Érzékelők és beavatkozók

Átírás

1 Érzékelők és beavatkozók DC motorok 3. rész egyetemi docens - 1 -

2 DC motorvezérlés H-híd: +V r Motor mozgatás előre Motor mozgatás hátra Fékezés Szabadonfutás a vezérlés függvényében UL LL + Ø - UR LR A kapocsfeszültség impulzusszélesség modulált ki-be kapcsolgatásával átlagosan különböző működtető feszültségek állíthatók be a fordulatszám, nyomaték, a leadott teljesítmény ezzel befolyásolható - 2 -

3 DC motorvezérlés PWM alkalmazás: A kapocsfeszültség impulzusszélesség modulált ki-be kapcsolgatásával átlagosan különböző működtető feszültségek állíthatók be a fordulatszám, nyomaték, a leadott teljesítmény ezzel befolyásolható Hogyan alakul ki az átlagfeszültség? A motor, mint elektromechanikus rendszer mechanikai és villamos tehetetlenségénél fogva aluláteresztő (LP) szűrőt képez a PWM frekvencia elég nagyra választása esetén nincs szükség további szűrésre

4 DC motor PWM Szimmetrikus vagy fázishelyes (Phase Correct) PWM AT90CAN

5 DC motorvezérlés H-híd: előremenet +V r UL H L UR + - LL L H LR - 5 -

6 DC motorvezérlés H-híd: hátramenet +V r UL L H UR - + LL H L LR - 6 -

7 DC motorvezérlés H-híd: fékezés +V r UL L L UR Az indukált feszültség áramot kelt a forgórészben: LL Fordulatszámtól függő fékező nyomaték áll elő. H Ø H LR - 7 -

8 DC motorvezérlés H-híd: szabadonfutás +V r A motor kapcsai szabadon állnak nem csatlakoznak külső feszültségre: az indukált feszültség mérhető UL LL L L V EMF L L UR LR Indukált feszültség (EMF, BEMF): A fordulatszám függvénye a fordulatszám mérésére használható

9 DC motor meghajtás A kapcsolóhálózat H-híd - megvalósítása: Tranzisztor MOS-FET (Metal-Oxid-Semiconductor Field Effect Transistor) IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) - 9 -

10 Tranzisztor MOS-FET IGBT DC motor meghajtás

11 DC motor meghajtás MOSFET alapú H-híd: Földoldalon N, tápoldalon P csatornás MOS-FET: Kisfeszültségű alkalmazásokban Egyszerű földoldali MOS meghajtók Hátrány: a P-csatornás MOS-FET-ek általában rosszabb paraméterekkel rendelkeznek (bemeneti kapacitás, sebesség, nyitóirányú ellenállás) Föld- és tápoldalon N csatornás MOS-FET: Akár nagy feszültségek (pl. 600 V) alkalmazása Speciális tápoldali MOS meghajtókat igényel Alsó/felső kapcsolók azonos paraméterekkel rendelkeznek: szimmetria jobban biztosítható

12 DC motor meghajtás Földoldali MOS meghajtó: példa Microchip TC A földpotenciálhoz képest állítja elő a MOS-FET Gate vezérléshez szükséges feszültségszinteket

13 DC motor meghajtás Föld- és tápoldali MOS meghajtó: példa IRF IR Háromfázisú MOSFET / IGBT H-hídmeghajtó A tápoldali MOSFET/IGBT vezérlése a középső pont (motor csatlakozási pont) potenciáljához képest történik boost áramkör

14 DC motor meghajtás A boost-áramkör működése: 1 dióda, 1 kondenzátor Ha V S feszültség alacsony, V B is elég alacsony lehet ahhoz, hogy a dióda kinyisson: a kondenzátor a diódán keresztül feltöltődik a V CC -V S feszültségre. V S magas szintre kerülése viszi magával V B szintet, a dióda lezár, a kondenzátor tartja a V B -hez képest pozitív feszültséget. V B t csak MOSFET G-je terheli, lassan változik. A működés feltétele: periodikus változás

15 DC Motor vezérlő példa 1.oldal H-híd:

16 DC Motor vezérlő példa 2. oldal EMF- és árammérés

17 Földoldali (N) Tápoldali (P) MOSFET kapcsoló

18 MOSFET meghajtó

19 Árammérés Kis értékű ellenálláson átfolyó áram által előállított feszültség mérése: Nagyon kis offset-tel és drift-tel rendelkező műveleti erősítő alkalmazása szükséges chopper stabilizálású műv. e

20 EMF-mérés Földfüggetlen differenciális mérést valósítunk meg: Műveleti erősítővel megvalósított szimmetrikus bemenetű erősítő alkalmazása. A valóságban csillapítás szükséges (A u = 0.33) az erősítő szerepe: leválasztás, jelkondicionálás. Zajszűrés Mind az EMF- mind az árammérésnél: Egyszerű RC-taggal megvalósított alulátersztő (LP) szűrés

21 DC Motor vezérlő - példa

22 DC Motor vezérlő - példa

23 Vezérlési modellek +V r UL + UR Ellenütemű vezérlés: LL - LR Ø A motor +V r vagy V r tápfeszültséget kap V e soha nem jelenik meg EMF nem mérhető

24 Vezérlési modellek +V r Unipoláris vezérlés mindkét forgási irányban: UL LL + - UR LR Ø A motor az impulzusok szüneteiben nem csatlakozik a tápfeszültséghez - lebeg V e megjelenik a kivezetésein EMF az impulzusok szüneteiben mérhető

25 Vezérlési modell +V r UL + UR Ellenütemű vezérlés: LL - LR Ø A motor +V r vagy V r tápfeszültséget kap V e soha nem jelenik meg EMF nem mérhető

26 Simulink modell

27 Simulink modell Beállítható paraméterek:

28 Szimuláció

29 Szimuláció PWM generálás: Szimmetrikus (bipoláris) vezérlés: Amplitudó / 2 offset-tel PWM periódusidő: s x 2500 = s PWM frekvencia: 1 khz Impulzusszélesség: mod

30 Szimuláció

31 Szimuláció - zoom

32 Vezérlési modell +V r Unipoláris vezérlés mindkét forgási irányban: UL LL + - UR LR Ø A motor az impulzusok szüneteiben nem csatlakozik a tápfeszültséghez - lebeg V e megjelenik a kivezetésein EMF az impulzusok szüneteiben mérhető

33 Simulink modell

34 Szimuláció

35 Szimuláció

36 Szimuláció - zoom