集电器电动机的微控制器速度控制器。无线电电子电气工程百科全书

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在许多驱动器中，特别是家用电器中，广泛使用串励集电电机。对于使用受控晶闸管整流器的此类电机，速度控制器有多种变体（例如，参见“晶闸管技术参考”一书/由 V. A. Labuntsova 等人翻译自英文 - M.: Energy, 1971）。

在这些设备中使用微控制器 (MC) 并在软件级别实现控制电力驱动的主要功能，开辟了全新的机遇。在这种情况下，调节器变得非常通用，能够通过更改 MK 内存中记录的程序来配置为控制电力驱动器或其他负载的各种选项。

本文介绍了作者基于 Microchip Technology 的 PIC16F84 MK 开发的此类稳压器的一个版本。

所提出的装置在直流电路中采用脉冲电压调节方法，该方法被广泛使用，特别是在车辆的电力驱动中[1]。

该方法的本质在于通过非接触式关键元件以高重复率的脉冲向电机施加电压。在持续时间 t 和 (图 1) 的脉冲期间，电源 U 的全电压施加到电动机上，电动机电路中的电流增加，在暂停 tn 期间，电压被关断，并且电流在自感电动势的作用下逐渐减小，通过阻塞二极管电路截止。通过改变占空比 K3 来调节电动机端子处的电压 Ucp 平均值及其速度，占空比 K3 等于脉冲持续时间 ti 与开关周期 T=ti + tn 之比： UCP=K3U； K1 = ti /T。 (XNUMX)

集电极电机的微控制器速度控制器

为了减小电流纹波的幅度并扩大调节范围，关键元件由频宽控制来控制，同时根据关系式 T = Tmin/4K3(1-K3) 改变开关周期的持续时间)、(2) 和微控制器的速度；在这种情况下，Tmin 等于 2,5 ms。

为了演示电力驱动器的微控制器控制功能，在提议的设备中实现了以下功能集：

- 通过在 3 ... 0% 范围内以 100% 的步长改变填充系数 K2 来进行速度控制。电力驱动的机械特性（转速对轴上扭矩的依赖性）是软的：随着负载的增加，转速降低，从而保护电动机和电源免受过载；

- 利用偏差闭环控制原理，将设定速度保持在±5%的精度：将速度的实际值与设定值进行比较，如果存在偏差，则以编程方式改变K3，直到偏差消失被淘汰；

- 改变电动机轴的旋转方向（反向）；

- 在驱动器停止时产生一个信号以打开制动元件；

- 根据紧急模式传感器（如果使用）的信号以及程序执行失败的情况自动关闭电动机；

- 通过临时改变电源电压脉冲来控制两台电动机的能力；

- 在 MC 的非易失性存储器中统计并存储有关驱动器总运行时间的信息；

- 所选控制算法（带或不带速度稳定）和旋转方向的视觉指示，以及占空比、设定速度和实际速度的值。

在特定应用中，可能无法使用其中一些功能。

电机控制装置的原理图如图2所示。 1. 其基础是MK DD10，工作时钟频率为1 MHz。控件是按钮 SB2（“前进”）、SB3（“停止”）和 SB0（“后退”），连接到端口 B MK 的位 RB2 - RB2。如有必要，可以与 SBXNUMX 按钮并联连接负载电流传感器的输出，如果超过设定的电流阈值，该传感器将断开驱动器与电源的连接。

（点击放大）

采用强大的复合晶体管 KT834V (VT2) 作为关键元件。由于基极的电流传输系数较大，因此通过限流电阻R4直接由B端口输出RB5的电压控制。

该控制程序提供了通过将类似关键元件的输入连接到 RB5 输出来同时控制第二台电动机的可能性。同时，为了减少源电路中的电流纹波，第二电机的电压脉冲以等于脉冲持续时间ti的时移形成，如图1所示。 XNUMX、a和b。

强大的场效应或混合功率晶体管可用作器件中的关键，控制电路直接连接到 MC 端子 [2]，这使得稳压器可用于功率高达数百千瓦的功率驱动器，例如例如，在电动汽车中。

电动机的反转是通过利用继电器K1的开关触点改变电动机LM1的励磁绕组中的电流方向来实现的。其绕组包含在晶体管VT1的集电极电路中，由RB3 MK输出的电压控制。

该调节器使用带有四个开关触点的 REN18 继电器（通行证 PX4.564.505）（K1.1 和 K1.2 组中各并联两个触点以提高可靠性）。当电动机断电（K3 = 0）时，触点就会发生切换，这大大降低了对其切换能力的要求。

根据电机的额定电流，可能需要更强大的开关装置来切换励磁绕组。当控制不可逆电力驱动器时，根本不需要使用这些元件。

该程序可在 RB6 MK 的输出端形成信号，其中包括一个制动元件，可在驱动器关闭时快速停止驱动器，或在电机轴负负载的稳定模式下限制速度。如果没有这样的元素，则根本不使用指定的信号。

输出RB7接收来自光电速度传感器的脉冲。它由一个红外发射二极管 VD5、一个 VD6 光电二极管、一个基于 VT3 晶体管的放大器 [3] 和一个安装在电机轴上的圆盘组成，圆盘上有两个直径约为 10 mm 的直径间隔开的孔。当轴旋转时，红外线在短时间内两次照射光电二极管，一转，在晶体管VT3的集电极电路中形成电压脉冲。输入 RB7 时，它们会从端口 B 引起 MC 中断。根据这些中断，MC 测量电机轴每转的时间，并将测量的间隔转换为相对于标称百分比标准化的转速。此时，以100min-3000的转速为1%。

如果占空比已为零（断电），并且电机继续以超过规定的角频率旋转，则主控通过 B 端口的 RB6 位向执行器发出制动命令。

配置为输出的五位端口 A 用于动态控制 HG1 数字指示器的七位。通过位RA3，二进制计数器DD1的输入C3接收有关显示的十进制数字的信息（以相应脉冲数的形式），并通过位RA4重置计数器。 DD4 解码器将计数器输出的二进制代码转换为七元素指示符代码。

从RAO-RA2 MK的输出到解码器DD2的地址输入，以二进制代码提供HG1指示器的位数，其中应该显示计数器DD4的内容。解码器输出0-6处的电压依次激活指示器的相应位，提供七位数字的显示，并且在解码器未使用的输出处形成电压的时间间隔内，指示关闭并显示数字被加载到计数器中。

当设备开启时，MK自动复位并开始执行其内存中记录的程序。执行 MC 和控制程序的初始初始化：配置定时器/计数器预分频器以及用于输入/输出的端口 A 和 B 线，将必要的初始常数输入到所使用的变量中，来自定时器/计数器的中断并允许改变端口B的RB7位的输入电压电平。在这些动作之后，程序循环地在数字指示器HG1上显示信息并轮询按钮SB1-SB3的状态。

电力驱动器可以根据用户选择的两种算法进行控制。

稳定模式已开启。用户设置所需的电机轴转速，MC 每秒多次测量实际转速，并根据结果修正填充系数 K3，以便无论电源如何，都能保持指定的频率电压波动和电机轴上的电阻力矩的变化。

要打开稳定模式，需要在驱动器停止时同时按下按钮 SB2（“停止”）和 SB1（“前进”），关闭 - SB2（“停止”）和 SB3（“后退”））。该模式下的指示器以 5_XXX_YYV 格式显示信息，其中 5 表示 MC 正在稳定模式下运行，XXX 是当前占空比，以 0% 的增量从 100 到 2%，由 MC 形成以保持设置速度，a YYY - 将驱动器速度设置为标称速度的百分比，范围从 0 到 100%，增量为 5%。

稳定模式已禁用。用户设置所需的填充因子K3。不使用速度反馈信号。指示器以 XXX_YYY 格式显示信息，其中 XXX 是测得的电机轴当前速度（每秒测量几次），YYY 是指定的占空因数 K3，从 0 到 100%，增量为 2%。

使用MK内置的定时器/计数器，程序以分钟为单位计算发动机的工作时间，并定期将其值保存在非易失性数据存储器中。变频器停止时按下SB2按钮后，指示灯上会显示相应的信息。当分钟计数器达到值 8192（约 136,5 小时）时，它会重置为零。

两个电源开关的控制脉冲由 MK 在输出 RB4、RB5 处通过定时器/计数器的中断形成，顺序如图 1 所示。 3、因此，在K0,5≤3时，任意时刻两台电机中只有一台接入电源，在K0,5>XNUMX时，电机消耗电流部分叠加，改善了电源运行方式。

根据关系式（1）、（2）和图形成时间间隔所需的常数。 1 从位于 MK 程序存储器中的表加载到定时器中。表中的地址由所需的填充因子K3决定。

代码“固件”ROM MK 显示在表中。

（点击放大）

如果由于任何原因导致控制程序出现意外行为，看门狗定时器命令将重置 MC 并紧急停止驱动器。

程序源代码

对 MK 进行编程时，必须在配置字节中指示以下信息：发生器类型 - HS、看门狗定时器和上电定时器 - 已启用。该程序设计的最大允许速度为3000 min -1 要更改该值，需要在程序中设置其他常数以进行其测量（请参阅原始程序文本中的注释）。

此外，通过改变转速计圆盘上的孔数量，可以逐步改变最大速度的值。例如，为了获得1500 min -1 的最大频率，必须钻四个孔。

要为稳压器的低压部分供电，您可以使用任何能提供 5 V 电压、电流高达 150 mA 的低功率电源。 MK PIC16F84无需改变控制程序即可被更便宜的PIC16C84取代，同样设计为以10 MHz的时钟频率运行。作为数字指示器HG1，您可以使用任何其他具有类似控制功能的指示器。整流桥二极管VD3、晶体管VT2和继电器触点K1决定了调节器可以控制的最大驱动功率。

该调节器已经过使用 400 W 通用集电器电机的运行测试。在这种情况下，VT2晶体管安装在总冷却表面积约为100 cm2的散热器上。

由具有精确编程的 MK 的可维修组件正确组装而成的调节器无需进行调整。

所述装置不仅可用于控制电力驱动器的速度，还可用于维持其他物理参数的设定值，例如房间、培养箱、水池、水族馆或其他物体的温度。在这种情况下，温度频率转换器而不是速度传感器连接到 RB7 MK 输入。 B端口未使用的位可以编程来控制其他外部设备，例如在空气过热时打开房间内的通风、每隔一定时间打开水族箱内的照明和压缩机等。所有这些都需要进行最小的改变控制程序。

文学

Birznieks LV 脉冲直流转换器。 - M.：能源，1974 年。
能源电子学。参考指南：每。来自德语/ Ed。 VA Labuntsova。 - M.：Energoatomizdat，1987。
Bayanov K. 磁带消耗计数器。 - 电台，1994 年，第 5 期，第 5 页。 7-XNUMX。

作者：S.Koryakov, Yu.Stashinov, Shakhty, Rostov region

查看其他文章 部分电动马达.

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