В следующем разделе рассматривается управление трехфазным низкооборотным двигателем в статическом режиме с использованием трехфазного моста L6234.
Но сначала немного теории.
Что такое некоммутируемые двигатели?
Как следует из названия, это двигатели без щеточных коллекторов. Вращающаяся часть имеет постоянный магнит — ротор. Неподвижная часть — статор — имеет электромагнитную катушку. Двигатель работает за счет изменения тока в разных фазах. Примером может служить пошаговый двигатель. При изменении электрической фазы ротор смещается на строго заданный угол — шаг. Некоторые двигатели рассчитаны на постоянное вращение. Например, двухфазные двигатели без транзакций используются в компьютерных вентиляторах. Трехфазные двигатели используются в моделировании, а также в электрических велосипедах и скутерах. Высокая эффективность и длительный срок службы возможны без скользящего контакта со щетками.
Трехфазные двигатели.
Давайте рассмотрим типичный трехфазный двигатель, используемый в авиамоделировании. Если ротор и магниты прикреплены к кольцу, образованному электромагнитными катушками, такой двигатель называется бегунковым и чаще всего используется в авиамоделировании. Инверсная схема популярна в авиамоделировании. Корпус ротора с магнитным кольцом вращается вокруг статора с помощью электромагнита (см. рисунок).
Это подробное изображение типичной схемы 12n10p (12 обмоток, 10 полюсов). Обмотки намотаны толстым проводом с небольшим количеством витков. www. amodul. de/bilder/700mx6.jpg
Эти двигатели различают по количеству электромагнитных пар и полюсов. Наиболее распространенная схема — 12 n14p, с 12 старыми обмотками и 14 столбами на курсоре. Количество полюсов всегда кратно 2. Это связано с тем, что существует только два типа полюсов — северный и южный. Количество обмоток кратно трем, поскольку двигатель трехфазный. На схеме показаны обмотки. a b c — обмотки в одном направлении, а — a — b — c — обмотки в противоположном направлении.
В большинстве случаев обмотки соединяются в звезду, как показано на схеме. Подключая выходы к парам напряжения одной или другой полярности, контроллер двигателя выполняет полный электрический цикл, состоящий из шести реверсов. Во время этого цикла ротор вращается через два магнитных полюса. Таким образом, в нашем случае электрическая фаза должна пройти семь полных кругов, чтобы двигатель начал вращаться.
Трехфазные мосты
Трехфазные мосты используются для перехода к трем блокам (полуцементным), содержащим два транзистора для положительных и отрицательных значений. Для управления двигателем одно из трех полуцементных сидений выбирает положительную сторону, а другая отрицательная сторона остается отключенной. Используя ШИМ, транзистор подает на двигатель импульсы выбранной полярности, пока он не повернется на нужный угол. Затем изменяется схема переключения. Микроконтроллер на плате управления двигателем решает, когда переключать фазы. Это осуществляется либо датчиком Холла, установленным на двигателе, либо напряжением, создаваемым в кабеле свободной фазы. Трехфазный мост L6234 подходит для управления маломощными двигателями.
L6234 представляет собой единый полусистемный комплекс с двумя N-MOS транзисторами каждый, драйвером и схемой снятия напряжения для верхнего переключателя. Каждый полу-лопасть управляется значением двух входов: один выбирает полярность (для изменения положительной или отрицательной), а другой активирует или деактивирует полу-выключение. Для управления быстрыми двигателями можно использовать вход ONP для управления ШИМ.
Максимальный ток, с которым может справиться интегральная схема, составляет 4 ампера.
Низкооборотные двигатели.
Высокоскоростные двигатели заключены в толстые пучки проволоки, имеющие примерно 10-20 витков. Они имеют очень низкое сопротивление постоянному току, ток может достигать десятков ампер, и обмотки могут перегреться и сгореть, если двигатель не работает. Однако существуют версии этих двигателей, предназначенные для работы в статическом положении. Обмотки наматываются в несколько витков (около 100) с помощью тонкой проволоки. Когда к их входу прикладываются различные напряжения, в их обмотках создается магнитное поле нужной полярности, удерживающее двигатель на месте.
Эти двигатели являются промежуточным звеном между шаговыми и высокоскоростными двигателями. Они позволяют статически стабилизировать любое положение, но не ограничиваются конкретным «шагом». В основном они используются в стабилизирующем подвесе видеокамер при видеосъемке с воздуха. Они являются имбалами (= универсальными имбалами) и называются карданными двигателями.
Управление карданным двигателем.
Для управления можно использовать тот же 3-фазный мост L6234. На входы переключателя (ENX) подается постоянный высокий уровень. Это означает, что все три полусепаратора постоянно активированы. Селектор полярности trun, с другой стороны, связан с ШИМ-выходом микроконтроллера. Поскольку можно настроить шесть выходов ШИМ микроконтроллера, например, Atmega48/88/168/328, можно определить два таких двигателя одновременно. Очень важно, чтобы все выходы ШИМ находились в фазе. Это означает, что если каждый ШИМ имеет одинаковое значение, то они должны сработать строго в одно и то же время. С помощью L6234 можно передавать частоты до 50 кГц. Поэтому выход ШИМ МК может быть безопасно настроен на максимальную частоту для плавной и тихой работы. При частоте МК 8 МГц и работе с фазовой компенсацией частота ШИМ составляет 15 686 Гц. Для синхронизации таймеров ATMEGA48/88/168/328 можно использовать регистратор GTCCR, который останавливает счет таймеров. Ниже приведен пример конфигурации всех шести выходов ШИМ в фазе. Таймер1 работает в 8-битном режиме.
gtccr = (1 «tsm)|(1 «psrasy)|(1 «psrsync)// ocr0a = 0, ocr0b = 0, ocr1a = 0, ocr1b = 0, ocr2a = 0, ocr2b = 0,.
TCCR0A = 0B10100001- TCCR0B = 0B00000001- TCNT0 = 0,.
TCCR1A = 0B10100001- TCCR1B = 0B00000001- TCNT1 = 0,.
TCCR2A = 0B10100001- TCCR2B = 0B00000001- TCNT2 = 0,.
GTCCR &= (1 « TSM); // Разблокировка и одновременный запуск таймеров
Если одно и то же значение подается на все три выхода ШИМ, управляющих двигателем, полярность каждого моста может быстро меняться примерно 16 000 раз в секунду, но это происходит одновременно, поэтому ток в обмотках не течет. Однако, если значения ШИМ для любого из проводников различны, возникают короткие периоды, когда различные фазы активны с разной полярностью, и ток протекает через обмотки. Чем больше разница в значениях ШИМ, тем дольше течет ток. Чтобы зафиксировать двигатель в положении, значение ШИМ должно быть пропорционально синусоиде и смещено на одну треть периода (т. е. 2/3*Pi). Это означает, что значение ШИМ для i-й (0-2) фазы двигателя может быть рассчитано по формуле PWM(i) = 128 + sin(A+ i * 2 / 3 * Pi) * P, где P — выход (до 127), а A — электрический угол. Изменение A позволяет двигателю поворачиваться на определенный угол. Обратите внимание, что изменение электрического угла на один полный цикл заставляет двигатель вращаться с двумя магнитными полюсами. В цепи с 14 магнитами и одним вращением требуется изменение электрического угла на 7 циклов. Если вещественную арифметику заменить целочисленной, а значения синуса хранить в массиве, то скорости МК будет достаточно для управления таким двигателем.
