CC BY
77Компоненты и технологии, № 6'2004
Привод - просто, как «раз, два, три»
Часть 2. Асинхронный привод
В первой части статьи (см. «КиТ» № 4 и 5'2004) были описаны возможности построения приводов двигателей постоянного тока — коллекторных и вентильных. Предлагаемый вниманию читателей материал посвящен силовым элементам ООО «Электрум АВ», предназначенным для построения привода двигателей переменного тока, в частности трехфазных асинхронных двигателей.
Сергей Волошин
voloshin@orel.ru
Основная функция привода асинхронных двигателей — получение переменного напряжения с регулируемой амплитудой и частотой для управления скоростью асинхронного двигателя. В связи с этим такой привод часто называют преобразователем частоты (ПЧ). В общем случае структурная схема такого преобразователя (рис. 1) может быть представлена в виде трех основных блоков:
1. Силовой части.
2. Управляющей части.
3. Интерфейсной части.
Силовая часть
Силовая часть преобразователя содержит:
1. Входные фильтры, предотвращающие попадание в ПЧ помех и пиков напряжения, возникающих во входной сети при работе различного силового оборудования, и светодиодные индикаторы сетевого напряжения.
2. Неуправляемый или управляемый однофазный или трехфазный выпрямитель, преобразующий входное переменное напряжение в постоянное напряжение промежуточного контура преобразователя частоты (эти элементы были подробно описаны в первой части статьи, поэтому здесь на них останавливаться не будем).
3. Накопительный конденсатор со схемой контроля заряда, являющийся важнейшим элементом, обеспечивающим качество преобразованного напряжения и, следовательно, параметры работы двигателя.
4. Инвертор напряжения, преобразующий постоянное напряжение промежуточного контура в выходное трехфазное синусоидальное напряжение, передаваемое затем на двигатель, выполненный в виде монолитного модуля М13А-75-12.
5. «Тормозная» схема, позволяющая подключить между «плюсовой» и «минусовой» шинами звена постоянного тока ПЧ специальный резистор, рассеивающий на себе избыточную энергию, которая может возникнуть вследствие генератор-
ного режима работы двигателя, и затормозить двигатель.
6. Выходные фильтры, предотвращающие прохождение на двигатель высоковольтных помех и выбросов, которые могут возникнуть при определенных режимах работы ПЧ.
Кроме того, силовая часть содержит так называемый тормозной ключ — ЮBT-транзистор с последовательным диодом (чопперная схема), включенный между шинами постоянного питания промежуточного контура параллельно накопительному конденсатору. Это важнейший элемент, обеспечивающий работу ПЧ в режиме торможения, когда двигатель фактически превращается в генератор и начинает возвращать энергию в цепи питания промежуточного контура, и соответственно, повышает напряжение в нем. При достижении некоторого порогового значения, близкого к предельному напряжению промежуточного каскада, этот транзистор может включить баластный резистор между шинами питания и рассеять на себе избыточную энергию. Другим назначением этого транзистора может быть включение тормозной муфты на двигателях, оснащенных ею, с целью скорейшего останова ротора двигателя, и, соответственно, предотвращение накачки избыточной энергии в ПЧ.
Трехфазный ЮБТ-инвертор с тормозным чоппером и схемами управления М13А-75-12
Трехфазный IGBT-инвертор (рис. 1) выполнен на высокоэффективных IGBT и FRED-структурах с малыми статическими и динамическими потерями с предельно допустимым напряжением 1200 В и предельно допустимым током 50 А и предназначен для применения в составе частотных преобразователей для электродвигателей и в системах вторичного электропитания для DC/AC-преобразования напряжения.
Максимальный номинальный ток через каждый из транзисторов инвертора составляет 7,2 А (среднеквадратичное значение) или 10 А (пиковое значение)
Компоненты и технологии, № 6'2004
W
DC_BUS REFV CL RESET RBRAKE UB UT VB VT WB WT F02 FOl
Рис. 1. Структурная схема инвертора напряжения М13А-75-12
F03
для управления двигателем 3,5 кВт. Для управления двигателями другой мощности устанавливаются другие предельные уровни тока. Модуль обеспечивает следующие функции:
1) «Мертвое» время между переключениями «плюсовых» и «минусовых» транзисторов.
2) Наличие триггеров Шмидта по входам управления.
3) Логика управления ТТЛ/КМОП 5 В.
4) Управление затворами всех 7 транзисторов.
5) Защита 6 транзисторов инвертора от короткого замыкания.
6) Накачка зарядов конденсаторов плавающего питания «плюсовых» транзисторов инвертора.
7) Оптронная развязка затворов «плюсовых» транзисторов.
8) Контроль недостаточного и избыточного напряжения на затворах транзисторов.
9) Контроль температуры модуля.
10) Выдача логических сигналов состояния:
• ЬЛиЬЛ: КЗ в нагрузке, открывающий сигнал на обоих транзисторах одного полумоста;
• ЬЛиЬГ2: перенапряжение или недона-пряжение на затворах;
• БЛиЬТЗ: превышение температуры;
• СЬ: перегрузка по току.
и
>
m эх
гг in
-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400
Real load current peak value.(%)(l=loxV2)
Рис. 2. Величина напряжения на выводах контроля тока в зависимости от тока
11) Выдача аналогового сигнала, пропорционального уровню тока в «минусовой» шине инвертора.
12) Выдача аналоговых сигналов, пропорциональных токам в выходных фазных шинах (СИ, СУ, CW).
Контроль тока (СЬ) производится в каждом такте ШИМ в насыщенном состоянии транзисторов (в течение 500 мкс после 5мкс после подачи импульса ШИМ). Сброс модуля при превышении тока производится в каждом такте ШИМ.
При превышении температуры, КЗ или недостаточном (избыточном) питании все транзисторы модуля находятся в выключенном состоянии до восстановления нормальных условий работы.
Восстановление работы модуля при одновременной подаче на входы управления верхнего и нижнего транзисторов одного полумоста низкого уровня происходит только при подаче высокого уровня на один из транзисторов. Выдача сигнала СЬ происходит при превышении допустимого уровня тока через любой из транзисторов или диодов силового модуля.
Величина напряжения на выводах контроля тока в зависимости от тока и временная диаграмма контроля перегрузки и КЗ показаны на рис. 2 и 3.
Последовательность включения модуля:
1) Подать питание на силовые шины модуля ИСС.
2) Подать питание Иш, ИСЬ.
3) Подать серию (10-500) коротких импульсов длительностью около 20 мкс для заря-
да емкостей плавающего питания верхних транзисторов.
4) Подать сигналы управления в следующей последовательности: Вг — UN/VN/WN — Ир/УрМр.
Управляющая часть
Управляющая часть ПЧ выполнена в виде монолитного модуля МУАД7 (рис. 4), предназначена для интеллектуального управления 3-фазными асинхронными двигателями и для управления входным выпрямителем и «тормозной» схемой.
МУАД7 обеспечивает:
• ШИМ-управление транзисторами 3-фазного инвертора, формирующего синусоидальное трехфазное напряжение необходимой частоты в обмотках двигателя с высокой плавностью даже при малых уровнях напряжения, значительных изменениях задаваемой скорости, помехах во входной силовой цепи.
• Регулирование скорости двигателя по алгоритму Ш=сошЬ
• Стабилизацию скорости двигателя.
• Управление двигателем как в ручном режиме, так и от удаленного компьютера по последовательному интерфейсу RS-232.
• Управление двигателями с номинальной частотой 50 и 60 Гц (в программируемом режиме).
• Регулировку частоты дискретизации ШИМ от 5 до 15 кГц, цифровую фильтрацию помех по силовой цепи и по входам управления скоростью (в программируемом режиме).
• Работу инверторов как с изолированными источниками в цепях формирования сигналов управления затворами транзисторов, так и со схемами накачки заряда. Для использования инверторов с драйверами, выполненными по схеме с накачкой заряда, создающей плавающий потенциал верхних транзисторов при коммутации нижних, в МУАД7 реализована следующая функция. Когда мотор останавливается, некоторое время накопление заряда для верхних транзисторов невозможно. Для предотвращения этого при каждом пуске мотора в течение 100 мс нижние транзисторы коммутируются со скважностью 2, а верхние выключены, что обеспечивает при неподвижном двигателе необходимый заряд для управления верхними транзисторами. По истечении этого времени включается нормальная работа инвертора.
• Выбор полярности ШИМ для каждого транзистора инвертора, что позволяет использовать его с любыми типами транзисторов (ЮВТ, полевыми п- и р-канальны-ми) и любыми типами драйверов (в программируемом режиме).
• Регулировку «мертвого» времени на переключение транзисторов верхнего и нижнего плеча инвертора (в программируемом режиме).
• Контроль следующих аварийных ситуаций в инверторе:
-превышение тока по минусовой шине инвертора сверх опасной величины;
Компоненты и технологии, № 6'2004
5 Юм |j<-------
GNDA 5 кОм ?VSA
5 кОмІ к GÑDA
GNDA
Rs232
PWM
г l^SIN f“
IN RESET F01
MANUAL/AUTO START/STOP F02 F03 CL
FWD/REV МУАД7 DC BUS
SPEED 5V UT —O 0
ACCEL OUT UB
DECEL VT
RxD Rs232 VB _o о
DTR
TxD RTS GNDCOM WB
PWM -PWM PWM-POL +PWM RBRAKE BREAK
GND
Рис. 4. Условное графическое обозначение модуля МУАД7
TTL
»0...5 В
> TTL
GNDA
Таблица 1. Назначение выводов МУАД7
-повышение температуры в инверторе более 100 °С;
-короткое замыкание в инверторе;
-сбой по питанию в драйвере инвертора.
• Контроль собственного состояния:
- напряжение питания;
-сбой кварцевого резонатора.
• Контроль уровня напряжения в шине питания инвертора и управление его величиной путем включения тормозного резистора между плюсовой и минусовой шинами инвертора или снижения напряжения входного выпрямителя.
• Изменение скорости двигателя от 1 до 128 Гц.
• Ускорение и замедление двигателя от 0,5 до 128 Гц/с.
• Работу в автоматизированных системах управления по командам внешнего контроллера, осуществляя обмен по порту И8-232 с опторазвязкой со скоростью 9600 бод по протоколу, совместимому с 1ВМ РС (порт СОМ).
Условное графическое обозначение модуля МУАД7 и его выводов представлено на рис. 4.
МУАД7 позволяет задавать скорость и направление вращения двигателя, скорость разгона и торможения двигателя, обеспечивает изменение частоты ШИМ для получения необходимого качества преобразованного синусоидального напряжения. Кроме того, модуль обеспечивает контроль напряжения в выходном инверторе и его стабилизацию, а также защиту от помех.
Для компенсации потерь в статоре, которые на малых частотах становятся значительно большими, чем реактивные потери на индуктивности, модуль МУАД7 позволяет обеспечить подъем генерируемого синусоидального напряжения (рис. 5). Величина это-
напряжение' к
100% у' '"''"'-Д^ксшпенса ция і потерь статора
подъем J ..„і / 1 ►
íh частота
Рис. 5. Подъем напряжения на малых частотах
для компенсации резистивных потерь в обмотке
статора
го подъема определяется в % от полного напряжения и может изменяться в программируемом режиме.
Режим ручного управления
Этот режим обеспечивается, если при включении питания или при подаче сигнала RESET вывод MANUAL/AUTO находится в высоком состоянии (логическая «1»). При этом для управления двигателем используются выводы модуля, приведенные в таблице 2.
Выводы UT, UB, VT, VB, WT, WB, R BRAKE, BRIDGE CONTROL, FAULT I, FAULT T, FAULT SC, FOR/REV, START/STOP являются логическими.
Выводы DC BUS, SPEED, ACCEL, DECEL являются аналоговыми и управляются уровнем напряжения от 0 до 5 В.
Обработка ошибок и сбоев
Модуль МУАД7 обрабатывает следующие внешние и внутренние сигналы сбоя.
N п/п Обозна- чение Назначение
1 GNDA Общий аналоговой части
т SVA Напряжение питания аналоговой части
~г RESET Сброс системы в исходное состояние
~ FAULT Сигнал об аварии
SPEED Управление скоростью
т ACCELER Ускорение двигателя
~г DECEL Замедление двигателя
GNDCOM Сигнал Р:3-232
~ TxD Сигнал ВБ-232
17 DTR Сигнал ВБ-232
17 RTS Сигнал ВБ-232
12" RxD Сигнал ВБ-232
13 ABT/PYHH Выбор между ручным и автоматическим режимами работы
и GND Общий
77 STP/STR Пуск и останов двигателя
17 FOR/REW Вращение вперед и назад
17 15V Питание 15 В
17 5V Питание 5 В
17 FO1 Короткое замыкание в инверторе
77 FO2 Недостаточное питание
21 CL Сигнал перегрузки управляемого инвертора
по уровню тока в минусовой шине
22 FO3 Сбой управляемого инвертора по температуре (более 100 °С)
23 /BREAK Сигнал включения тормозного транзистора инвертора (инверсный)
24 BREAK Сигнал включения тормозного транзистора инвертора (прямой)
Уровень напряжения 0-5 В, пропорциональный
25 DC_BUS уровню напряжения между шинами питания силового инвертора
26 WB Сигнал ШИМ нижнего транзистора фазы W
инвертора
27 WT Сигнал ШИМ верхнего транзистора фазы W
инвертора
28 VB Сигнал ШИМ нижнего транзистора фазы V
инвертора
29 VT Сигнал ШИМ верхнего транзистора фазы V
инвертора
30 UB Сигнал ШИМ нижнего транзистора фазы и
инвертора
31 UT Сигнал ШИМ верхнего транзистора фазы и
инвертора
17 -PWM Отрицательная полярность ШИМ
17 PWM_POL Вход для выбора полярности ШИМ
17 +PWM Положительная полярность ШИМ
17 GND Общий
Таблица 2. Выводы МУАД7, используемые в режиме непосредственного управления
№ п/п Обозначение Назначение
1 VS(+15V) Напряжение питания цифровой
2 GND части схемы
3 Vsa(+15V) Напряжение питания аналоговой
4 GNDA части схемы
5 UT/ UB/ VT> VBz WT/ WB/ R BRAKE, BRIDGE CONTROL Сигналы управления выпрямителем, тормозным резистором и ШИМ инвертора
6 FAULT I Сигналы превышения величины тока инвертора
7 FAULT SC Сигнал КЗ в силовой части
8 FAULT T Сигнал превышения температуры
9 DC BUS Аналоговый сигнал (0...5 В), пропорциональный напряжению на инверторе
10 FOR/REV вперед/назад
11 START/STOP Сигналы старт/стоп
12 SPEED управления режимами двигателя скорость
13 ACCEL ускорение
14 DECEL замедление
15 RESET 1 Сброс системы
Компоненты и технологии, № 6'2004
Внутренние сигналы
• Снижение напряжения питания VS ниже допустимого уровня:
• порог срабатывания защиты по напряжению питания V LVR=11,4^ 12,9;
• гистерезис защиты по напряжению питания Vlvh=0,15B;
• порог несрабатывания защиты по напряжению питания VPOR=11,55^13,35B.
• Сбой генератора.
• Важной контрольной функцией является отслеживание уровня напряжения в «плюсовой» шине инвертора, что необходимо для обеспечения формирования выходного синусоидального напряжения, близкого по форме к идеальному, и для предотвращения аварийных режимов работы инвертора в генераторном режиме при торможении двигателя. Для этого в модуле предусмотрен вход DC BUS, на который поступает сигнал уровня 0^5 В, пропорциональный напряжению плюсовой шины. Уровень сигнала DC BUS определяет характер работы силовой части инвертора и соответствующим образом меняет режим работы модуля управления МУАД7. Контроль напряжения «плюсовой» шины инвертора производится с частотой 4 кГц для частоты ШИМ более 16 кГц и 5,3 кГц для остальных частот ШИМ. Номинальная величина сигнала DC BUS составляет 3,5 В, что соответствует режиму «холостого хода» инвертора. В ручном режиме допустимый диапазон сигнала DC BUS составляет от 1,75 В (50%) до 4,47 В (128%). В автоматическом режиме эти значения могут быть установлены от 0 до 5 В (—143%) в любое время. Напряжения, выходящие за рамки этого окна, будут восприниматься системой как сбойная ситуация, по которой прекращается генерация ШИМ. Возобновление нормальной работы происходит после заданного времени. Эта функция блокируется на период времени после подачи питания, когда возможен случайный всплеск напряжения на конденсаторе между «плюсовой» и «минусовой» шинами инвертора. Для подключения этого контроля на вход DC BUS необходимо подать уровень 3,5 В 5% через резистор 4,7-15 кОм.
• В процессе торможения двигателя механическая энергия ротора возвращается обратно в электрическую цепь за счет генераторного режима работы инвертора. При этом уровень напряжения на конденсаторе между шинами питания инвертора растет и может привести к пробою конденсатора. Для предотвращения этого в модуле МУАД7 предусмотрено следующее:
1) При достижении сигналом DC BUS определенной величины — 3,85 В (110% номинала) в ручном режиме или от 0 до 5 В (143% номинала) в автоматическом режиме выход R BRAKE переводится в высокий уровень, что позволяет включить седьмой транзистор инвертора и с его помощью резистор между шинами питания инвертора, который превратит избыточную энергию, генерируемую двигателем, в тепловую. Этот же уровень сигнала DC BUS вызовет перевод сигнала на вы www.finestreet.ru -
установленный порог (3,58 в ручном режиме)
Рис. 6. Изменение скорости торможения при достижении напряжения на DC BUS пороговой величины
вод BRIDGE CONTROL в низкое состояние, что позволяет при использовании полностью или частично управляемого одно- или трехфазного выпрямителя с оптронным управлением М021 — М024 запретить работу всех или нескольких ключевых элементов выпрямителя, тем самым уменьшив подкачку энергии в инвертор из входной сети.
2) Когда двигатель находится в режиме программируемого торможения, длительность которого определяется уровнем сигнала на выводе DECEL (0,5-128 Гц/с, 25,6 Гц/с на 1 В), уровень напряжения на DC BUS может достигнуть пороговой величины 3,85 В или любой установленной от 0 до 5 В в автоматическом режиме. При этом система будет автоматически замедлять торможение с тем, чтобы снять избыточное напряжение с шины питания инвертора (рис. 6).
Внешние сигналы
• КЗ в управляемом инверторе (логическая «1» по входу F01). В инверторном модуле М13А-75-12 сигнал F01 формируется при возникновении КЗ в любом из транзисторов инвертора. Величина КЗ определяется по 5-кратной токовой перегрузке.
• Превышение температуры в управляемом инверторе (логическая «1» по выходу F03). В инверторном модуле М13А-75-12 сигнал F03 формируется при следующих условиях:
• порог срабатывания защиты по превышению температуры TMAX1 = 100 110 °С;
• порог несрабатывания защиты по превышении температуры TMAX2=90 100 °С;
• гистерезис защиты по превышению температуры ATmax=10 °C.
• Превышение тока в минусовой шине модуля М13А-75-12 и соответствующего допустимой токовой перегрузке двигателя. При возникновении всех этих ошибок немедленно прекращается генерация по выходам ШИМ-модуля. При исчезновении причины сбоя (логический «0» на всех входах F0) включается таймер времени выдержки до возобновления нормальной работы. Длительность этой выдержки в ручном режиме составляет около 30 с, а в автоматическом режиме может быть в любой момент установлено значение от 0,25 с до 4,5 ч.
Режим управления от внешнего контроллера (режим автоматического управления)
Режим автоматического управления обеспечивается, если при включении питания или
при подаче сигнала RESET вывод MANUAL/ AUTO находится в низком состоянии (логический «0»). При этом управление преобразователем осуществляется по последовательному интерфейсу RC-232 (UART) со скоростью 9600 бод, например, через порт СОМ персонального компьютера. При этом состояние выводов FOR/REV, START/STOP, SPEED, ACCEL, DECEL не влияет на работу преобразователя. Управление в этом случае осуществляется через выводы GNDCOM, DTR, TxD, RTS, RxD. Выводы US, USA, GND, GNDA, UT, UB, VT, VB, WT, WB, FAULT, R BRAKE, BRIDGE CONTROL, DC BUS и RESET выполняют те же функции, что и в режиме непосредственного управления.
В режиме автоматического управления помимо режимов управления, предусмотренных в ручном режиме управления, могут быть изменены и другие параметры:
1) Изменена частота сигналов ШИМ. Если в ручном режиме она составляет стандартно 20 кГц, то в автоматическом режиме она может быть установлена в любое значение из ряда 5, 10, 15, 20 кГц.
2) Изменение полярности сигналов ШИМ раздельно для верхних и нижних транзисторов (В+Т+, В+Т-, В-Т+, В-Т-).
3) Установка времени переключения верхнего и нижнего плеча инвертора относительно друг друга («мертвое» время). Если в ручном режиме эта величина установлена в 4,5 мкс, то в автоматическом режиме она может изменяться от 0 до 32 мкс.
4) Изменена частота синусоидального напряжения, формируемого преобразователем с 50 Гц (типичных для ручного режима) на 60 Гц.
5) Изменено время блокировки преобразователя после поступления сигнала аварийной работы инвертора на входы F0.
На рис. 7 приведены диаграммы состояний модуля МУАД7 в программном режиме.
1) Сброс (RESET) — состояние, возникающее при включении питания, внутреннем сбое, по сигналу с вывода RESET, внешней команды RESET. По этой команде происходит инициализация регистров и автоматический переход в состояние установки высокоимпедансного состояния выходов ШИМ.
2) Высокоимпедансное состояние ШИМ (PWM High Z). Это состояние возникает при выходе из состояния сброса, или как результат (Set Dead Time) инициализации параметра «мертвого» времени или параметра полярности ШИМ (Set Polarity).
При выходе из состояния RESET система ожидает инициализации параметров «мертвого» времени и полярности ШИМ.
3) Установка «мертвого» времени (Set Dead Time). Это состояние позволяет записать переменную «мертвого» времени. Эта переменная может быть записана только однократно после команды RESET.
4) Установка полярности ШИМ (Set Polarity). Это состояние позволяет установить параметры полярности ШИМ. Это может быть сделано только однократно после команды RESET.
Компоненты и технологии, № 6'2004
е-
е-
5) ШИМ выключен (PWM OFF). Это состояние возникает после того, как будут установлены оба параметра (полярность ШИМ и «мертвое» время). При этом все выходы ШИМ устанавливаются в состояние «выключено» в соответствии с выбранной по-
лярностью. При выходе из этого режима система ожидает ввода базовой частоты, скорости и ускорения (Set Base Freq, Set Accel, Set Speed).
6) Состояние установки базовой частоты (Set Base Freq). Это состояние может быть реа-
лизовано в любой момент по команде Cmd Base Freq XX, которая определяет частоту.
7) Состояние установки ускорения (Set Accel). Это состояние может быть реализовано в любой момент и позволяет записать переменную ускорения.
Компоненты и технологии, № 6'2004
8) Состояние установки скорости (Set Speed). Это состояние может быть реализовано в любой момент и позволяет записать переменную скорости.
9) Состояние «нулевой» скорости (PWM0RPM). Это состояние возникает после состояния PWM OFF, когда установлены базовая частота, ускорение и скорость. Это состояние также может возникнуть из состояния Fwd Decel или Rev Decel в случае, если была получена команда Cmd Stop и действительная скорость двигателя уменьшилась до 0 об/мин. В этом состоянии выходы ШИМ переходят в состояние «выключено» в соответствии с выбранной полярностью. Аналогично состояние системы и во время задержки после снятия команды FAULT. Выходом из состояния PWM0RPM является состояние PWM Pump, возникающее при получении команды Cmd Fwd, Cmd Rev.
10) Состояние PWM Pump. В этом состоянии выходы ШИМ верхних транзисторов выключены, а нижние транзисторы включаются со скважностью 2. Это позволяет управлять драйверами транзисторов со схемой накачки. Это состояние автоматически завершается через время tPUMP.
11) Состояние ускоренного движения вперед (Fwd Accel). Это состояние возникает после состояния PWM Pump по команде Cmd Fwd после завершения интервала tPUMP. Это состояние может возникнуть также в случаях:
• если в состоянии стабильной скорости заданная скорость окажется меньше действительной;
• если в состоянии реверсивного торможения действительная скорость будет равна
0 об/мин и поступит команда Cmd Fwd.
12) Состояние стабильной скорости вперед (FWD Steady).
13) Состояние замедленного вращения вперед (Fwd Decel).
14) Состояние ускоренного вращения назад (Rev Accel).
15) Состояние стабильной скорости назад (Rev Steady).
16) Состояние реверсивного торможения (Rev Decel).
17) Состояние сбоя (FAULT). Это состояние является следствием любого возможного сбоя. В этом состоянии все выходы ШИМ переходят в состояние «выключено» (за исключением случая, когда сбой происходит в состоянии PWM High Z. При этом выходы установлены в вы-сокоимпедансное состояние). Когда проблема, вызвавшая сбой, исчезает, запускается специальный таймер отсчета (задаваемого программно) времени выхода из этого состояния. При выходе из этого состояния система переходит в состояние PWM0RPM и для начала вращения двигателя необходимо поступление команды Cmd Fwd или Cmd Rev. В случае возникновения состояния FAULT из состояний PWM OFF или PWM High Z возврат из состояния FAULT будет осуществляться в эти же состояния.
Таблица 3. Система команд управления модулем МУАД7
№ п/п Наименование команды Адрес Чтение (R)/ Размер запись (W) (байт) Описание Допустимый диапазон значений
1 Направления $1000 W 1 Определяет направление движения двигателя $10 вперед $11 назад $20 стоп
2 RESET $1000 W 1 Сброс системы $30
3 Частота ШИМ $1000 W 1 Определяет частоту ШИМ1 5,0 кГц - $41 10 кГц - $42 15 кГц - $44 20 кГц - $48
4 Измеренный период ШИМ $00А8 R 2 Действительный период ШИМ13 $00ВР -$05Е8
5 Полярность ШИМ $1000 W 1 Определяет полярность сигналов ШИМ2,3,4 В+Т+ - $50 В+Т- - $54 В-Т+ - $58 В-Т- - $5С
6 «Мертвое» время $0036 R/W 1 Определяет задержку переключения верхнего и нижнего плеча инвертора относительно друг друга2,3,4,8 $00 - $ГГ
7 Базовая частота синусоидального напряжения $1000 W 1 3 $60 - 60Гц $61 - 50Гц
8 Ускорение $0060 R/W 2 Ускорение в Гц/с3 $0000 - $7ГГГ
9 Задаваемая частота вращения двигателя $0062 R/W 2 Задаваемая частота, Гц3 $0000 - $7ГГГ
10 Действительная частота вращения двигателя $0085 R 2 Принимаемая частота, Гц6 $0000 - $7ГГГ
11 Статус $00С8 R 1 Статусный байт $00 - $ГГ
12 Подъем напряжения («boost») $006C R/W 1 Подъем напряжения при «нулевой» частоте9 $00 - $ГГ
13 Минимальный уровень помехи $0091 R 1 Уровень помехи (в процентах от амплитудного значения), ниже которого не требуется компенсация10 $00 - $ГГ
14 Максимальный уровень помехи $0075 R/W 1 Максимально-допустимая величина помехи11 $00 - $ГГ
15 Напряжение на инверторе Vbus $0079 R 2 Напряжение на пропорц. напр. в «плюсовой» шине инвертора, читаемое на выводе DC BUS в диапазоне 0.5 В5,7 3F 1 0 0 $0
16 Время выдержки после аварии $006А R/W 2 Определяет время выдержки перед повторным пуском двигателя после окончания условия аварии12 $0000 - $FFFF
17 Таймер аварии $006D R 2 Время нахождения в аварии14
18 Максимальный уровень напряжения Vbus (в режиме торможения -уровень ограничения торможения) $00С9 R/W 2 Напряжение, при достижении которого начинает уменьшаться торможение7 $0000 - $03FF
19 Максимальный уровень напряжения Vbus при котором формируется сигнал R BRAKE $0064 R/W 2 Напряжение, при котором включается сигнал управления «тормозным» резистором7 3F 0 1 0 0 0 $0
20 Минимальный уровень Vbus $0066 R/W 2 Уровень напряжения, ниже которого невозможна правильная работа инвертора7
21 Максимальный уровень Vbus $0068 R/W 2 Уровень напряжения, выше которого невозможна правильная работа инвертора7 3F 0 0 1 0 0 0 $0
22 Величина скорости в цифровом виде на выходе АЦП $0095 R 2 10-битная величина скорости, полученная из АЦП 0 FC 1 0 0 0 $0
23 Начальная установка $00Е R 1 См. значения регистра установок $Е0 - $FF
24 Состояние управления $0001 R 1 См. значения регистра переключателей $00 - $FF
25 Причина сбоя $FE1 R 1 См. значения регистра состояния последнего сброса $00 - $FF
Примечания:
1) Частота ШИМ не может быть изменена, когда выходы ШИМ находятся в высокоимпедансном состоянии. Частота ШИМ по умолчанию — 15 кГц.
2) На время выполнения установки параметров ШИМ выходы переводятся в высокоимпедансное состояние.
3) Параметры ШИМ должны быть заданы до начала движения двигателя.
4) Определяется один раз при инициализации. Последующие попытки записи по этому адресу блокируются до поступления команды RESET. До выполнения этой команды любые команды, разрешающие ШИМ, блокируются.
5) Величина этого параметра недействительна до выхода из высокоимпедансного состояния.
6) Старшие 8 бит в диапазоне $00 — $7F представляют частоту от 0 до 127 Гц.
Младшие 8 бит в диапазоне $00 — $FF определяют точную настройку скорости от 0 до ~1 Гц.
7) Vbus — аналоговое напряжение на выводе DC BUS. Оно преобразуется в цифровую величину 10-разрядным АЦП в диапазоне 0...5 В. Цифровая величина напряжения определяется как Vbus/5 $03FF.
8) «Мертвое» время = величина * 125 нс.
9) % «подъема» напряжения = величина / $FF.
10) % «минимальный уровень помехи» = величина / $FF.
11) % «максимальный уровень помехи» = величина / $FF.
12) Время выдержки = величина * 0,262 с.
13) Период ШИМ = величина * 250 нс.
14) Время нахождения в аварии = величина * 250 нс.
Компоненты и технологии, № 6'2004 Регистры состояния модуля МУАД7
Статусный регистр (адрес $00C8)
Бит 6 индицирует, в каком режиме находится двигатель:
1 — двигатель ускоряется или замедляется,
0 — двигатель имеет стабильную скорость.
Бит 5 индицирует направление движения
двигателя и его остановку:
1 — движение вперед;
0 — движение назад.
Если этот бит в состоянии «1», а частота двигателя (адрес $0085 и $0086) в состоянии «0», то двигатель остановлен.
Бит 4 индицирует активное состояние выходов ШИМ:
1 — все выходы ШИМ активны;
0 — выходы ШИМ неактивны или выходы ШИМ нижних транзисторов находятся в состоянии предзаряда.
Бит 3 — резистивный тормоз:
1 — выход R BRAKE активен;
0 — выход R BRAKE неактивен.
Бит 2 индицирует получение по выходу FAULN IN сигнала об аварии в управляемом инверторе:
1 — FAULN IN в состоянии «1», преобразователь остановлен;
0 — FAULN IN в состоянии «0», преобразователь ожидает окончания времени выдержки.
Бит 1 индицирует, что напряжение на шине питания инвертора превысило величину порога, заданную по адресу $0068 и $0069:
1 — напряжение на шине питания превысило порог и преобразователь находится в ожидании завершения времени выдержки;
0 — напряжение на шине питания не превышает порога и преобразователь не находится в ожидании завершения времени выдержки.
Бит 0 индицирует, что напряжение на шине питания ниже величины порога заданной по адресу $0066 и $0067:
1 — напряжение на шине питания ниже порога и преобразователь находится в ожидании завершения времени выдержки;
0 — напряжение на шине питания выше порога и преобразователь не находится в ожидании завершения времени выдержки.
Регистр установок (адрес $00АЕ)
Бит 4: 1 — параметр базовой частоты установлен;
0 — параметр базовой частоты не установлен.
Бит 3: 1 — параметр скорости установлен;
0 — параметр скорости не установлен.
Бит 2: 1 — параметр ускорения установлен;
0 — параметр ускорения не установлен.
Бит 1: 1 — параметр полярности ШИМ установлен;
0 — параметр полярности ШИМ не установлен.
Бит 0: 1 — параметр «мертвого» времени установлен;
0 — параметр «мертвого» времени не установлен.
Регистр переключателей (адрес $0001)
Бит 6: 1 — вывод START /STOP в состоянии «1»;
0 — вывод START /STOP в состоянии «0».
Бит 5: 1 — вывод FVD/REV в состоянии «1»;
0 — вывод FVD/REV в состоянии «0».
Бит 3: 1 — вывод FAULT OUT не индицирует состояние сбоя;
0 — вывод FAULT OUT индицирует состояние сбоя.
Бит 2: 1 — вывод R BRAKE активен, состояние «торможения»;
0 — вывод R BRAKE неактивен, «торможения» нет.
Регистр состояния последнего сброса (адрес $00АЕ)
Бит 7 индицирует причину сброса по включению питания:
1 — сброс связан с инициализацией по включению питания;
0 — сброс произошел не по питанию.
Бит 6 индицирует сброс, связанный
с внешним сигналом RESET:
1 — сброс вызван внешним сигналом по выводу RESET;
0 — сброс вызван не внешним сигналом.
Биты 5, 4 индицируют сброс, связанный
с внутренней системой ошибок:
1 — сброс связан с внутренней ошибкой;
0 — сброс не связан с внутренней ошибкой.
Бит 3 индицирует сброс, связанный с командой RESET от внешнего контроллера:
1 — сброс связан с внешней командой как результат записи $30 по адресу $1000№
0 — внешняя команда не является причиной сброса.
Бит 1 индицирует сброс, связанный с питанием:
1 — последний сброс был связан со снижением питания;
0 — снижение питания не является причиной сброса.
Интерфейсная часть
Интерфейсная часть позволяет вписать ПЧ в состав систем управления различными технологическими процессами или вручную задать режим его работы, при этом управление ПЧ может осуществляться от удаленного компьютера по стандартным протоколам (RS-232), по потенциальным или токовым интерфейсам (0-5 В, 0-10 В, 4-20 мА), либо с помощью соответствующих тумблеров или кнопок. При этом все сигналы управления гальванически развязаны от силовой цепи с помощью линейных оптронов.
Окончание следует
