Схема контроля напряжения: принцип работы, виды, маркировка, регулировка и подключение

принцип работы, виды, маркировка, регулировка и подключение

Результатом технической ситуации, когда статорные обмотки двигателя потребляют тока больше установленных параметрических значений, является избыточное тепло. Этот фактор вызывает снижение качества изоляции двигателя. Оборудование выходит из строя.

Времени реакции тепловых реле перегрузки обычно недостаточно, чтобы обеспечить эффективную защиту от избыточного тепла, создаваемого высоким током. В таких случаях только реле контроля фаз видится действенным защитным устройством.

Содержание статьи:

Общая информация по прибору

Функциональность электрических приборов подобного типа существенно шире, нежели только лишь защита от перегрева и КЗ.

На практике отмечены эффективные свойства реле выбора перегруженных фаз, которые в конечном счете обеспечивают комплексную защиту.

Один из многочисленных вариантов конструкторских решений в производстве реле фаз. Однако, несмотря на разнообразие корпусов и схемных конфигураций, функциональность приборов едина

Благодаря устройствам отслеживания состояния фаз достигаются преимущества:

• увеличение срока службы двигателя;
• сокращение дорогостоящего ремонта или замену мотора;
• уменьшение времени простоя из-за дефектов двигателя;
• снижение рисков поражения электрическим током.

Кроме того, приспособление обеспечивает надежную защиту от возгорания и от КЗ обмоток двигателя.

Типичное исполнение защитных реле

Существует два основных типа защитных приборов, предназначенных для использования в составе трехфазных систем, — реле измерения тока и измерения напряжения.

Плюсы использования устройств

Преимущественная сторона токовых защитных реле по отношению к очевидна. Этот тип приборов функционирует независимо от влияния ЭДС (электродвижущей силы), которая неизменно сопровождает фазовый сбой при перегрузках двигателя.

Кроме того, устройства, действующие по принципу измерения тока, способны определять аномальное поведение мотора. Контроль возможен либо на стороне линии в цепи ответвления, либо на стороне нагрузки, где установлено реле.

Так выглядит одна из моделей реле контроля напряжения. Подобные устройства могут применяться не только для производственных нужд, но также и для частных хозяйств

Приборы, контролирующие процесс по принципу измерения напряжения, ограничиваются обнаружением ненормальных условий работы только на стороне линии, где подключено устройство.

Тем не менее приспособления, чувствительные к изменению напряжения, тоже обладают важным преимуществом. Заключается оно в способностях приборов подобного типа обнаруживать ненормальное состояние, не зависящее от состояния двигателя.

К примеру, тип реле, чувствительный к изменениям тока, обнаруживает ненормальное состояние фаз только непосредственно в процессе работы двигателя. А вот устройство измерения напряжения обеспечивает защиту непосредственно перед запуском мотора.

Также среди преимуществ аппаратов измерения напряжения выделяются простая установка и меньшая цена.

Этот тип приборов защиты:

• не нуждается в дополнительных трансформаторах тока;
• применяется независимо от нагрузки системы.

А для его работы требуется всего лишь подключить напряжение.

Обнаружение фазового сбоя

Сбой фазы вполне возможен по причине выхода из строя предохранителя одной из частей системы распределения электроэнергии. Механический отказ коммутационного оборудования или обрыв одной из линий электропередач также провоцируют сбой фазы.

Защита электродвигателя, организованная через реле контроля. Такой способ позволяет более эффективно эксплуатировать моторы, без опасения их быстрого вывода из строя

Трехфазный двигатель, работающий на одной фазе, вытягивает необходимый ток из оставшихся двух линий. Попытка его запустить в однофазном режиме приведет к блокировке ротора и двигатель не запустится.

Время реакции на единицу тепловой перегрузки может быть слишком продолжительным, чтобы обеспечить эффективную защиту от чрезмерного нагрева. Если для защиты от него не установлено , то когда происходит сбой из-за перегрева, появившегося в обмотках двигателя.

Защита трехфазного двигателя от фактора отказа фазы затруднена по той причине, что недогруженный трехфазный двигатель, работающий на одной фазе из трех, генерирует напряжение, называемое регенерированным (обратной ЭДС).

Оно образуется внутри оборванной обмотки и практически равняется величине утраченного подводимого напряжения. Поэтому реле измерения напряжения, контролирующие только его величину, в таких ситуациях не обеспечивают полной защиты от фактора отказа фазы.

Схема подключения прибора контроля фаз и напряжения в цепь управления трехфазным мотором. Это классический схемный вариант, применяемый на практике повсеместно

Более высокая степень защиты может быть получена с помощью устройства, которому доступно обнаружение смещения фазового угла, как правило, сопровождающего отказ фазы. В нормальных условиях трехфазное напряжение составляет 120 градусов по фазе относительно друг друга. Сбой приведет к смещению угла от нормальных показателей в 120 градусов.

Выявление фазового реверса

Реверсирование фазы может произойти:

1.  Выполняется техническое обслуживание на моторном оборудовании.
2. В систему распределения электроэнергии внесены изменения.
3. Когда восстановление мощности приводит к другой фазовой последовательности, что была до отключения электроэнергии.

Обнаружение разворота фазы важно, если двигатель, работающий в обратном направлении, может повредить ведомый механизм или, что еще хуже, – нанести физический вред обслуживающему персоналу.

Кроме всего прочего, использование защитных реле – это обеспечение безопасности рабочего персонала: 1 – оборванная фаза; 2 – шаговое напряжение

Правила эксплуатации электросетей требуют применения защиты от возможного реверсирования фаз на всем оборудовании, включая транспортные средства для перевозки персонала (эскалаторы, лифты и т. п.).

Обнаружение дисбаланса напряжения

Несбалансированность обычно проявляется, если входящие линейные напряжения, подаваемые электроэнергетической компанией, имеют разные уровни. Дисбаланс может иметь место, когда однофазные нагрузки освещения, электрических выходов,однофазных двигателей и прочего оборудования подключаются на отдельных фазах и не распределяются сбалансированным образом.

В любом из таких случаев в системе образуется дисбаланс тока, который снижает эффективность и сокращает срок службы двигателя.

Несбалансированное или недостаточное напряжение, прикладываемое к трехфазному двигателю, приводит к дисбалансу тока в обмотках статора, равному многократному значению разбаллансировки межфазных напряжений. Этот момент, в свою очередь, сопровождается увеличением нагрева, что является основной причиной быстрого разрушения изоляции двигателя.

Сгоревшая обмотка статора мотора – можно сказать, обычное явление там, где не предусматривалось внедрение в цепь управления релейного контроля

Исходя из всех описанных технических и технологических факторов, становится очевидной важность применения этого типа реле и не только для случаев эксплуатации электрических двигателей, но также для генераторов, трансформаторов и прочего электрооборудования.

Как подключить прибор контроля?

Конструкции реле, осуществляющих контроль фаз, при всем имеющемся обширном ассортименте изделий, имеют унифицированный корпус.

Конструктивные элементы изделия

Клеммники для подключения электрических проводников, как правило, выведены на фронтальную часть корпуса, что удобно для проведения монтажных работ.

Сам прибор сделан под установку на рейку типа DIN либо просто на ровную плоскость. Интерфейс клеммника обычно представляет собой стандартный надежный зажим, предназначенный под крепление медных (алюминиевых) жил сечением до 2,5 мм².

Передняя панель прибора содержит регулятор/регуляторы настройки, а также световую контрольную индикацию. Последняя показывает присутствие/отсутствие питающего напряжения, а также состояние исполнительного механизма.

Среди элементов настройки потенциометра может быть индикатор аварий, индикатор подключенной нагрузки, потенциометр выбора режима, регулировка уровня асимметрии, регулятор падения напряжения, потенциометр регулировки задержки по времени

Подключение трехфазного напряжения выполняется на рабочих клеммах устройства, обозначенных соответствующими техническими символами (L1, L2, L3). Монтаж нулевого проводника на таких устройствах обычно не предусматривается, но этот момент конкретно определяется исполнением реле — типом модели.

Для соединения с цепями управления используется вторая интерфейсная группа, состоящая обычно не менее чем из 6 рабочих клемм. Одной парой контактной группы реле коммутируется цепь катушки магнитного пускателя, а через вторую — цепь управления электрооборудования.

Все достаточно просто. Однако каждая отдельная модель реле может иметь свои особенности подключения. Поэтому применяя устройство на практике, следует всегда руководствоваться сопроводительной документацией.

Шаги настройки приспособления

Опять же в зависимости от исполнения, конструкция изделия может оснащаться разными схемными вариантами настройки и регулировки. Есть модели простые, предусматривающие конструктивно вывод на панель управления одного-двух потенциометров. И есть устройства с расширенными элементами настройки.

Элементы настройки микропереключателями: 1 – блок микропереключателей; 2, 3, 4 – варианты установки рабочих напряжений; 5, 6, 7, 8 – варианты установки функций асимметрии/симметрии

Среди таких расширенных настроечных элементов часто встречаются блочные микропереключатели, расположенные непосредственно на печатной плате под корпусом прибора или в специальной открываемой нише. Установкой каждого из них в то или иное положение создается требуемая конфигурация.

Настройка обычно сводится к тому, чтобы выставить посредством вращения потенциометров или расположением микропереключателей номинальные значения защиты. Например, для контроля состояния контактов уровень чувствительности разницы напряжений (ΔU) обычно ставят на значение 0,5 В.

Если необходимо контролировать линии питания нагрузки, регулятор чувствительности разницы напряжений (ΔU) настраивают на такое граничное положение, где отмечается точка перехода от рабочего сигнала к аварийному с небольшим допуском в сторону номинала.

Как правило, все нюансы настройки приборов доходчиво описывает сопроводительная документация.

Маркировка устройства контроля фаз

Приборы классического исполнения маркируются просто. На передней или боковой панели корпуса наносится символьно-цифровая последовательность или же обозначение отмечается в паспорте.

Вариант маркировки одного из популярных устройств отечественного производства. Обозначение вынесено на фронтальной панели, но встречаются также вариации с размещением на боковинах

Так, устройство российского производства на подключение без нулевого провода маркируется:

ЕЛ-13М-15 АС400В

где: ЕЛ-13М-15 – наименование серии, АС400В – допустимое напряжение переменного тока.

Образцы импортной продукции имеют маркировку несколько иную.

Например, реле серии «PAHA» отмечено следующей аббревиатурой:

PAHA B400 A A 3 C

Расшифровка примерно такая:

1. PAHA — наименование серии.
2. B400 – стандартное напряжение 400 В или подключенное от трансформатора.
3. А – регулировка потенциометрами и микропереключателями.
4. А (Е) – тип корпуса под монтаж на DIN рейку или в специальный разъем.
5. 3 – размер корпуса в 35 мм.
6. С – конец кодовой маркировки.

На некоторых моделях перед пунктом 2 может добавляться еще одно значение. Например, «400-1» или «400-2», а последовательность остальных не изменяется.

Так маркируются аппараты контроля фаз, наделенные дополнительным интерфейсом питания под внешний источник. В первом случае напряжение питания 10-100 В, во втором 100-1000 В.

С принципом действия, конструктивными особенностями и назначением выключателя нагрузки ознакомит , прочитать которую мы очень советуем.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик посвящен описанию и обзору отдельно взятого изделия от компании EKF. Однако по такому же принципу действуют практически все выпускаемые аппараты контроля фаз:

При всем многообразии приборов на рынке сложно определить какой-никакой стандарт маркировки. Если зарубежные производители маркируют по одним канонам, то отечественные — по другим. Тем не менее всегда есть возможность обратиться к справочным данным, если требуется точная расшифровка характеристик.

Хотите поделиться собственным опытом в выборе и установке реле напряжения, предназначенного для контроля фаз? Располагаете полезными сведениями, которые пригодятся посетителям сайта? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, публикуйте фотоснимки по теме, задавайте вопросы.

Реле контроля напряжения. Схема и принцип работы реле

Данное реле – это электрический прибор, основное предназначение которого – это защита электромоторов или же электроустановок, которые питаются от трехфазных сетей, при возникновении целого ряда разнообразных проблем.

Прибор используется при чрезмерном уменьшении либо повышении напряжения, а также эффективен в случае обрыва нулевого провода, противоположном порядке чередования фаз или же при их отсутствии.

Каждая из трех фаз позволяет продумано распределить подающуюся на них нагрузку и снизить уровень потребляемого тока в квартире или доме, который проходит по каждой из фаз.

Содержание статьи

Схема подключения реле контроля напряжения

Хотите воспользоваться всеми возможностями реле? Тогда надо правильным образом осуществить подключение данного устройства к электросети. Существует несколько популярных схем того, как это можно сделать. При этом нужно разобраться в наиболее распространенных среди них:

1. Стандартное подключение к сети с одной фазой. Основное ее преимущества — возможность защиты сразу всей цепи. Это связано с тем, что установка данного объекта проводится после счетчика. Это подключение выгодно используют в домах и квартирах где имеется относительно не большое число электроприборов.

В эту схему можно дополнительно включить УЗО. Установить УЗО можно, как перед реле напряжения, так и после.

1. Классическое подключения к 3-х фазной сети применяется преимущественно на промышленных объектах с большим количеством оборудования. Можно установить и дома, если у вас есть 3-х фазные потребители электроэнергии.

 

1. Подсоединение к трехфазной сети 3 реле контроля напряжения используют в обыкновенных условиях и также на разных объектах промышленного типа. Главным отличием есть то, что устройства устанавливается на каждую отдельную фазу. Такая методика считается наиболее оптимальной, так как она обеспечивает надежную работу сразу нескольких цепей электричества.

Схема установки данного реле по фиксации напряжения необходимо проводить согласно с условиями работы устройства.

1 и 3 фазное реле напряжения: принцип работы реле

Реле реализуется в весьма малогабаритном цельном корпусе, который чаще всего выполняется из плотного пластика. Внутри в нем находится вмонтированная контролирующая часть, что выключает этот прибор.

Конструктивно реле контроля довольно простое. Для разных производителей оно немного отличается, но смысл один. Для одних оно состоит из таких элементов, как:

• входы для фазных и нулевого проводников;
• клеммы подключения нагрузки;
• регулятор (кнопка) порога отключения при повышении напряжения;
• регулятор (кнопка) порога отключения при понижении напряжения;
• регулятор (кнопка) задержки включения;
• индикатор включения;
• кнопка ручного включения и выключения;
• индикатор режимов работы.

На других устройствах некоторые элементы отсутствуют.

По действию этого устройства основывается на обратной последовательности, что появляется в электросети при перекосах или разрывах фаз.

Посмотрите видео о том, как работает реле напряжения:

Если напряжение выходит за установленные нормы, устройство отключается, вместе с ним размыкаются контакты управления, что приводит к отключению устройства. Как только ситуация придет в норму, процесс пойдет в обратную сторону.

Установка реле напряжения в щиток

Во время установки в щиток следует руководствоваться некоторыми важными правилами.

В зависимости от того сколько фаз вы используете при монтаже электропроводки, будет зависеть количество реле напряжения. На каждую фазу одно устройство.

Каждую из фаз, а также нулевой провод «N» надо подключать сразу к соответствующему устройству после вводного автомата. Контроллеры будут анализировать каждую фазу и управлять напряжением включения и отключения. Как было сказано УЗО можно ставить, как до реле, так и после него.

Перед использованием данного устройства нужно будет установить на нем пороги включения и отключения (минимальное и максимальное значения).

На рисунке ниже используется три реле напряжения с тремя УЗО соответственно, подключенные после контроллеров.

Данное устройство предотвращает негативное воздействие электрической системой на приборы в доме, квартире или же на промышленном объекте. Именно поэтому использованием таких устройств в последнее время становится все более популярным. Главное — правильная их установка в соответствии с имеющимися правилами и нормами.

Схема контроля за напряжением в сети • HamRadio

Схема контроля за напряжением в сети предназначено для автоматического отключения потребителя если напряжение в электросети будет на 22 V отличаться от заданного. То есть, если задано 220V, то потребитель работает в диапазоне от 188 до 242V. Если напряжение выходит за эти пределы потребитель отключается.

Схема контроля за напряжением в сети построена на основе микросхемы LM3914. Это индикаторная микросхема, она обычно применяется для индикации напряжения или уровня сигнала. На её выходе шкала на 10 светодиодов, причем шкала может быть, как точечной, так и линейной. В данном случае выбран точечный вариант.

Суть работы схемы заключается в том, что используется только один, примерно средний по значению, выход микросхемы, к которому вместо индикаторного светодиода подключен светодиод оптопары ключевого устройство, подающего ток на потребитель. Датчик напряжения представляет собой выпрямитель на одном диоде и делитель напряжения. На вход микросхемы напряжение поступает с этого делителя.

Делитель настроен так, что при номинальном напряжении в сети открыт будет тот выход микросхемы, к которому подключена оптопара ключевого устройства. При этом загорается светодиод оптопары и ток на потребитель подается. Если напряжение отклоняется вверх или вниз на одну ступень или более этот выход микросхемы закрывается и открывается какой-то другой, не используемый в данной схеме. При этом гаснет светодиод оптопары и ток на потребитель отключается. Принципиальная схема устройства показана на рисунке ниже.

Микросхема LM3914 питается от отдельного источника питания, напряжением 15V, который здесь не описывается. Напряжение питания микросхемы в данной схеме можно выбрать и другим, -от 12 до 18V.

Датчик напряжения состоит из выпрямителя на диоде VD1, конденсатора С2 и делителя напряжения на резисторах R3-R5. Резистор R5 подстроечный, что позволяет напряжение регулировать.

Таким образом, уровень переменного напряжения в сети определяется по постоянному напряжению на резисторе R5. Так как R5 питается от сети через выпрямитель и резисторы R3, R4, то постоянное напряжение на нем в самой прямой зависимости от величины переменного напряжения в сети.

Резистор R5 подстроечный, это позволяет в процессе налаживания схемы, да и при эксплуатации, выбрать любое напряжение в сети, которое будет схемой считаться номинальным.

Вывод 9 микросхемы А1 соединен общим минусом источника питания, поэтому микросхема работает в режиме точечного индикатора, то есть, когда открыт только один её выход, тот который соответствует входному напряжению в данный момент.

Резистором R5 входной делитель настраивают так, чтобы при желаемом номинальном напряжении в сети был открыт 6-й выход микросхемы, то есть, вывод 14. При этом ток с вывода 14 поступает на светодиод оптопары U1, включенный вместо индикаторного. Оптопара открывается и открывает симистор VS1, через который подается питание на потребитель.

Если входное напряжение на одну или более ступеней снижается или увеличивается, то вывод 14 микросхемы закрывается, ток через светодиод оптопары U1 прекращается и потребитель выключается.

Для налаживания нужен ЛАТР или аналогичный лабораторный автотрансформатор и вольтметр переменного тока. Налаживание сводится к подстройке R5 так, чтобы схема работала, так, как это требуется. Впрочем, наладить можно и без ЛАТРа, если в момент налаживания напряжение в сети было нормальным, можно просто найти положения R5 при которых наступает выключение потребителя и повернуть R5 в среднее между ними положение.

Быстродействие схема контроля за напряжением в сети сильно зависит от емкости конденсатора С2, потому что от этого зависит быстрота изменения контрольного напряжения. Если нужно «затормозить» схему, можно его емкость увеличить, и наоборот, если нужно более быстрая реакция, его емкость нужно уменьшить. Но, сильно уменьшать емкость нельзя, потому что в таком случае конденсатор перестанет сглаживать пульсации, и контрольное напряжение станет не постоянным, а пульсирующим, что приведет к ошибкам в работе схемы.

Можно доработать схема контроля за напряжением в сети путем добавления индикаторных светодиодов на выходы, которые не используются. В таком случае, когда напряжение в норме не будет гореть ни один из этих светодиодов, а вот когда напряжение вышло за норму так, что произошло отключение потребителя, будет гореть светодиод, показывающий на сколько это отклонение от нормы существенно. Можно экспериментируя с ЛАТРом и вольтметром подписать эти светодиоды соответствующими их зажиганию значениями напряжения.

Если нужно расширить диапазон нормального напряжения, не ограничиваясь одной ступеней, можно соединить вместе соседние выходы микросхемы. Но соединять нужно через дополнительные диоды. То есть, взять диоды типа КД522 необходимое количество и катоды их соединить с соответствующими выходами микросхемы, аноды соединить вместе и с катодом светодиода оптопары. Но в таком большом расширении диапазона «нормальности» вряд ли есть смысл, хотя могут быть разные ситуации.

Диод VD1 можно заменить любым маломощным выпрямительным диодом на напряжение не ниже 400V.

Выходной каскад можно собрать и по другой схеме, используя другую оптопару и другой симистор. Можно вместо схемы на U1 и VS1 применить мощный оптосимистор или так называемое «твердотельное реле», которое по сути дела представляет собой либо мощный оптосимистор, либо схему, представляющую собой оптопару с ключом переменного тока на мощных высоковольтных полевых транзисторах.

Микросхему LM3914 можно заменить другой аналогичной, например, LM3915 или LM3916, но нужно принять во внимание, что, используя микросхему с логарифмической шкалой соответствия получаем и логарифмически неравномерные ступени. Хотя с этим можно мириться, скомпенсировав этот недостаток более тщательной регулировкой входного делителя, более тщательно наблюдая за пределами диапазона «нормальности» напряжения. И без ЛАТРа здесь уже не обойтись.

 

Блог :: Реле контроля напряжения: как выбрать и подключить

Реле контроля напряжения (РКН) – устройство, позволяющее защитить бытовые приборы, электроинструмент и другое электрооборудование, запитанные от электрической сети. Оно служит для непрерывного контроля напряжения и отключения потребителей при выходе его значения за допустимые пределы, которые задаются в настройках. РКН чаще всего устанавливают в зданиях старого жилого фонда, сельской местности и других местах, для которых характерно нестабильное напряжение.

Назначение РКН

Выясним, для чего нужно реле контроля напряжения. При достижении критически высокого или критически низкого значения напряжения реле обесточит электросеть и защитит электрические аппараты от повреждений, требующих дорогостоящего ремонта, или полного выхода из строя. При восстановлении нормальных параметров тока РКН генерирует команду на включение приборов с определенной выдержкой по времени.

Возможные причины срабатывания РКН:

• Обрыв проводов линии воздушных передач. Перехлестывание фазного и нулевого проводов приводит к резкому росту напряжения в фазном проводе.
• Обрыв нулевого провода в трехфазной системе. Приводит к опасному явлению, которое называется перекосом фаз. При обрыве нулевого проводника на одной из фаз вольтаж может резко понизиться, а на другой – возрасти.
• Включение высокомощного потребителя. Становится причиной резкого падения напряжения и перекоса фаз.

Принцип работы реле напряжения

Прибор состоит из двух блоков – измерительного и исполнительного. Измерительный блок контролирует напряжение в электросети. При выходе его значения за обозначенные в настройках пределы измерительный блок формирует сигнал, в соответствии с которым исполнительный механизм немедленно отключает электропотребителей. После нормализации параметров электротока в сети измерительный блок формирует сигнал исполнительному механизму на включение потребителей. Временная выдержка может длиться от нескольких секунд до 15 минут.

Реле контроля напряжения работает на основе таких устройств, как компараторы или микропроцессоры. Первый вариант является более простым и дешевым, а второй способен обеспечить более точную настройку устройства. Большинство современных моделей РКН оснащены именно микропроцессорной базой.

Самые простые РКН имеют два светодиода, показывающие наличие напряжения на входе и выходе. Технически более совершенные устройства оснащены дисплеем, на котором отображаются: текущий вольтаж в электросети и заданные допустимые пределы напряжения.

Для регулирования пороговых вольтажей предназначены: потенциометр с градуированной шкалой или кнопки.

В последнем случае выставляемые пороговые значения отображаются на экране.

Реле, обеспечивающее коммутацию электрических цепей, построено по бистабильной схеме. Оно имеет два стабильных состояния, для сохранения которых затраты электроэнергии не требуются. Энергия затрачивается только при переходе из одного стабильного состояния в другое.

Типы реле напряжения

Эти защитные устройства могут предназначаться для однофазной или трехфазной сетей. Однофазные модели обычно востребованы в квартирах, частных домах и на дачах. Трехфазные РКН устанавливаются в ремонтных мастерских, на производственных объектах для защиты станков с трехфазным питанием. Главная особенность трехфазных реле – полное отключение электропитания даже при скачке только на одной из фаз.

По способу установки приборы бывают стационарными и переносными.

Стационарные

Устройства стационарного монтажа делятся на две группы – встроенные в розетку (розеточные) и располагаемые на электрощитках.

Розеточные модели используются в случае, если прибор невозможно установить в электрощитке или в ситуациях, когда конкретный потребитель нуждается в индивидуальной защите. Розеточные устройства часто сочетают с основной защитой – реле напряжения, установленным в распределительном шкафу. Например, после нормализации параметров сети РКН, встроенное в щиток, включает нагрузки с выдержкой в 1 минуту. Компрессорные потребители (холодильники, кондиционеры) требуют более длительное время выдержки – не менее 300 сек. Для них устанавливают индивидуальное розеточное реле.

Приборы, предназначенные для установки на электрощитке, обеспечивают защиту всех электропотребителей объекта, что избавляет от необходимости индивидуально защищать каждую нагрузку. Обычно такие РКН имеют широкий диапазон настроек и возможность работать в нескольких независимых режимах: как устройства наибольшего или наименьшего напряжения, с задержкой времени на включение.

Переносные

Переносные РКН разделяют на два типа: вилка-розетка и удлинитель. Такие устройства удобны своей мобильностью, отсутствием необходимости монтажных работ, возможностью задавать индивидуальные настройки для конкретных потребителей (как и в случае стационарных розеточных моделей).

• Вилка-розетка вставляется непосредственно в розетку. Ее работа управляется микроконтроллером, который анализирует текущий вольтаж и отображает его на экране. Допустимые пределы устанавливаются кнопками.
• Удлинитель – устройство, по принципу действия аналогичное вилке-розетке. Но он может иметь две и более розеток и защищать сразу несколько потребителей.

Какие параметры учитывают при выборе реле контроля напряжения

Перед тем как выбрать реле контроля напряжения, необходимо определиться, какие технические характеристики РКН подходят для конкретных условий применения. Это:

• рабочий диапазон;
• допустимые верхний и нижний пороги срабатывания;
• наличие или отсутствие индикаторов, показывающих уровень напряжения;
• быстродействие – время, требуемое для обесточивания нагрузки при срабатывании РКН;
• время задержки после нормализации вольтажа в сети;
• наличие или отсутствие функции защиты устройства от перегрева;
• максимальную коммутируемую мощность или максимальный пропускаемый ток, по этим характеристикам необходим запас не менее 20 %.

При эксплуатации удобны модели с дисплеем, позволяющим визуально контролировать вольтаж электросети. Материал корпуса должен быть прочным, не поддерживающим горение.

Особенности настройки РКН

Реле напряжения имеют три основные настройки:

• Установка порогового срабатывания по максимальному значению – Umax.
• Установка минимального значения, при котором происходит срабатывание устройства – Umin.
• Установка времени задержки коммутации после нормализации параметров электрической сети.

При установке пороговых значений необходимо соблюдать «золотую середину». Если пороги заданы слишком широко, то потребители могут не получить эффективную защиту. Пороги, заданные слишком жестко, становятся причиной слишком частого срабатывания РКН. Частые включения и выключения негативно влияют на эксплуатационный период как самого реле контроля напряжения, так и подключаемых нагрузок.

Управление настройками реле контроля напряжения может быть электромеханическим или цифровым. В первом случае пороговые значения устанавливаются переменным резистором, расположенным на передней панели, во втором – кнопками с отображением значений на LED-экране.

Некоторые РКН не имеют возможности настройки пороговых значений. Обычно нижний предел равен 170 В, а верхний – 265 В. Пороги определяются в заводских условиях, и изменить их самостоятельно невозможно. Эти приборы стоят дешевле. Но перед покупкой необходимо удостовериться, что такой допустимый диапазон соответствует эксплуатационным условиям.

Общие рекомендации по установке реле контроля напряжения

РКН являются достаточно дорогими устройствами, поэтому при их монтаже необходимо соблюдать несколько условий, среди них:

• Установка перед РКН автоматического выключателя стандартного исполнения, токовая нагрузка которого ниже максимальной токовой нагрузки реле напряжения на 20 %. Эта мера обеспечивает защиту прибора от короткого замыкания.
• Использование в комплексе с реле дополнительных защитных устройств – УЗО и стабилизаторов.
• При стационарной установке – обеспечение доступа для осмотра, обслуживания и параметрирования прибора.

Схемы подключения однофазных реле контроля напряжения

В зависимости от производителя РКН могут иметь разные варианты подключения. Перед тем как подключить реле контроля напряжения необходимо ознакомиться со схемой, указанной в инструкции или на его корпусе.

Однофазные реле обычно подключают в электросеть напрямую, то есть через их контакты протекает рабочий ток электросети. РКН монтируют в разрыве между электрическим счетчиком и группой потребителей. Для защиты от сверхтоков перед ним устанавливают дифавтомат. До прибора учета устанавливают вводный автомат, поэтому проведение монтажных работ при выключенном вводном АВ совершенно безопасно.

Этапы работ:

• Обесточить электросеть с помощью вводного автоматического выключателя. Для контроля отсутствия напряжения используют индикаторную отвертку.
• Установить РКН на DIN-рейку, защелкнуть фиксатор, проверить надежность удерживания прибора.
• Зачистить концы разрыва проводов, идущих от счетчика к нагрузкам.
• Закрепить провода, идущие от прибора учета, на штатных местах в верхней части РКН. Это – «фаза» и «ноль».
• Провод «фаза», идущий к потребителям, закрепляется на штатное место внизу прибора.
• Включить вводный автоматический выключатель и убедиться с помощью индикаторной отвертки, что напряжение поступает на вход реле.
• Включить РКН и выставить пороговые значения и время задержки включения.

Схема подключения трехфазных РКН в электрическую цепь

Трехфазные реле контроля напряжения могут подключаться двумя способами:

• Напрямую. В этом случае потребители в нештатных ситуациях отключаются контактами самого реле.
• Опосредовано. Такая схема подключения предусматривает прохождение рабочего тока через контакты не реле, а управляемого им магнитного пускателя. После магнитного пускателя устанавливаются одно- и трехполюсные автоматы, с помощью которых нагрузки разделяют на группы. Опосредованная схема подключения применяется в случаях обслуживания высокомощных нагрузок.

Проверка работоспособности реле контроля напряжения

Простых домашних способов проверки РКН на исправность не существует. Для того чтобы проверить реле контроля напряжения на работоспособность, в лабораторных условиях создают схему с имитацией нагрузки способом регулирования подаваемого напряжения. Прибор должен срабатывать на установленных пороговых значениях.

Схемы применения и подключения реле контроля фаз и напряжения РНЛ-1

 

 

Для удобства наших клиентов инженеры «ТДС Прибор» разработали схемы подключения с самыми актуальными примерами использования реле контроля фаз и линии на обрыв электропривода РНЛ-1.

 

 

1. Назначение схемы: Контроль напряжения питания и электропитания привода на обрыв.

При неисправности электропитания двигатель останавливается и выдаётся сигнал неисправности в систему автоматизации или диспетчеризации;

При обрыве проводника кабеля электродвигателя выдаётся сигнал неисправности.

Схема защиты электродвигателя от перенапряжения и обрыва линии питания. 

В шкафах управления вентиляторами дымоудаления и подпора воздуха и насосами пожарного водопровода.

Схема защиты реверсивного привода от перегрузки и обрыва линии питания. 

В шкафах управления пожарными и инженерными задвижками:

 

 

Схема контроля питания и линии на обрыв электропривода 220В. 

В шкафах управления пожарными насосами и вентиляторами, в пожарных и инженерных системах:

 

 

Схема контроля фазного напряжения и линии питания реверсивного привода 220В. 

В шкафах управления задвижками:

 

2. Назначение схемы: Контроль исправности электропитания привода с функцией технологических защиты от сухого хода и перегрева насосов.

При неисправности электропитания,  при перегреве электродвигателя или при срабатывании датчика сухого хода насос останавливается и выдаётся сигнал о неисправности.

Схема защиты насоса от сухого хода и перегрева 380В. 

С биметаллическим датчиком перегрева обмоток и датчиком сухого хода (также можно использовать любые типы датчиков):

3. Назначение схемы: Контроль напряжения с функцией разнесения старта приводов после восстановления электропитания на объекте.

При отказе электропитания объекта и его последующем возобновлении, авто включение различных типов нагрузки объекта происходит не одновременно, а с разнесением времени пуска каждого случайным образом в диапазоне от 5 до 17 сек с момента подачи электроэнергии на объект. Это предотвращает возникновение большого суммарного пускового тока и аварийное отключение вводного автоматического выключателя по перегрузке.

Схема контроля напряжения питания разных типов нагрузки 380В. 

 

4. Назначение схемы: Контроль фазного напряжения с функцией дополнительной сигнализации.

При неисправности электропитания двигатель останавливается и выдаётся сигнал неисправности;

При срабатывании дополнительных датчиков выдаётся сигнал неисправности.

Схема контроля фазного напряжения с подключением дополнительных датчиков 380В. 

5. Назначение схемы: Контроль фаз и напряжения (без доп. функций)

Пример управления нереверсивным приводом реле защиты электродвигателя от перенапряжения

При неисправности электропитания двигатель останавливается и выдаётся сигнал неисправности.

Схема контроля фаз или напряжения 380В. 

6. Назначение схемы: Схема автоматического включения резерва (АВР) с равным приоритетом вводов.

Ввод, включённый первым, становится рабочим, к нему подключаются электропотребители.

Ввод, включённый вторым, становится резервным.

При отказе электропитания на рабочем вводе электро потребители автоматически переключаются на питание от резервного ввода.

 

7. Назначение схемы: Контроль напряжения сети с функцией реле времени.

Включение освещения происходит последовательно отдельными каскадами с разбежкой по времени на 5 секунд. Это снижает пусковые нагрузки на электросеть, а также обеспечивает комфортный темп нарастания освещенности на объекте при включении и спадания при отключении.

Схема управления освещением с каскадным включением:

 

8. Назначение схемы: Контроль напряжения питания и привода на обрыв с применением устройств плавного пуска или частотного преобразователя.

Для корректной работы реле контроля фаз и линии питания на обрыв РНЛ-1 с устройствами плавного пуска и частотными преобразователями рекомендуем использовать следующую схему подключения:

монтаж и схема подключения к сети 220в

Эксплуатация электрических сетей должна быть безопасной, поэтому для достижения этого используются различные устройства защиты. Одним из важных таких приборов является 1-фазное реле контроля напряжения. Его главная задача состоит в защите домашнего оборудования от негативного воздействия перенапряжения в электросети. При этом такое устройство не занимает много места, а его монтаж не вызывает особых трудностей.

Устройство и назначение

Для нормальной работы любого электрического прибора необходимо обеспечить определённый диапазон напряжения. Чаще всего он находится в пределе десяти процентов отклонения от величины 220 вольт. При выходе из этого диапазона устройства начинают работать в режиме перегрузок, что приводит к выходу их из строя. При этом последствиями перепадов напряжения в сети может быть не только физическая поломка электроаппаратуры, но и возникновение пожаров, а также нанесение вреда организму человека.

Все устройства защиты, применяемые совместно с электрической проводкой, разделяются на три типа:

1. Автоматические выключатели. Предназначенные для защиты электрических проводов от перегрева из-за резкого увеличения, проходящего по ним тока.
2. Устройства защитного отключения. Используются для защиты живого организма от негативного воздействия тока.
3. Приборы контроля напряжения. Реагируют на изменение уровня входного сигнала, подстраивая или обесточивая электросеть при любом скачке или падении напряжения.

Обеспечить полную безопасность может только комплексное применение различного вида устройств защиты, но в первую очередь внимание уделяется установке дома реле напряжения 220 В. Ведь возникновения колебаний напряжения не зависят от потребителя и могут появиться даже в самой стабильной питающей сети. Например, причинами возникновения перепадов напряжения могут быть: пробой фазы на нулевой проводник, обрыв нейтрального провода, перекос фаз, включение в электросеть мощных приборов, возникновение аварии на электростанции, влияние грозы и тому подобное.

Все эти ситуации обычно связаны с мгновенным изменением уровня входного сигнала. Поэтому и возникает необходимость в применении устройства, способного за очень короткий промежуток времени автоматически отключить защищаемый им участок сети. Как раз для этого и используется реле напряжения. При этом следует понимать, что в отличие от стабилизатора оно не выравнивает входной сигнал, а лишь мгновенно обесточивает подключённый к ней участок.

Принцип работы

Современное реле напряжения 220 В для дома представляет собой сложное радиоэлектронное устройство, основной частью которого является микроконтроллер. Являясь «мозгом» прибора, он анализирует проходящий через него сигнал и, используя запрограммированные алгоритмы, выполняет те или иные действия.

Конструктивно устройство в зависимости от типа установки может выпускаться нескольких видов. Оно может монтироваться в электрическом щитке на din-рейку или быть непосредственно подключено к защищаемому оборудованию. Но независимо от вида монтажа можно выделить следующие основные части прибора:

• силовую;
• процессорную;
• управляемую.

Источник питания реле выполняется по классической схеме. В его состав входит выпрямительный узел и линейный стабилизатор. Кроме этого, часто используется тиристор, который работая в ключевом режиме, гасит паразитные гармоники питания, уменьшая нагрев ограничивающего стабилитрона. Процессорная плата, кроме микропроцессора, содержит микросхему памяти с зашитой в неё программой, а блок управления позволяет устанавливать граничные величины срабатывания реле. Включение и отключение электролинии происходит с помощью коммутационного реле, рассчитанного на большой ток.

С помощью механического или электронного регулятора пользователь устанавливает нижний и верхний предел напряжения, при выходе за которые происходит отсекание нагрузки от электросети. А также потребитель может настраивать время задержки включения нагрузки. То есть это время, по истечении которого происходит автоматическое подключение участка цепи с нагрузкой к сети после нормализации уровня входного сигнала.

Таким образом, при работе устройства микропроцессор постоянно сравнивает величину входного сигнала с установленным. При выходе величины входного напряжения из заданных пределов подаётся управляющий сигнал на реле, которое размыкает силовую линию. Как только уровень входного напряжения восстанавливается, управляющий сигнал снимается, и реле вновь замыкает линию, подключая к ней нагрузку.

По такому принципу работает как однофазное реле напряжения, так и трёхфазное. Кроме того, в последнее время в устройствах стали размещать датчики перегрева. Термозащита активируется, если температура внутри корпуса достигает 70—80° C, что позволяет избегать возникновения пожароопасных ситуаций.

Виды и характеристики

Главным параметром реле напряжения является быстродействие. Это время, в течение которого устройство среагирует на аварийную ситуацию и отключит нагрузку. Из-за особенностей работы устройства это время разное для нижнего и верхнего предела. Так, при снижении напряжения оно обычно составляет не более секунды, а при повышении — около 0,02 секунды. Но также к важным характеристикам отсекателя относят следующие технические параметры:

1. Номинальный ток. Обозначает максимальное значение силы тока, которое может пропустить через себя устройство без повреждения своих внутренних схем за короткий промежуток времени. Обычно это значение составляет 40—80 ампер.
2. Нижний предел отключения. В среднем это значение можно изменять в интервале 120—210 вольт.
3. Верхняя граница срабатывания. Так же, как и нижний предел, имеет интервал регулирования. Обычно он составляет 220—280 вольт.
4. Мощность. Фактически обозначает наибольшую мощность нагрузки, которую можно подключить к прибору контроля. Отсекатель может быть рассчитан как на 300—400 ватт, так и десятки киловатт.
5. Погрешность измерения. Обозначает качество встроенного анализатора входного сигнала. То есть погрешность фактического значения напряжения к измеренному в процентном содержании.
6. Диапазон рабочей температуры. Это такой интервал, при котором устройство будет работать согласно заявленным характеристикам.

Кроме этого, однофазное реле контроля напряжения, впрочем, как и трёхфазное, может обладать функцией корректировки показаний вольтметра, энергонезависимой памятью, уменьшенным искрением при коммутации контактов, дополнительной световой и звуковой индикацией режима работы.

По внешнему виду отсекатели различают по способу монтажа. Их делят на устройства с вилкой и розеткой, монтажом на din-рейку, удлинительного типа. Первый вид предназначен для вставки его вилки в обыкновенное розеточное гнездо, а уже к его розетке подключается нагрузка. Чаще всего такие устройства являются маломощными. В своей конструкции они имеют экран, на который выводится уровень присутствующего напряжения в сети. Для настройки параметров используются как механические, так и электронные регуляторы.

Удлинительного типа подобны розеточному, но при этом в своей конструкции имеют сразу несколько розеточных гнёзд. Приборы контроля с монтажом на din-рейку предназначены для расположения в щитовом шкафе. Они являются самыми мощными устройствами и более функциональными. Их назначение — защитить электрические приборы всего дома или квартиру от скачков входного сигнала, поэтому и располагаются они на вводной линии. Такие реле обладают широким диапазоном регулировок и могут работать в независимых режимах, например: как реле только минимального или максимального напряжения.

Монтаж отсекателя

Установка устройства на din-рейку заключается в его фиксации на ней с помощью специальной защёлки, конструктивно выполненной на корпусе отсекателя. Такой монтаж занимает считаные минуты и не сложнее, чем включение реле напряжения в розетку. Для этого сначала заводится одна защёлка за верхний край рейки, а после просто прижимается корпус устройства защиты до щелчка. При этом само реле перенапряжения может свободно перемещаться по длине рейке.

При подключении устройства придерживаются следующих правил:

1. Реле устанавливается в доступном месте, исключающем попадание влаги.
2. Монтаж прибора происходит после счётчика учёта электроэнергии и вводного автомата.
3. Отсекатель должен быть рассчитан на силу тока, превышающего ток вводного автомата.
4. Подводимый к прибору провод должен иметь сечение, исходя их коммутируемой нагрузки. Например, для тока 40 A (9 кВт) — не менее 6 мм², а для тока 63 A (14 кВт) — не менее 10 мм².
5. Концы коммутационного провода зачищаются от изоляции не более одного сантиметра.
6. При использовании многожильной проводки применяются кабельные наконечники.
7. При зажатии провода должен быть обеспечен надёжный контакт, но при этом следует знать, что слабый контакт приводит к нагреву места соединения, а пережатый — к повреждению.
8. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать рабочую мощность нагрузки прибора защиты.

Монтаж и подключение осуществляется только при обесточенном щитке. Ошибка при коммутации может привести к выходу из строя как самого прибора защиты, так и устройств, подключённых к нему. Поэтому коммутирование прибора осуществляется строго по схеме подключения реле напряжения. Она обычно указывается на корпусе устройства или в паспорте на изделие.

Типовое подключение

Обесточив электрический щиток и смонтировав на рейку устройство защитного отключения, фазовый провод, выходящий из автомата отключения, подводится согласно схеме на прибор к клемме «вход». К контакту «выход» подключается проводник, идущий в сторону нагрузки. Нейтральная клемма устройства соединяется напрямую с нулевой колодкой, расположенной в щитке. Согласно принятым нормам фазовый провод находится в изоляции коричневого цвета, нулевой — синего, а заземляющий — зелёного.

Для подсоединения проводов откручиваются крепёжные клеммы, под которые просовываются зачищенные концы проводника. При этом соблюдаются два условия:

• изоляция на проводе не должна попасть под зажим;
• из-под зажима не должен выглядывать оголённый проводник.

Клеммы затягивают и после проверки правильности монтажа подают напряжение. При правильном подключении на индикаторе устройства должно отобразиться действующее напряжение. С помощью кнопок или механических регуляторов устанавливается диапазон отключения нагрузки и время задержки включения.

Не рекомендуется выставлять небольшой промежуток между фактическим напряжением сети и значением верхней границы срабатывания отсекателя. Например, если напряжение в сети 240 вольт, то устанавливать границу следует не менее 250 вольт. А также для электроприборов, использующих в своей конструкции двигатели, холодильники, насосы, кондиционеры, рекомендуется устанавливать время включения реле не менее чем через 2—3 минуты после нормализации питания в сети.

Советы по выбору

Покупку реле лучше всего осуществлять в специализированном магазине, в котором исключена возможность продажи не сертифицированной продукции. Стоимость на изделие зависит от нескольких факторов, основными из которых являются: тип прибора, наличие опций, производитель, технические параметры.

Важно перед покупкой определиться с необходимой мощностью устройства. Для этого суммируется вся планируемая к подключению нагрузка, и полученная цифра увеличивается на 15—20 процентов. Если подсчитать требуемую мощность по каким-то причинам не получается, то следует обратить внимание на силу тока, указанную на вводном автомате или приборе, стоящем на защищаемом участке цепи, и приобрести реле, превышающее это значение.

Предпочтительнее будет покупка прибора с электронным способом настройки параметров. Механический способ менее удобен, но настройка производится обычно только сразу после установки. Поэтому этот параметр не очень критичный. А вот наличие в конструкции реле термозащиты очень желательно.

Схема простого управления скоростью двигателя постоянного тока

с использованием таймера IC 555

Цепь УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА в основном представляет собой схему ШИМ (широтно-импульсная модуляция) на базе микросхемы 555, разработанную для получения переменного напряжения по сравнению с постоянным напряжением. Здесь объясняется метод ШИМ. Рассмотрим простую схему, показанную на рисунке ниже.

Если нажать кнопку, если цифра, то мотор начнет вращаться и будет двигаться, пока не будет нажата кнопка.Это нажатие является непрерывным и изображено на первой волне рисунка. Если, например, предположить, что кнопка нажимается на 8 мс и открывается на 2 мс в течение цикла 10 мс, в этом случае двигатель не будет испытывать полное напряжение батареи 9 В, поскольку кнопка нажимается только 8 мс, поэтому среднеквадратичное напряжение на клеммах мотор будет около 7В. Из-за этого пониженного среднеквадратичного напряжения двигатель будет вращаться, но с пониженной скоростью. Теперь среднее время включения за период 10 мс = время включения / (время включения + время выключения), это называется рабочим циклом и составляет 80% (8 / (8 + 2)).

Во втором и третьем случаях кнопка нажимается еще меньше времени по сравнению с первым случаем. Из-за этого действующее значение напряжения на клеммах двигателя еще больше снижается. Из-за этого пониженного напряжения скорость двигателя еще больше снижается. Это снижение скорости при непрерывном рабочем цикле происходит до момента, когда напряжение на клеммах двигателя не будет достаточным для вращения двигателя.

Таким образом, мы можем заключить, что ШИМ может использоваться для изменения скорости двигателя.

Прежде чем идти дальше, нам нужно обсудить H-BRIDGE. Теперь эта схема выполняет в основном две функции: первая — для управления двигателем постоянного тока с помощью управляющих сигналов с низким энергопотреблением, а вторая — для изменения направления вращения двигателя постоянного тока .

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Все мы знаем, что для двигателя постоянного тока, чтобы изменить направление вращения, нам нужно изменить полярность напряжения питания двигателя.Поэтому для изменения полярности мы используем H-мост. Теперь на рисунке 1 выше у нас есть четыре переключателя. Как показано на рисунке 2, для вращения двигателя A1 и A2 замкнуты. Из-за этого ток течет через двигатель справа налево, как показано в части 2 ^и рисунка 3. А пока рассмотрим, как двигатель вращается по часовой стрелке. Теперь, если переключатели A1 и A2 разомкнуты, B1 и B2 замкнуты. Ток через двигатель течет слева направо, как показано на 1 ^st части рисунка 3. Это направление тока противоположно первому, поэтому мы видим потенциал на клеммах двигателя, противоположный первому, поэтому двигатель вращается против часовой стрелки.Так работает H-BRIDGE. Однако двигатели малой мощности могут приводиться в движение H-BRIDGE IC L293D.

L293D — это микросхема H-BRIDGE IC , разработанная для приводов маломощных двигателей постоянного тока и показанная на рисунке. Эта ИС состоит из двух h-мостов и поэтому может управлять двумя двигателями постоянного тока. Таким образом, эту ИС можно использовать для управления двигателями робота по сигналам микроконтроллера.

Теперь, как обсуждалось ранее, эта ИС имеет возможность изменять направление вращения двигателя постоянного тока. Это достигается за счет управления уровнями напряжения на INPUT1 и INPUT2.

Контакт включения	Входной контакт 1	Входной контакт 2	Направление двигателя
Высокая	Низкая	Высокая	Поверните направо
Высокая	Высокая	Низкая	Поверните налево
Высокая	Низкий	Низкая	Остановка
Высокая	Высокая	Высокая	Остановка

Таким образом, как показано на рисунке выше, для вращения по часовой стрелке 2A должно быть высоким, а 1A должно быть низким. Точно так же против часовой стрелки 1A должно быть высоким, а 2A должно быть низким.

Компоненты цепи

• Блок питания + 9В
• Малый двигатель постоянного тока
• 555 Таймер IC
• Резисторы 1К, 100R
• L293D IC
• 100K -220K пресет или горшок
• IN4148 или IN4047 x 2
• Конденсатор 10 нФ или 22 нФ
• Переключатель

Принципиальная схема

Схема подключена на макетной плате в соответствии со схемой управления скоростью двигателя постоянного тока , показанной выше.Горшок здесь используется для регулировки скорости двигателя. Переключатель предназначен для изменения направления вращения двигателя. Конденсатор здесь не должен быть фиксированной емкости; пользователь может поэкспериментировать с ним, чтобы найти правильный.

Рабочий

При подаче питания таймер 555 генерирует сигнал ШИМ с коэффициентом заполнения, основанным на коэффициенте сопротивления потенциометра. Из-за пары потенциометра и диода здесь конденсатор (который запускает выход) должен заряжаться и разряжаться через другой набор сопротивлений, и из-за этого конденсатору требуется другое время для зарядки и разрядки.Поскольку выходной сигнал будет высоким, когда конденсатор заряжается, и низким, когда конденсатор разряжается, мы получаем разницу в времени высокого и низкого выходного сигнала и, следовательно, ШИМ.

Этот ШИМ таймера подается на сигнальный вывод h-моста L239D для управления двигателем постоянного тока. С изменением коэффициента ШИМ мы получаем переменное среднеквадратичное напряжение на клеммах и, следовательно, скорость. Для изменения направления вращения ко второму сигнальному выводу подключается ШИМ таймера.

LTspice: переключатели с управлением напряжением | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности.Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Используемые нами файлы cookie можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie регистрируют ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Отклонить файлы cookie

Генератор, управляемый напряжением — Использование ГУН, работа и приложения

Что такое генератор, управляемый напряжением?

Генератор, управляемый напряжением, — это генератор с выходным сигналом, выход которого может изменяться в диапазоне, который регулируется входным напряжением постоянного тока. Это генератор, выходная частота которого напрямую зависит от напряжения на его входе. Частота колебаний колеблется от нескольких герц до сотен ГГц. Изменяя входное напряжение постоянного тока, регулируется выходная частота создаваемого сигнала.

2 типа генераторов, управляемых напряжением

• Генераторы гармоник: на выходе получается сигнал с синусоидальной формой волны. Примерами являются кварцевые и танковые генераторы.
• Осцилляторы релаксации: выходной сигнал представляет собой сигнал с пилообразной или треугольной формой волны и обеспечивает широкий диапазон рабочих частот.Выходная частота зависит от времени зарядки и разрядки конденсатора.

Основной принцип работы генератора пилообразных сигналов VCO

Для генератора, управляемого напряжением, генерирующего пилообразную форму волны, основным компонентом является конденсатор, который при зарядке и разрядке определяет формирование выходного сигнала. На входе задается напряжение, которым можно управлять. Это напряжение преобразуется в токовый сигнал и подается на конденсатор. Когда ток проходит через конденсатор, он начинает заряжаться, и на нем начинает расти напряжение.По мере того как конденсатор заряжается и напряжение на нем постепенно увеличивается, напряжение сравнивается с опорным напряжением с помощью компаратора.

Когда напряжение на конденсаторе превышает опорное напряжение, то компаратор генерирует высокий логический вывод, который запускает транзистор, и конденсатор подключен к земле, и начинается разрядкой. Таким образом, генерируемая форма выходного сигнала представляет собой представление заряда и разряда конденсатора, а частота регулируется входным напряжением постоянного тока.

Применение ГУН

• Аппаратура электронных помех.
• Функциональный генератор.
• Производство электронной музыки для создания различных типов шума.
• Фазовая автоподстройка частоты.
• Синтезаторы частоты, используемые в цепях связи.

Практический ГУН — LM566

Практическим примером генератора, управляемого напряжением (ГУН) является LM566. LM566 — это ГУН общего назначения, который можно использовать для генерации сигналов прямоугольной и треугольной формы в зависимости от входного напряжения.

LM566 предназначен для работы в диапазоне температур от 0 ° C до 70 ° C. Частота которого является линейной функцией управляющего напряжения. Частота также регулируется внешним резистором и конденсатором, значения которых определяют частоту холостого хода.

Описание контакта:

• Контакт 1: Земля (GND)
• Контакт 2: Нет соединения (NC)
• Контакт 3: Выход прямоугольной формы
• Контакт 4: Выход треугольной формы
• Контакт 5: Вход модуляции
• Контакт 6: синхронизирующий резистор
• Контакт 7: синхронизирующий конденсатор
• Контакт 8: Vcc

Характеристики:

• Максимальное рабочее напряжение составляет от 10 до 24 В
• Стабильность при высоких температурах
• Рабочая температура от 0 ° C до 70 ˚C
• Частоту можно регулировать с помощью тока, напряжения, резистора или конденсатора
• Рассеиваемая мощность составляет 300 мВ
• Отличное отклонение от источника питания

Применения:

• Функциональный генератор
• Тональный генератор
• FM-модуляция
• Shift-манипуляция
• Тактовый генератор

Работа LM566:

На рисунке показано, что LM566 IC содержит источники тока для зарядки и разрядите внешний конденсатор со скоростью, установленной внешним резистором R1 и модулирующим входным напряжением постоянного тока V.

Конденсатор емкостью 0,001 мкФ подключен к контактам 5 и 6. Схема триггера Шмитта используется для переключения источников тока между зарядкой и разрядкой конденсатора, а треугольное напряжение, создаваемое на конденсаторе, и прямоугольная волна от триггера Шмитта предоставляются как выходы через буферные усилители. Обе формы выходного сигнала буферизуются, так что выходное сопротивление каждой составляет 50 f2. Типичная величина треугольной волны и прямоугольной волны составляет 2,4 В от пика до пика и 5.4Vпик до пика. Свободная или центральная рабочая частота, f0 —

Применение ГУН — контур с фазовой синхронизацией

Что такое контур с фазовой синхронизацией?

Это электронная схема, которая используется для фиксации выходной частоты генератора, управляемого напряжением, с желаемой входной частотой путем постоянного сравнения фазы входной частоты с фазой выходной частоты ГУН. ФАПЧ используется для генерации сигнала, его модуляции или демодуляции. Они в основном используются в частотной и амплитудной модуляциях. Выходная частота генератора, управляемого напряжением, постоянно регулируется до совпадения с входной частотой.

Как работает контур фазовой автоподстройки частоты?

В приведенной выше блок-схеме, ПД или фазовый детектор сравнивает частоту выходного сигнала с помощью входного сигнала опорной частоты. В случае какого-либо несоответствия фазовый детектор генерирует сигнал ошибки, который фильтруется с использованием фильтра нижних частот для удаления шума, и этот сигнал подается на генератор, управляемый напряжением, для соответствующего генерирования выходной частоты.Эта выходная частота подается на фазовый детектор через счетчик деления на N, который делит выходную частоту на определенное число N.

Практическое применение PLL — тонального декодера с использованием LM567

LM567 является тональным декодером. Он предназначен для заземления насыщенного транзисторного переключателя при наличии входного сигнала. Он состоит из генератора, управляемого напряжением (ГУН), и фазового детектора. Генератор, управляемый напряжением, предназначен для проверки центральной частоты декодера.Внешние компоненты используются для установки центральной частоты, полосы пропускания и задержки вывода.

Фазовый детектор и ГУН образуют контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), когда ФАПЧ заблокирована и амплитуда входного сигнала превышает внутренне заданный порог, на выходе активируется переключатель на землю.

Характеристики:

• Диапазон частот от 20 до 1 с внешним резистором
• Логически совместимый выход с возможностью снижения тока 100 мА
• Регулируемая полоса пропускания
• Высокая степень подавления внеполосных сигналов и шума
• Устойчивость к ложным сигналам
• Высокая центральная частота (0.От 01 Гц до 500 кГц)

Декодер тонов с ФАПЧ LM567 имеет множество применений; это декодирование тонального набора, прецизионный генератор, мониторинг и управление частотой, широкополосная FSK-демодуляция, ультразвуковое управление, дистанционное управление несущим током и декодеры пейджинга связи.

Работа тонального декодера LM567 PLL:

LM567 работает при напряжении питания от 2 В до 9 В и входных частотах от 1 Гц до 500 кГц. Конденсатор синхронизации генератора Ct должен быть разделен на две части, чтобы удвоить частоту генератора относительно входной частоты, а конденсаторы фильтра C1 и C2 должны быть уменьшены, чтобы поддерживать те же постоянные времени фильтра.Когда ФАПЧ заблокирован, выходной контакт 8 переключается на массу и активируется. Для активации переключателя не требуется дополнительный ток питания. И сопротивление переключателя во включенном состоянии обратно пропорционально питанию. Входной сигнал имеет достаточную амплитуду, чтобы напряжение на контакте 1 упало ниже 2/3 В.

Я надеюсь, что вы получили представление об генераторе, управляемом напряжением, из приведенной выше статьи, поэтому, если у вас есть какие-либо вопросы по этой концепции или по электрическим и электронным проектам, оставьте раздел комментариев ниже.

Цепи управления, схемы или электронные схемы

C Обеспечивает управление беспроводной клавиатурой — 10/08/98 Идеи дизайна EDN — (Файл содержит несколько схем. Прокрутите, чтобы найти эту) Портативные системы, такие как телефонные трубки, широко используют регуляторы с малым падением напряжения (LDO). Обеспечивает чувствительные к шуму детали стабильной линией электропитания. __ Дизайн схемы разработан Lloyd Khuc, Motorola Inc, Austin, TX

Управление от 0 до 10 В для сервоприводов RC — Эта схема принимает стандартное управляющее напряжение 0-10 В (например, от аналогового источника света). пульт управления) и выдает стандартный управляющий импульс RC серводвигателя 1-2 мс.__ Разработано Томи Энгдалом

RC-генератор 0,14 В с отдельным буфером логического вывода — идеи схем для разработчиков Примечание к приложению__ Advanced Linear Devices, Inc

Управление 0–10 В для сервоприводов RC — Эта схема принимает стандартное управляющее напряжение 0–10 В (например, от аналогового пульта управления освещением) и выдает стандартный импульс управления серводвигателями RC в течение 1-2 мс. __ Дизайн Томи Энгдал

1 элемент мигает белым светодиодом — 12/11/03 Идеи дизайна EDN Многие портативные устройства и другие продукты, которые должны работать от одного элемента, могут работать только при очень низких напряжениях. Таким образом, трудно управлять белыми светодиодами, которые обычно имеют прямое напряжение от 3 до 5 В. Способность __ Дизайн схем Энтони Смита, Scitech, Бидденхэм, Бедфордшир, Великобритания

1-компонентный привод шагового двигателя — Чрезвычайно простая схема на рис. 1 приводит в действие шаговый двигатель напрямую от источника питания 12 В переменного тока, 60 Гц. Обычно для привода шагового двигателя требуется коммутируемое напряжение постоянного тока. Но шаговый двигатель будет работать от сети переменного тока, если вы введете фазовый сдвиг на 90 между напряжениями, приложенными к двум обмоткам двигателя.В этом случае необходим только один неполярный конденсатор емкостью 6,8 мкФ. __ Контакт: info @ wzmicro.com

1 FET управляет светодиодной матрицей — 04/12/01 Идеи дизайна EDN Белая светодиодная подсветка получает все большее распространение, потому что она предлагает более высокую надежность и более простую схему управления, чем подсветка на основе CCFL (люминесцентная лампа с холодным катодом) и EL (электролюминесцентная). В результате белая светодиодная подсветка становится все более распространенной в КПК (персональных цифровых помощниках), сотовых телефонах, цифровых камерах и других портативных устройствах.Дизайн __ Разработка схем Лена Шермана, Maxim Integrated Products, Саннивейл, Калифорния

, 1 вывод процессора, функция включения / выключения — 29.04.04 Идеи дизайна EDN Недавняя идея дизайна побудила меня предложить более простое решение, которое я использовал в недавнем проекте (Ссылка 1). Нам нужен был выключатель мгновенного действия с контролем процессора Этот контроль позволил бы процессору задерживать питание __ Дизайн схемы Майкл Сиркис, Radio Systems, Логан Тауншип, Нью-Джерси

1 переключатель управляет цифровым потенциометром — 19/09/02 Идеи дизайна EDN Эта идея дизайна является развитием и упрощением другой (Рисунок 1, Ссылка 1).Замена трех вентилей ИЛИ-НЕ с инвертированным входом их логическими эквивалентами, вентилями И-НЕ с положительным входом, делает эти три символа логических элементов согласованными __ Дизайн схемы Джима Баха, Delphi Delco Electronics Systems, Kokomo, IN

Ночник с люминесцентной лампой мощностью 1 Вт — Если вам надоело заменять маленькие ночники, попробуйте эту схему. В цепи с питанием от сети используется долговечная люминесцентная лампа с холодным катодом. Простая технология накачки заряда приводит в действие лампу без трансформатора. . .Схема Дэйва Джонсона P.E. — март 1999 г.

1-проводной барометр. Использование двойного источника питания позволяет повысить точность и / или диапазон инструментов без значительного увеличения количества деталей. __ Дизайн А.Г. Миллера

1 провод обеспечивает питание и данные для ЖК-модуля — 27.01.14 Идеи EDN-Design Если вам нужно подключить небольшой удаленный ЖК-дисплей или на вашем C закончились контакты ввода-вывода, вот хорошее и дешевое решение Часто встроенные системы используйте ЖК-дисплеи HD44780type, так как они считаются наиболее популярными контроллерами буквенно-цифровых дисплеев.Интерфейс содержит как минимум 14 контактов: восемь для данных, три для управления (EN, WR, RS), два для питания (Vdd, Vss) и один для контраста (Vre). Сконфигурированный в 8-битном режиме, он требует не менее 10 линий ввода / вывода (D0D7, EN, RS). Сконфигурированный в 4-битном режиме, он требует не менее шести линий ввода / вывода (D4D7, EN, RS) __ Схема проектирования Benabadji Noureddine

1,5-часовой фейдер лампы (лампа заката) — лампа заката включается на полную яркость, затем медленно гаснет в течение 1,5 часов и остается выключенной до тех пор, пока питание не будет восстановлено.__ Дизайн Билл Боуден

Мигающий красный светодиодный индикатор камбуза, 1,5 В в стиле 1970-х — Схема, которая управляет красным светодиодом от 1,5-вольтовой батареи и имитирует свет лампы накаливания. Рабочий цикл можно изменить, выбрав номиналы резисторов __ Разработано Диком Каппелсом

Контроллер скорости асинхронного двигателя мощностью 1,5 кВт, часть 2 — В прошлом месяце мы описали особенности контроллера скорости асинхронного двигателя 1,5 кВт и подробно объяснили, как он работает. В этом месяце мы опишем его конструкцию и тестирование, а также дадим некоторые рекомендации по использованию.__ SiliconChip

1.5V LED Flasher — только схема, в настоящее время описание схемы отсутствует __ Разработано Эндрю Р. Моррисом

1,5 В светодиодный мигающий генератор 8-выводная пластиковая микросхема mini-DIP LM3909 была разработана компанией National Semiconductor в середине семидесятых годов прошлого века. Это был монолитный генератор, специально разработанный для вспышки светоизлучающих диодов. Используя синхронизирующий конденсатор для повышения напряжения, он подавал на светодиод импульсы 2 или более вольт при питании от 1.5 В или меньше. Схема изначально была самозапускающейся и требовала добавления только батареи и конденсатора для работы в качестве светодиодной вспышки __ Контактное лицо: Флавио Деллепиан, fladello @ tin.it

1.5v LED Flasher Version A — Многим опубликованным схемам, которые мигают светодиодами, требуется 3 вольта или более. В этой схеме используется только одна недорогая ИС C-MOS, а светодиодный индикатор мигает в течение всего года от одной щелочной батареи AA на 1,5 В. В схеме используется метод накачки заряда. . . Схема Дэйва Джонсона П.E.-июнь 2000 г.

Светодиодные мигалки на 1,5 В — Цепи светодиодных мигалок ниже работают от одной батареи на 1,5 В. Схема в правом верхнем углу использует популярную микросхему светодиодного мигалки LM3909 и требует только синхронизирующего конденсатора и светодиода. Верхняя левая схема, разработанная Андре Де-Гереном, иллюстрирует использование конденсатора емкостью 100 мкФ для удвоения напряжения батареи, чтобы получить 3 вольта для светодиода. Две секции шестнадцатеричного инвертора 74HC04 используются в качестве прямоугольного генератора, который устанавливает частоту вспышек, а третья секция используется в качестве буфера, который заряжает конденсатор последовательно с 470 __. Разработано Биллом Боуденом

.

1.Переключатель, активируемый касанием, 5 В — один кнопочный элемент из оксида серебра 1,5 В обеспечивает питание всей цепи сенсорного переключателя в течение 5 лет. Он имеет как нормально разомкнутый, так и нормально замкнутый набор термических элементов твердотельного переключателя. Он также имеет регулируемую чувствительность, которую можно настроить для изменения емкости сенсорного экрана всего на 1 пикофарад. . Схема Дэвида А. Джонсона P.E. — январь 2002 г.

1: 4 BALUN — Ham RadioBALUN, TUNERSchematic __ Разработано Гаем Роелсом ON6MU

10-канальный светодиодный секвенсор — 4017 — это CMOS декадный счетчик с 10 декодируемыми выходами.Входы включают часы (контакт 14), сброс (контакт 15) и блокировку часов (контакт 13) __ Разработан Биллом Боуденом

10-канальный световой контроллер — 10-канальный световой контроллер с использованием ШИМ / до 1 А на канал при 12 В __ Контактное лицо: П. Тауншенд EduTek Ltd

10 LED Chaser — не знаю почему, но люди любят мигать. Вы видите светодиодные охотники повсюду, в телешоу (Knight Rider), фильмах и витринах магазинов. Эта схема — моя версия простого охотника на 10 светодиодов.Таймер 555 не используется, потому что __ Designed by Aaron Cake

10 светодиодных секвенсоров — только схема, текст на финском

Последовательный мигающий сигнал с 10 светодиодами, использующий малую мощность — Некоторое время назад я опубликовал схему мигания, в которой последовательно мигали 10 светодиодов. Эта схема питалась от четырех щелочных элементов AA. Схема, представленная ниже, работает примерно так же, но была изменена для работы от одной литиевой батарейки CR2032 3 В. . . Схема Дэйва Джонсона P.E. — апрель 2011 г.

10-ступенчатый светодиодный секвенсор — 4017 — это CMOS декадный счетчик с 10 декодируемыми выходами.Входы включают часы (контакт 14), сброс (контакт 15) и блокировку часов (контакт 13) __ Разработан Биллом Боуденом

10 Stage Light Sequencer — только схема — мигает 10 низковольтных лампочек, работает при напряжении 10-25 В, в формате PDF, текст на финском

Последовательность от 10 до 100 светодиодов с использованием матрицы — Схема выше иллюстрирует использование матрицы 10×10 для последовательного выполнения до 100 светодиодов всего с тремя ИС и 20 транзисторами. Два декадных счетчика 4017 управляют 10 строками и 10 столбцами, так что в зависимости от выхода декадных счетчиков выбирается один светодиод.На схеме показаны 25 светодиодов и 10 транзисторов, но ее можно расширить до 100 __. Разработано Биллом Боуденом

.

10-канальный ИК-приемник дистанционного управления — он работает с коммерческими ИК-передатчиками дистанционного управления, и его легко собрать. Каналы могут быть подключены для кратковременного или переключаемого режима .__ SiliconChip

12 Stage Neon Sequencer NE 2 / NE 51 — Эта схема аналогична светодиодным часам, использующим 12 неоновых индикаторных ламп вместо светодиодов. Он работает от 2 ячеек Ni-CAD большой емкости (2.5 вольт), которые сохранят его на пару недель. Высокое напряжение (70 вольт) для неоновых ламп получается от небольшого импульсного источника питания с использованием триггерного генератора прямоугольных импульсов Шмитта 74HC14, переключающего транзистора высокого напряжения __ Дизайн Билла Боудена

Последовательность от 12 до 100 светодиодов с использованием матрицы — Схема выше иллюстрирует использование матрицы 10×10 для последовательного выполнения до 100 светодиодов всего с тремя микросхемами и 20 транзисторами. Два декадных счетчика 4017 управляют 10 строками и 10 столбцами, так что в зависимости от выхода декадных счетчиков выбирается один светодиод.На схеме показаны 25 светодиодов и 10 транзисторов, но ее можно расширить до 100 __. Разработано Биллом Боуденом

.

Переключатель, активированный в темноте, 12 В, 10 А (имеется комплект) — DAS1 представляет собой комбинацию ручного переключателя и автоматического переключателя, активируемого в темноте. Он предназначен для управления до 10 ампер ламп 12 В. Пара белых светодиодов высокой интенсивности включена в схему для встроенного освещения. Схема включает цепь отключения при низком напряжении, которая предотвращает чрезмерную разрядку батареи в системах с батарейным питанием.DAS1 идеально подходит для систем освещения, работающих на солнечной энергии, его также можно использовать для сетевых и автомобильных / морских приложений. Внешнее освещение 12 В, состоящее из белых светодиодов, ламп накаливания и / или люминесцентных ламп, может приводиться в действие DAS1. __ Разработан Г. Форрестом Куком

Electric Drives — Control Systems

В течение многих лет контроллер двигателя представлял собой блок, который обеспечивал управление скоростью двигателя и позволял двигателю адаптироваться к изменениям нагрузки. Проекты часто были с потерями или обеспечивали лишь грубые приращения контролируемых параметров.

Современные контроллеры могут включать в себя как силовую электронику, так и микропроцессоры, что позволяет блоку управления брать на себя гораздо больше задач и выполнять их с большей точностью. К этим задачам относятся:

Разомкнутые системы (ручное управление)

В системе управления без обратной связи параметры управления фиксируются или устанавливаются оператором, и система находит свое собственное состояние равновесия.

В случае двигателя желаемое рабочее равновесие может быть скоростью двигателя или его угловым положением. Управляющие параметры, такие как напряжение питания или нагрузка на двигатель, могут или не могут находиться под контролем оператора.

Если какой-либо из параметров, таких как нагрузка или напряжение питания, изменится, то двигатель найдет новое состояние равновесия, в этом случае он установится на другой скорости. Фактическое состояние равновесия может быть изменено путем принудительного изменения параметров, контролируемых оператором.

Системы с замкнутым контуром (автоматическое управление)

После установки начальных рабочих параметров система с разомкнутым контуром не реагирует на последующие изменения или возмущения в рабочей среде системы, такие как температура и давление, или на изменяющиеся требования к системе, такие как подача энергии или условия нагрузки.

Для непрерывного мониторинга и контроля рабочего состояния системы без вмешательства оператора, для большей точности или более быстрого реагирования необходимы системы автоматического управления.

Отрицательная обратная связь

Для удовлетворения этих требований необходимы системы «замкнутого цикла». Также называемые системами управления с обратной связью или системами отрицательной обратной связи, они позволяют пользователю установить желаемое рабочее состояние в качестве целевого или эталонного, а система управления автоматически переместит систему в желаемую рабочую точку и впоследствии будет поддерживать ее в этой точке.

Датчик используется для отслеживания фактического рабочего состояния системы и для передачи на вход контроллера аналогового или цифрового сигнала, представляющего состояние выхода. Фактическое и желаемое или эталонное состояния непрерывно сравниваются, и если фактическое состояние отличается от эталонного состояния, генерируется сигнал ошибки, который контроллер использует для принудительного изменения контролируемых параметров для устранения ошибки путем возврата системы к желаемому рабочая точка.

Коэффициент усиления контура Сигнал ошибки обычно очень мал, поэтому управляющая схема или механизм должны содержать «усилитель ошибки» с высоким коэффициентом усиления, чтобы обеспечить управляющий сигнал мощностью, влияющей на изменение.

Усиление, предусмотренное в контуре, называется усилением контура.

Задержка цикла Реакция не всегда мгновенная, поскольку обычно существует задержка между обнаружением ошибки или наведением на новую позицию и устранением ошибки или перемещением в новую желаемую позицию.Эта задержка называется задержкой цикла.

В механических системах задержка может быть связана с инерцией, связанной с меньшим ускорением, возможным при перемещении большой массы при приложении силы.

В электрических цепях задержка может быть связана с индуктивными элементами в цепи, которые уменьшают возможную скорость нарастания тока в цепи при приложении напряжения.

Системы управления с обратной связью должны действовать очень быстро, чтобы без задержки реализовать исправление ошибок, прежде чем система успеет перейти в другое состояние.В противном случае система может стать нестабильной.

Когда существует задержка по времени между обнаружением ошибки и завершением корректирующего действия и коэффициент усиления контура достаточно велик, система может выйти за пределы допустимого диапазона. Если это произойдет, ошибка будет в противоположном направлении, и система управления также изменит направление своего действия, чтобы исправить эту новую ошибку. В результате фактическое положение будет колебаться около желаемого положения.Эта нестабильность называется охотой, поскольку система ищет точку прицеливания.

В худшем случае отклик для исправления ошибок с задержкой будет сдвинут на 180 градусов по фазе с помехой, которую он пытается устранить. Когда это происходит, направление реакции системы не будет действовать таким образом, чтобы устранить ошибку, вместо этого оно будет усиливать ошибку. Таким образом, задержка изменила реакцию системы с отрицательной обратной связи на положительную, и система станет критически нестабильной.

На схемах ниже показана реакция системы управления на небольшое возмущение.

Критерий стабильности Найквиста используется для прогнозирования того, является ли система нестабильной, исходя из данных об усилении контура и задержке контура, как показано ниже.

• Если коэффициент усиления контура равен единице или больше на частоте входной синусоиды, где временная задержка в системе равна половине периода цикла, система будет нестабильной.

На практике система с высокой электрической или механической инерцией будет иметь медленную реакцию (большую задержку). При малой величине действия по исправлению ошибок (механическое усилие или электрическое напряжение) система будет медленно реагировать (ускоряться), но из-за того, что она медленная, она также будет иметь низкий импульс и будет стремиться установиться в желаемой рабочей точке при устраняется сила исправления ошибок.

Однако задержка выполнения корректирующего действия зависит от коэффициента усиления контура.

Если в той же системе сила коррекции ошибок высока (усиление / большее усиление контура), как в быстродействующей системе, система будет реагировать (двигаться) быстрее (более короткая задержка), но, соответственно, будет иметь более высокий импульс (более высокая скорость ответа). Когда сила коррекции ошибок устранена, как и в любой высокоинерционной системе, импульс системы будет поддерживать ее движение, и она выйдет за заданное положение. Применение сигнала ошибки в противоположном направлении, чтобы вернуть систему к своей цели, приведет к перерегулированию в противоположном направлении.

Найквист показывает, сколько задержки может быть допущено в системе с единичным усилением контура, и определяет точку, в которой система становится нестабильной.

История

В примере электродвигателя постоянного тока желаемое рабочее состояние может быть определенной скоростью. Тахометр используется для измерения фактической скорости, которая сравнивается с эталонной скоростью. Если он отличается, сигнал ошибки, величина и полярность которого соответствуют разнице между заданной и фактической скоростями, подается на контроллер напряжения для изменения скорости двигателя, чтобы уменьшить сигнал ошибки.Когда двигатель работает на желаемой скорости, сигнал ошибки будет нулевым, и двигатель будет поддерживать эту скорость.

• В системах управления обычно используются три различных типа обработки ошибок: P , I и D , названные в честь трех основных способов управления информацией об ошибках.
• Пропорциональный — Пропорциональная коррекция ошибок умножает ошибку на (отрицательную) константу P и добавляет ее к контролируемой величине.
• Integral — Встроенное исправление ошибок учитывает прошлый опыт. Он интегрирует ошибку за период времени, а затем умножает ее на (отрицательную) константу I и добавляет ее к контролируемой величине. Равновесие основано на средней ошибке и предотвращает колебания и выбросы, обеспечивая более стабильную систему.
• Производный инструмент — Коррекция ошибок производного инструмента основана на скорости изменения ошибки и учитывает будущие ожидания.Он используется в так называемых «предсказательных контроллерах». Первая производная ошибки по времени вычисляется и умножается на другую (отрицательную) константу D , а также добавляется к контролируемой величине. Член производной обеспечивает быструю реакцию на изменение в системе.

Комбинации всех трех методов обработки ошибок часто используются одновременно в контроллерах «PID» для решения различных приоритетов производительности системы. Если шум может быть проблемой, производный член не используется.

ПИД-регуляторы

также называют «3-х элементными регуляторами».

Контроллеры двигателей

могут быть простыми системами без обратной связи или могут включать несколько вложенных систем с обратной связью, работающих одновременно. Например, управление с обратной связью может использоваться для синхронизации возбуждения полюсов статора с угловым положением ротора или просто для управления скоростью двигателя или угловым положением ротора.

История

Контроллеры

могут иметь некоторые или все следующие функции, многие из которых реализованы в интегральных схемах.

Контроль скорости

• Машины постоянного тока

Одно из главных достоинств щеточных двигателей постоянного тока — это простота управления.Скорость пропорциональна напряжению, а крутящий момент пропорционален току.

Регулирование скорости в щеточных двигателях постоянного тока раньше достигалось путем изменения напряжения питания с помощью реостатов с потерями для снижения напряжения. Скорость двигателей постоянного тока с параллельной обмоткой также можно регулировать путем ослабления поля. В настоящее время применяется электронный контроль напряжения. Смотри ниже.

Простого регулирования напряжения разомкнутого контура достаточно, когда двигатель имеет фиксированную нагрузку, однако регулирование напряжения разомкнутого контура не может реагировать на изменения нагрузки на двигатель.Если нагрузка изменится, скорость двигателя также изменится. Если нагрузка увеличивается, двигатель должен обеспечивать больший крутящий момент, чтобы достичь положения равновесия, а для этого требуется больший ток. Следовательно, двигатель замедляется, уменьшая обратную ЭДС, так что протекает больше тока. Чтобы поддерживать желаемую скорость, необходимо изменение напряжения для обеспечения необходимого тока, необходимого для новых условий нагрузки. Автоматическое управление скоростью может быть выполнено только в замкнутой системе. При этом на выходном валу используется тахогенератор для измерения фактической скорости.Когда это сравнивается с желаемой скоростью, генерируется сигнал «ошибки скорости», который используется для изменения входного напряжения на двигатель, чтобы привести его к желаемой скорости. Примечание. По сути, это система управления напряжением, поскольку тахогенератор обычно обеспечивает выходное напряжение постоянного тока, которое сравнивается с опорным входным напряжением.

Одного управления напряжением может быть недостаточно для обслуживания широких, быстро изменяющихся условий нагрузки на двигатель, поскольку контроллер напряжения может требовать токи, превышающие расчетные пределы двигателя. Для автоматического регулирования тока может потребоваться отдельный контур обратной связи по току. Контур управления током должен быть вложен в контур управления напряжением. Это позволяет контуру регулирования напряжения подавать больший ток, но не может отменять регулирование тока, которое гарантирует, что ток остается в пределах, установленных контуром регулирования тока.

Бесщеточные двигатели постоянного тока питаются от импульсного источника постоянного тока для создания вращающегося поля, а скорость синхронна с частотой вращающегося поля.Скорость регулируется изменением частоты подачи. См. Также Инверторы ниже.

• Машины переменного тока

Скорость двигателей переменного тока обычно зависит от частоты напряжения питания и количества магнитных полюсов на фазу статора. Ранние регуляторы скорости зависели от переключения на разное количество полюсов, а управление было доступно только вручную и грубо. Современные электронные инверторы делают возможным плавное регулирование частоты, позволяя регулировать скорость с обратной связью. Однако для управления скоростью в асинхронных двигателях напряжение питания должно изменяться синхронно с частотой. Для этого требуется специальный контроллер Вольт / Герц.

Контроль крутящего момента

Если приложение требует прямого управления крутящим моментом двигателя, а не скоростью, в простых машинах это может быть достигнуто путем управления током, который пропорционален крутящему моменту, и пропуская контур управления скоростью.Для более точного управления используются векторные контроллеры.

Контроль напряжения

Больше нет необходимости использовать реостаты, расходующие энергию, для обеспечения переменного напряжения.

• Прерыватели напряжения

В современных контроллерах используются импульсные регуляторы или цепи прерывателя для обеспечения переменного напряжения постоянного тока от постоянного источника постоянного тока. Источник постоянного тока включается и выключается на высокой частоте (обычно 10 кГц или более) с использованием электронных переключающих устройств, таких как полевые МОП-транзисторы, IGBT или GTO, для обеспечения импульсной формы волны постоянного тока. Средний уровень выходного напряжения можно контролировать, изменяя рабочий цикл прерывателя.

• Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Напряжениями

переменного тока можно аналогичным образом управлять с помощью двунаправленных импульсов для представления синусоидальной волны.

Возможны различные схемы ШИМ. Здесь показан только один. Изменяя ширину импульса, можно изменять амплитуду синусоидальной волны.

Переменные напряжения также могут быть созданы с использованием фиксированной ширины импульса, но путем изменения амплитуды импульса (амплитудно-импульсная модуляция — PAM) или частоты повторения импульсов (частотно-импульсная модуляция — PFM).

Выход постоянного тока от прерывателей и схем ШИМ, как известно, страдает высоким содержанием гармоник.Однако большинство двигателей постоянного тока могут допускать импульсное питание постоянного тока, поскольку индуктивность самого двигателя и механическая инерция ротора помогают сглаживать колебания напряжения питания. Поскольку при выключенном переключающем устройстве ток не протекает, этот метод относительно без потерь. Если частота прерывателя слишком низкая, может произойти зубчатое движение.

Регулятор напряжения может быть активирован вручную в системе с разомкнутым контуром, но для непрерывного управления напряжением инвертор должен быть включен в контур обратной связи в системе с замкнутым контуром.Система управления отслеживает фактическое выходное напряжение и подает управляющий сигнал, который может быть аналоговым или цифровым представлением сигнала ошибки, на широтно-импульсный модулятор для исправления любых отклонений. Когда управление напряжением используется для управления скоростью, сигнал ошибки может быть получен от тахогенератора на выходном валу двигателя.

Электронный регулятор напряжения также является важной частью многих генераторов. В автомобильных системах генератор или генератор переменного тока приводится в действие с переменной скоростью, которая напрямую зависит от частоты вращения двигателя.Он должен выдавать полное выходное напряжение на самой низкой скорости, но напряжение должно поддерживаться при увеличении скорости двигателя. Генераторы переменного тока, используемые в 12-вольтовых системах, обычно имеют встроенную систему регулирования напряжения. В приложениях HEV на выходе генератора используется прерыватель-регулятор для поддержания напряжения в звене постоянного тока в строгих пределах, чтобы избежать повреждения батареи. Когда аккумулятор полностью заряжен, собственная система управления аккумулятором отключает его от источника питания, чтобы предотвратить перезаряд.

• Линейные регуляторы напряжения

Для приложений с низким энергопотреблением часто используется последовательный или линейный регулятор.Он менее эффективен, чем импульсный стабилизатор, поскольку изменения напряжения должны приниматься, а соответствующая мощность рассеиваться последовательным транзистором с падением напряжения, но он обеспечивает чистый постоянный ток. Регуляторы серии не подходят для приложений с большой мощностью, таких как электрическая тяга, где эффективность имеет первостепенное значение.

• Тиристорный регулятор напряжения

С источниками переменного тока тиристоры (SCR) могут использоваться последовательно с нагрузкой для создания переменного напряжения путем блокирования прохождения тока к нагрузке на начальную часть цикла и включения тока путем подачи сигнала на ворота ЮКЖД. Один SCR влияет только на одну полярность сигнала. Для переключения как положительного, так и отрицательного тока необходимы два тиристора, подключенных параллельно и с противоположной полярностью, или симистор (двунаправленный тиристор). Изменяя задержку (фазовый угол) перед включением тока, можно изменять средний ток и, следовательно, среднее напряжение, воспринимаемое нагрузкой, как показано ниже.

Это тот же принцип, что и в переключателях освещения.

Тиристоры отключения затвора (GTO) могут использоваться для отключения тока, а также для его включения, что позволяет лучше контролировать продолжительность тока, протекающего через устройство.

Текущий контроль

Во многих приложениях с двигателями ток двигателя может отставать от напряжения питания из-за индуктивности в цепи, и часто желательно управлять током напрямую, а не напряжением, чтобы получить более точное или быстрое управление током и, следовательно, крутящим моментом. .В этом случае для контроля тока используется шунтирующий резистор или трансформатор тока. Разница между фактическим и опорным токами используется в контуре обратной связи с высоким коэффициентом усиления для обеспечения необходимого регулирования тока.

Контроль тока особенно важен для асинхронных двигателей для защиты двигателя от чрезмерных пусковых токов. Сигнал обратной связи по току используется для изменения угла включения тиристоров в схемах выпрямителя или инвертора для ограничения тока в пределах его эталонного значения.

Преобразователи

Это общий термин для цепей, которые могут обеспечивать выходы переменного или постоянного тока от линий питания переменного тока (частота сети) или постоянного тока (аккумулятор). Они включают в себя силовые мосты для выпрямления источника переменного тока и инверторы для генерации сигнала переменного тока от батарейного источника питания.

• Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие и повышающие преобразователи — это преобразователи постоянного тока в постоянный, эквивалент трансформаторов переменного тока постоянного тока.

• Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь используется для снижения постоянного напряжения. Вышеупомянутый прерыватель является примером понижающего преобразователя постоянного тока.

• Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь используется для повышения постоянного напряжения.

Схема, показанная ниже, может повышать или понижать входное напряжение, изменяя рабочий цикл транзисторного ключа.

Транзисторный ключ включает и выключает напряжение питания LC-цепи. Когда транзистор включен, индуктор заряжается, и диод отключает конденсатор. Когда транзистор выключается, индуктор разряжается через диод через конденсатор, заряжающий его. Обратите внимание, что полярность выходного напряжения противоположна входному. При низком рабочем цикле, когда транзистор выключен более 50% времени, напряжение, которое появляется на выходе, ниже, чем напряжение питания, и схема действует как понижающий трансформатор.При высоком рабочем цикле, когда транзистор включен больше, чем выключен, на конденсаторе нарастает напряжение, и выходное напряжение превышает напряжение питания. Таким образом, регулирование напряжения обеспечивается изменением рабочего цикла.

Инверторы

Инверторы

обеспечивают регулируемое питание переменного тока от источника постоянного или переменного тока. Есть два основных класса приложений:

• Обеспечение фиксированного выхода из переменного источника
Инверторы

предназначены для подачи регулируемого сетевого питания переменного тока от источников, которые могут иметь переменное входное напряжение (переменное или постоянное) или, в случае входной мощности переменного тока, вход переменной частоты.Такие приложения могут включать аварийные генераторные установки, источники бесперебойного питания (ИБП) или распределенное производство энергии из ветра и других непостоянных источников. Все они должны обеспечивать фиксированное выходное напряжение и частоту на нагрузку, поскольку приложения ожидают этого и могут зависеть от этого.

• Обеспечение переменного вывода из фиксированного источника

С другой стороны, во многих приложениях требуется, чтобы инверторы принимали фиксированное переменное напряжение и частоту от сети и обеспечивали другое или переменное напряжение и частоту для таких приложений, как управление скоростью двигателя..

В обеих этих схемах мостовой выпрямитель используется для подачи промежуточной мощности постоянного тока через «звено постоянного тока» на обычный инвертор переменного тока.

Схема ниже показывает принцип работы такого инвертора, предназначенного для трехфазных приложений.

Трехфазный преобразователь частоты

Трехфазный синусоидальный вход подается на простой диодный двухполупериодный мостовой выпрямительный блок, подающий фиксированное напряжение на инвертор.Связь между выпрямителем и инвертором называется звеном постоянного тока. Транзисторы инвертора включаются в последовательности их номеров, как показано на диаграмме, с разницей во времени, если T / 6 и каждый транзистор остаются включенными в течение времени T / 4, где T — период времени для каждого полного цикла. В приведенном выше примере представлены шесть возможных текущих конфигураций и он известен как шестиступенчатый инвертор.

Диоды, подключенные к переключающим транзисторам, известны как «диоды свободного хода или маховика».Их цель — обеспечить обходной путь вокруг транзистора для защиты его от рассеивания накопленной энергии в индуктивной нагрузке (двигателе), когда транзистор выключен. Ток через диод «набегает», пока вся энергия индуктивной нагрузки не рассеется.

Форма волны выходного линейного напряжения для каждой фазы показана ниже.

Этот опорный сигнал частоты инвертора может быть просто напряжением, подаваемым на вход генератора с управляемым напряжением (ГУН), примеры которого обычно доступны в виде микросхем интегральной схемы, или оно может быть получено из часов микропроцессора.Цифровые логические схемы используются для получения таймерных импульсов запуска на инверторе переключается с эталонной частотой источника. В случае генераторов, питающихся от сети, значение задания частоты будет фиксированным.

Амплитуда выходной волны определяется уровнем напряжения питания постоянного тока на блок инвертора, но она может изменяться тиристорным (SCR) управлением схемы выпрямителя для обеспечения переменного напряжения в звене постоянного тока.

Вместо транзисторных ключей инвертор может использовать полевые МОП-транзисторы, IGBT или тиристоры.

Обгонные диоды подключенные через транзисторы защищают их от обратного смещения индуктивные скачки напряжения из-за поля двигателя распад, который возникает, когда транзисторы выключите, предоставив свободный путь для накопленной энергии.

Формы сигналов для тяговых приложений часто представляют собой ступенчатые волны, а не чистые синусоиды, поскольку их легче генерировать, а сам двигатель сглаживает волну.

Преобразователи частоты используются, когда требуется регулирование скорости. Частота волны регулируется часами переменной частоты, которые инициируют импульсы.

Для управления скоростью в машинах переменного тока напряжение и частота должны изменяться в унисон. См. Управление скоростью двигателя переменного тока. В системах с разомкнутым контуром рабочая точка задается заданием скорости, а равновесная скорость определяется моментом нагрузки. Система с замкнутым контуром позволяет устанавливать фиксированную скорость. Для этого требуется, чтобы тахогенератор обеспечивал обратную связь о фактической скорости для сравнения с желаемой скоростью. Если есть разница, сигнал ошибки генерируется, чтобы довести фактическую скорость в соответствие с эталонной скоростью, регулируя как напряжение и частоту, с тем, чтобы устранить разницу в скорости.

См. Также управление скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока и примеры управления скоростью генератора.

Контроль Вольт / Герц

Контроль

Вольт / Герц необходим для управления скоростью асинхронных двигателей. В системе открытого контура система управления преобразует желаемую скорость к опорной частоте входного сигнала на частоту переменной, переменное напряжение инвертора.В то же время он умножает опорную частоту с помощью вольт / характеристического отношения Герц двигателя с получением соответствующего опорного напряжения инвертора. Изменение задания скорости приведет к одновременному изменению выходных напряжений и частоты инвертора.

В системе с обратной связью сигнал обратной связи по скорости, поступающий от тахогенератора на выходной вал двигателя, используется в контуре управления для получения сигнала ошибки скорости для управления функцией управления вольт / герц, аналогичной описанной выше.

Как и в случае с большими двигателями постоянного тока, регулирование скорости обычно сопровождается регулированием тока.

Циклоконвертер

Циклоконвертер преобразует частоту переменного тока напрямую в переменный ток переменной частоты без промежуточного звена постоянного тока.

Система является сложной и работает путем выборки напряжения каждой фазы источника переменного тока и синтеза желаемой формы выходного сигнала путем включения нагрузки на время периода выборки, фаза, напряжение которой наиболее близко к желаемому напряжению в момент отбора проб.Форма выходного сигнала сильно искажена, а способность асинхронных двигателей справляться с очень высоким содержанием гармоник ограничивает максимальную частоту, на которой может использоваться система.

Циклоконвертеры

подходят только для очень низких частот, до 30% входной частоты. Они используются для низкоскоростных приводов большой мощности, чтобы исключить необходимость в редукторе на тяжелых прокатных и дробильных станах, а также в тяговых устройствах для поездов и судов.

Векторное управление — управление потоком или полем (FOC)

Всем двигателям необходим ток намагничивания и ток, создающий крутящий момент. В щеточном двигателе постоянного тока эти два тока подводятся к двум разным обмоткам. Ток намагничивания подается на статор или обмотку возбуждения, а ток, создающий крутящий момент, подается на обмотку ротора. Это позволяет независимо управлять полями статора и ротора. Однако в бесщеточных двигателях, таких как двигатели с постоянными магнитами или асинхронные двигатели, невозможно напрямую управлять полем ротора, поскольку нет никаких соединений с ним.Поскольку контролируемые параметры не могут быть измерены, их значения должны быть получены из параметров, которые можно измерить и контролировать. Единственный вход, которым можно управлять, — это входной ток, подаваемый на статор.

Фактический ток статора представляет собой векторную сумму двух векторов тока: вектор индуктивного ( фаза с задержкой ) намагничивающего тока, создающий магнитный поток в воздушном зазоре, и в фазе , создающий крутящий момент, ток.Чтобы изменить крутящий момент, нам нужно изменить в фазе , создающий крутящий момент, ток, но поскольку мы хотим, чтобы поток воздушного зазора оставался постоянным на оптимальном уровне, ток намагничивания также должен оставаться неизменным при изменении крутящего момента.

Векторное управление или управление с ориентацией по полю — это метод независимого изменения величины и фазы векторов тока статора для адаптации к мгновенным требованиям к скорости и крутящему моменту двигателя.

Позволяет изменять параметры, которыми нельзя управлять напрямую, путем изменения параметров, которые можно измерять и контролировать.

Для многих применений векторное управление не требуется, но для точного управления, оптимальной эффективности и быстрого реагирования требуется контроль над полем ротора, и были разработаны альтернативные методы косвенного управления. Из-за низкой стоимости вычислительной мощности векторное управление используется все больше и больше в бесщеточных двигателях.

• Обзор векторного управления
• Объективы Максимальное преобразование мощности из тока в крутящий момент, быстрая переходная характеристика, точное управление крутящим моментом, скоростью и положением.
• Требуется Вращающийся поток должен поддерживаться под углом 90 градусов к потоку ротора.
• Входы Доступная информация (состояние напряжений и токов статора, положение и / или скорость ротора).
• Использует Два независимых контура управления для управления векторами тока намагничивания и создания крутящего момента.
• Вычисляет ошибку Математические преобразования для анализа входных сигналов от статора и вычисления любых отклонений от желаемых состояний ротора.
• Вычисляет поправку Математические обратные преобразования для преобразования сигнала ошибки ротора обратно в управляющие сигналы, которые подаются на статор для противодействия ошибке.
• Активирует инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обеспечивающий питание двигателя.
• Формирует сигналов входного напряжения статора с правильной амплитудой, частотой и фазой для изменения.
• Метод 1 Прямое управление Использует датчики положения и сложные математические преобразования
• Метод 2 Косвенное управление «Бездатчиковое» Использует еще более сложные математические преобразования
  (Оба вышеупомянутых метода используют датчики тока для контроля тока обмоток статора)
• Повторяет состояние образцов и подает управляющие сигналы с частотой 20 кГц для обеспечения непрерывного управления.
• Дополнительные преимущества Управление низкой скоростью, повышение эффективности, меньшие двигатели.

Хорошая новость заключается в том, что детальное знание задействованного процесса не требуется, поскольку большинство этих задач реализованы в интегральных схемах и включены в конструкцию двигателя. Но читайте дальше, чтобы узнать, как используется вся система.

• Переходный режим

Несмотря на свои многочисленные преимущества, известный асинхронный двигатель относительно медленно реагирует на изменения условий нагрузки или пользовательские команды для изменения скорости.Это происходит главным образом потому, что ток ротора не может мгновенно следовать за приложенным напряжением из-за задержки, вызванной индуктивностью обмоток двигателя.

Во время переходного периода амплитуда магнитного потока и его угол по отношению к ротору должны поддерживаться так, чтобы можно было развить желаемый крутящий момент.

Крутящий момент также зависит от величины магнитного потока, но он зависит от индуктивной составляющей тока и не может быть изменен мгновенно.В любом случае плотность потока устанавливается на оптимальное значение до того, как произойдет насыщение.

Векторное управление — это способ изменения вектора синфазного тока без изменения вектора индуктивного тока намагничивания, так что время отклика машины не подвержено индуктивной задержке.

• КПД

Индуктивная задержка фазы, отмеченная выше, также вызывает мгновенную потерю крутящего момента и снижение эффективности, поскольку магнитный поток, создающий крутящий момент от статора, не действует под углом 90 электрических градусов к полю ротора.

Крутящий момент на роторе любого двигателя максимален, когда магнитное поле, создаваемое ротором, находится под прямым углом к ​​полю статора. См. Интерактивные поля

Система векторного управления обеспечивает мгновенную регулировку токов статора для управления положением ротора относительно движущейся магнитной волны, что позволяет избежать потерь из-за фазовой задержки.

• Реализация

Каждый из двух описанных ниже методов управления описывает обработку одной выборки состояния двигателя и способ исправления ошибок.Оба они требуют значительной математической вычислительной мощности. Однако для двигателя требуется непрерывное управление в реальном времени для регулирования скорости и крутящего момента, а для этого требуется частота дискретизации 20 кГц или более, что резко увеличивает нагрузку на обработку сигнала. Эта задача входит в сферу применения цифровых сигнальных процессоров (DSP), интегральных схем специального назначения, разработанных для приложений с интенсивными вычислениями.

Если в двигатель встроен компьютер, другие функции, такие как связь и сеть контроллеров (шина CAN), могут быть интегрированы с элементами управления двигателем.

Система векторного управления — это, по сути, косвенная система, использующая информацию о системе, полученную на основе данных о напряжениях и токах статора и его положении. Как «прямой», так и «косвенный» методы управления, упомянутые ниже, указывают, как получается информация о положении ротора.

Чтобы получить необходимую информацию о токах статора в трехфазной системе, необходимо измерить только два из трех фазных токов, питающих двигатель, поскольку алгебраическая сумма токов, протекающих в двух обмотках, должна равняться току, протекающему из третьей. обмотка.

• Прямое управление

Этот метод использует датчик положения для определения углового положения вращающегося вала. Угол между магнитным потоком ротора и вращающейся магнитной волной является суммой углового положения вала и угла скольжения, который может быть получен из тока ротора. Погрешность положения (отклонение от 90 градусов) является мерой требуемой составляющей тока статора, создающей крутящий момент.Затем этот сигнал можно использовать в качестве основы для обычного контура регулирования тока.

Магнитная составляющая тока статора должна быть рассчитана на основе математической модели двигателя. Математическое преобразование (Кларк-Парк преобразование) выполняется на фактических токах статора, чтобы получить меру фактического потока и представление отклонения от желаемого значения. Обратное преобразование используется для получения соответствующих сигналов коррекции ошибок, которые должны подаваться на вход инвертора переменной частоты для генерации соответствующих токов статора (амплитуды, частоты и фазы) для исправления ошибки.

Математические преобразования требуют точных данных о механических и электрических характеристиках машины, которые часто трудно измерить или оценить. На помощь пришли самообучающиеся адаптивные системы управления, которые генерируют необходимые справочные данные на основе измерений фактических характеристик.

Алгоритмы управления также должны учитывать условия окружающей среды. Например, сопротивление обмотки двигателя (и, следовательно, постоянная времени L / R двигателя) зависит от температуры, и влияние изменений температуры необходимо учитывать в модели.

• Непрямое — бессенсорное управление

Бездатчиковое управление относится только к исключению датчика положения, использованного на схеме выше. В системе управления может быть несколько других датчиков. Информация о положении, предоставляемая датчиком положения, также может быть получена путем математических преобразований токов и напряжений статора, как и магнитный поток в прямой системе. Поскольку датчик увеличивает физическую сложность и стоимость машины, а стоимость вычислительной мощности постоянно снижается, замена датчика математическими методами в настоящее время экономически оправдана.

Бездатчиковое управление можно использовать для управления скоростью двигателя почти до нуля.

• Сервосистемы

Многие из методов векторного управления применимы к сервосистемам, и, следовательно, системы с векторным управлением заменяют некоторые традиционные сервосистемы.

Контроллер Ward Leonard

Регулятор скорости Ward Leonard обеспечивает привод с регулируемой скоростью от сети переменного тока с фиксированным напряжением и частотой.В нем используются три машины: асинхронный двигатель переменного тока, приводимый в действие с фиксированной скоростью от сети, приводящий в действие генератор постоянного тока, который, в свою очередь, приводит в действие двигатель постоянного тока с шунтирующей обмоткой, обычно аналогичной конструкции генератора. Выход постоянного тока от генератора напрямую подключен к якорю двигателя постоянного тока. Скорость двигателя регулируется с помощью реостата для регулировки тока возбуждения в обмотке возбуждения генератора для изменения выходного напряжения генератора. Контроллеры Ward Leonard до сих пор используются в пассажирских лифтах (лифтах) по всему миру, а также в электрических кранах, обмотках угольных шахт и в промышленном технологическом оборудовании, хотя в настоящее время они в значительной степени вытеснены тиристорными регуляторами скорости.

История

Контроль положения

Шаговые двигатели

обычно используются, когда требуется точное управление положением. Точное позиционирование возможно с помощью системы разомкнутого контура путем подсчета импульсов, подаваемых на двигатель. Потенциометры могут использоваться для обеспечения обратной связи по положению в системах с обратной связью, но энкодеры вала обеспечивают более точную обратную связь по ходу путем подсчета импульсов.

Когда требуется большое расстояние до цели или много оборотов двигателя, может быть желательно ускорить двигатель во время движения. В этом случае регулирование скорости может осуществляться с помощью контура обратной связи.

Электронная коммутация

Функция коммутатора заключается в изменении направления тока возбуждения двигателя, когда чередующиеся полюса ротора проходят через полюсы статора. В бесщеточных двигателях постоянного тока отсутствует механический коммутатор, а ток возбуждения обеспечивается катушками статора.Коммутация осуществляется электронными переключателями, которые меняют направление тока статора, когда чередующиеся полюса ротора проходят мимо полюсов статора. Для этого требуется, чтобы датчик положения сообщал об угловом положении вала ротора контроллеру двигателя, чтобы он мог переключать направление тока, когда полюса ротора находятся в правильном положении по отношению к полюсам статора.

Начальный

Некоторые конструкции двигателей не запускаются автоматически при подаче питания.Такие проблемы обычно решаются разработчиком машины с помощью вспомогательных обмоток или других методов и обычно не очевидны для пользователя.

Одна проблема, с которой сталкивается пользователь, заключается в том, что запуск многих машин сопровождается очень высоким пусковым током, который потенциально может повредить двигатель или его источник питания. Для решения этой проблемы используются современные системы управления, описанные выше.

Рекуперативное торможение

Аккумулятор может улавливать максимальную энергию рекуперативного торможения только в том случае, если вольт регенерации больше, чем вольт аккумулятора.В случае двигателя постоянного тока для этого требуется регулируемый преобразователь постоянного тока в постоянный, выходная мощность которого зависит от скорости двигателя, чтобы преобразовывать сильноточные импульсы низкого напряжения из низкоскоростного торможения в импульсы низкого напряжения высокого напряжения. Система управления также должна понижать любое регенеративное напряжение, которое превышает верхний предел зарядного напряжения батареи, чтобы избежать повреждения батареи, и она должна сбрасывать любую избыточную энергию в резистивную нагрузку, когда батарея достигает своего полного состояния заряда (SOC) 100% или ток достигает рекомендуемого предела зарядного тока аккумулятора.Это особенно важно для литиевых батарей.

Для получения энергии рекуперативного торможения от асинхронных двигателей требуется, чтобы синхронная скорость была ниже скорости двигателя за счет уменьшения частоты питания. См. Действие генератора.

Коррекция коэффициента мощности

Чтобы избежать ненужных потерь или удовлетворить допустимые требования к нагрузке энергоснабжающей организации, для асинхронных двигателей часто требуется коррекция коэффициента мощности, особенно для больших машин или в установках с большим количеством машин.

Чаще всего коррекция коэффициента мощности осуществляется с помощью дополнительных конденсаторов, однако при определенных обстоятельствах для этой цели также можно использовать контроллер двигателя.

В условиях небольшой нагрузки ток намагничивания в асинхронном двигателе относительно высок по сравнению с током нагрузки, что приводит к низкому коэффициенту мощности. (См. Асинхронные двигатели). По мере увеличения нагрузки ток нагрузки в фазе увеличивается по сравнению с током намагничивания, таким образом улучшая (увеличивая) коэффициент мощности.

Контроллер мотора может использоваться для решения проблемы низкого коэффициента мощности в малонагруженных машинах. Если напряжение питания снижается при малых уровнях нагрузки, поток в воздушном зазоре будет соответственно уменьшен, и ток (и скольжение) должны будут увеличиваться для создания того же крутящего момента. Эффект заключается в увеличении тока нагрузки по сравнению с током намагничивания, уменьшении запаздывания по току и увеличении коэффициента мощности. Простого тиристорного регулирования напряжения питания будет достаточно, чтобы обеспечить необходимое регулирование напряжения для реализации этой схемы.

Этот метод контроля коэффициента мощности применим только для малонагруженных машин. Для сильно нагруженных машин коэффициент мощности обычно достаточно высок, а влияние регулирования напряжения незначительно.

См. Также коррекцию коэффициента мощности сети с помощью STATCOM

Защита

Вышеупомянутые системы управления также предназначены для обеспечения того, чтобы электрическая машина не превышала проектные ограничения по напряжению и току.Кроме того, машина может иметь несколько простых защитных устройств.

В случае перегрева датчик температуры или термистор приведет к отключению питания или включению системы охлаждения. Если он превысит безопасный предел скорости, центробежный выключатель прервет ток.

Датчики

Ниже приведены некоторые примеры многих типов датчиков, используемых в системах управления двигателями.

• Текущий —
• Токовый шунт — Недорого, с потерями.
• Трансформатор тока — эффективный, только переменный ток — не может измерять постоянный ток.
• Датчик на эффекте Холла.
• Voltage — аналого-цифровые преобразователи.
• Частота — Подсчет импульсов.
• Phase — Получено из разницы во времени между измеренными и эталонными источниками.
• Температура — Термисторы, термопары.
• Light — Фотоэлектрическая и волоконная оптика.
• Магнитный поток — Датчик Холла.
• Позиция — линейная и угловая.
• Оптические кодеры (на основе источника света, кодового колеса и оптического детектора).
• Счетчики импульсов — линейные и угловые перемещения.Импульсы могут быть магнитными или оптическими.
• Потенциометры — ограниченный диапазон, низкая точность.
• Speed ​​ — Тахогенераторы на различных принципах.
• Роторный генератор постоянного тока — Обеспечивает выходное напряжение.
• Счетчики импульсов — Импульсы могут быть магнитными или оптическими.
• Центробежный выключатель (Концевой выключатель).