电驱动控制器。方案、说明

电力驱动控制器。无线电电子电气工程百科全书

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发动机转速控制器可在负载变化时稳定转速，显着提高电钻、电锯、食品加工机等家用电器的操作能力。一种简单有效的串联励磁半波控制器集电极电动机是已知的，其由于电动机转子上出现的并且取决于其负载的反电动势的大小的反馈而稳定旋转速度。不幸的是，这种稳压器有一个显着的缺点——它使用高灵敏度晶闸管，开通电流小于 100 μA。找到他的替代者几乎是不可能的。在发表的文章中，作者提供了他自己版本的调节器电路设计解决方案，其中取消了对晶闸管参数的限制。

在继续描述现代化电力驱动控制器之前，让我们简要介绍一下简单控制设备的工作原理 [1]。

其原理图如图所示。 1. 这是一个桥，其左肩由电源分压器 R1 - R2C1 - VD1 组成，右肩由 VS1 晶闸管和 M1 电机组成。晶闸管的控制转换包含在电桥的对角线中。打开晶闸管的信号是反相添加的信号之和：由电阻器 R2 引擎设置的电源电压和来自电机转子的反电动势。当电压保持不变时，电桥保持平衡，发动机转速也不变。电机轴上的负载增加会降低其速度，从而降低反电动势的值，从而导致电桥不平衡。结果，晶闸管控制转换的信号增加，并且在下一个正半周期中，晶闸管以更短的延迟打开，从而增加了提供给电机的功率。因此，由于负载增加而导致的发动机转速下降明显小于没有调节器时的情况。

电驱动控制器

在这种情况下，调节非常稳定，因为在电源电压的每个正半周期中消除了失配。最重要的是，稳定效果在发动机低速和中速时表现出来。随着电阻器R2两端的调节电压的增加和发动机转速的增加，保持发动机转速恒定的程度恶化。

调节器中的晶闸管 VS1 执行两个功能：阈值 - 根据电桥失配信号；功率 - 根据通过电机的开关电流。二极管 VD1、VD2 提供设备的半波操作，因为只有在没有电流通过电机的情况下才能比较电阻器 R2 和反电动势的电压。电源分压器中的电容器 C1 将调节区域向低速方向扩展，晶闸管控制电极电路中的电容器 C2 降低了调节器对电机电刷火花的敏感度。

发动机的半波模式导致输出功率下降。要获得最大功率和速度，请按 SA1 按钮分流晶闸管。在这种情况下，电源电压的两个半波都将提供给电机。

正如已经提到的，所考虑的控制器的主要缺点是需要使用开启电流小于 100 μA 的高灵敏度晶闸管，这实际上是无可替代的。晶闸管晶体管模拟的引入使您可以消除对 VS1 开通参数的限制，同时保持相同的控制特性。在电源分压器中安装齐纳二极管可以减少电源电压波动时电机速度的变化。

升级后的调节器方案如图2所示。 XNUMX. 与上面讨论的设备一样，调节器仅在电源电压的正半波下工作。

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桥的失配电压通过二极管VD2和电阻器R10提供给晶体管VT2的基极-发射极结。由于晶体管的开启电压明显低于晶闸管，因此该器件的灵敏度及其调节质量更高。控制电流，与图所示的调节器类比。通过用电阻器 R1 分流晶体管结，将 0,1 选择为 7mA。

如果来自发动机的电阻R2的电压高于电机转子上的电压，则晶体管VT2打开并打开VT1。这些器件形成晶闸管的类似物，并且在导通时形成电容器C3的放电电流的强大脉冲，该脉冲通过限流电阻器R9馈送到双向可控硅VS1的控制电极。三端双向可控硅开关打开，电压施加到发动机，并且转数增加。如果电阻R2上的电压低于电机转子上的电压，则双向可控硅将不会导通，转数将减少。

存储电容器C3通过电阻器R5从网络充电。齐纳二极管 VD4 将电容器两端的电压限制在略高于三端双向可控硅开关元件或晶闸管的可能开启电压的水平。此外，齐纳二极管消除了放大器晶体管上出现的反向电压。

电容C4除了减少电机电刷打火的干扰外，还起到反馈电路的积分作用。其容量的增加提高了调节器的稳定性，这在电刷接触不良并伴有强烈火花的情况下，或者在设置极低的速度时（当可能发生所谓的旋转“摆动”时）是必要的。然而，应该记住，随着电容器C4的电容的增加，驱动器的动态特性恶化并且速度稳定的质量下降。

电路常数R5C3使得电容器C3的充电速度快于电容器C4的充电速度。这样做是为了在晶体管VT2打开的任何可能时刻，产生启动脉冲所需的工作电压已经存在于电容器C3上。有时，当发动机停止（低转子电阻）和电阻器 R2 发动机上的最大电压（来自分压器的大开路电流）时，桥的急剧不平衡可能会违反这种条件。结果，在电容C3充电完成之前，晶体管就打开了，其上没有电压，没有形成放电电流脉冲。流经电阻器R5的电流足以使晶体管保持导通，但不足以导通双向可控硅开关，因此电机不旋转。这种可能性可以被认为是积极的，因为在这种情况下，即使驱动器被卡住，发动机也会关闭。如果不希望出现这种情况，可以通过减小电阻器R5-R7的电阻和（或）增加电阻器R1的电阻来消除这种情况。

由于限制器 R2 - VD4 的存在，电阻器 R1 两端电压的幅度和形状实际上与电源电压的变化无关。因此，电源电压的波动不会导致双向可控硅开路的设定相位角的不稳定。设定电机转速的网络电压的不稳定性也显着降低。在相角恒定的情况下，速度仅由于电机电压幅值的变化而变化。

所描述的调节器的一个特征是使用三端双向可控硅开关元件。事实上，通过闭合“阳极-阴极”电路来切换最大速度假定存在具有足够分断能力的瞬时触点SA1。如果触点的制作方式不同，则可能会产生火花或电弧。后者是非常不受欢迎的，因为它会导致触点和印刷电路板烧毁，因此存在火灾危险。三端双向可控硅开关允许您将开关转移到控制电极电路，这完全消除了触点中的火花，简化了它们的设计以及与控制电阻器 R2 的绑定。调节时，双向可控硅的工作方式类似于晶闸管，当触点闭合时，它将交流电传递给电机。在三端双向可控硅开关打开状态期间，晶体管被阻断并且不工作。

调节器图中所示的定子和转子绕组对于具有单独输出绕组端部的电机来说是最佳选择。当使用转子和定子绕组内部连接的电机时，将它们连接在图中所示的转子绕组的位置，并用跳线代替定子绕组电路。然而，由于反馈电路中存在定子绕组，最新版本的调节器的速度控制特性稍差。

电容C2、C6消除干扰，R11C5电路抑制电刷火花。

电阻器 R1 在正半周期开始时限制三端双向可控硅开关元件开路状态的调节极限。随着轴上负载的增加，电机的反电动势另外将解锁双向可控硅的时刻转移到相对于空转时调整电阻R2设定的位置的半周期开始处。如果在空闲时选择电阻器 R1，则在负载下，反电动势实际上会在半周期开始时传递打开三端双向可控硅开关的时刻。结果，在一段时间后打开，并且电阻器 R2 滑块的上部位置出现速度“下降”（减小）。通过增大电阻R1的阻值可以消除这种现象。

在开发过程中，调节器使用各种集电器电机进行了测试：DK77（用于家用电器和电动工具）、MSH-2（用于缝纫机），甚至使用并联励磁电机 SL261M。对如此显着不同的发动机的控制不需要对调节器进行任何改变。当使用并联励磁电机时，应记住，其定子绕组必须由单独的外部电源供电，而且在电压通过调节器施加到电枢之前。

调节器的功能说明了 DK1-1-77 发动机在 280 rpm 怠速和各种电源电压下的负载特性（没有 VD12 的实线，有 VD1500 的虚线）（图 3）。这款 400 W 电机在 1200 rpm 时，用手放在其轴上即可轻松制动，直到通过自耦变压器为其供电，并在怠速时将相同速度设置为 1500 rpm 时，电机完全停止。

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与原型相比，调节器稍微复杂一些，调节器对元件参数的分布完全不重要。作为双向可控硅，TS、TS2、2TS112 和 TS106 适用于 6,3-10-16 A 电流，KU208G 或 2U208G 适用于 5 A。您还可以使用晶闸管 KU201L、2U201L、KU202N-M、2U202N-M、KU228I以及其他条件是沿着“阳极-阴极”电路安装接触器。散热的需要由负载电流的大小决定。

晶体管必须允许至少 250 mA 的电流和至少 15 V 的电压。VT1 功能可由 KT350A、KT209 (A-M)、KT501A、KT502A (B-E)、KT661 A、KT681A 等执行，VT2 - KT503A 执行(B -E)、KT645A、KT660A (B)、KT684A (B) 等具有类似特性的产品。

二极管的电流至少为 10 mA，电压至少为 400 V - KD105 (B-G)、KD209 (A-V)、KD221 (V-G)、KD226 (V-D)、D209、D210、D211、D226、D237（公元前）。

VD1 齐纳二极管适用于 120 ... 180 V 的稳定电压（KS630A、KS650A、KS680A、2S920A、2S950A、2S980A），并且可以用串联的低功耗齐纳二极管链代替，以实现总电压150V。

齐纳二极管 VD4 - 稳定电压为 9 ... 11 V 的任何低功率二极管，热补偿二极管除外。

电容器C1-C4——陶瓷KM、KM-6、K10-17或薄膜K73-17。额定电压为5V的电容器C6、C73-K17-630（不能使用其他类型的电容器和额定电压较低的K73-17）。

固定电阻器 - MLT 或任何其他电阻器。电阻R2-RP1-64A，可用任何具有线性特性的无线可变电阻（SPZ-4M、SPZ-6、SPZ-9等）代替。选择具有反对数特性 (B) 的电阻器将扩大低发动机转速区域的调节平滑度。微调电阻R3——SPZ-27、SPZ-38。可以用选定的恒定电阻代替。

最高速度开关SA1采用可移动弹簧板触点和调节板上固定支架的形式制成。电阻R2与动触头之间有一个带凸轮的转接塑料套，保证按方案动触头与位于可变电阻R2上方位置的齿条闭合。

调节调节器时，应将电阻R2的滑块按图示设置到较低位置，并通过调节电阻R3设置所需的最低发动机转速。此外，通过改变电阻器 R2 滑块的位置，应检查速度从最小到最大的变化，在无负载的最小速度下是否存在转数“摆动”，是否存在转速“下降”。负载下半波模式最大速度下的转数，以及最大速度触点的操作。通过增大电容器C4的电容值来消除摆动，通过增大电阻器R1的阻值来消除骤降，之后再次指定电阻器R3滑块的位置。

总之，应该指出的是，在这种类型的调节器中，转速表是执行电动机，反馈电压由电动机磁路的剩磁和电刷接触的稳定性决定。因此，调节的质量直接取决于所用电机的特定特性。但控制装置的极其简单和良好的负载特性充分弥补了这一缺点。

文学

晶闸管。技术参考/每。来自英语。 V. A. Labuntsova 等人 - M.：能源，1971 年。
R 计数。电子电路，1300 个示例/翻译。来自英语。 V.A.洛吉诺夫。 - M.：米尔，1989。
晶闸管。手册，卷。第 1155 号 - M .：无线电和通信，1990 年（MRB）。

作者：莫斯科州谢尔普霍夫的 V. Zhgulev

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