wersja mobilna | kontakt z nami

Regulator obrotów silnika prądu stałego 200 V z układem U2008B

Numer: Lipiec/2016

Układ 2008B jako regulator fazowy napięcia był już tematem szczegółowych opisów na łamach czasopisma ?Elektronika Praktyczna? (5/1998 i 4/2011).Cechy tego układu - synchronizacja z napięciem sieci, "miękki" start, szeroki zakres regulacji napięcia - pozwalają na jego zastosowanie także do sterowania silnikiem prądu stałego, z możliwością regulacji jego prędkości obrotowej poprzez regulację prądu wirnika.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Opisane urządzenie użyto do regulacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego o małej mocy i następujących parametrach:

• Typ silnika: BAUSER NDK 9462.
• Moc znamionowa: 0,2 kW.
• Prędkość obrotowa: 3000 obrotów/minutę.
• Napięcie wzbudzenia: 200 V DC.
• Prąd wzbudzenia: 0,15 A.
• Napięcie wirnika: 180 V DC.
• Prąd wirnika: 1,7 A.

rys-1Uzwojenie wzbudzenia silnika jest zasilane prądem stałym z mostka MD2. Wartość średnia napięcia wynosi 205 V DC. W rozwiązaniu układowym zastosowano zestaw do samodzielnego montażu AVT-1613. Schemat ideowy rozwiązania pokazano na rysunku 1. Obwód wirnika jest zasilany wyprostowanym napięciem, uzyskanym z regulatora fazowego, sterującego triakiem T1. Specyfika układu polega na zasilaniu odbiornika o dużej indukcyjności (wirnik) przez pełnookresowy mostek prostowniczy MD1. Ten mostek spełnia dodatkowo funkcje diody zwrotnej dla wirnika silnika. Taki układ wymaga wprowadzenia kilku modyfikacji do podstawowego schematu obwodu układu U2008B.

W regulatorze zastosowano triak typu BTA16-800BWRG firmy STMicroelectronics. Jest to triak specjalnie przeznaczony do zasilania odbiorników indukcyjnych z uwagi na dużą odporność przepięcia występujące podczas komutacji. Według materiałów firmy STM, triaki tego typu nie wymagają zewnętrznych elementów gasikowych (snubber), jednak dla zapewnienia bezawaryjnej pracy w warunkach przemysłowych – w opisanym rozwiązaniu układ taki (Rf, Cf) został zastosowany, by uniknąć niekontrolowanego załączenia triaka w przypadku wystąpienia dużych zakłóceń w sieci zasilającej.

W celu zwiększenia pewności załączenia triaka w niskiej temperaturze zwiększono prąd bramki poprzez zmniejszenie wartości rezystora w obwodzie bramki triaka (R6), czas trwania impulsu wyjściowego i czas trwania „miękkiego startu” (zwiększenie pojemności kondensatorów C4 i C2, zmniejszenie wartości rezystancji potencjometru P2, zgodnie z zaleceniami z karty katalogowej U2008B).

rys-2Na rezystorze R1 (w obwodzie zasilania U2008B) jest tracona moc, która w przypadku rezystora o dopuszczalnej mocy strat 2 W powoduje jego nagrzewanie się do wysokiej temperatury. Z tego powodu w układzie zastosowano rezystor drutowy z radiatorem, o bardzo dużej dopuszczalnej mocy strat (100 W). Koszt nie jest duży, natomiast obniżenie temperatury elementu zwiększa jego niezawodność i okres bezawaryjnej pracy. Z tych samych powodów „przewymiarowano” mostki prostownicze MD1 i MD2.

W układzie zastosowano dodatkową diodę (Dz) stabilizującą napięcie zasilania układu scalonego. W wielu opisach układu zwracano uwagę na niestabilną pracę wewnętrznego stabilizatora napięcia układu 2008B – zastosowanie dodatkowej diody rozwiązuje ten problem.

rys-3Kilka słów omówienia wymaga zastosowanie dławika L1. Indukcyjność szeregowo połączona z triakiem ma na celu ograniczenie wartości stromości zanikania prądu w obwodzie w czasie jego wyłączania przez mostek MD1. Dla triaka BTA12-800BW stromość ta nie powinna przekraczać wartości 14 A/ms (bez układu „snubber”), co wymaga zastosowania dławika o indukcyjności co najmniej 3 mH. Większa wartość może być zastosowana do ograniczenia zawartości harmonicznych w prądzie sieciowym, dławik ten może być częścią filtru odkłócającego. Dławik ten może być dławikiem nasycanym – element należy dobrać z uwzględnieniem prądu obciążenia (odpowiedni przekrój drutu uzwojenia). Zastosowanie dławika „zmiękcza” komutację i eliminuje stany nieustalone. Szersze omówienie tego zagadnienia jest przedstawione w przedstawionej literaturze.

Triak należy zamontować na radiatorze z zachowaniem odpowiedniej izolacji. Po zmontowaniu układ jest gotowy do pracy.

Na rysunku 2 przestawiono oscylogramy prądu i napięcia na wyjściu układu i prądu dla różnych napięć wyjściowych regulatora.

rys-4W czasie prób układu zwrócono uwagę na specyficzne zachowanie układu w czasie rozruchu – zarówno „zimnego” (cold start, gdy wszystkie kondensatory są w pełni rozładowane), jak i „gorącego” (hot start – z naładowanymi kondensatorami w obwodzie). Zagadnienie to jest szczególne istotne dla silników prądu stałego, prąd rozruchowy silnika nie powinien przekraczać pięciu wartości prądu znamionowego. W chwili początkowej wartość prądu wirnika jest ograniczana jedynie przez bardzo małą rezystancję uzwojenia wirnika (ułamki omów). Jeżeli kondensatory układu są rozładowane, to po włączeniu można zaobserwować krótkotrwały impuls napięcia na obciążeniu. W przypadku zasilania silnika jest to korzystne, gdyż system mechaniczny silnika w chwili włączenia zawsze musi pokonać pewne tarcie statyczne na starcie, a po rozruchu tarcie dynamiczne jest znacznie mniejsze. Z tego względu system potrzebuje „impulsu mocy” w czasie rozruchu i jej ograniczenia w czasie normalnej pracy. Zjawisko to można zaobserwować przy podłączeniu żarówki (rozbłysk po włączeniu). Gdy kondensatory są naładowane, efekt ten jest ograniczony. Na rysunkach 34 zamieszczono oscylogramy rozruchowego prądu silnika – dla „zimnego” i gorącego” startu układu.

Po zakończeniu uruchamiania układu należy dobrać bezpiecznik topikowy, odpowiedni do planowanego obciążenia. W czasie uruchamiania układu należy zawsze używać narzędzi izolowanych i obowiązkowo zwrócić uwagę na wykonanie urządzenia z zapewnieniem odpowiedniej ochrony przeciwporażeniowej dla obsługi.

Janusz Biliński
jtbili@wp.pl

Pozostałe artykuły

3-fazowy woltomierz TRMS

Numer: Październik/2017

Pewne urządzenie wymagało dla zwiększenia funkcjonalności zainstalowania woltomierza dokonującego pomiaru napięcia sieciowego w trzech fazach. Można kupić stosunkowo niedrogie woltomierze panelowe, ale z reguły mierzą one napięcie stałe, więc wymagałyby dodatkowych układów. Postanowiłem samodzielnie zaprojektować i wykonać woltomierz mierzący napięcie trzech faz o stosunkowo dużej precyzji i dużych, czytelnych cyfrach (wyświetlacz ...

Miliamperomierz TRMS

Numer: Wrzesień/2017

W pewnym urządzeniu znajdował się analogowy miliamperomierz prądu przemiennego typu MER-96T. Wysłużony przyrząd nie mieścił się już w swojej klasie, a co gorsza miał błąd nieliniowy, więc próby kalibracji bocznika nie miały sensu. Wobec konieczności wymiany miernika postanowiłem wykonać przystawkę do kitu AVT5339 pozwalającą na pomiaru prądu przemiennego. Układ ten niewątpliwie jest tańszy od miernika analogowego, bardziej ...

"Klocek" miernika częstotliwości albo licznik zdarzeń

Numer: Sierpień/2017

Rozpoczynając pracę nad tym urządzeniem, miałem zamiar zrobić licznik nieperiodycznych impulsów elektrycznych, czyli po prostu licznik zdarzeń. Urządzenia tego rodzaju są stosowane w bardzo wielu miejscach, począwszy od pomiaru natężenia ruchu pojazdów na autostradzie lub klientów w sklepie, poprzez pomiar częstotliwości otwierania bram lub zaworów w różnych urządzeniach, a skończywszy na pomiarach średnich szybkości obrotowych ...

Przedwzmacniacz audio

Numer: Marzec/2017

Zbudowanie przedwzmacniacza audio dobrej klasy stanowi nie lada problem. Zastosowany przez mnie specjalizowany układ scalony TDA7313 zawiera selektor wejść oraz regulator siły i barwy dźwięku. Układ może posłużyć jako moduł samodzielnie konstruowanego lub modernizowanego wzmacniacza audio.

Karta USB Audio Mic & Power (1)

Numer: Październik/2016

Prawie dwa lata temu opisywałem kartę USB Audio zawierająca analogowe i cyfrowe wejścia i wyjścia. Tamta karta miała wejście sygnałowe audio Line In oraz również sygnałowe wyjście audio Line Out. Tym razem postanowiłem zbudować własną kartę USB Audio Mic & Power wyposażoną w mikrofon (stereofoniczny) i końcówkę mocy zdolną wysterować głośniki. Karta ta również ma sygnałowe wejścia i wyjścia audio w formie analogowej ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Listopad 2018

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym