多相电机的通用控制单元。方案、说明

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有各种各样的异步、步进、换向器和各种高频多相电机，其工作频率为 400...1000 Hz，无法通过单相网络有效工作。然而，现代电子技术使这变得非常简单。为了使多相电机的转子旋转，必须向其绕组施加严格定义的脉冲序列，即创建旋转磁场。但是，如果除了单相网络之外什么都没有，该怎么办呢？设计为380V/50Hz的三相电机当然可以使用移相电容器从单相网络启动，但其效率会很低，而且改变转速也不是梦想。异步电动机的。步进电机和高频电机将根本无法启动。

为了解决所有这些问题，创建了通用控制单元。通过简单地对 ROM 重新编程，就可以改变输出键的操作算法，从而使其适应任何引擎。让我们考虑一下主单元的操作，其框图如图1所示。

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D1:1、D1:2芯片上装配有频率为2kHz的主振荡器。其频率主要由发动机转速和所使用的 ROM 量预先确定。为了形成陡峭的边沿，来自发生器的脉冲通过两个施密特触发器。

在输出 D2:1 的脉冲边沿，计数器 D3-D5 进行切换。在同一脉冲下降时，由 D2:2 芯片反转，数据从 ROM 重写到 D7 芯片上的寄存器。当器件打开时，计数器由于 C2R3 链而设置为零。工作时，计数系数取决于D7芯片的D6位的哪个存储单元中包含log“1”，这将决定计数器的复位时间。寄存器D7是必要的，这样切换ROM地址时出现的脉冲不会影响按键的操作算法。计数器的数量取决于所使用的 D6 芯片地址的数量，并且可以从 7 到 20 不等。高达 30...8 mA 的负载可直接连接到寄存器 DXNUMX 的输出。如果使用较大的负载，则需要使用缓冲元件，例如DXNUMX芯片。

现在我们来谈谈不同引擎的输出键和运行算法。首先，我们考虑在 27 V 恒压下运行的换向器电机。其连接图如图 2 所示。

多相电机通用控制单元

这是装配在VT1上最简单的晶体管开关。该晶体管具有相当大的增益，并且在发射极和集电极之间连接有一个二极管。因此，其基极可通过限流二极管直接连接至微电路D7的输出端（图1）。

图 3 显示了解释电机在脉宽调制 (PWM) 模式下运行的图表。

多相电机通用控制单元

如果晶体管保持关闭状态一段时间T，则发动机转速将最小，反之亦然。在周期结束时，需要在位 D8 中写入日志“1”，以便重复循环。如果您需要创建复杂的速度模式，例如：1 秒内速度应为最大，接下来的 10 秒 - 20% 的水平，接下来的 5 秒 - 60% 的水平，等等，然后应将计数器复位写入整个调整过程的周期结束，并通过改变主振荡器的频率来选择时序关系的精度。如果总周期相同，每个数据总线可以有自己的电机密钥或负载。

要控制步进电机，您需要根据电机使用三个或六个按键，绘制电机控制算法，计算每个电机周期所需的脉冲数并对微电路进行编程。通过改变主发电机的频率可以调节发动机转速。让我们展示具有三个绕组的电机的图表（图 4）、算法（图 5）和程序（表 1）。

多相电机通用控制单元

表1

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让我们考虑一下三相电机的运行。星形电机连接框图如图 6 所示。

多相电机通用控制单元

后面会给出各种按键方案。第一个按键由数据总线 D0 控制，第二个按键由 D1 控制，依此类推。如果电机设计频率为 400...1000 Hz，则图 7 所示的简单算法适用。

多相电机通用控制单元

在该算法中，按键打开的时刻必须错开时间t。对于不同的按键，该延迟是不同的，范围从几微秒到几毫秒。有必要防止关键晶体管出现直通电流。为了控制频率为 50 Hz 的异步电机，需要引入频率为 10...20 kHz 的 PWM 调制。

图 8 显示了正弦波的正半波及其近似的 PWM 脉冲填充。

多相电机通用控制单元

为了在不同频率下保持电机功率恒定，需要计算总半波面积并匹配PWM调制面积。对于低发动机速度，这可能会安装具有大量单元的 ROM 芯片，因此需要对其内容进行艰苦的计算。控制三相电机的 PWM 算法的总体图如图 9 所示，频率为 2 kHz 的 PWM 调制的 ROM 固件如表 2 所示。发动机转速为 60 rpm。

多相电机通用控制单元

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为了控制发动机，我测试了各种类型的电源开关。每个人都有自己的优点和缺点。

图 10 显示了没有与电源电压隔离和低电源电压的最简单电路。正半波的关键由晶体管VT1-VT2、电阻器R1-R3和二极管VD1组成。晶体管VT3上有一个负半波开关。

多相电机通用控制单元

图 11 显示了使用双极晶体管的电路。它的缺点是每个按键都需要额外的未稳压的24V电源。

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图 12 显示了使用带光耦合器隔离的场效应晶体管的电路。打开场效应晶体管不需要大电流，因此按键由与电机相同的电路供电。

多相电机通用控制单元

该开关采用光耦隔离的电源电路如图13所示。

多相电机通用控制单元

所有使用光耦合器的开关都有一个显着的缺点：随着调制频率的增加，脉冲前沿变得更长。

也许目前最好的选择是使用国际整流器公司的专用三相驱动器微电路IR2130、IR2131。它具有过流保护功能，可关闭所有开关并生成错误信号。该微电路是六个开关（IGBT 或 MOS.ET 晶体管）的驱动器。使用 IR.740 晶体管时，可以控制高达 5 kW 的电机功率。

您可以在 [1] 中阅读有关微电路和电机控制原理的更多信息。驱动器输入与TTL逻辑一致。可以与上述控制单元协调。

参考文献：

Obukhov D.、Stenin S.、Strunin D.、Fradkin A. PIC16C62 微控制器和 IR2131 驱动器上的电气驱动控制模块//芯片新闻。 - 1999 年。 - 第 6 号。

作者：S.M. 阿布拉莫夫

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