Электродвигатели постоянного тока широко применяются в промышленности, на транспорте и в других областях. Блоки управления коллекторными двигателями AWD10 и AWD15 – разработка отечественной компании «Лаборатория Электроники» – позволяют управлять скоростью и направлением вращения двигателя с рабочим напряжением до 90 В.
ЗАО «Лаборатория Электроники», г. Москва
Пламенный мотор
Какое изобретение двух-трех последних веков вы бы выделили как судьбоносное, главное, на котором базируется всё наше современное техническое благополучие? Возможно, пальму первенства стоит отдать паровой машине. Многие вещи, о которых люди мечтали на протяжении тысячелетий, почти мгновенно воплотились в жизнь после того, как был совершен принципиальный шаг – изобретено сердце для механизмов, двигатель, мотор. С ним корабли пошли в полный штиль, человек научился летать, паровозы с «пламенным мотором» пожирали огромные расстояния, появилась возможность быстро обработать крупный надел земли…
Другое дело, что двигатели дают неприятные побочные эффекты – повышают температуру, загрязняют воздух ядовитыми газами, шумят. Однако мы остановим внимание на наиболее экологичной, а значит, и актуальной сегодня разновидности – электродвигателях. Точнее, мы рассмотрим блоки управления электродвигателями постоянного тока, которые позволяют управлять их скоростью вращения и крутящим моментом. Именно об этих устройствах и пойдет речь в статье.
Электродвигатели постоянного тока
Все электродвигатели делятся на два вида: переменного и постоянного тока. Двигатели переменного тока широко используются в промышленности – они приводят в действие тяжелые станки, крупные и тяжелые установки. Постоянный ток подходит для более мелких и тонких механизмов (например, электроника умеет работать только на постоянном токе). На электродвигателях постоянного тока, в частности, работают беспроводные устройства: электрические инструменты или машины, питающиеся от аккумуляторов, в том числе современные электромобили. Без двигателей постоянного тока невозможно представить многие виды транспорта: электрички, электровозы, трамваи, троллейбусы, метро. Однако в промышленности они тоже находят применение – например, с их помощью работают металлорежущие станки, сварочное оборудование и многие другие устройства.
Двигатели постоянного тока бывают коллекторными, вентильными и шаговыми в зависимости от того, какое из магнитных полей является постоянным. Вентильные и шаговые относятся к классу бесколлекторных. Вентильные двигатели обычно обладают высокой стоимостью, обусловленной использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора. У шаговых двигателей, как правило, низкие энергетические характеристики и низкий крутящий момент на высоких скоростях.
Перечислим достоинства коллекторных двигателей:
- большой вращающий момент, развиваемый при сравнительно небольших габаритных размерах;
- широкий диапазон регулирования скорости вращения;
- большой вращающий момент при пуске;
- высокий КПД, достигающий 90 %.
К недостаткам можно отнести следующее:
- необходимость ухода и наблюдения за коллектором и щетками на протяжении всего времени эксплуатации такого электродвигателя;
- излучение электромагнитных помех, обусловленное искрением между щетками и коллектором;
- сравнительно большая масса и инерционность якоря, что ведет к снижению быстродействия электродвигателя.
Блоки управления коллекторными двигателями AWD10 и AWD15
Блоки управления коллекторными двигателями производства фирмы ЗАО «Лаборатория Электроники» AWD10 и AWD15 обладают одинаковым принципом действия, основанным на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), и предназначены для управления скоростью и направлением вращения двигателя с рабочим напряжением до 90 В.
Рис. 1. Блок управления AWD10
Компания ЗАО «Лаборатория Электроники» была основана в 2005 году выпускниками МГТУ им. Н. Э. Баумана. Основное направление ее деятельности – разработка и изготовление управляющей и контрольно-измерительной аппаратуры для промышленности. Блоки управления AWD10 (рис. 1), AWD6 и AWD8 были разработаны в 2006 году как модули управления постоянного тока, используемые в приборах собственного производства. В 2007 году после длительного тестирования в реальных условиях эти устройства были запущены в серию. Блок управления AWD15 (рис. 2) был разработан в конце 2009 года в качестве замены блоков нереверсивного управления AWD6 и AWD8.
Рис. 2. Блок управления AWD15
Множество настроек блока AWD10 позволяют гибко адаптировать его под различные задачи. Реализованный на микроконтроллере пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор с настраиваемыми коэффициентами позволяет стабилизировать скорость вращения двигателя с любыми нагрузками, в том числе переменными. В качестве обратной связи регулятора для блока управления AWD10 может быть выбран сигнал противо‑ЭДС двигателя в момент его работы в генераторном режиме, импульсный сигнал от энкодера или датчика холла либо аналоговый сигнал от 0 до 5 В. На микроконтроллере блока управления AWD15 реализован ПИ-регулятор, а в качестве обратной связи используется только противо‑ЭДС двигателя. Это дает возможность стабилизировать скорость вращения (на уровне 1–5 %) или перемещения объекта без использования дополнительных элементов обратной связи, что позволяет не усложнять конструкцию прибора, который не предъявляет жестких требований к стабилизации скорости.
Встроенный интерфейс RS‑485 позволяет объединить в сеть несколько блоков управления AWD10, осуществлять управление и вести мониторинг состояния с одного контроллера или рабочего места. Настраивается блок управления с помощью команд через интерфейс (рис. 3). Для удобства пользователя было написано специальное программное обеспечение AWD10 Setup Software, которое позволяет осуществлять настройку, управление и мониторинг состояния параметров блока управления AWD10. Основные функциональные возможности блоков управления приведены в таблице.
Рис. 3. Программное обеспечение AWD Setup Software:
окно мониторинга параметров
Таблица. Функциональные возможности блоков управления AWD10 и AWD15
Блоки управления AWD10 и AWD15 служат в микропроцессорных системах управления промышленным оборудованием, помогают перемещать узлы и механизмы с заданием скорости, приводят в движение телекамеры и стеклоподъемники, запускают двигатель бормашины и шпиндели станков, а также выполняют множество других задач.
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(46)_2013
ЗАО «Лаборатория Электроники», г. Москва,
тел. (495) 783-2618,
e‑mail: info@ellab.ru,
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")