CC BY
12КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 621.313.1
Микропроцессорное устройство управления асинхронным двигателем на базе программно-регулируемых ЮВТ-модулей
А.В. Щагин, М.Ю. Бирюков, Д.Ю. Шедяков Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Асинхронные электрические машины за счет высокой выносливости, надежности, низкой стоимости и высокого КПД (порядка 80%) используются во многих промышленных приложениях, в бытовых электроприборах, системах нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, в автомобилях. Развитие современной техники предъявляет все более жесткие требования к электроприводу. Это, в свою очередь, требует применения как новых типов двигателей (вентильных, вентиль-но-индукторных, бесколлекторных), так и более сложных методов управления электроприводом, что влечет за собой применение новой элементной базы (силовой и управляющей).
Для эффективного управления изменением скорости вращения асинхронного двигателя в широком диапазоне регулировки скоростей используются преобразователи частоты, которые строятся на основе интеллектуальных ЮВТ-модулей и микропроцессорных систем управления со скалярным или векторным управлением на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) [1]. В настоящей работе предложено микропроцессорное устройство управления асинхронным двигателем на базе программно-регулируемых ЮВТ-модулей.
Функциональная схема управления асинхронным двигателем представлена на рисунке. Основой схемы является инвертор, который преобразует напряжение промышленной электрической сети (380 В/50 Гц) в напряжение с заданными значениями амплитуды и частоты (каналы А, В и С), поступающее на двигатель. Для работы инвертора необходима система управления, которая на основе сигналов с внутренних датчиков (Ь1,...,Ь„) контролирует его состояние и задает ШИМ-сигналами управления (аь...,а6) для каждого из шести ключей трехфазного инвертора выбранный режим работы посредством сигналов (сь...,с„) обмена данными между пользовательским интерфейсом и системой управления инвертором.
Функциональная схема: а1,...,а6 - ШИМ-сигналы управления; Ь1,...,Ь„ - сигналы состояния инвертора; сь...,си - сигналы, поступающие и отправляемые на пользовательский интерфейс
© А.В. Щагин, М.Ю. Бирюков, Д.Ю. Шедяков, 2012
86 Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА № 4(96) 2012
Краткие сообщения
Одним из основных условий регулирования скорости вращения асинхронного двигателя является сохранение постоянного момента на валу двигателя [2]. Для реализации управления, позволяющего выполнить это условие, разработан алгоритм управления. Алгоритм основан на использовании записанной в энергонезависимую память микроконтроллера таблицы значений, которая содержит рассчитанные значения синуса для каждого угла (от 0 до 360°), умноженные на 256 (максимальное разрешение 8-битного таймера счетчика). При использовании этих значений в 8-битном таймере-счетчике можно получить полное заполнение ШИМ в точках, где значение синуса равно единице. В начале работы микроконтроллера необходимо создать и заполнить массив, содержащий значения длительности импульса ШИМ, рассчитанные по таблице синусов из энергонезависимой памяти для частоты синуса на выходе 50 Гц, что соответствует номинальной скорости двигателя. Полученный массив определяет форму управляющего сигнала для верхнего ключа из канала А. Сигнал управления для нижнего ключа канала А формируется инвертированием сигнала управления для верхнего ключа. Для получения управляющих сигналов ключами, стоящими в каналах В и С, можно использовать полученный управляющий сигнал для канала А, смещенный по фазе на 120 и 240° соответственно. Процесс формирования управляющих сигналов для любой другой частоты синуса на выходе отличается от формирования управляющих сигналов для частоты синуса 50 Гц тем, что рассчитанное количество ШИМ-импульсов увеличивается пропорционально необходимой частоте.
Алгоритм реализован на бюджетном микроконтроллере ATMEGA 128, который обладает большим количеством периферийных устройств (АЦП, компараторы, таймеры, свободные порты ввода/вывода для обмена данными) и возможностью программирования их на дополнительные задачи. В качестве инвертора выбран интеллектуальный IGBT-модуль IRAMS10UP60B фирмы International Rectifier, позволяющий управлять двигателем мощностью до 0,75 кВт.
Таким образом, предложенное устройство позволяет реализовать плавное регулирование скорости вращения асинхронного двигателя с сохранением постоянного момента на валу и низкими затратами на проектирование системы управления.
Литература
1. Grasshoff T. Scaleable power electronics for drive systems mean reduced costs and volume // Vector. - 2011. -N 7. - P. 44-47.
2. Цейтлин Л. С. Электропривод, электрооборудование и основы управления. - М. : Высшая школа, 1985. - 192 с.
Поступило 31 января 2011 г.
Щагин Анатолий Васильевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой систем автоматического управления и контроля в микроэлектронике (САУиК) МИЭТ. Область научных интересов: разработка и исследование в области микропроцессорных устройств, специализированных микроЭВМ, информационных сетей и телекоммуникаций, измерительных систем и систем управления.
Бирюков Михаил Юрьевич — аспирант кафедры САУиК МИЭТ. Область научных интересов: интеллектуальные системы обработки информации и управления, математическое моделирование и тестирование систем управления, технические средства систем автоматического управления, разработка алгоритмического и программного обеспечения для автономных систем управления. E-mail: zdedanz@yandex.ru
Шедяков Дмитрий Юрьевич — аспирант кафедры САУиК МИЭТ. Область научных интересов: разработка и исследование систем автоматического управления, микроконтроллерные устройства управления, силовая электроника, системы управления двигателями.
Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА № 4(96) 2012
87
