Proiect - motor de curent continuu cu tensiunea nominala

1.Tema proiectului si cerintele generale

2.Generalitati despre motore si controlul acestora

3.Schema bloc cu explicarea functionarii dupa schema bloc

4. Schema de detaliata si explicarea functionarii al fiecarui bloc in parte

5.Programul pentru microcontroler

6.Schema genrala detaliata

7.Schema cablaj

8.Lista cu componente

9.Documentatia de executie

-Top layer

-Bottom layer

-lista de componente

10.Concluzii si contributii personale

1.Tema proiectului si cerintele generale

Tema proiectului

Un motor de curent continuu cu tensiunea nominala Un=400V, curentul In=5A si Nnom=3600rot/min se alimenteaza de la un redresor trifazat in punte necomandata, urmat de un chopper cu tranzistoare Mos. Se doreste actionarea cu viteza variabila de la 0 la Nnom, in ambele sensuri, a unei axe pentru o masina unealta. Curentul maxim prim motor nu poate depasi 20 A decat timp de 5s. La depasirea curentului se oporeste motorul. Pentru reglarea turatiei se foloseste un potentiometru, din care se selecteaza si sensul de rotatie.

Cerintele generale

1.Proiectul se va desfasura pe grupe fomate din cate 3 studenti.Verificarea proiectului se va face individual,fiecare student fiind chestionat din intreg continutul proiectului.

2.Pe parcursul semestrului se va face saptamanal verificarea stadiului proiectului si se va nota etapa la care sa ajuns.

3Fiecare student va preda un exemplar de proiect,mentionad la sfarsit care sunt contributiile sale la elaborarea acestuia.

2.Generalitati despre motore si controlul acestora

ACTIONARI CU MOTOARE DE CURENT CONTINUU (MCC).

6.2.1. Generalitati.

Masina electrica la care schimbul principal de energie cu reteaua de alimentare se face in c.c. se numeste masina de curent continuu.

La masina de c.c., de regula, inductorul este stator, iar indusul rotor. Circuitul magnetic al masinii (figura 6.2.) este format din jugul statoric masiv sau lamelat (din tole), polii principali lamelati pe care se gasesc bobinele infasurarii inductoare si miezul magnetic lamelat al rotorului in crestaturile caruia este dispusa infasurarea indusa.

Figura 6.2. Circuitul magnetic al masinii de curent continuu.

Masinile mai mari, pentru imbunatatirea functionarii lor, sunt prevazute si cu poli auxiliari, numiti si de comutatie, care au o infasurare proprie, iar alte masini mai au si o infasurare introdusa in crestaturile din talpile polilor principali. In masinile de curent continuu, campul inductor este produs de catre infasurarea de excitatie, asezata pe polii principali, sau de magneti permanenti (figura 6.2).

Infasurarea indusa de pe rotor, de tip special, este conectata la colector. Rolul colectorului este de a redresa curentul alternativ din infasurarea indusa pentru a da in circuitul exterior curent continuu. Infasurarea de excitatie a masinilor de c.c. poate fi alimentata de la surse exterioare masinii, cand se spune ca masina are excitatie separata, sau chiar de la masina, cand se spune ca masina este autoexcitata.

Masinile cu autoexcitatie pot avea infasurarile de excitate conectate in derivatie, in serie sau compound. Mai pot fi si masini cu excitatie mixta (figura 6.3).

Figura 6.3. Schema de principiu pentru excitarea masinilor de curent continuu: a) separata; b) in derivatie; c) serie; d) compound; e) mixta.

Masinile de curent continuu sunt utilizate in cele mai diferite domenii:

in actionarea robotilor industriali si a masinilor cu comanda numerica;

in aparatura profesionala si de larg consum;

in tractiunea electrica, ca motoare de tractiune;

la masinile de ridicat si la podurile rulante;

in metalurgie, ca motoare pentru actionarea transportoarelor si a mecanismelor furnalelor;

ca excitatoare a grupurilor electrogene de curent alternativ;

ca generatoare, in grupurile Diesel-generator;

ca generatoare de constructie speciala pentru electroliza, pentru galvanoplastie si pentru sudura;

ca motoare si generatoare pentru deservirea mecanismelor speciale;

ca amplificatoare;

ca si comutatoare etc.

6.2.2. Elementele constructive ale motoarelor de curent continuu.

Partile pricipale: statorul (inductor), rotorul cu colector (indus), crucea portperii, scuturi, lagare, cutia de borne.

Statorul produce fluxul magnetic inductor si este format din:

carcasa;

poli;

poli principali (numiti si poli de excitatie);

poli auxiliari (numiti si poli de comutatie);

bobinele polare;

bobine de excitatie (montate pe polii de excitatie);

bobinele polilor auxiliari, parcurse de curentul principal.

In interiorul carcasei sunt fixati polii principali si polii auxiliari ai masinii. Carcasa fixeaza masina pe placa de fundatie sau sasiu.

Partea carcasei care asigura conducerea fluxului magnetic, produs de polii principali si de polii auxiliari se numeste jug.

De o parte si de alta a carcasei sunt prinse doua piese, numite scuturi. Pana la diametre de 40cm, scuturile masinii sustin lagarele si poarta numele de scuturi portlagar. Daca diametrul scutului depaseste 1m se folosesc lagare de sustinere care se aseaza separat, pe placa de fundatie.

Bobinele polilor principali, care in ansamblul lor formeaza infasurarea de excitatie a masinii (infasurarea inductoare) sunt legate de regula in serie. Polii servesc la imbunatatirea comutatiei.

Rotorul (indusul) este format din:

arbore, care transmite cuplul magnetic intre pachetul de tole si capatul de arbore liber;

pachetul de tole ale rotorului, care are la exterior crestaturi deschise sau semiinchise in care se introduce bobinajul indus;

colectorul, format din lamele de cupru de sectiune trapezoidala;

bobinajul indus, format din bobine introduse in crestaturile pachetului de tole, capetele fiind lipite de colector;

suporti de bobinaj;

ventilator, prevazut la unele masini, pentru a realiza o circulatie de aer necesara racirii masinii.

Rotorul constituie partea destinata procesului de transformare a energiei, din energie mecanica in energie electrica, daca masina este generator si invers, daca masina este motor.

Miezul rotorului se executa din tole de otel electrotehnic, izolate intre ele printr-un strat subtire de lac, oxid sau foita de hartie, obtinandu-se astfel o reducere importanta a curentilor Foucault indusi in miez, care tind sa se inchida paralel cu axa masinii.

Miezul se fixeaza pe arborele masinii fie direct, fie prin intermediul unui butuc. Colectorul redreseaza forta electromotoare alternativa indusa in masina si trebuie sa prezinte o forma perfect cilindrica.

Legatura circuitului indus al rotorului cu circuitul exterior se face cu ajutorul periilor plasate pe colector. O perie acopera obisnuit, cel putin doua lamele de colector.

Periile sunt sustinute, ghidate si apasate pe colector cu ajutorul unui dispozitiv numit port-perie.

Intrefierul constituie portiunea neferomagnetica a circuitului magnetic al masinii. Intrefierul masinilor de curent continuu de putere mica variaza intre 1 3mm si ajunge, la masinile mari, la 10 12mm.

Crucea portperii. Pe colector freaca periile pentru a face legatura electrica intre bobinajul indus si cutia de borne. Periile sunt montate in casete metalice, numite portperii, care sunt fixate de o piesa de fonta sau otel, denumita colierul sau crucea portperii.

Scuturile si lagarele au rolul de a permite montarea rotorului in interiorul statorului si rotirea lui.

Cutia de borne este montata de regula pe carcasa si are in interiorul ei placa de borne. La aceste borne se realizeaza legaturile electrice din interiorul masinii si legaturile electrice la reteaua electrica de alimentare.

6.2.3. Functionarea motoarelor de curent continuu.

Masinile de curent continuu reprezinta, in esenta, o masina de curent alternativ inzestrata cu un organ special, colectorul, asezat intre sistemul indus al masinii si circuitul exterior, care redreseaza curentul alternativ.

Atunci cand o spira se invarteste intr-un camp magnetic omogen, in jurul unui ax perpendicular pe directia campului, cu o viteza unghiulara w, spira este strabatuta de un flux magnetic variabil:

(6.1)

flux care, la randul lui induce in spira o forta electromotoare altenativa sinusoidala:

(6.2)

cu: B- inductia magnetica, S - suprafata spirei, F=BS - amplitudinea fluxului ce strabate spira, E_m=wF=K_enF amplitudinea fortei electromotoare induse. Tensiunea electromotoare indusa in infasurarea indusului, la masina de curent continuu (generator sau motor) este proportionala cu turatia si cu fluxul magnetic.

Capetele spirei sunt legate la inelele A si B si fixate pe axul de rotatie, iar pe aceste inele freaca doua perii care pot fi legate la un circuit exterior alimentat cu tensiunea electromotoare alternativa indusa, luand nastere un curent alternativ. Se obtine astfel o masina de curent alternativ, cum este cea reprezentata in figura 6.4.

Figura 6.4. Schema de functionare a masinii de curent alternativ.

O singura spira are capetele legate la doua inele pe care freaca periile a, b si care se roteste in campul magnetic uniform produs de polii N-S. Conductoarele AB si CD taie linii de camp ale campului magnetic. In ele se va induce o tensiune electromotoare (t.e.m) al carei sens se stabileste cu regula mainii drepte si care este proportionala cu B_r - componenta inductiei normala pe directia deplasarii.

a = 0; B_r = 0 (cele doua conductoare nu taie linii de forta); t.e.m. = 0.

a p/2 ab ajunge in axa polului N, B_r = maxim, t.e.m. = maxima, cu sensul de la B spre A. Peria a este pozitiva, iar b este negativa.

In intervalul , B_r scade si t.e.m. scade.

a p; B_r =; t.e.m. = 0.

a p/2; t.e.m. = maxima in sens invers decat la a p/2. T.e.m. indusa in spira, care se poate masura la periile ab este alternativa sinusoidala.

Se presupune in continuare ca spira se gaseste pe un cilindru de fier (figura 6.5). Pentru a se realiza un intrefier cat mai redus, suprafetele polilor au o forma rotunda. Cilindrul situat intre polii electromagnetului si intrefierul mic determina micsorarea reductantei circuitului magnetic, marirea fluxului F si implicit marirea fortei electromotoare induse E_m. Cilindrul, impreuna cu spira in care apare fenomenul inductiei se numeste indus si constituie, in cazul de fata rotorul masinii.

Figura 6.5. Schema de functionare a masinii elementare de curent continuu.

Conductoarele AB si CD care taie liniile de forta in deplasarea lor, se numesc conductoare active ale spirei.

Electromagnetul care produce fluxul se numeste inductor si constituie in cazul de fata statorul masinii.

Cele doua capete ale spirei se considera legate la 2 segmente inelare din cupru, numite lamele, pe care freaca periile, fixe in spatiu, la care se leaga circuitul exterior. Periile trec de pe o lamela pe alta in momentul in care forta electromotoare indusa in spira trece prin zero, adica, cand planul spirei este perpendicular pe axa polilor.

Bobinele electromagnetului inductor, alimentate cu curent continuu, care poarta numele de curent de excitatie, produc un camp magnetic care trece din miezul polului N, strabatand primul intrefier, in miezul indusului, pentru ca apoi, dupa ce strabate al doilea intrefier, sa treaca in miezul polului S. Campul magnetic se inchide apoi prin miezul de fier care leaga cei doi poli si care se numeste jugul masinii.

Redresarea curentului alternativ din spira se realizeaza cu ajutorul colectorului.

Forta electromotoare indusa in conductoarele active este:

(6.3)

unde v este viteza de deplasare a conductorului fata de campul magnetic, l, lungimea partii active, B, inductia in intrefier.

Forta electromotoare indusa in spira:

(6.4)

Din relatia anterioara se poate deduce ca, forta electromotoare indusa variaza proportional cu inductia in intrefier, frecventa fortei electromotoare induse fiind:

(6.5)

(relatie valabila pentru masina cu 2P poli), unde n este viteza masinii in rot/min. Forta electromotoare dintre perii are mereu acelasi sens (de la peria b catre a), rezultand o variatie a tensiunii ca aceea reprezentata in figura 11.5.

Figura 6.6. Forma fortei electromotoare redresate.

6.2.4. Caracteristicile de functionare ale m.c.c. derivatie.

Schema de montaj a motorului cu excitatie separata sau derivatie este reprezentata in figura 6.7.

Circuitul de excitatie este legat in paralel cu circuitul indus al masinii, curentul total absorbit de motor din retea fiind:

(6.6)

unde I_a - curentul din indusul masinii.

Figura 6.7 Schema de montaj a MCC derivatie.

Caracteristica mecanica reprezinta relatia n = f(M) pentru U = U_n =ct. si I_e = ct. si se utilizeaza, in special, in studiul actionarilor electrice, avand practic aceeasi forma cu caracteristica vitezei.

(6.7)

Din relatia cuplului:

(6.8)

Din aceste relatii rezulta expresia ecuatiei caracteristicilor mecanice sub forma:

(6.9)

In expresia anterioara, primul termen din mebrul drept al ecuatiei este constant si reprezinta viteza de mers in gol cand cuplul electromagnetic este nul (viteza ideala de mers in gol), iar cel de-al doilea termen reprezinta panta de scadere in functie de cuplu, care este o scadere liniara.

Viteza scade cu atat mai repede, cu cat rezistenta circuitului indus (r_a) este mai mare.

Figura 6.8. Caracteristicile mecanice ale motorului derivatie.

In figura 6.8 sunt reprezentate caracteristicile mecanice naturale si artificiale ale MCC derivatie. Caracteristica 1 din figura este caracteristica mecanica naturala, iar pentru rezistente r_a > r_a se obtin caracteristicile mecanice artificiale.

Caracteristica n = f(M_em) care se obtine la tensiunea nominala de alimentare a MCC si la fluxul de excitatie nominal, reostatul R_p (reostatul de pornire) avand rezistenta nula, se numeste caracteristica mecanica naturala.

MCC nu pot fi conectate direct la reteaua de curent continuu, deoarece rezistenta circuitului rotoric este mica, iar curentul ar atinge valori de aproximativ 10 ori mai mari decat curentul nominal. Socul de curent poate distruge MCC, prin solicitarile mecanice si tensiunile care apar.

Limitarea curentului la valori de (1 2)I_n se poate face prin inserierea unui reostat in circuitul rotoric sau prin micsorarea tensiunii de alimentare. Acest reostat va fi denumit reostat de pornire.

La unele actionari moderne, pentru obtinerea caracteristicii mecanice necesare, intre sursa de alimentare si MCC se poate interpune un variator static de tensiune (chopper), a carui variante vor fi prezentate in cadrul acestui capitol.

Acest variator, sau convertor de energie, furnizeaza impulsuri de tensiune constante cu frecventa sau durata variabila. Prin modulatia latimii sau frecventei impulsurilor se obtine o tensiune cu valoarea medie reglabila. In aceasta situatie caracteristica mecanica se determina cu relatia:

unde a reprezinta durata relativa a impulsului sau factorul de umplere: a = t_i /T .

Caracteristica naturala corespunde lui R = 0, iar DW=R_iI_i/K reprezinta caderea de viteza. Pentru R¹0 se obtin caracteristicile artificiale. O astfel de caracteristica mecanica are un caracter rigid, in sensul ca viteza de rotatie descreste relativ putin prin marirea cuplului.

Din ecuatia (6.10) rezulta si metodele de modificare a turatiei motorului de curent continuu cu excitatie separata:

prin intercalarea unor rezistente in serie cu indusul;

prin suntarea indusului cu o rezistenta;

prin slabire de camp (a curentului de excitatie);

prin schimbarea tensiunii la bornele indusului, excitatia ramanand constanta.

Dintre aceste metode, cea mai raspandita este cea prin schimbarea tensiunii la borne, pentru ca prin aceasta metoda caracteristicile artificiale raman paralele cu cea naturala si nu apare nici dezavantajul pierderilor de energie.

Din relatia:

    (6.11)

cand U scade, scade si termenul U/kF. Se obtine familia de caracteristici din figura, adica o deplasare a caracteristicii mecanice momentane.

6.2.5. Franarea motoarelor de curent continuu.

La unele actionari electrice, in special la acelea in care ansamblul motor-masina de lucru poseda mase mari de rotatie, este necesara o oprire rapida a motorului, pentru a reduce timpul de inactivitate al masinii de lucru si a ridica astfel, productivitatea acesteia. Exista 3 procedee importante de franare si anume:

franarea in generator, cu recuperarea energiei;

franarea dinamica (in regim de generator debitand in retea);

franarea in regim de contracurent (prin conectarea inversa).

6.2.5.1. Franarea in regim de generator cu recuperarea energiei.

Pentru ca motorul sa devina generator trebuie ca E = K_E n F sa devina mai mare decat tensiunea retelei U_r.

La i_c = ct (F = ct) n devine mai mare ca n₀.

Curentul din indus:

(6.12)

Pentru E > U_r, curentul indus I_a isi schimba sensul, pentru F = ct. cuplul M = K_M F I isi schimba sensul devenind cuplu rezistent (din cuplu motor).

Pentru a mari viteza masinii peste n₀, la arborele sau trebuie sa actioneze un cuplu motor din exterior (figura 6.9).

Figura 6.9. Caracteristicile mecanice ale franarii cu recuperarea energiei, la motorul derivatie.

Franarea dinamica.

Motorul se va decupla de la retea, conectandu-se pe o rezistenta exterioara, excitatia ramanand in continuare la retea.

Cuplul de franare M = K_M F I_a = K_M' I_a = K_M'' se micsoreaza pe masura ce viteza n scade. I_a se mentine cat mai constant, micsorand rezistenta R_areg rezultand un cuplu constant pe toata perioada franarii.

Figura 6.10. Caracteristicile mecanice ale franarii dinamice a motorului derivatie.

6.2.5.3. Franarea in regim de contracurent.

Se inverseaza sensul curentului in motorul care trebuie franat, prin inversarea legaturii indusului cu barele de alimentare, legatura excitatiei ramanand neschimbata.

Inainte de schimbare: U = U_r; I_e = ct (F= ct.); M = K_M F I_a cuplul motor este proportional cu curentul:

(6.13)

Dupa inversare: U = - U_r si curentul din indusul motorului va fi:

(6.14)

Deci, acesta isi schimba sensul.

(6.15)

Termenul U_rI_a reprezinta puterea furnizata motorului din retea, iar EI_a este puterea furnizata de arborele motorului in contul energiei cinetice a maselor in rotatie.

Schimbarea sensului curentului in indus schimba sensul cuplului electromagnetic M. La arborele motorului apare un cuplu dinamic negativ M_j = - M - (M0 + M₂), care produce o franare a motorului, urmata de inversarea sensului de rotatie.

Daca nu se urmareste schimbarea sensului de rotatie, ci numai franarea in vederea opririi, motorul trebuie deconectat de la retea in momentul cand viteza sa ajunge aproape de zero, caci astfel motorul incepe sa se invarteasca in sens invers.

Sistemul de franare in regim de contracurent se poate folosi si la limitarea vitezei.

6.2.6. Convertoare de energie cu circuite integrate.

Convertorul de energie prezentat in schema bloc din Capitolul 10, figura 10.1 si subcapitolul 10.2, poate fi realizat cu componente discrete sau cu circuite integrate. Deoarece in subcapitolele urmatoare vor fi prezentate circuitele discrete, in continuare vor fi abordate cateva exemple de circuite integrate.

Pentru o intelegere corecta a fenomenelor care au loc la alimentarea unui motor de curent continuu cu ajutorul unei punti integrate, care are in aceeasi capsula si circuitul de comanda, se vor prezenta pe scurt regimurile de functionare care pot aparea, in concordanta cu comenzile aplicate si implicit cu tranzistoarele care conduc. Puntea cu patru tranzistoare MOS si patru diode de supresare este prezentata in figura 6.11.

Figura 6.11. Puntea cu tranzistoare. Conduc Q₁ si Q₂.

Puntea poate functiona in trei moduri:

1. doua tranzistoare de pe laturi opuse ale puntii in conductie. Daca conduc Q₁ si Q₂, sensul de rotatie al motorului este pozitiv (orar). Daca conduc Q₃ si Q₄, sensul de rotatie este negativ (antiorar). Viteza de rotatie a motorului se poate modifica in acest caz in doua moduri:

v     prin modificarea tensiunii de alimentare V_S, daca tranzistoarele conduc permanent;

v     prin modificarea duratei t_i a impulsurilor de comanda daca tranzistoarele puntii functioneaza saturat-blocat (in comutatie).

2. doua tranzistoare de pe laturi alaturate conduc, si anume: fie tranzistoarele din partea superioara Q₁,Q₃, fie cele din partea inferioara, Q₄,Q₂. In acest caz motorul functioneaza in regim de FRANA.

3. toate tranzistoarele sunt blocate. In aceasta situatie, motorul se roteste liber din inertie, sau nu se roteste daca nu a fost alimentat in prealabil.

Se vor analiza in cele ce urmeaza toate aceste situatii.

a. primul caz luat in discutie este conductia tranzistoarelor Q₁,Q₂ (figura 6.11) sau Q₃,Q₄ (figura 6.12).

Daca conduc Q₁ si Q₂, curentul prin motor are sensul pozitiv si motorul se roteste in sens orar. El functioneaza in cadranul I, in regim de MOTOR, cu o turatie n dictata de tensiunea V_S sau de durata t_i a impulsurilor de comanda, in cazul comenzii cu modulare in durata (PWM).

Figura 6.12. Puntea cu tranzistoare.Conduc Q₃ si Q₄..

Turatia corespunzatoare unuia dintre punctele de functionare din figura 6.13. este :

(6.16)

unde:

V_i este valoarea medie a tensiunii aplicate motorului prin comandarea tranzistoarelor cu impulsuri modulate in durata;

I_i este curentul prin motor;

F_E este fluxul prin excitatie (considerat constant).

La diverse valori ale lui t_i se obtin valori diferite pentru V_i si turatii n_i diferite (figura 6.13).

Figura 6.13. Caracteristicile mecanice ale mcc cand conduc Q₁ si Q₂.

Turatia poate fi modificata intre 0 si n₀, unde:

(6.17)

Aceasta corespunde unui cuplu rezistent Mrez=0.

Daca conduc Q₃ si Q₄, curentul prin motor va fi de sens opus si functionarea are loc in cadranul III (figura 6.14).

Figura 6.14. Caracteristicile mecanice ale mcc cand conduc Q₃ si Q₄..

Intre cele doua situatii poate avea loc o comutare rapida, fara ca in prealabil turatia motorului sa devina 0. In acest caz, procesul tranzitoriu care are loc, este ilustrat in figura 6.15.

Figura 6.15. Caracteristicile mecanice ale mcc cand se trece de la conductia tranzistoarelor Q₁ si Q₂ la conductia tranzistoarelor Q₃ si Q₄.

Se mentioneaza ca schimbarea polaritatii tensiunii se face pentru o durata mare de timp, astfel incat curentul se poate anula si apoi isi poate schimba polaritatea.

Aceasta situatie este diferita de aceea in care schimbarea polaritatii tensiunii nu duce la intreruperi ale curentului, intalnita in timpul alimentarii bipolare cu impulsuri modulate in durata.

Dupa cum rezulta si din figura, atunci cand conduc Q₁ si Q₂, regimul de functionare este MOTOR. Functionarea are loc in cadranul I (P₁). Daca Q₁ si Q₂ se blocheaza si intra in conductie Q₃ si Q₄, se ajunge in regim de FRANA (in contracurent).

Functionarea are loc in cadranul II (P₂). Curentul absorbit de catre motor este foarte mare si de sens opus curentului initial. Turatia este in primul moment egala cu cea avuta in functionarea in regim de MOTOR. Datorita cuplului de franare turatia incepe sa scada, curentul de asemenea, pana cand motorul se opreste (punctul P₀).

In continuare functionarea are loc in cadranul III in regim de MOTOR. Motorul incepe sa se roteasca in sens invers si turatia sa creste pana la cea corespunzatoare punctului de functionare P₃.

b. Unul dintre tranzistoarele puntii conduce dupa ce au condus Q₁ si Q₂. Tensiunea la bornele motorului, cand cele doua tranzistoare se blocheaza, este tensiunea electromotoare V_e, care are polaritatea din figura 6.16.

Figura 6.16. Regimul de FRANA. Conduc Q₄ si D₂.

Tinand cont ca exista si diodele supresoare, rezulta, in aceasta situatie, care dintre tranzistoare trebuie sa conduca in continuare. Pentru ca sensul curentului sa fie cel din figura, este necesar ca Q₄ sa fie saturat. Impreuna cu acesta va conduce si dioda D₂. Motorul se roteste din inertie, functionand ca generator, iar rotorul este scurtcircuitat de catre elementele care conduc. Ecuatia motorului:

(6.18)

devine:

(6.19)

si

(6.20)

iar la turatia n₁ in regim de frana, curentul va avea valoarea:

(6.21)

Acest curent poate avea o valoare mare daca rezistenta rotorului este mica. Ea este insa mai mica decat valoarea curentului in cazul schimbarii polaritatii tensiunii de alimentare, situatie descrisa la punctul a. Aceasta diferenta este evidenta in figura 6.17, in care se poate urmari si functionarea in regim de FRANA. Din punctul de functionare P₁ motorul ajunge in P₂. Deoarece s-a deconectat alimentarea, cuplul rezistent si cuplul de franare care apar, duc la reducerea turatiei si in final la oprirea motorului. Sensul negativ al curentului, conform ecuatiei 6.21, rezulta si din figura 6.16.

Figura 6.17. Functionarea motorului in regim de FRANA..

Fenomenele sunt identice si daca se aduce in conductie unul dintre tranzistoarele din partea superioara a puntii. Pentru situatia de mai sus, trebuie sa conduca Q₃ (impreuna cu D₁)(figura 6.18).

Figura 6.18. Regimul de FRANA. Conduc Q₃ si D₁.

Daca motorul s-a rotit in sens invers (Q₃ si Q₄ in stare de conductie), functionarea avand loc in cadranul III (figura 6.12 si 6.14), pentru realizarea regimului de FRANA trebuie sa conduca Q₂ si D₄ sau Q₁ si D₃.

Regimul de FRANA se obtine atunci cand se comanda tranzistoarele mai sus mentionate, fara a mai avea loc energizari ale motorului.

Regimul de functionare cu unul dintre tranzistoarele din partea de jos sau de sus a puntii in stare de conductie dupa energizarea motorului, urmata de o noua energizare este intalnit la alimentarea acestuia cu impulsuri modulate in durata si este diferit de regimul de frana. Acest mod de functionare este ilustrat in figura 6.19.

Figura 6.19. Supresarea pasiva.

Daca ramane in conductie de exemplu tranzistorul Q₂, dupa ce au condus Q₁ si Q₂, curentul datorat energiei inmagazinate in inductivitatea motorului (si nu datorat tensiunii electromotoare, ca in regimul de frana), va avea acelasi sens cu sensul avut in timpul conductiei celor doua tranzistoare. El va circula prin Q₂ si D₄ si nu va produce un efect de franare. In acest caz are loc numai supresarea care este pasiva si fara recuperare de energie. Rolul de elemente de nul in situatia descrisa mai sus il au:

v     dupa ce au condus Q₁ si Q₂ Q₂ si D₄ sau Q₁ si D₃;

v     dupa ce au condus Q₃ si Q₄ Q₄ si D₂ sau Q₃ si D_1.

Daca toate tranzistoarele sunt blocate, nu exista circulatie de curent decat in momentul comutatiei, iar tensiunea autoindusa in infasurarea motorului are valoare mare si polaritatea negativa (figura 6.20).

Figura 6.20. Polaritatile tensiunilor la bornele motorului.

In aceasta situatie se deschid diodele D₃ si D₄ daca au condus in prealabil Q₁ si Q₂ (figura 6.21) si diodele D₁ si D₂ daca au condus in prealabil Q₃ si Q_4. Supresarea are loc cu recuperare de energie si este denumita ca si la MPP supresare activa (include si sursa de alimentare) spre deosebire de supresarea pasiva descrisa la punctul b.

Figura 6.21. Supresarea activa dupa conductia tranzistoarelor Q₁ si Q₂.

Concluzii. Prin alegerea corespunzatoare a semnalelor de comanda a tranzistoarelor de putere se pot obtine urmatoarele regimuri de functionare:

v     Motor, rotire cu turatie variabila in sens orar

v     Motor, rotire cu turatie variabila in sens antiorar

v     Frana, dupa rotirea in sens orar;

v     Frana, dupa rotirea in sens antiorar;

v     Rotire libera, dupa ce motorul a fost alimentat intr-unul din cele doua sensuri;

v     Supresare activa

v     Supresare pasiva

Circuitele integrate specializate pentru alimentarea motoarelor de curent continuu dispun de un circuit logic, care, in functie de semnalele aplicate pe intrari, genereaza semnale de comanda pentru tranzistoarele de putere, astfel incat sa se obtina regimurile de functionare descrise mai sus.

In cele ce urmeaza vor fi prezentate doua exemple semnificative de circuite integrate.

3.Schema bloc cu explicarea functionarii dupa schema bloc

Redresorul transforma tensiunea trifazata ac de la intrare in tensiunea necsara dc pentru motor.Filtru LC este un filtru trece jos gama fi filtreaza tensiunea de perturbatii ale tensiunii redresate.Aceasta teniune este folosita pentru alimentarea motorului.

Pentru controlul vitezei si directiei de functionare vom folosi un potentiometru de 5v . Astfel nivelul de 2,5v de pe potentiometru determina modul de stationare al motorului , marirea peste aceasta valoare va determina functionarea motorului in directia normala,iar micsorarea sub 2.5 va determina functioanrea inverse.Potentiometru este legat la un microcontroler care este programat pentru implemetarea acestei functionari.Microcontrolerul va transmite datele unor jumatati de punti care controleaza tranzistoarele MOSFET din punte.Modul de functionare a motorului este controlat prin punerea in functiune a anumitor tranzistoare din punte cum se explica in documentatia de mai sus.

Senzorul si comparatorul sunt folosite pentru limitarea curentului prin motor.astfel daca curentul prin motor depaseste 20 de A timp de 5 secunde motorul va fi oprit.

Alimentarea celorlate circuite din schema se face cu tensinea Vcc obtinuta cu ajutorul uni transformator,un redresor in punte si un regulator.

4.Schema de principiu si explicarea functionarii

al fiecarui bloc in parte

Bloc redresor trifazat si filtru

Contine un conector pentru conectarea la reteaua trifazata,un redresor trifazat in punte si un filtru trece jos LC pentru filtrarea teniunii de la redresor:

Bloc punte H

Contine cele patru tranzistoare pentru comandarea motorului si un conector pentru conectarea acestuia

Alimentare Vcc si +-15V

Acest bloc este compus din un transformator, cu o infasurare pentru primar si doua pentru secundar,doua punti redresoare si doua regulatoare pentru generarea tensiunii Vcc si +-15V

Bloc Senzor ,Compartor si microcontroler

Senzorul detectaza curentul prin motor si transmite informatia comparatoului.

Comparatorul compara informatia de la sensor si de la un potentiometru folosit pentru reglarea limitei de current care poate sa treaca prin motor.

Microcontrolerul primeste informatia in format analogic si o converteste cu ajutorul unui CAN .Cu ajutorul microcontrolerului setam timpul la care este expus motorul la un current mai mare decat nivelul setat de la potentiomeru.

Cu ajutorul potentiometrului R5 setam modul de functionare al motorului.Astfel nivelul de 2,5v de pe potentiometru determina modul de stationare al motorului , marirea peste aceasta valoare va determina functionarea motorului in directia normala,iar micsorarea sub 2.5 va determina functioanrea inverse.

Comparatorul este legat la o intrare a microcontrolerului care are aces la ADC. Majoritatea aplicatiilor de control al motoarelor mici necesita un convertor analog/digital (ADC) implementat 'on-chip' sau extern. Convertorul ADC poate fi utilizat sa masoare tensiunile motorului, tensiunea 'dc link', curentii motorului, tensiunea tahometrului si controlul vitezei potentiometrelor

-Biblioteca senzorului a fost creata :

Simbol:

Driver punte

Este format de fapt din doua drivere pentru jumatati de punte formate din tranzistoare MOSFET sau IGBT.Acestea sunt de mare viteza si de mare tensiune astfel pot genera pana la 600V .

6.Programul pentru microcontroler

// MACROS

#define GSAMP 3

// Hall-effect and commutation patterns

const unsigned char code hallPattern[7]=

const unsigned char code skipPattern[7]=

const unsigned char code P1Pattern[7]=

// Function PROTOTYPES

void SYSCLK_Init (void);

void PORT_Init (void);

void PCA0_Init (void);

void PCA0_ISR (void);

void ADC_Init (void);

unsigned char readVin(void);

unsigned char avgVin(void);

unsigned char readHalls(void);

unsigned char hallPosition(void);

void commutate(unsigned char);

void coast(void);

// MAIN Routine

void main (void)

PCA0CPH0 = avgVin(); // get avg reading and output to PWM

else

// SYSCLK_Init

void SYSCLK_Init (void)

// PORT_Init

// Configure the Crossbar and GPIO ports.

// P0.0 - HA

// P0.1 - HB

// P0.2 - HC

// P0.3 -

// P0.4 -

// P0.5 -

// P0.6 -

// P0.7 - Vin - analog input

// P1.0 - Abottom - push-pull output

// P1.1 - Bbot - push-pull output

// P1.2 - Cbot - push-pull output

// P1.3 -

// P1.4 - Atop - push-pull output

// P1.5 - Btop - push-pull output

// P1.6 - Ctop - push-pull output

// P1.7 -

void PORT_Init (void)

// PCA0_Init

void PCA0_Init (void)

// coast function

void coast(void)

// readHalls function

// reads and debounces Hall-Sensor inputs

unsigned char readHalls(void)

return h; // return good hall code

// hallPosition function

unsigned char hallPosition (void)

// hallPosition function

void commutate (unsigned char i)

// ADC functions

void ADC_Init(void)

unsigned char readVin(void)

unsigned char avgVin(void)

result = (unsigned char)(sum>>6); // divide by 64 and cast to uchar

return result; // return average reading

10.Concluzii si contributii personale

Concluzii

Recentele dezvoltari in tehnologia microcontrolerelor (MCU) de astazi permit motoarelor sa fie controlate mai eficient si la un pret mai scazut in comparatie cu deceniul trecut. Acest lucru va accelera tranzitia de la controlul electromecanic la controlul electronic in cateva piete, permitand implementarea circuitelor de comanda si control a vitezei (variabile) a motorului pentru a optimiza operarea motoarelor in alte piete si a putea oferi o reducere a costului la nivel de componenta in toate pietele.

Cantitatile de masa privind microcontrolerele de 8 biti proiectate special pentru aplicatii de control al motoarelor sunt destinate sa rezolve cu costuri efective problemele de control digital al motoarelor

Noile MCU de 8 biti ofera o performanta de pana la 10 MIPS si un circuit hardware de control al miscarii care include un circuit PWM de 14 biti central, un modul de reactie a miscarii, si un convertor analog / digital (ADC) de inalta viteza. Aceste noi microcontrolere se adreseaza acelor aplicatii care necesitau in trecut utilizarea unui procesor mult mai scump.

Contributii personale:

Nicorici Florin:

- Schema bloc cu explicarea functionarii dupa schema bloc

-Schema cablaj

-Documentatia de executie

Bilanin Adrian:

-Tema si cerinte generale

- Schema genrala detaliata

-Lista cu componente

Botean Adrian:

-Generalitati despre motore si controlul acestora

-Schema de detaliata si explicarea functionarii al fiecarui bloc in parte

- Programul pentru microcontroler