ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 4. DC MOTOROK VEZÉRLÉS

Hasonló dokumentumok
Érzékelők és beavatkozók

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 6. BLDC (PMS) MOTOROK

Gingl Zoltán, Szeged, dec. 1

Gingl Zoltán, Szeged, :44 Elektronika - Diódák, tranzisztorok

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK II. Elektrotechnika 5. előadás

III. félvezetők elméleti kérdések 1 1.) Milyen csoportokba sorolhatók az anyagok a fajlagos ellenállásuk alapján?

ELEKTRONIKA I. TRANZISZTOROK. BSc Mérnök Informatikus Szak Levelező tagozat

Teljesítmény-erősítők. Elektronika 2.

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Térvezérlésű tranzisztorok (FET)

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

Tájékoztató. Használható segédeszköz: számológép

Teljesítményerősítők ELEKTRONIKA_2

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsoló-üzemű tápegységek

Teljesítményelektronika szabályozása. Összeállította dr. Blága Csaba egyetemi docens

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

TB6600 V1 Léptetőmotor vezérlő

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 9. LÉPTETŐMOTOROK

Bevezetés az elektronikába

Érzékelők és beavatkozók

Teljesítményelektronika

MODULÁRAMKÖRÖK ÉS KÉSZÜLÉKEK

Diszkrét aktív alkatrészek

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 4. VILLAMOS ELVŰ MÉRÉSEK ALAPELVEK, ALAPÁRAMKÖRŐK

Az N csatornás kiürítéses MOSFET jelleggörbéi.

Érzékelők és beavatkozók

DIGITÁLIS TECHNIKA 11. Előadás

DC motor= egyenáramú motor, villanymotor vezérlése micro:bittel:

Feszültségszintek. a) Ha egy esemény bekövetkezik akkor az értéke 1 b) Ha nem következik be akkor az értéke 0

Érzékelők és beavatkozók

Elektronika 11. évfolyam

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: FET tranzisztoros kapcsolások

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

Adatok: R B1 = 100 kω R B2 = 47 kω. R 2 = 33 kω. R E = 1,5 kω. R t = 3 kω. h 22E = 50 MΩ -1

HSS86 ( ) típusú léptetőmotor meghajtó

HSS60 ( ) típusú léptetőmotor meghajtó

Felhasználói kézikönyv MC442H típusú léptetőmotor meghajtóhoz

UNIPOLÁRIS TRANZISZTOR

Áramgenerátorok alapeseteinek valamint FET ekkel és FET bemenetű műveleti erősítőkkel felépített egyfokozatú erősítők vizsgálata.

- elektromos szempontból az anyagokat három csoportra oszthatjuk: vezetők félvezetők szigetelő anyagok

Integrált áramkörök/2. Rencz Márta Elektronikus Eszközök Tanszék

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Integrált áramkörök/2 Digitális áramkörök/1 MOS alapáramkörök. Rencz Márta Ress Sándor Elektronikus Eszközök Tanszék

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Műveleti erősítők - Bevezetés

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 8. AC MOTOROK

Bevezetés az elektronikába

Mérés és adatgyűjtés

DIGITÁLIS TECHNIKA II

DC-DC BUCK ÁTALAKÍTÓ STATIKUS ÉS DINAMIKUS TERHELÉSSEL

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők felépítése, ideális és valós jellemzői

Lineáris és kapcsoló üzemű feszültség növelő és csökkentő áramkörök

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

feszültség konstans áram konstans

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Áramkörök számítása, szimulációja és mérése próbapaneleken

Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Elektronika Előadás

Programozható Vezérlő Rendszerek. Hardver

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 6. A MINTAVÉTELI TÖRVÉNY

Elektronika I. Dr. Istók Róbert. II. előadás

Egyszabadságfokú mechanikai rendszer irányítása nyílt hurkú vezérlés

Encom EDS800/EDS1000 frekvenciaváltó alapparaméterei

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

SK6560T Léptetőmotor meghajtó

Határérték-kapcsolók AC/DC áramkörök felügyeletére

4. Mérés. Tápegységek, lineáris szabályozók

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

Fordulatszám szabályozott egyenáramú szervohajtás vizsgálata

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: A tranzisztor, mint kapcsoló

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

KÖZÖS EMITTERŰ FOKOZAT BÁZISOSZTÓS MUNKAPONTBEÁLLÍTÁSA

Összefüggő szakmai gyakorlat témakörei

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Elektronika I. Gyakorló feladatok

Versenyző kódja: 7 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA ELEKTROTECHNIKA

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

TELJESÍTMÉNYELEKTRONIKA

11.2. A FESZÜLTSÉGLOGIKA

Felhasználói kézikönyv. TB67S109AFTG IC-vel szerelt léptetőmotor meghajtóhoz

VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Attól függően, hogy a tranzisztor munkapontját melyik karakterisztika szakaszon helyezzük el, működése kétféle lehet: lineáris és nemlineáris.

Felhasználói kézikönyv. Zárt hurkú, léptetőmotoros rendszer, HSS60 típusú meghajtó és 60HSE3N-D25 motorral.

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 1. BEVEZETÉS

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Felhasználói kézikönyv. 3DM860A típusú léptetőmotor meghajtó

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

MEMS eszközök redukált rendű modellezése a Smart Systems Integration mesterképzésben Dr. Ender Ferenc

Zener dióda karakterisztikáinak hőmérsékletfüggése

Bipoláris tranzisztoros erősítő kapcsolások vizsgálata

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Egyszerű tranzisztoros kapcsolások

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

Átírás:

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 4. DC MOTOROK VEZÉRLÉS Dr. Soumelidis Alexandros 2019.03.06. BME KÖZLEKEDÉSMÉRNÖKI ÉS JÁRMŰMÉRNÖKI KAR 32708-2/2017/INTFIN SZÁMÚ EMMI ÁLTAL TÁMOGATOTT TANANYAG

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

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. 3

DC motorvezérlés Szimmetrikus vagy fázishelyes (Phase Correct) PWM T T p0 ~x t 0 T p1 ~x t 0 + T T p2 ~x t 0 + 2T T pk ~x t 0 + kt Fázishelyes PWM: szimmetrikus impulzusok a korrekt időpontokban. 4

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

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

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

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

DC motor meghajtás A kapcsolóhálózat H-híd kapcsolók megvalósítása: Tranzisztor NPN C PNP C B B N-ch P-ch E E D D MOS-FET (Metal-Oxid-Semiconductor Field Effect Transistor) G G S S (növekményes típus) IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) 9

Kapcsoló tranzisztorok NPN PNP Transzfer karakterisztika Teljesítménytranzisztorok Collector Collector Base Base Emitter Emitter Földoldali kapcsoló U + Tápoldali kapcsoló U + R C U o U i R B PNP U i R B NPN U o R C 10

MOS-FET Típusok Növekményes (enhancement) és kiürítéses (depletion) N és P csatornás N-csatornás P-csatornás Drain Drain Növekményes típus: alapállapota nyitott (ki) Gate Gate Source Source N-csatornás P-csatornás Kiürítéses típus: alapállapota zárt (be) Gate Drain Gate Drain Source Source 11

Teljesítmény MOS-FET Példa: STB270N4F3 40V 160 A 1.6 mω STripFET F3 Power MOSFET in D 2 PAK N-csatornás növekményes típus Transzfer karakterisztika Követelmények: kis R DSon D-S bekapcsolási ellenállás, nagyon nagy R DSoff kikapcsolási ellenállás. 12

Teljesítmény MOS-FET Jellemzők: U DS (maximális feszültség) I D (maximális áram) R DSon (bekapcsolási ellenállás) C G,Q G (gate kapacitás, töltés) t on, t off (kapcsolási idők) R thj (termikus jellemzők) 13

IGBT Példa: STGx10H60DF 600 V 10 A Trench gate field-stop IGBT (trench árok) Rajzjel Transzfer-karakterisztika Tokozás Helyettesítő kapcsolás 14

IGBT Nagy teljesítményű IGBT-k IGBT modulok Teljes H-híd, vezérlő- és védelmi elemek egy tokban. 15

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 16

DC motor meghajtás Földoldali MOS meghajtó: példa Microchip TC4426-7-8 A földpotenciálhoz képest állítja elő a MOS-FET gate vezérléshez szükséges feszültségszinteket. 17

DC motor meghajtás Föld- és tápoldali MOS meghajtó: példa IRF IR2130-2 Háromfázisú MOSFET / IGBT H-hídmeghajtó A tápoldali MOSFET/IGBT vezérlése a középső pont (motor csatlakozási pont) potenciáljához képest történik boost áramkör. 18

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 gate-je terheli, lassan változik. A működés feltétele: periodikus változás. 19

DC motor vezérlő példa 1.oldal H-híd: 20

DC motor vezérlő példa 2.oldal EMF- és árammérés: 21

Földoldali (N) Tápoldali (P) MOSFET kapcsoló 22

MOSFET meghajtó 23

Motoráram mérése 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. 24

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. 25

Zajszűrés Mind az EMF- mind az árammérésnél: alulátersztő szűrés zajcsökkentés céljából. Példa: egyszerű RC-taggal megvalósított LP szűrés 26

DC Motor vezérlő - példa Duál n-p MOS-FET (félhíd) földoldali meghajtókkal. EMF és motoráram mérés. Analóg stabilizátor az elektronika tápellátására. 27

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 DRV8871 3.6-A Brushed DC Motor Driver With Internal Current Sense (PWM Control) Főbb jellemzői: Működési feszültség: 6.5 45 V Csúcsáram: 3.6 A RDS (ON) 565mΩ tipikusan Áramszabályozás érzékelő ellenállás nélkül Alacsony feszültség elleni védelem Túláram védelem Hőmegfutás elleni védelem Automatikus visszaállás a hiba megszűnésével 28

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 TI DRV8871 thermal pad 29

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 Vezérlési tábla 30

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 Áramszabályozás A beállított határnál (I TRIP ) nagyobb áram esetén automatikusan nagy frekvenciájú PWM szakaszok iktatódnak be, ezzel korlátozza a kialakuló áramot. R ILIM = 50.5 kω 31

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 Holtidő (dead-time) vezérlés Annak megakadályozására, hogy a vezérlőjelek (IN1 IN2) átkapcsolásánál az egy hídághoz tartozó kapcsolók akár rövid ideig is egyszerre vezető állapotban legyenek, a vezérlő automatikusan holtidőt iktat be tipikusan 220ns Alacsony feszültség (undervoltage) elleni védelem Egy határnál alacsonyabb motor tápfeszültség (tip. 6.1 6.3 V 180 mv hiszterézissel) esetén lekapcsolódik a hídvezérlés. Túláram (overcurrent) védelem Egy határnál magasabb hídáram (tip. 4.5 A) esetén lekapcsolódik a hídvezérlés. Az áramfigyelés 3 ms-os periódussal történik. Termikus védelem Egy határnál magasabb réteg-hőmérséklet (175 ºC 30 ºC hiszterézissel) esetén lekapcsolódik a hídvezérlés. 32

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 Áramköri realizáció - példa 33

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 Áramköri realizáció - példa 34

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 35

Simulink modell 36

Simulink modell Szimuláció: PWM generálás: Motor paraméterek: Szimmetrikus (bipoláris) vezérlés: amplitudó / 2 offset-tel PWM periódusidő: 0.0000004 s x 2500 = 0.001 s PWM frekvencia: 1 khz Impulzusszélesség: 2000 37

Szimuláció 38

Szimuláció - zoom 39

Vezérlési modellek +V r Unipoláris vezérlés mindkét forgási irányban - szabadonfutás állapoton keresztül UL LL + Ø - UR LR A motor az impulzusok szüneteiben nem csatlakozik a tápfeszültséghez - lebeg, szünet támad a vezérlésben. V e megjelenik a kivezetésein EMF (fordulatszám) az impulzusok szüneteiben mérhető 40

MOS-FET alapú H-híd A MOS-FET-ekben konstrukcióból eredő parazita diódák vannak - itt pozitív szerepet játszanak +V A tápfeszültség kikapcsolásakor (PWM impulzusok közötti szünetek) a motor induktivitásán nagy ellentétes irányú feszültség indukálódik +V + 0.6 V (dióda nyitófeszültsége) meghaladása, vagy ellentétes irányban GND 0.6 V túllépése esetén A megfelelő diódák kinyitnak korlátozzák a feszültséget levezetik az keletkező áramot 41

Simulink modell 42

Simulink modell 43

Szimuláció 44

Szimuláció 45

EMF és árammérés EMF mérés: A PWM pulzus szüneteiben a tranziens lefolyása után Árammérés: A PWM pulzus aktív tartományában a tranziens lefolyása után 46

EMF és árammérés +V r Unipoláris vezérlés mindkét forgási irányban - fékezés állapoton keresztül UL LL + Ø - UR LR A motor az impulzusok szüneteiben rövidrezárt állapotba kerül fékezés. Ténylegesen +V, 0 és V feszültségek között kapcsolgatunk, nincs szünet, EMF nem mérhető. 47

PWM stratégia Unipoláris vezérlés: PWM kitöltési tényező: 0% áll a motor 100% maximális fordulatszám Forgásirány: a két hídághoz tartozó kapcsolók állapotának változtatásával Ellenütemű vezérlés: PWM kitöltési tényező: 50% (szimmetrikus pulzus) áll a motor 0% maximális fordulatszám az egyik irányban 100% maximális fordulatszám a másik irányban (A gyakorlatban 100%-nál kisebb kitöltési tényezőket alkalmazunk.) 48

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 Ajánlott vezérlési séma: unipoláris vezérlés a fékezési állapoton keresztül 49

Integrált DC Motor vezérlő DRV8871 PWM vezérlés előremeneti módban hátrameneti módban 50

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Dr. Soumelidis Alexandros email: soumelidis@mail.bme.hu BME KÖZLEKEDÉSMÉRNÖKI ÉS JÁRMŰMÉRNÖKI KAR 32708-2/2017/INTFIN SZÁMÚ EMMI ÁLTAL TÁMOGATOTT TANANYAG