CC BY
36
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив Серия В. Техника и технологии, том XIII., Съюз на учените, сесия 5 - 6 ноември 2015 Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIII., Union of Scientists, ISSN 1311-9419, Session 5 - 6 November 2015.
ИЗСЛЕДВАНЕ НА РАБОТАТА НА СИСТЕМА ЗА ЦИФРОВО УПРАВЛЕНИЕ НА ПОСТОЯННОТОКОВ ДВИГАТЕЛ, БАЗ ИРАНА НА РАЗВОЕН МОДУЛ DRV8837EVM
Цветана ГрАгорова,Димитър Янков, Боряна Пачеджиева ТУ - София, Филиал Пловдив, Катедра "Електроника", 4000 Пловдив бул. „Санкт Петербург" №63, ejmail:
INVESTIGATION OF THE BRASHED DC MO TOR DIGITAL MOTOR CONTROL WITH EVALUATION MODULE DRV8837EVM Tsvetana Grigorova, Dimitar Yankov, Boryana Pachedjieva University rf Sofia Baanch Plovdiv, Electronics Department, 63, Sankt
Petersburg Blvd, Plovdiv
Abstract
The paper presents some trends in the education of the modern power electronics and motor control. The paper shows the investigation of the digital motor control of the Brashed DC motor with evaluation module DRV8837EVM. Some experimental results are presented.
1. Въведение
Все по-широко е използването на системи за управление на електрозадвижвания с цифрово управление. Тази тенденция се налага от необходимостта непрекъснато да се разширяват функционалните възможности на различните електрозадвижвания, което от своя страна е свързано с повишен обем на обработваната информация [4].
От студентите в областта на силовата електроника се очаква да бъдат с добра подготовка, както по хардуерната част, така и в софтуерното обезпечаване на преобразувателните устройства [3]. За да отговори на високите изисквания и компетенции, които се изискват от студентите, в магистърската степен по „Електроника" е предложен избирам курс „Електронни преобразуватели за управление на електрически двигатели", в който с помощта на различни развойни системи студентите придобиват практически умения и знания, свързани със съвременните методи за управление на електрически двигатели.
Особено перспективни са цифровите сигнални процесори (DSP), които позволяват реализация на системи за управление на електрозадвижвания със сложни алгоритми на управление, като различни варианти на управление с широчинно-импулсна модулация за постояннотоковите двигатели или като различните варианти на векторното управление на променловотоковите двигатели. Редица фирми като Texas Instruments (TI), Analog Devices, Microchip и други предлагат цели гами процесори и периферни устройства със софтуер, предназначени специално за управлението на различните видове електрозадвижвания.
Този вид развойни системи позволяват на студентите да създават собствени проекти, в процеса на обучение, като по този начин могат да усвоят по-пълноценно начините за софтуерна реализация на различни методи за управление на електрически двигатели [6, 1, 2].
2.Развоен модул DRV8837EVM
Развойният модул DRV8837EVM демонстрира възможностите и ефективността на драйвер DRV8837 за управление на маломощни постояннотокови двигатели от TI [7]. Потребителят може да управлява DRV8837 с вградения микроконтролер MS430 или с външен микроконтролер - фиг.1. Най-същественият блок тук е драйверът DRV8837, който съдържа в себе си мостов инвертор на напрежение. Двете рамена на моста се управляват от съответни драйверни схеми. В изхода на схемата (OUT1 и OUT2) е свързан товара (двигателя на постоянен ток). Схемата съдържа защита от понижено захранващо напрежение на ИС, защита от претоварване по ток и защита от прегряване. Системата позволява софтуерно реалзиране и изучаване на различни методи за импулсно управление на скоростта на постояннотоков двигател (ПТД).
Ata И V
Фиг.1. Блок-диаграма на развоен модул DRV8837EVM
2.1 Импулсно управление скоростта на ПТД
Вграденият проект, в развойната среда, илюстрира еднополярна ШИМ за управление на скоростта на ПТД. Формирането на едоплярна ШИМ е показано на фиг.2 [5]. За управлението на двигателя в квадрант 1 (двигателен режим, посока «напред») се подава високо ниво на сигнала за определяне на посоката на въртене Fdw/Rev (1 - напред, 0 - назад) и транзистора Q1 е включен постоянно. В същото време чрез ШИМ сигнал се управлява диагоналният на него транзистор Q4. При отпушен транзистор Q4 токът протича по веригата Vbus, през транзистора Q1, котвата на двигателя, транзистора Q4 към маса. При тази посока на тока двигателят се завърта напред. При запушване на транзистор Q4, тъй като има натрупана енергия в индуктивността на двигателя, се отпушва обратният диод на транзистора Q3. Енергията се разрежда като протича ток през диода на Q3, отпушения Q1 и двигателя, като този ток остава в същата посока, както и когато Q4 е отпушен. За да се промени посоката на въртене на двигателя (III квадрант), просто трябва да се смени сигнала Fwd/Rev в ниско ниво, тогава Q1 ще се запуши, а Q3 ще се отпуши постоянно. Управляващият ШИМ сигнал се подава на транзистора Q2 и той започва да се превключва. Работата е аналогична на тази при I квадрант, но токът през двигателя обръща посоката си. Сигналите за управление се получават като се изработва сигналът за
определяне на посоката на въртене Fwd/Rev в зависимост от заданието. Този сигнал се подава директно на Q1, а чрез инвертор се получава сигналът за транзистора Q3. Така двата транзистора няма да се окажат включени по едно и също време.
Fwij/Rev
Фиг.2 Реализация на еднополярна ШИМ
3. Експериментални резултати
Експерименталните резултати, получени при реализацията на разгледаната еднополярна ШИМ с DRV8837EVM, са показани на фигури 3 до фиг.8. Илюстрирани са времедиаграми на напрежението и на тока в котвената верига за двигателен режим посока „напред" и посока „назад" при различни коефициенти на запълване. Сигналът от контролна точка DIR V показва посоката на въртене на двигателя.
Фиг. 3. Дефиниране на посока („напред")-контролна точка DIR_V
Фиг. 4. Дефиниране на посока („назад") ■ контролна точка DIR_V
Фиг.5. 1-изходно напрежение (D=75%); 2-ток в котвената верига (посока „напред")
Фиг.6. 1-изходно напрежение (D=50%); 2-ток в котвената верига (посока „назад")
Фиг.7. 1-изходно напрежение (D=33%); Фиг.8. 1-изходно напрежение (D=33%);
2-ток в котвената верига (посока „напред") 2-ток в котвената верига (посока „назад")
Равойната система позволява софтурното реализиране и на други видове ШИМ, използвани при импулсното управление на скоростта на ПТД.
3. Заключение
Представени са експериментални резултати от работата на развоен модул DRV8837EVM за управление на постояннотоков двигател. Този вид развойни системи, използвани в обучението в областта на съвременната силова електроника и електрозадвижвания, позволяват на студентите да изучават вградените в развойната среда проекти, както и да създават собствени проекти в процеса на обучение. По този начин могат да усвоят по-пълноценно начините за софтуерна реализация на различни методи за управление на двигатели.
4. Литература
1. Yordanov, G., Tsv. Grigorova. Trends in the education in modern power electronics and motor control. ICEST 2015, 24 - 26 June 2015, pp.313-316, Sofia, Bulgaria.
2. Maradzhiev, I., Tsv. Grigorova, Sv. Ivanov. Teaching Stepper Motors and Brushed DC Motors using the Medium Voltage Digital Motor Control platform, Part I - Stepper Motors Control. XXIV International Scientific Conference Electronics - ET2015,vol.9, pp. 72-75, Sozopol, Bulgaria
3. Martinez, J., F Soto, E. Jodar, J. Villarejo, and J. Roca-Dorda. A New Approach for Teaching Power Electronics Converter Experiments. IEEE Trans. Education, vol. 48, no. 3, pp. 513-519, Aug. 2005
4. Mohan, N., T. Undeland and W. Robbins. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. New York, J. Wiley & Sons, Inc., 2003
5. Wilson, D. So, Which PWM Technique is Best. Motion Products Evangelist, TI
6. www.ti.com/lit/pdf/tida012.pdf
7. DRV8837EVM User's Guide, Texas Instruments
