными токами на выводах 1 и 2. Эту разницу контролирует внутренний токовый источник, положительные токовые значения доступны на 5 и 6 пинах. Выходной ток, генерируемый на пятом выводе, содержит разницу между отслеживаемым нагрузочным и компенсацией сети.

Эффективное управляющее напряжение на четвертом выводе представляет собой конечный ток на пятом выводе вместе с желаемым сетевым значением. Увеличение сетевого напряжения вызывает рост угла управления, увеличение тока нагрузки приводит к снижению угла управления. Это позволяет избежать снижения оборотов при увеличения нагрузки, а также увеличения оборотов при повышении напряжения сети.

Ограничение нагрузочного тока:

Общий выходной нагрузочный ток доступен на шестом выводе. Он дает падение напряжения на сопротивлении R11. Когда токовый потенциал нагрузки доходит до уровня 70% от порогового значения (VT70), т.е около 4,35 В на шестом выводе, он переключает компарато и размыкает переключатель между выводами 11 и 12. Поставив в схему светодиод между этими пинами можно реализовать индикацию высокой нагрузки.

Если напряжение на шестом выводе 6 увеличивается примерно до значения 6,2 В (= VT100), оно переключит компаратор перегрузки. Последующее поведение задается наличием или отсутствием перемычек на девятом контакте.

На рисунке ниже представлена схема регулятора на микросхеме U2010B, с ОС по току, защитой от перегрузки и плавным стартом. Светодиод D2 показывает перегрузку двигателя. Переключатель SA1 «Mode» обеспечивает возможность выбора действий при перегрузке на электродвигателе в трех режимах:

Положение А — индикация перегрузки и последующий сброс на минимальные обороты. Для восстановления рабочих оборотов, необходимо выключить электроинструмент.

Положение В — индикация перегрузки, последующий сброс на минимальные обороты, после снятие нагрузки, восстанавливаются установленные обороты, т.е. имеем процесс автоматического старта.

Положение С — только индикация перегрузки, без остановки электродвигателя и срабатывания защиты.

Подбором ёмкости С3 от 1 до 10 мкФ можно настраивать длительность и плавность пуска.

Сопротивление R6 рассчитывается исходя из мощности электродвигателя по формуле:

где: UR6 — напряжение на R6 (250 мВ), Рдвиг — мощность ЭД, UПИТ — сетевое переменное напряжение 220 Вольт.

В некоторых случаях может потребоваться некоторая коррекция по поведению ЭД под нагрузкой. Если сопротивление великовато, то двигатель резко стартует (т.е. идет большая компенсация нагрузки, чем требуется), а потом отключается, а если сопротивление мало, то не будет компенсации нагрузки.

Первый пуск схемы: Переменное сопротивление Р1 нужно установить на минимальные обороты, по схеме движок потенциометра нужно повернуть в сторону резистора R13. Затем подстроенный R10 (компенсация нагрузки) установить в среднее положение, а на место R11 (перегрузка) временно впаять постоянное сопротивление 62 кОм. Потом включить схему в сеть 220 В и подстроенным R8 выставить минимальные обороты ЭД.

Нужно настроить так, чтобы при включении ЭД начинал вращаться на минимумах. Далее цепляем мультиметр в режиме вольтметра к выводам ЭД, и включаем двигатель на средних оборотах, зажимая вал или привод через тряпку рукой, выставляем такое положение R10, чтобы обороты не менялись при изменении нагрузки на валу. Одновременно с этим контролируем показания вольтметра, подключенного к двигателю. При увеличении нагрузки на валу регулятор прибавляет напряжение, и ЭД крутится с одинаковыми оборотами, независимо от нагрузки.

В последнюю очередь крутится резистор R11 (перегрузка). Постоянный номиналом 62 кОм выпаиваем и вместо него ставим подстроенный или переменный номиналом 220 кОм. На оборотах чуть больше минимальных, сильно зажимая вал или привод, стараемся почти заклинить вал, и по степенно меняя сопротивление R11, пока не начнет срабатывать защита, и не станет гореть светодиод VD2. Затем измеряем сопротивление тестером и запаиваем в устройство соответствующий резистор.

Источник

DataSheet

Техническая документация к электронным компонентам на русском языке.

U2010B — Микросхема фазового управления с обратной связью по току и защитой от перегрузки.

Описание

U2010B спроектирована как микросхема для фазового управления по биполярной технологии. Она позволяет отслеживать нагрузку по току и имеет функцию плавного пуска, а также выход опорного напряжения. Предпочтительными применениями являются управление двигателем с обратной связью по току и защитой от перегрузки.

Функции:

  • Измерение полного волнового тока
  • Коррекция изменения питающей сети
  • Программируемое ограничение тока нагрузки с выходом сверхвысокой мощности
  • Изменяемый плавный пуск
  • Синхронизация напряжения и тока
  • Автоматическая перезагрузка
  • Типовой переключающий импульс 125 мА
  • Внутренний контроль напряжения питания
  • Потребляемый ток ≤ 3 мА
  • Температурная компенсация опорного напряжения

Применение:

  • Расширенное управление двигателем
  • Шлифовальщики (гриндеры)
  • Сверлильные станки, бормашины

Рисунок 1. Блок-схемаРисунок 1. Блок-схема Рисунок 2. Блок-схема с внешней обвязкойРисунок 2. Блок-схема с внешней обвязкой

Общее описание

Сетевое питание

U2010B имеет ограничение по напряжению и может быть подключена к сети через диод D1 и резистор R1. Напряжение питания — между контактом 10 и контактом 11 — сглаживается конденсатором C1. В случае, если напряжение V6 ≤ (70% порогового напряжения перегрузки), контакты 11 и 12 замыкаются, посредством чего Vsat ≤ 1,2 В. Когда |V6| ≥ |VT70|, ток питания протекает через светодиод D3.

Читайте также:  Как рассчитать пусковой ток по мощности

Конфигурация контактов

Рисунок 3. Распиновка DIP16/SO16

Рисунок 3. Распиновка DIP16/SO16

Описание контактов

Вывод Обозначение Функция
1 Isense Измерение тока нагрузки
2 Isense Измерение тока нагрузки
3 Напряжение разгона
4 Control Вход управления
5 Comp. Выход компенсации
6 ILoad Ограничение тока нагрузки
7 Сsoft Плавный пуск
8 VRef Опорное напряжение
9 Mode Выбор режима
10 GND Земля
11 VS Напряжение питания
12 High load Индикация высокой нагрузки
13 Overload Индикация перегрузки
14 V Регулировка скорости нарастания тока
15 VSync. Синхронизация напряжения
16 Output Выход триггера (запускающих импульсов)

Последовательное сопротивление R1 может быть рассчитано следующим образом:

Vmains = Сетевое напряжение питания

VSmax = Максимальное напряжение питания

Itot = Общее потребление тока = ISmax + Ix

ISmax = Максимальное потребление тока ИС

Ix = Потребление тока внешних компонентов

Контроль напряжения

Когда напряжение нарастает, неконтролируемые выходные импульсы исключаются благодаря внутреннему контролю напряжения. Кроме того, все триггеры в цепи (управление фазой, регулирование предела нагрузки) сбрасываются, а конденсатор плавного пуска замыкается накоротко. Это гарантирует определенный режим запуска при каждом включении напряжения питания или после коротких перерывов в питании. Плавный пуск запускается после того, как напряжение питания возрастет до номинального значения. Такое поведение гарантирует плавный запуск двигателя и автоматически обеспечивает оптимальное время запуска.

Фазовое управление

Функция управления фазой во многом идентична известной микросхеме U211B. Фазовый угол импульса запуска определяется путем сравнения изменения линейного напряжения V3, которое синхронизируется с сетью детектором напряжения, с заданным значением на управляющем входе, вывод 4. Наклон линейного изменения определяется Cφ и его зарядным током Iφ. Зарядный ток можно изменять с помощью Rφ на выводе 14. Максимальный фазовый угол αmax, также можно регулировать с помощью Rφ (минимальный угол прохождения тока φmin), см. Рисунок 5.

Когда потенциал на контакте 3 достигает уровня уставки на входе 4, ширина импульса запуска tp определяется из значения Cφ (tp = 9 мкс/нФ). В то же время защелка устанавливается с выходным импульсом, пока автоматическое повторное включение не было активировано, тогда в этом полупериоде не может быть создано больше импульсов. Управляющий вход на контакте 4 (по отношению к контакту 10) имеет активный диапазон от V8 до -1 В. Когда V4 = V8, тогда фазовый угол максимален, αmax, что соответствует минимальному току. Минимальный фазовый угол, αmin, устанавливается с V4 ≥ -1 В.

Автоматическая перезагрузка

Цепь детектора тока контролирует состояние симистора после открытия путем измерения падения напряжения на затворе симистора. Ток, протекающий через симистор, распознается, когда падение напряжения превышает пороговый уровень номинального значения 40 мВ.

Если симистор выключен в пределах соответствующей полуволны после запуска (например, из-за низких токов нагрузки до или после пересечения нуля или после коммутации двигателя из-за щеток), схема автоматического повторного включения обеспечивает немедленное повторное включение, если необходимо с высокой частотой повторения, tpp/tp, до тех пор, пока симистор не откроется.

Синхронизация по току

Синхронизация по току выполняет две функции:

  • Контроль тока после запуска. В случае, если симистор снова закрывается или он не включается, автоматический запуск активируется до тех пор, пока запуск не будет успешным.
  • Избежание срабатывания из-за индуктивной нагрузки. В случае работы с индуктивной нагрузкой токовая синхронизация гарантирует, что в новой полуволне не будет импульса, пока есть ток, доступный из предыдущей полуволны, который протекает в противоположной полярности к фактическому напряжению питания.

Особенностью интегральной схемы U2010B является реализация функции токовой синхронизации. Микросхема оценивает напряжение на импульсном выходе между затвором и опорным электродом симистора. Это приводит к экономии отдельного входа синхронизации тока с заданной серией сопротивлений.

Синхронизация напряжения с компенсацией сетевого напряжения

Детектор напряжения синхронизирует опорное линейное изменение с напряжением сети. В то же время зависящий от сети входной ток на выводе 15 формируется и выпрямляется внутри. Этот ток активирует автоматическое повторное включение и в то же время доступен на выводе 5. При соблюдении подходящих значений можно получить указанный эффект компенсации. Автоматическая перезагрузка и компенсация сетевого напряжения не активируются до того как |V15 — 10| не превысит 8 В. Сопротивление Rsync. определяет ширину импульса при пересечении нуля, ток синхронизации и, следовательно, ток компенсации сетевого напряжения питания.

Рисунок 4. Подавление компенсации сетевого напряжения и автоматического повторного запуска

Рисунок 4. Подавление компенсации сетевого напряжения и автоматического повторного запуска

Если компенсация сетевого напряжения и автоматическое повторное включение не требуются, обе функции могут быть отключены путем ограничения |V15 — 10| ≤ 7 В, см. рисунок 4.

Компенсация тока нагрузки

Схема непрерывно измеряет ток нагрузки как падение напряжения на сопротивлении R6. Отслеживание и использование обеих полуволн приводит к быстрой реакции на изменение тока нагрузки. Из-за падения напряжения на сопротивлении R6 существует разница между обоими входными токами на контактах 1 и 2. Эта разница контролирует внутренний источник тока, положительные значения тока которого доступны на выводах 5 и 6. Выходной ток, генерируемый на выводе 5, содержит разницу между отслеживаемым током нагрузки и компенсацией напряжения сети, см. рисунок 2.

Эффективное управляющее напряжение на выводе 4 представляет собой конечный ток на выводе 5 вместе с желаемым значением сети. Увеличение сетевого напряжения вызывает увеличение угла управления, увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению угла управления. Это позволяет избежать снижения оборотов при увеличения нагрузки, а также увеличения оборотов при повышении напряжения сети.

Ограничение тока нагрузки

Общий выходной ток нагрузки доступен на выводе 6. Он дает падение напряжения на R11. Когда потенциал тока нагрузки достигает примерно 70% от порогового значения (VT70), то есть около 4,35 В на выводе 6, он переключает компаратор высокой нагрузки и размыкает переключатель между контактами 11 и 12. Используя светодиод между этими контактами (11 и 12) может быть реализована индикация высокой нагрузки.

Если напряжение на выводе 6 увеличивается примерно до 6,2 В (= VT100), оно переключит компаратор перегрузки. Последующее поведение задается наличием или отсутствием перемычек на выводе 9 (режим работы).

Выбор режима:

В этом режиме работы контакт 13 переключается на -VS (контакт 11) и контакт 6 на GND (контакт 10) после того, как V6 достигает порога VT100. Конденсатор плавного пуска закорачивается, а угол управления переключается на αmax. Это положение сохраняется до тех пор, пока напряжение питания не отключится. При повторном включении питания двигатель можно снова запустить с функцией плавного пуска. Поскольку состояние перегрузки переключает контакт 13 на контакт 11, можно использовать меньший угол управления, αmax, путем подключения дополнительного сопротивления между контактами 13 и 14.

b) Автоматический запуск (контакт 9 – отключен), см. рисунок 12. Схема работает так, как описано выше (αmax (V9 = 0)), за исключением того, что контакт 6 не подключен к GND. Если значение V6 уменьшается до 25% от порогового значения (VT25), схема снова активируется с плавным пуском.

с) Imax (V9 = V8), см. рисунок 14. Когда V6 достигает предельного значения максимальной перегрузки (т. е. V6 = VT100), контакт 13 переключается на контакт 8 (VRef) через сопротивление R (= 2 кОм) без разрядки конденсатора плавного пуска на контакте 7. При таком режиме работы возможно прямое регулирование тока нагрузки (Imax). Рекомендуемая схема представлена на рисунке 19.

Абсолютные максимальные значения

Напряжения, выходящие за пределы, перечисленные в разделе «Абсолютные максимальные значения», могут нанести существенный ущерб устройству. Это только номинальные значения напряжения, и функциональная работа устройства в этих или любых других условиях, помимо тех, которые указаны в рабочих разделах данной технической документации, не подразумевается. В условиях воздействия абсолютными максимальными значениями на длительные периоды может повлиять на надежность устройства.

Контрольная точка контакт 10, если не указано иное

Источник

Чипгуру

  • Форум
    • Правила форума
    • Правила для Редакторов
    • Правила конкурсов
    • Руководство барахольщика
    • Ликбез по форуму
      • Изменить цвет форума
      • Как вставлять фотографии
      • Как вставлять ссылки
      • Как вставлять видео
      • Как обозначить оффтоп
      • Как цитировать
      • Склеивание сообщений
      • Значки тем
      • Подписка на темы
      • Автоподписка на темы
    • БиБиКоды (BBCode)
    • Полигон для тренировок
  • Калькуляторы
    • Металла
    • Обороты, диаметр, скорость
    • Подбора гидроцилиндров
    • Развертки витка шнека
    • Расчёт треугольника
    • Теплотехнический
    • Усилия гибки
  • Каталоги
    • Подшипников
    • Универсально-сборные пр.
    • УСП-12
  • Справочники
    • Марки стали и сплавы
    • Открытая база ГОСТов
    • Применимость сталей
    • Справочник конструктора
    • Справочник ЧГ сталей
    • Сравнение материалов
    • Стандарты резьбы
  • Таблицы
    • Диаметров под резьбу
    • Конусов Морзе
    • Номеров модульных фрез
  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск
  • Наша команда
Читайте также:  Ток заряда для батарейки

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Сообщение #1 omich » 27 окт 2017, 14:43

Решил перенести тему сюда, поскольку, здесь ей более подходящее место, вместо другого ресурса с мопедной тематикой, да еще и в формате блога, а не форума. Тут хоть обсуждать можно будет и оказывать помощь, если что-то у кого-то не получается.

Тема, практически, скопирована с предыдущего ресурса с небольшими изменениями.

Началось все с того, что приобрел маленькое точило ТЭ+ВГ-150 с коллекторным двигателем и плавной регулировкой оборотов. Но, как оказалось, родная схема регулировки оборотов точила была построена на одном симисторе, паре резисторов с конденсаторами и вообще не держала обороты, поэтому решил ее переделать.
Исходную схему управления оборотами точила ТЭ+ВГ-150 срисовал, может кому пригодится:

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - Tochilo_cxema.jpg

Сначала провел исследования, что в мире уже придумано на этот счет. Тема управления оборотами коллекторных двигателей, очень популярна и вариантов попадалось множество, причем, довольно много на уже устаревшей элементной базе.
Из более современных решений, приглянулись специализированные микросхемы «Phase Control» разработки фирмы Atmel (которые на данный момент можно найти в Китае ) . Там был простой вариант на U2008B, но в ней не предусмотрено обратной связи, чтобы поддерживать заданные обороты. Есть и U211B(или U209B — урезанный вариант U211B), но для нее нужен тахогенератор, который у точила не предусмотрен, поэтому наиболее подходящая для моих целей оказалась U2010B, у которой есть и обратная связь по току и защита от перегрузки и плавный старт.

Схему на U2010b взял из даташита без какой-либо переделки:

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - U2010B.jpg

Делали обозначены согласно оригинальной схеме:
R1 — 2 шт. по 36 кОм 2 Вт (в оригинале один резистор на 18 кОм 2 Вт, но он ощутимо греется, поэтому лучше сделать из двух)
R2 — 1 шт. 330 кОм 0,125 Вт
R3 — 1 шт. 180 Ом 0,5 Вт
R4 — 1 шт. 3,3 кОм 0,125 Вт
R5 — 1 шт. 3,3 кОм 0,125 Вт
R6 — надо подбирать по формуле
R7 — 1 шт. 7,5 кОм 0,125 Вт
R8 — 1 шт. подстроечный 470 кОм
R10 — 1 шт. подстроечный 100 кОм
R11 — 1 шт. подстроечный 1 мОм
P1 — 1 шт. переменный резистор 50 кОм (с ручкой регулировки и выключателем)
Симистор BTA16-600
Конденсаторы:
Электролитические
С1 — 1 шт. 22 мкф х 50 вольт
С2 — 1 шт. 4,7 мкф х 50 вольт
С7 — 1 шт. 1 мкф х 50 вольт
Керамические с выводами
С3 — 1 шт 0,015 мкф
С4 — 1 шт 0,15 мкф
С5 — 1 шт 0,1 мкф
D1 — 1N4007 или HER107 или любой буржуйский(китайский) на напряжение не менее 400 вольт, но лучше с запасом побольше.
Светодиод D3 любой малогабаритный(5 мм) красного цвета. Обозначает перегрузку.
И не забыть про микросхему U2010b

ЗЫ. R14 я вообще не ставил, а заменил перемычкой

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - U2010Bphotoplaty.pngУправление коллекторным двигателем с помощью U2010B — U2010Bphotoplaty.png (8.98 КБ) 32360 просмотров

Обозначение элементов соответствует даташиту. Переменный резистор(обозначен P1) с выключателем(это чуточку доработал схему) и контакты выключателя разрывают сетевое напряжение(на схеме этого нет).

Вытравил и просверлил печатную плату:

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - plata_600.jpg

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - finished_board.jpg

На всех схемах только обозначено напряжение на R6 и нигде не указано каким оно должно быть. Проведя некоторые исследования, натолкнулся на ответ техподдержки фирмы:

Question
Is the 250 mV value also valid for 120V systems, or is it only valid for 240V?
Also, is the signal peak-to-peak or RMS?

Answer
Independent of supply voltage, the 250 mV value is the suggested voltage drop on the current sense resistor R6. This value should be considered being inside the linear signal transmission of current detection. The 250 mV value defines the effective RMS value, hence the corresponding peak value measures about 350 mV. Refer to the typical diagram of load current detection in the datasheet, Fig.5-7.

—————
Из их ответа ясно, что падение на резисторе 250 милливольт является не пиковым, а действующим и не зависит от напряжения питания сети. Исходя из этого R6 можно легко рассчитать.

Рассчитать R6 можно исходя из мощности двигателя по формуле:
R6 = U R6 /(P двиг /U пит ), где U R6 — напряжение на R6 (250 мВ), P двиг — мощность двигателя, U пит — напряжение питания сети.
Для точила с двигателем мощностью 150 ватт рассчитываем: R6= 0,25/(150/220) = 0,37 Ом

Настройка схемы:
Переменный резистор P1 установить на минимальные обороты двигателя, т.е. по схеме движок потенциометра должен быть повернут к резистору R14 на схеме, но, т.к. я его на плате не разводил, то к минусу C7 и подстроечным резистором R8 выставить самые минимальные обороты двигателя. Я сделал, чтобы двигатель не крутился, но на нем уже было около 20-ти вольт. Если сделать, чтобы совсем был ноль, то тогда становится слишком нелинейная зависимость управления резистором P1, т.е. при его повороте сначала двигатель не крутится, а потом резко «срывается с места».
Внимание! Еще пришлось добавить чуточку емкости C3, а иначе за период выдавалось несколько импульсов управления и схема работала неправильно,т.е. обороты двигателя практически не регулировались и двигатель работал на полную. Выяснить причину удалось с помощью осциллографа. Емкость 10n, похоже, рассчитана на 60-герцовую сеть. Я ему добавил параллельно емкость 102K(0,001 мкф), т.е. в итоге C3 получился 0,011 мкф (думаю, можно даже поставить 0,015 мкф) и схема сразу заработала правильно.
Еще одна тонкость — это нужно правильно подбирать резистор R6 под мощность двигателя. Выше представленная формула правильная, но на практике может потребоваться некоторая коррекция по поведению двигателя под нагрузкой. Если резистор великоват, то двигатель довольно резко стартует(т.е. делает слишком большую компенсацию нагрузки, чем надо), а потом отключается, а если резистор будет мал, то не будет обеспечиваться компенсация нагрузки. У меня при расчетном значении 0,37 Ом на практике лучше получилось с 0,33 Ом. Резистором R10 как раз настраивается компенсация нагрузки. Я настраивал так: Включил на средних оборотах и притормаживая вал двигателя через тряпку, выставил этим резистором, чтобы обороты не менялись при изменении нагрузки. Одновременно с этим поглядывал на вольтметр подключенный к двигателю. При увеличении нагрузки на двигатель схема прибавляет напряжение и двигатель крутится с одинаковой скоростью. На максимальных оборотах настраивать бесполезно, т.к. там уже подается полное напряжение сети и обороты компенсировать нечем.
А вот как настраивается и на что действует резистор R11, я так и не понял. Крутил его от одного края до другого и при этом тормозил двигатель, чтобы попытаться «поймать» уровень перегрузки, но может из-за того, что двигатель слишком маломощный и на нем даже в заклиненном состоянии ток не очень большой, перегрузка так и не срабатывала.

В общем схема работает именно так, как и ожидалось, а точило теперь неплохо держит обороты не только при изменении нагрузки, но и при изменении питающего напряжения. Я ЛАТРом на средних оборотах менял сетевое напряжение от 200 до 240 вольт и обороты держались одинаковыми. Т.е. теперь схемы зажигания отлаживать будет гораздо удобнее. А еще теперь максимальные обороты возросли, т.к. новая схема «на максимуме» полностью открывает симистор, а старая вольт 15 оставляла, т.е. симистор открывался с задержкой и часть периода не использовалась.

Новая отлаженная схема почти установленная вместо старой (старая на фото в левом нижнем углу) .

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - plata_in_tochilo.jpg

ЗЫ. Резистор R3 увеличил на 51 Ом. Импульсы управления с микросхемы идут амплитудой 8 вольт, поэтому R3 можно сделать побольше 180 Ом обозначенных на схеме.

ЗЫ.ЗЫ. Как же мне теперь нравится как двигатель с этой новой схемой здорово держит обороты. Можно теперь легко задать обороты 1. 2 оборота в секунду и магнит стенда крутится абсолютно ровно и без рывков. Раньше такие обороты было просто невозможно установить. Сила магнита не маленькая и раньше двигатель или быстро мог крутить магнит или останавливался. Двигатель точила работает так, как будто у него обратная связь с тахометром, хотя на самом деле нет.

Кому интересно и захочет повторить конструкцию, то выкладываю печатную плату в формате Sprint-Layout 6.0.
По просьбам трудящихся развел плату и для корпуса Dip16.
В архиве теперь раводка и для SMD и для Dip корпусов U2010b, а также компактная на СМД деталях для гравера.

Читайте также:  Рассчитать ток утечки акб через какое время разрядиться

А это вторая плата, которая управляет кухонным вентилятором:

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B - regulator.jpg

(Для фото сессии, коробочку с платой, приклеенной на двухсторонний скотч, оторвал от стены)

Добавил еще плату для гравера, для замены его родной простейшей схемы, была как и заводская у точила.
Плата 23х52 мм:

Источник

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Как переделывал:
Из специализированных микросхем приглянулись Phase Control фирмы Atmel. Там есть простой вариант на U2008B, но в ней не предусмотрено обратной связи, чтобы поддерживать заданные обороты. Есть и U211B(или U209B — урезанный вариант U211B), но для нее нужен тахогенератор, который у точила не предусмотрен, поэтому наиболее подходящая для моих целей оказалась U2010B, у которой есть и обратная связь по току и защита от перегрузки и плавный старт.

( Кстати, схема на U211b с таходатчиком мной реализована тут) .

Схему взял из даташита без какой-либо переделки:

Делали обозначены согласно оригинальной схеме:
R1 — 2 шт. по 36 кОм 2 Вт (в оригинале один резистор на 18 кОм 2 Вт, но он ощутимо греется, поэтому лучше сделать из двух)
R2 — 1 шт. 330 кОм 0,125 Вт
R3 — 1 шт. 180 Ом 0,5 Вт
R4 — 1 шт. 3,3 кОм 0,125 Вт
R5 — 1 шт. 3,3 кОм 0,125 Вт
R6 — надо подбирать по формуле
R7 — 1 шт. 7,5 кОм 0,125 Вт
R8 — 1 шт. подстроечный 470 кОм
R10 — 1 шт. подстроечный 100 кОм
R11 — 1 шт. подстроечный 1 мОм
P1 — 1 шт. переменный резистор 50 кОм (с ручкой регулировки и выключателем)
Симистор BTA16-600
Конденсаторы:
Электролитические
С1 — 1 шт. 22 мкф х 50 вольт
С2 — 1 шт. 4,7 мкф х 50 вольт
С7 — 1 шт. 1 мкф х 50 вольт
Керамические с выводами
С3 — 1 шт 0,015 мкф
С4 — 1 шт 0,15 мкф
С5 — 1 шт 0,1 мкф
Светодиод D3 любой малогабаритный(5 мм) красного цвета. Обозначает перегрузку.
И не забыть про микросхему U2010b

ЗЫ. R14 я вообще не ставил, а заменил перемычкой

Для нее разработал маленькую печатную плату размером 60х65 мм:

Обозначение элементов соответствует даташиту. Переменный резистор(обозначен P1) с выключателем(это чуточку доработал схему) и контакты выключателя разрывают сетевое напряжение(на схеме этого нет).

Вытравил и просверлил печатную плату:

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

На всех схемах только обозначено напряжение на R6 и нигде не указано каким оно должно быть. Проведя некоторые исследования, натолкнулся на ответ техподдержки фирмы:

Question
Is the 250 mV value also valid for 120V systems, or is it only valid for 240V?
Also, is the signal peak-to-peak or RMS?

Answer
Independent of supply voltage, the 250 mV value is the suggested voltage drop on the current sense resistor R6. This value should be considered being inside the linear signal transmission of current detection. The 250 mV value defines the effective RMS value, hence the corresponding peak value measures about 350 mV. Refer to the typical diagram of load current detection in the datasheet, Fig.5-7.

—————
Из их ответа ясно, что падение на резисторе 250 милливольт является не пиковым, а действующим и не зависит от напряжения питания сети. Исходя из этого R6 можно легко рассчитать.

Рассчитать R6 можно исходя из мощности двигателя по формуле:
R6 = U R6 /(P двиг /U пит ), где U R6 — напряжение на R6 (250 мВ), P двиг — мощность двигателя, U пит — напряжение питания сети.
Для точила с двигателем мощностью 150 ватт рассчитываем: R6= 0,25/(150/220) = 0,37 Ом

Настройка схемы:
Переменный резистор P1 установить на минимальные обороты двигателя, т.е. по схеме движок потенциометра должен быть повернут к резистору R14 на схеме, но, т.к. я его на плате не разводил, то к минусу C7 и подстроечным резистором R8 выставить самые минимальные обороты двигателя. Я сделал, чтобы двигатель не крутился, но на нем уже было около 20-ти вольт. Если сделать, чтобы совсем был ноль, то тогда становится слишком нелинейная зависимость управления резистором P1, т.е. при его повороте сначала двигатель не крутится, а потом резко «срывается с места».
Внимание! Еще пришлось добавить чуточку емкости C3, а иначе за период выдавалось несколько импульсов управления и схема работала неправильно,т.е. обороты двигателя практически не регулировались и двигатель работал на полную. Выяснить причину удалось с помощью осциллографа. Емкость 10n, похоже, рассчитана на 60-герцовую сеть. Я ему добавил параллельно емкость 102K(0,001 мкф), т.е. в итоге C3 получился 0,011 мкф (думаю, можно даже поставить 0,015 мкф) и схема сразу заработала правильно.
Еще одна тонкость — это нужно правильно подбирать резистор R6 под мощность двигателя. Выше представленная формула правильная, но на практике может потребоваться некоторая коррекция по поведению двигателя под нагрузкой. Если резистор великоват, то двигатель довольно резко стартует(т.е. делает слишком большую компенсацию нагрузки, чем надо), а потом отключается, а если резистор будет мал, то не будет обеспечиваться компенсация нагрузки. У меня при расчетном значении 0,37 Ом на практике лучше получилось с 0,33 Ом. Резистором R10 как раз настраивается компенсация нагрузки. Я настраивал так: Включил на средних оборотах и притормаживая вал двигателя через тряпку, выставил этим резистором, чтобы обороты не менялись при изменении нагрузки. Одновременно с этим поглядывал на вольтметр подключенный к двигателю. При увеличении нагрузки на двигатель схема прибавляет напряжение и двигатель крутится с одинаковой скоростью. На максимальных оборотах настраивать бесполезно, т.к. там уже подается полное напряжение сети и обороты компенсировать нечем.
А вот как настраивается и на что действует резистор R11, я так и не понял. Крутил его от одного края до другого и при этом тормозил двигатель, чтобы попытаться «поймать» уровень перегрузки, но может из-за того, что двигатель слишком маломощный и на нем даже в заклиненном состоянии ток не очень большой, перегрузка так и не срабатывала.

В общем схема работает именно так, как и ожидалось, а точило теперь неплохо держит обороты не только при изменении нагрузки, но и при изменении питающего напряжения. Я ЛАТРом на средних оборотах менял сетевое напряжение от 200 до 240 вольт и обороты держались одинаковыми. Т.е. теперь схемы зажигания отлаживать будет гораздо удобнее. А еще теперь максимальные обороты возросли, т.к. новая схема «на максимуме» полностью открывает симистор, а старая вольт 15 оставляла, т.е. симистор открывался с задержкой и часть периода не использовалась.

Новая отлаженная схема почти установленная вместо старой (старая на фото в левом нижнем углу) .

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

ЗЫ. Резистор R3 увеличил на 51 Ом. Импульсы управления с микросхемы идут амплитудой 8 вольт, поэтому R3 можно сделать побольше 180 Ом обозначенных на схеме.

ЗЫ.ЗЫ. Как же мне теперь нравится как двигатель с этой новой схемой здорово держит обороты. Можно теперь легко задать обороты 1. 2 оборота в секунду и магнит стенда крутится абсолютно ровно и без рывков. Раньше такие обороты было просто невозможно установить. Сила магнита не маленькая и раньше двигатель или быстро мог крутить магнит или останавливался. Двигатель точила работает так, как будто у него обратная связь с тахометром, хотя на самом деле нет.

Кому интересно и захочет повторить конструкцию, то выкладываю печатную плату в формате Sprint-Layout 6.0.
По просьбам трудящихся развел плату и для корпуса Dip16.
В архиве теперь раводка и для SMD и для Dip корпусов U2010b, а также компактная на СМД деталях для гравера.

ЗЫ. Спасибо ironcover за найденную ошибку. Конденсатор C1 у меня был разведен и припаян неправильно. Самое удивительное, что уже столько времени проработал и не рванул. В печатной плате я исправил и обновил ссылку.

А это вторая плата, которая управляет кухонным вентилятором:

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

(Для фото сессии, коробочку с платой, приклеенной на двухсторонний скотч, оторвал от стены)

А это, как переделывал простенькую болгарку под плавный старт и регулировку оборотов(картинка кликабельная):

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Добавил еще плату для гравера, для замены его родной простейшей схемы, была как и заводская у точила.
Плата 23х52 мм:

Источник

Adblock
detector