Конспект содержит материалы, излагаемые в лекционном курсе, с необходимыми рисунками и схемами

2.3. Трехфазные двигатели переменного тока [10]
Для регулирования скорости вращения используется изменение частоты питающего напряжения. С этой целью однофазное переменное напряжение выпрямляется и соответствующим образом коммутируется шестью ключами (рис. 47), которые управляются от микроконтроллера.



Рис. 48. Управление трехфазным двигателем

Рис. 49. Диаграммы напряжения при управлении трехфазным двигателем
Для создания переменного трехфазного напряжения весь период питания Т делится на шесть тактов (фаз) путем коммутации ключей К1 – К6 таким образом, что в каждый такт включены три ключа: один «верхний» (К1 – К3, обозначены желтым) и два "нижних" (К4 – К6, обозначены зеленым), либо один «нижний» и два «верхних». Для нормальной работы двигателя одновременно с частотой требуется изменять амплитуду питающего напряжения, чтобы их отношение оставалось постоянным. Для изменения амплитуды напряжения в каждый такт на последовательный ключ – «верхний» или «нижний» (тот, который работает один), подается ШИМ задаваемой скважности. Диаграмма напряжений показана на рис. 49.
Алгоритм управления достаточно сложный. На практике для его реализации используют специализированные DSP. Промышленно выпускают частотные преобразователи (в просторечии – инверторы) для управления трехфазными двигателями. Они, как правило, управляются вручную с панели управления и в автоматическом режиме от ЭВМ по интерфейсу RS-485. Их стоимость довольно высокая – примерно 1000$ на 1 кВт мощности.


2.4. Шаговые двигатели


Скоростью вращения шаговых двигателей управляют частотой переключения обмоток (частотой тактовых импульсов), направлением вращения – последовательностью переключения обмоток. Используется несколько способов управления шаговыми двигателями:
– непосредственно от микроконтроллера;
– от специального микроконтроллера;
– от микроконтроллера через специальные микросхемы (драйверы).
При управлении непосредственно от микроконтроллера биполярные и униполярные двигатели включаются по разным схемам. У биполярного двигателя в процессе работы требуется изменение полярности питания обмоток, поэтому каждая из них подключается по схеме с четырьмя ключами (Н-мост), как показано на рис. 50. Ключи управляются микроконтроллером по требуемому алгоритму. Всего для одного двигателя потребуется 8 ключей, например, транзисторных или мостовой драйвер в интегральном исполнении, например L293 (КР1128КТ3А) и L298 фирмы SGS-Thomson.

Рис. 50. Подключение обмотки биполярного двигателя

При управлении униполярным двигателем с четырьмя отдельными обмотками каждая из них коммутируется своим ключом, например транзисторным, как показано на рис. 51 [8].

Рис. 51. Схема подключения униполярного двигателя
Если униполярный двигатель имеет обмотки со средними выводами, их коммутируют, как показано на рис. 52 [11].



Рис. 52. Коммутация обмоток униполярного двигателя

Такие схемы включения пригодны для реализации разных режимов работы – волнового, шагового и полушагового. Волновой режим наиболее простой, но обеспечивает минимальный крутящий момент и невысокую плавность. В шаговом режиме момент максимальный, в полушаговом повышена плавность работы за счет деления шага в два раза. Последовательность включения обмоток униполярного двигателя для перечисленных режимов приведена в табл. 3 – 5.

Те же режимы, но с меньшей загрузкой микроконтроллера можно реализовать с помощью специальных микросхем, выпускаемых различными фирмами. Пример управления биполярным двигателем с помощью драйвера L297 фирмы SGS-Thomson показан на рис. 53 [11]. Назначение управляющих выводов: DIRECTION – направление вращения, CLOCK – тактовые импульсы, HALF/FULL – полушаговый / шаговый режим, ENABLE – включение-выключение.

Табл. 3. Волновой режим Фазы 1 2 3 4 Такты 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1

Табл. 4. Шаговый режим Фазы 1 2 3 4 Такты 1 1 0 0 1 2 1 1 0 0 3 0 1 1 0 4 0 0 1 1

Табл.5. Полушаговый режим

		Фазы
		1	2	3	4
Такты	1	1	0	0	0
	2	1	1	0	0
	3	0	1	0	0
	4	0	1	1	0
	5	0	0	1	0
	6	0	0	1	1
	7	0	0	0	1
	8	1	0	0	1

Рис. 53. Управление биполярным двигателем с использованием драйвера L297

Некоторые микросхемы предназначены специально для работы в микрошаговом режиме. Примером может служить микросхема A3955 фирмы Allegro. Она имеет встроенный 3-битный нелинейный ЦАП для задания изменяющегося по синусоидальному закону тока фазы и позволяет делить шаг на 8 частей.

Иногда для управления шаговыми двигателями используют специальные микроконтроллеры или адаптируют с помощью прошивки специальной программы дешевые модели микроконтроллеров общего назначения. Этот вариант также заслуживает внимания, так как зачастую является наиболее дешевым решением, особенно в системах с несколькими шаговыми приводами. Это позволяет разгрузить основной микроконтроллер, который будет только задавать команды управления двигателями, а алгоритм переключения обмоток будет реализовываться отдельными микроконтроллерами. Пример: использование дешевого микроконтроллера PIC12C58 в качестве драйвера биполярного шагового двигателя, показанное на рис. 54 (автор Dana Peterson, Peterson Engineering, США).



Рис. 54. PIC-контроллер в качестве драйвера ШД

Входы I0 и I1 служат для задания вида работы (ротор свободно вращается, ротор заторможен, вращение в ту или иную сторону).