Virbactd.ru

Авто шины и диски
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема регулятора скорости бесколлекторного двигателя (ESC)

Схема регулятора скорости бесколлекторного двигателя (ESC)

Схема условно разделена на две части: левая — микроконтроллер с логикой, правая — силовая часть. Силовую часть можно модифицировать для работы с двигателями другой мощности или с другим питающим напряжением.

Контроллер — ATMEGA168. Гурманы могут сказать, что хватило бы и ATMEGA88, а AT90PWM3 — это было бы «вааще по феншую». Первый регулятор я как раз делал «по феншую». Если у Вас есть возможность применять AT90PWM3 — это будет наиболее подходящий выбор. Но для моих задумок решительно не хватало 8 килобайт памяти. Поэтому я применил микроконтроллер ATMEGA168.

Эта схема задумывалась как испытательный стенд. На котором предполагалось создать универсальный настраиваемый регулятор для работы с различными «калибрами» бесколлекторных двигателей: как с датчиками, так и без датчиков положения. В этой статье я опишу схему и принцип работы прошивки регулятора для управления бесколлекторными двигателями с датчиками Холла и без датчиков.

Схема регулятора

Brushless ESC

Питание

ШИМ и сигналы для ключей

Обратная связь (контроль напряжения фаз двигателя)

Датчики Холла

Измерения аналоговых сигналов

На вход ADC3(PC3) поступает аналоговый сигнал от датчика тока. Датчик тока ACS756SA. Это датчик тока на основе эффекта Холла. Преимущество этого датчика в том, что он не использует шунт, а значит, имеет внутреннее сопротивление близкое к нулю, поэтому на нем не происходит тепловыделения. Кроме того, выход датчика аналоговый в пределах 5В, поэтому без каких-либо преобразований подается на вход АЦП микроконтроллера, что упрощает схему. Если потребуется датчик с большим диапазоном измерения тока, Вы просто заменяете существующий датчик новым, абсолютно не изменяя схему.

Если Вам хочется использовать шунт с последующей схемой усиления, согласования — пожалуйста.

Задающие сигналы

Кроме того, есть вход RC сигнала, который повсеместно используется в дистанционно управляемых моделях. Выбор управляющего входа и его калибровка выполняется в программных настройках регулятора.

UART интерфейс

Прочее

Светодиод, сигнализирующий о состоянии регулятора, подключен к выводу PD4.

Силовая часть

Ключи нужно выбирать в зависимости от максимального тока и напряжения питания двигателя (выбору ключей и драйверов будет посвящена отдельная статья). На схеме обозначены IR540, в реальности использовались K3069. K3069 рассчитаны на напряжение 60В и ток 75А. Это явный перебор, но мне они достались даром в большом количестве (желаю и Вам такого счастья).

Конденсатор С19 включается параллельно питающей батареи. Чем больше его емкость — тем лучше. Этот конденсатор защищает батарею от бросков тока и ключи от значительной просадки напряжения. При отсутствии этого конденсатора Вам обеспечены как минимум проблемы с ключами. Если подключать батарею сразу к VD — может проскакивать искра. Искрогасящий резистор R32 используется в момент подключения к питающей батарее. Сразу подключаем «» батареи, затем подаем «+» на контакт Antispark. Ток течет через резистор и плавно заряжает конденсатор С19. Через несколько секунд, подключаем контакт батареи к VD. При питании 12В можно Antispark не делать.

Возможности прошивки

  • возможность управлять двигателями с датчиками и без;
  • для бездатчикового двигателя три вида старта: без определения первоначального положения; с определением первоначального положения; комбинированный;
  • настройка угла опережения фазы для бездатчикового двигателя с шагом 1 градус;
  • возможность использовать один из двух задающих входов: 1-аналоговый, 2-RC;
  • калибровка входных сигналов;
  • реверс двигателя;
  • настройка регулятора по порту UART и получение данных от регулятора во время работы (обороты, ток, напряжение батареи);
  • частота ШИМ 16, 32 КГц.
  • настройка уровня ШИМ сигнала для старта двигателя;
  • контроль напряжения батарей. Два порога: ограничение и отсечка. При снижении напряжения батареи до порога ограничения обороты двигателя понижаются. При снижении ниже порога отсечки происходит полная остановка;
  • контроль тока двигателя. Два порога: ограничение и отсечка;
  • настраиваемый демпфер задающего сигнала;
  • настройка Dead time для ключей
Читайте так же:
Регулировка топлива в паджеро спорт

Работа регулятора

Включение

После включения двигатель издает 1 короткий сигнал (если звук не отключен), включается и постоянно светится светодиод. Регулятор готов к работе.

Для запуска двигателя следует увеличивать величину задающего сигнала. В случае использования задающего потенциометра, запуск двигателя начнется при достижении задающего напряжения уровня примерно 0.14 В. При необходимости можно выполнить калибровку входного сигнала, что позволяет использовать раные диапазоны управляющих напряжений. По умолчанию настроен демпфер задающего сигнала. При резком скачке задающего сигнала обороты двигателя будут расти плавно. Демпфер имеет несимметричную характеристику. Сброс оборотов происходит без задержки. При необходимости демпфер можно настроить или вовсе отключить.

Запуск

При опрокидывании двигателя или механическом заклинивании ротора срабатывает защита, и регулятор пытается перезапустить двигатель.

Запуск двигателя с датчиками Холла также выполняется с применением настроек для старта двигателя. Т.е. если для запуска двигателя с датчиками дать полный газ, то регулятор подаст напряжение, которое указано в настройках для старта. И только после того, как двигатель начнет вращаться, будет подано полное напряжение. Это несколько нестандартно для двигателя с датчиками, поскольку такие двигатели в основном применяются как тяговые, а в данном случае достичь максимального крутящего момента на старте, возможно, будет сложно. Тем не менее, в данном регуляторе присутствует такая особенность, которая защищает двигатель и регулятор от выхода со строя при механическом заклинивании двигателя.

Во время работы регулятор выдает данные об оборотах двигателя, токе, напряжении батарей через порт UART в формате:

Данные выдаются с периодичностью примерно 1 секунда. Скорость передачи по порту 9600.

Настройка регулятора

Переход регулятора в режим настройки происходит при включении регулятора, когда задающий сигнал потенциометра больше нуля. Т.е. Для перевода регулятора в режим настройки следует повернуть ручку задающего потенциометра, после чего включить регулятор. В терминале появится приглашение в виде символа «>«. После чего можно вводить команды.

Регулятор воспринимает следующие команды (в разных версиях прошивки набор настроек и команд может отличаться):

h — вывод списка команд; ? — вывод настроек; c — калибровка задающего сигнала; d — сброс настроек к заводским настройкам.

команда «?» выводит в терминал список всех доступных настроек и их значение. Например: Изменить нужную настройку можно командой следующего формата:

<настройка>=<значение>

pwm.start=15

Если команда была дана корректно, настройка будет применена и сохранена. Проверить текущие настройки после их изменения можно командой «?«.

Измерения аналоговых сигналов (напряжение, ток) выполняются с помощью АЦП микроконтроллера. АЦП работает в 8-ми битном режиме. Точность измерения занижена намеренно для обеспечения приемлемой скорости преобразования аналогового сигнала. Соответственно, все аналоговые величины регулятор выдает в виде 8-ми битного числа, т.е. от 0 до 255.

Список настроек, их описание:

ПараметрОписаниеЗначение
motor.typeТип мотора0-Sensorless; 1-Sensored
motor.magnetsКол.во магнитов в роторе двигателя. Изпользуется только для расчета оборотов двигателя.0..255, шт.
motor.angleУгол опережения фазы. Используется только для Sensorless двигателей.0..30, градусов
motor.start.typeТип старта. Используется только для Sensorless двигателей.0-без определения положения ротора; 1-с определением положения ротора; 2-комбинированный;
motor.start.timeВремя старта.0..255, мс
pwmЧастота PWM16, 32, КГц
pwm.startЗначение PWM (%) для старта двигателя.0..50 %
pwm.minЗначение минимального значения PWM (%), при котором двигатель вращается.0..30 %
voltage.limitНапряжение батареи, при котором следует ограничивать мощность, подаваемую на двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255*
voltage.cutoffНапряжение батареи, при котором следует выключать двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255*
current.limitТок, при котором следует ограничивать мощность, подаваемую на двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255**
current.cutoffТок, при котором следует выключать двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255**
system.soundВключить/выключить звуковой сигнал, издаваемый двигателем0-выключен; 1-включен;
system.inputЗадающий сигнал0-потенциометр; 1-RC сигнал;
system.damperДемпфирование входного сигнала0..255, условные единицы
system.deadtimeЗначение Dead Time для ключей в микросекундах0..2, мкс
Читайте так же:
Регулировка давления воды в гидроаккумуляторе на 100 литров

* — числовое значение 8-ми битного аналого цифрового преобразователя. Рассчитывается по формуле: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5 Где: U — напряжение в Вольтах; R5, R6 — сопротивление резисторов делителя в Омах.

** — числовое значение 8-ми битного аналого цифрового преобразователя. Рассчитывается по формуле: ADC = U*255/5 Где: U — напряжение датчика тока в Вольтах, соответствующее требуемому току.

Фьюзы микроконтроллера должны быть выставлены на работу с внешним кварцем. Строка для программирования фьюзов с помощью AVRDUDE:

Управляем бесколлекторными двигателями, господа

Привет Хабровчане!
Решил я рассказать «всему свету» о проблеме, с которой столкнулся при постройке своего проекта, и как мне удалось её решить.

А речь сегодня пойдет о бесколлекторных двигателях, о регуляторах хода и как ими управлять.
Что же такое бесколлекторный двигатель, я не буду долго расписывать (сами можете посмотреть Wiki), а скажу в 2х словах, это 3х фазный двигатель постоянного тока.

И приводится в движение сие чудо благодаря специальному регулятору, который последовательно переключает обмотки с определенной частотой.
Управляя частотой переключения обмоток мы управляем скоростью вращения ротора.
Ну что же, надеюсь тут все понято, идем дальше.

Первые проблемы
Были закуплены 2 комплекта двигатель + регулятор, ждал около месяца, пришли.
image

Мною овладел приступ безудержного веселья по этому поводу, но, к сожалению, это было ненадолго….
Рассмотрев эти чудеса техники я решил подключить их к источнику питания, и тут то первое разочарование, тихий хлопок (как от КЗ) и тишина, светодиоды не горят, писка нет (а он должен быть), только крутится кулер на регуле, беда…
Побежал в ближайший Хобби магазин, и добрый консультант вынес вердикт: сгорел!

Со вторым такая же история, в общем ребята, не повезло, оба бракованные…
Ну хоть кошечка порадовалась:

image

Пришлось раскошелиться и купить у них регулятор по цене обоих комплектов (поджимали сроки).
Купил, подключил, все пищит, горит, работает, прям аж душа радуется! (на фото он выделен):

image

Проблема номер два
Теперь настала пора покрутить двигателем.
А покрутить нужно не с сервотестера или аппы радиоуправления, а с микроконтроллера, а точнее вот с такой платки:
image

Перелопатив тонны сайтов, перечитав сотни форумов и ответов на мой вопрос, так как же управлять этим регулятором я слышать только одно: «…чувак да там простой ШИМ…», «… ШИМ тебе в помощь…».
Ну ШИМ, так ШИМ.
Написал простенькую программу:

Читайте так же:
Регулировка впрыска дизельного двигателя фольксваген

Залил, ноль эмоций…

Бился 2 дня, пока не наткнулся на случайный пост, о том, что у регулятора есть защита, и он начинает функционировать только при подаче на его вход ШИМ сигнала 1,5 мс.
Окей, будет сделано.

Дальше я подцепил обыкновенный резистор через АЦП, и опытным путем подобрал крайние значения ШИМ регулятора.
Код получившийся в итоге:

И все заработало.
Теперь все крутиться, шумит, пищит и просто радует.
P.S. Это код для управления сразу 2мя двигателями.

И последняя проблема, питание…
Здесь расскажу немного, а именно, от регулятора идет 3 провода:
image

Центральная колодка, по порядку Черный — минус, Красный — плюс и Белый — провод управления.

И загвоздка в том, что в отличие от сервоприводов, это не входы под питание, а выходы, т.е. питаемся от них.
К чему я это, да к тому, что подключив регулятор как серву, я чуть не спалил порты на ноутбуке, ибо плата в это время была запитана от USB.
Но к счастью у моего старичка сработала защита и все обошлось перезагрузкой…

Спасибо большое за внимание.
Надеюсь мой опыт будет полезен для вас.
До скорых встреч.

Регуляторы оборотов коллекторного двигателя своими руками.

Универсальные коллекторные двигатели с последовательным возбуждением (щеточные) применяются в различных электроинструментах. Это пылесосы, миксеры, дрели, болгарки и другие устройства. Во время эксплуатации этих инструментов часто возникает потребность их работы с меньшими оборотами электродвигателя.
Предлагается две конструкции регуляторов оборотов коллекторного двигателя.

В первом регуляторе оборотов двигателя плавное регулирование числа оборотов вала коллекторного двигателя с автоматической стабилизацией их при выбранном режиме работы можно осуществлять при помощи простого тиристорного регулятора.

Сперва рассмотрим работу регулятора оборотов без конденсатора С1 .
Основой регулятора является тринистор ( VT1 ), регулируемый фазовым управлением. Коллекторный двигатель включен последовательно тринистору, поэтому питание его осуществляется однополупериодным напряжением.
При вращении двигателя на его клеммах из-за остаточной намагниченности возникает противо-электродвижующая сила (э.д.с.) uд , которая пропорциональна скорости вращения вала. Принцип действия регулятора оборотов коллекторного двигателя основан на сравнении uд с опорным напряжением Uоп , подаваемым на управляющий электрод тринистора с движка потенциометра R2 . В регуляторе вращения осуществляется выделение разностного сигнала uу=Uоп-uд , который используется для фазового управления тринистором, что и обеспечивает возможность регулировки подводимой мощности к электродвигателю.
Благодаря диоду VD1 через резисторы R1 и R2 протекает только положительный полупериод и Uоп достигнет максимального значения тогда, когда амплитудное напряжение сети будет наибольшим.
Если остаточная противо-э.д.с. uд двигателя больше, чем величина Uоп (т.е. если скорость вращения превышает некоторое установленное значение), тогда диод VD2 будет закрыт, т.к. потенциал на аноде диода будет меньше чем на катоде ( Uоп-uд ) и сигнал на управляющий электрод тринистора не подается. Тринистор закрыт, питание на двигатель не поступает и скорость вращения уменьшается до тех пор, пока противо-э.д.с. uд не станет меньше Uоп и диод VD2 будет включен в прямом направлении. На управление тринистора поступит отпирающее напряжение и на коллекторный двигатель будет подано питание.
Нужно отметить, что на тринисторе наибольший угол отпирания составляет φ=90 , при котором подводится наименьшая мощность. Если на вал электродвигателя нагрузка увеличивается, тогда скорость вращения двигателя уменьшается и, соответственно, противо-э.д.с. так-же уменьшается. Тринистор отпирается с меньшей задержкой ( φ ) увеличивая подводящую мощность к двигателю.

Читайте так же:
Регулировка замка двери на фиате

При малой нагрузке двигателя и при малой его скорости (по схеме движок потенциометра R2 находится в крайне нижнем положении), двигатель за четверть периода ( φ=90 ), в течении которого к нему подводится мощность, может сильно увеличить свою скорость. Понадобится время, чтобы скорость вала снизилась до установленного значения и тиристор открылся. Поэтому нет стабильности заданного режима и появляется «качание» скорости двигателя.
Для стабилизации режима нужно уменьшить интервал времени, в течении которого мощность подается на двигатель, т.е. сделать угол отпирания φ>90 .
Это можно сделать с добавлением в схему конденсатора С1 для создания фазосдвигающей RC цепочки, которая увеличивает угол задержки. В данной схеме эта цепочка состоит из резисторов R1, R2 и конденсатора С1 , напряжение на котором будет сдвинуто на угол, определяемой постоянной времени цепи (R1+R2)C1 и позволяющая изменять ток двигателя от максимального значения почти до нуля.
При замыкании выключателя SA1 можно отключить регулятор оборотов от двигателя.

В регуляторе оборотов коллекторного двигателя применены следующие элементы:
R1=7 кОм мощностью 4Вт (собран из двух параллельно соединенных резисторов 12кОм и 18кОм, тип МЛТ мощностью по 2Вт);
R2=2,2 кОм, потенциометр тип СП, 1Вт; Вторая схема регулятора оборотов коллекторного двигателя собранный на однопереходном транзисторе (ОПТ) VT1 , может применяться как для регулировки скорости вращения вала двигателей и как регулятор мощности нагревательных приборов.

Особенность этого регулятора — стабилизация напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети.
В этой схеме ОПТ применяется в качестве источника управляющих импульсов для фазоимпульсного регулирования. Подробно узнать как работает генератор на ОПТ можно посмотрев ссылку про однопереходной транзистор.

Устройство управления питанием от стабилизатора напряжения ( VD5, VD6 ) обеспечивает стабильность точки открытия тиристора при изменении напряжения в сети. Для того, чтобы стабилизировать напряжение нагрузки, включены рeзисторы R3 и R4 . Резисторы R4 и R5 образует делитель, определяющий междубазовое напряжение на однопереходном транзисторе, а R3 осуществляет подключение напряжения сети.
Например : при повышении напряжения в сети повышается и междубазовое напряжение на транзисторе VT1 . Cледовательно, повышается и пороговое напряжение для его открытия. Это приводит к задержке открытия тиристора и уменьшает напряжение подаваемое в нагрузку, т.е. осуществляется стабилизация напряжения в нагрузке.
Поскольку параметры транзистора могут быть значительно отличаться от номинальных значений , сопротивление R3 необходимо подобрать так, чтобы получить стабилизированное выходное напряжение.

Резистор 22 кОм /4Вт можно составить из двух последовательно включенных резисторов по 11кОм/2вт.
Диоды и тиристор можно использовать любые на напряжение не менее 300 вольт и током 10 ампер.
Можно заменить: тиристор — на КУ202Н, диоды — на Д246А, Д247, а стабилитроны — на Д814Г.
Регулятор может работать на нагрузку от 50 до 1200 ВТ, но нужно иметь в виду , что при мощности более 400Вт необходимо принимать меры по охлаждению тринистора и диодов.

Как регулировать скорость бесколлекторного двигателя

Электронный регулятор скорости вращения

коллекторного двигателя постоянного тока на основе

1. Конструкция 1:

Реостатные схемы регулирования скорости вращения коллекторных двигателей постоянного тока, в том числе с применением силовых транзисторов, на которых падает часть напряжения, обладают низким КПД при малых и

Читайте так же:
Турбонаддув дизеля и его регулировки

средних оборотах. На балластных транзисторных ключах рассеивается значительная тепловая мощность, что ужесточяет требования к системе их охлаждения. Поэтому разработка системы регули- рования скорости вращения от нулевой до максимальной была проведена на основе импульсной схемы с изменением ширины прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку двигателя (широтно-импульсная модуляция — ШИМ).

На рис. 1 приведена принципиальная схема регулятора, на рис. 2 показан внешний вид печатной платы.

Рис.1. Схема принциапиальная регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока

На операционных усилителях (ОУ) DA1, DA2 собран генератор треугольного напряжения частотой около 5 кГц. ОУ DA3 включен по схеме компаратора, сравнивающего треугольное напряжение с опорным напряжением, снимаемым с движка потенциометра R7, служащего в качестве задатчика скорости вращения. В момент, когда треугольное напряжение становится меньше опорного, положительный сигнал с выхода компаратора открывает ключ VT1VT2, и на обмотки коллекторного двигателя подается полное напряжение питания (в данном случае 27 вольт). Когда треугольное напряжение больше опорного, ключ VT1VT2 закрыт, и напряжение на двигатель не поступает. При этом диод VD1 выполняет роль демпфирующего, поддерживая ток в обмотках двигателя. Цепочка стабилитронов VS1VS2, подключенная через балластный резистор R1 к источнику питания, служит для обеспечения питания ОУ двухполярным напряжением со средней точкой. По аналогичной схеме могут быть построены ШИМ-регуляторы на другие напряжения питания.

Рис. 2. Внешний вид печатной платы регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока. Размер платы 70 х 100 мм2.

2. Конструкция 2:

Не менее простая схема приведена на втором рисунке. Она содержит в основе очень широко распространённый интегральный таймер NE555N (КР1006ВИ1), нагруженный на затвор полевого транзистора.

Схема содержат микросхему с большим выходным током, что позволяет использовать практически любые полевые транзисторы с любой паразитной ёмкостью затвора. При токе нагрузки до 0,1А нагрузку можно включать непосредственно на выходы микросхем, не используя полевые транзисторы. Как было указано на предыдущих страницах, для полного открытия канала силового полевого транзистора на его затворе должно быть напряжение не менее 12 . 15 В, поэтому напряжение питания всех ранее рассмотренных схем не должно быть меньше 12 . 15 В. Если требуется регулировать меньшее напряжение, например 0 . 6 В для регулировки яркости переносных фонарей, вместо полевых транзисторов можно использовать биполярные NPN транзисторы, предназначенные для работы в ключевых схемах и имеющие очень малое падение напряжения в открытом состоянии. При токах нагрузки до 1А хорошо подходит транзистор КТ630А, а при больших токах ( до 10А, 30В) просто идеален КТ863А, В. В цепь базы транзисторов необходимо включить токоограничительный резистор сопротивлением 150 . 510 Ом. Все схемы , описанные в разделе, позволяют регулировать напряжение значительно большее 12 В. Для этого требуется обеспечить напряжение 12 . 15 В для питания ШИМ схемы регулирования, а полевой транзистор выбрать соответственно требуемому напряжению и току нагрузки.

3. Конструкция 3:

Простая схема на операционном усилителе и однопереходном транзисторе:

1.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — М.: Мир, 1982. — 512 с., ил.

1.»Широтно-импульсные регуляторы постоянного тока», http://kravitnik.narod.ru/switch/switch4.html

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенные схемы годятся (практически) только для слабосильных

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector