Блок управления бесколлекторным микродвигателем оптического диска - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Блок управления бесколлекторным микродвигателем оптического диска

Описание структурной схемы блока управления. Узел прижима оптического диска. Принципиальная схема отдельных узлов блока. Условия работы и параметры исполнительного двигателя диска. Выходной каскад блока управления. Узел защиты от перегрузки по току.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»
«Автоматические системы звукотехнической аппаратуры»
Тема «Блок управления бесколлекторным микродвигателем оптического диска»
бесколлекторный микродвигатель оптический диск
Целью курсового проекта по дисциплине «Автоматические системы звукотехнической аппаратуры» на тему «Блок управления бесколлекторным микродвигателем оптического диска» является развитие навыков самостоятельной работы при решении вопросов анализа и синтеза процессов, происходящих в лазерных считывающих устройствах.
Решаемые при курсовом проектировании вопросы обеспечат закрепление знаний, полученных в процессе изучения дисциплины, знаний, связанных с практической реализацией процесса считывания цифровой информации с оптических дисков.
Формирование высокого качества изображения электронного кинематографа требует постоянного совершенствования лазерных считывающих устройств (ЛСУ), изучения СD и DVD-проигрывателей.
Эти устройства кроме узлов цифровой обработки информационных сигналов содержат и ряд сложных автоматических систем, изучению которых и посвящено данное курсовое проектирование.
В проекте излагаются основы теории управления современными бесколлекторными микродвигателями постоянного тока. Такие двигатели широко используются в качестве привода оптических дисков в лазерных считывающих устройствах (ЛСУ), видеопроекторах, компьютерах и др. Применение бесколлекторных микродвигателей, благодаря их бесшумной работе и высокой надежности, является определяющим при разработке современной бытовой и профессиональной звукотехнической аппаратуры.
В задачу проекта входит расчет основных функциональных узлов блока управления микродвигателем.
Анализ технического задания и описание структурной схемы блока управления
а) Тема проекта - Блок управления бесколлекторным микродвигателем оптического диска.
б) Область использования - отдельный функциональный узел в составе CD-и DVD-проигрывателей;
в) Основные технические характеристики - UП = (12-18) В;
IH = (1,0-3,0)А, МH = (0,3-1,5)Н·см, n = (500-200) об/мин
г) Условия эксплуатации - в закрытом корпусе, t=(+5...+50)°C.
д) Состав проекта - пояснительная записка (18-20) стр. текста на компьютере и графическая часть (компоновка элементов конструкции блока и принципиальная схема блока) формат А4, А2,
е) Перечень расчетного материала: расчетные соотношения исполнительного двигателя, расчет транзисторных ключей, шунтирующих диодов, согласующего устройства узла защиты от перегрева.
Описание структурной схемы блока управления
Структурная схема блока управления (БУМ) изображена на рис. 1.1.
Напряжение питания блока +UП к фазным обмоткам двигателя полается через трехфазный мостовой усилитель, выполняющий функции электронного коммутатора К. С помощью К осуществляется периодическое подключение обмоток двигателя к источнику питания. Коммутатор выполняет функцию коллектора двигателя. Сигнал для управления коммутатором поступает с магнитоуправляемого датчика положения ротора (ДП). Появление этого сигнала определяется пространственным расположением полюсов ротора Р. Штриховая линия на рис. 1.1 обозначает такую магнитную связь.
Сигнал с ДП проходит через усилительно-преобразовательное устройство (УПУ), переключатель направления вращения FR, узел логики формирования Ф сигналов для работы К.
В состав ДП входят три чувствительных элемента (датчика) Холла DС, DА, DB со своим источником питания ИПДХ.
Рис. 1.1. Структурная схема блока управления микродвигателем диска
Элементная база БУМ смешанная - дискретные элементы и ИМС.
VD - шунтирующие вентили, исключающие появление перенапряжений на транзисторах К. На рис. 1.1 не показаны электронные элементы на которые воздействуют сигналы управления Uу.
Для формирования алгоритма функционирования всех узлов ЛСУ, в том числе и рассматриваемого блока управления исполнительным микродвигателем, необходимо знать формат цифровой звукозаписи системы компакт-диска.
Достоинством компакт-диска является большая информационная емкость, доступность, удобство эксплуатации, малые размеры [3, 6, 9].
Компакт-диск как объект регулирования диаметром 120 мм, толщиной 1,2 мм и весом 15 г выполнен из прозрачного пластика -- полистирола и через специальную вращательную платформу насаживается на вал ВД. Конструкция, размеры и другие характеристики диска, рис. 2.1, определены международным стандартом и не могут быть изменены произвольно.
Вся поверхность диска разделена на 3 зоны. Записанный сигнал располагается в зоне программы. С вращательной головкой ВД диск контактирует через зону прижима. Информация диска располагается на рельефной информационной дорожке в виде отдельных углублений - питов.
Рис. 2.1. Геометрические характеристики компакт-диска (а), его поперечное сечение (б)
Минимальный размер пита Тп мин = 0,875 мкм
Размер дорожки, занимаемой одним битом информации lб = 0,29 мкм
Радиус внешней границы программы Rмакс = 5,8 см
Радиус внутренней границы программы Rмин = 2,3 см
Общая длина спиральной дорожки равна:
lД = р·(Rмакс2 - Rмин2)/tш = 3,14·(0,0582 - 0,0232)/(1,610-6) = 5,5103 м
Рельефная спиральная дорожка диска содержит звуковой сигнал в цифровой форме.
Для записи цифрового сигнала на диск используется информационная линейка пиитов Тп: 0,87; 1,16; 1,45; 1,74; 2,02; 2,31; 2,60; 2,89; 3,18 мкм [3].
По исходным данным минимальная длина пита Тп мин = 0,845 мкм. Она заключает в себе три канальные единицы кода EFM - три бита. Один бит информации соответствует длине дорожки:
Информация на дорожке группируется в кадры [3]. Каждый кадр состоит из Nбит = 588 бит и считывается с диска с частотой следования кадров Fк = 7,35 Гц. Таким образом битовая скорость Vб или цифровой поток, считываемый ежесекундно с диска равен:
Vб = FкNбит = 7,35103588 = 4,32106 бит/с
Так как для считывания 1 бита требуется 1 период тактовой частоты, то битовая скорость цифрового потока соответствует значению тактовой частоты fт = 4,32106 Гц.
Знаю общую длину дорожки lД и размер дорожки, соответствующий одному биту информации lб, получим значение информационной емкости диска:
И = lД/lб = 5,5·103/0,00000029 = 19109 бит
Для воспроизведения такого объема информации с диска, при том, что каждый бит считывается за время одного такта Т, требуется время:
tД = ИТ = 191090,2310-6 = 4,416103 с = 73,60 мин
При известных значениях цифрового потока, ежесекундно считываемого с диска (П, бит/с) и известных размерах бита (lб , мкм) линейная скорость транспортирования информационной дорожки относительно считывающего пятна равна:
Vл = Пlб = 4,321060,2910-6 = 1,26 м/с
Эта скорость дорожки должна оставаться постоянной, независимо от радиуса R считывания:
Считывание начинается от центра к краю диска. В этом случае радиус считывания меняется от Rмин = 2,3 см до Rмакс = 5,8 см. Следовательно, для того, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость в соответствии с Vл = ?R = const, нужно при считывании менять угловую скорость диска от ?500 в начале считывания до ?200 в конце считывания, где
?500 = Vл/Rмин = 1,26/0,023 = 55 рад/с;
?200 = Vл/Rмакс = 1,26/0,058 = 22 рад/с;
Эти значение угловой скорости соответствует максимальному и минимальному числу оборотов диска:
nмакс = 60?500/2р = 6055/23,14 = 523 об/мин 500 об/мин;
nмин = 60?200/2р = 6022/23,14 = 208 об/мин 200 об/мин.
При воспроизведении кадры на дорожке объединяются в блоки, по 98 кадров в каждом блоке. Частота следования таких блоков:
Fбл = Vб/(Nбит98) = 4,32106/(58898) = 75 Гц
Сигналы этой частоты используются для работы схемы регулятора скорости диска.
Для любого диска при записи и воспроизведении остаются неизменными тактовая частота f1, структура построения кадра и другие параметры формата цифровой звукозаписи.
Однако при изготовлении диска минимальный размер пита Тп.мин информационной линейки длин питов может в ограниченных пределах изменяться. Такое изменение связано с необходимостью разместить записываемую программу в пределах программной зоны диска. Это приводит к изменению линейной скорости считывания Vл (м/с), изменению времени воспроизведения tД(мин), угловой скорости ? (рад/с), скорости и частоты вращения диска n (об/мин).
Расчетные данные сведены в табл. 2.1.
Формат цифровой звукозаписи системы компакт - диск определяет алгоритм функционирования всех узлов блока.
В процессе развития накопителей на оптических дисках разработан целый ряд основных форматов записи информации на CD.
Формат CD-DA (Digital Audio) -- цифровой аудио-компакт диск со временем звучания 74 мин.
Формат ISO 9660 -- наиболее распространенный стандарт логической организации данных.
Формат High Sierra (HSG) предложен в 1995,г. и обеспечивает чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660, с помощью приводов всех типов, что привело к широкому тиражированию программ на CD и способствовало созданию компакт-дисков, ориентированных на различные операционные системы.
Формат Photo-CD разработан в 1990-- 1992 гг. и предназначен для записи на CD, хранения и воспроизведения статической видеоинформации в виде высококачественных фотоизображений. Диск формата Photo-CD вмещает от 100 до 800 фотоизображений соответствующих разрешений -- 2048 х 3072 и 256 х 384, а также сохраняет звуковую информацию.
Любой диск CD-ROM, содержащий текст и графические данные, аудио- или видеоинформацию, относится к категории мультимедиа. Мультимедиа CD существуют в различных форматах для различных операционных систем: DOS, Windows, OS/2, UNIX, Macintosh.
Формат CD-I (Jntractive) разработан для широкого круга пользователей как стандарт мультимедийного диска, содержащего различную текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию. Диск формата CD-I позволяет хранить видеоизображение со звуковым сопровождением (стерео) и длительностью воспроизведения до 20 мин.
Формат CD-DV (Digital Video) обеспечивает запись и хранение высококачественного видеоизображения со стереозвуком в течение 74 мин. При хранении обеспечивается сжатие по методу MPEG-1 (Motion Picture Expert Group).
Такой узел служит для сочленения ведущего вала двигателя ВД с диском и передачи вращательного момента от двигателя к диску. На рисунке 2.2 показан вариант такого узла, применяемого в ЛСУ.
Рисунок 2.2. Узел прижима оптического диска
На вал двигателя насаживается вращательная платформа. Сцепление диска с платформой происходит через зону прижима диска. Прижимается диск к платформе силой F через специальную металлическую прижимную шайбу. Усилие F развивается кольцевым магнитом N-S, который размещается внутри вращательной платформы.
В процессе эксплуатации осуществляется юстировка высоты а вращательной платформы.
Принципиальная схема и расчет отдельных узлов блока
Для выпускаемой и вновь разрабатываемой звукотехнической цифровой аппаратуры является актуальным применение бесколлекторных микродвигателей постоянного тока (БДПТ). Это связано с их высокой надежностью, малым уровнем шумов, приемлемыми массогабаритными характеристиками. Такие двигатели успешно применяются в видеомагнитофонах, проигрывателях оптических дисков, видеопроекторах и др. Они обладают плавностью хода, более чем десятикратным увеличением срока службы по сравнению с коллекторными микродвигателями.
В состав БДПТ входят датчики положения ротора (ДП). Для функционирования двигателя требуется электронный коммутатор (К), который по сигналам от ДП подключает соответствующие обмотки к источнику электропитания постоянного тока [4, 6]. Требуемая скорость вращения обеспечивается определенной долей напряжения питания UП. Для этого служит дополнительный сигнал управления UУ, который вырабатывается сумматорами, частотными и фазовыми дискриминаторами, широтно-импульсными модуляторами (ШИМ), ограничителями тока и совместно с сигналами от ДП воздействует на выходные транзисторы коммутатора.
Бесколлекторные двигатели имеют инверсное исполнение, т.е. обмотки якоря располагаются на неподвижном статоре, а ротор представляет собой постоянный магнит.
В современной аудиовизуальной технике получили распространение бесколлекторные микродвигатели постоянного тока БДПТ с тремя обмотками, соединенными звездой, и ротором Р с одной парой полюсов, рис. 3.1. Встречаются двигатели с двумя и тремя парами полюсов.
Типовыми параметрами таких двигателей являются:
- напряжение питания UП = (3-40) В;
- частота вращения (200-6000) об/мин.
Рис. 3.1. Инверсная схема исполнения бесколлекторных микродвигателей - а. б, структура их построения - в
Рассматриваемые двигатели можно отнести к группе синхронных микродвигателей, применяющихся в системах автоматики. По способу соединения обмоток эти двигатели иногда называют трехфазными по аналогии с асинхронными двигателями. Ротор таких двигателей всегда вращается синхронно со скоростью, равной частоте вращения поля статора. Увеличивая число пар полюсов (p=l, р=2,…) можно уменьшить частоту вращения БДПТ, сделать двигатель тихоходным.
Условия работы и параметры исполнительного двигателя диска
Условия работы двигателя определяются технологическим процессом считывания цифровой информации с диска.
В соответствии с существующим стандартом при считывании сигналов с диска должна быть обеспечена постоянная линейная скорость Vл информационной дорожки при меняющейся скорости по определенному закону угловой скорости ?.
Можно выделить два характерных режима работы двигателя в лазерном считывающем устройстве.
В этом режиме частота вращения двигателя nмакс, угловая скорость ?500 и напряжение на фазных обмотка U0500 - максимальны. Частота вращения диска в этом режиме nмакс = 500 об/мин.
В этом режиме частота вращения двигателя nмин, угловая скорость ?200 и напряжение на фазных обмотка U0200 - минимальны. Частота вращения диска в этом режиме nмин = 200 об/мин.
Определим расчетные соотношения, характеризующие работу бесколлекторного исполнительного микродвигателя ЛСУ.
Расчет выполним на основании данных своего варианта (табл. 3.1 м.п.) при заданном значении напряжения фазной обмотки в режиме НС U0500 = 5,4 B и электромагнитной постоянной обмотки ТЭ = 18·10-5с. Определим граничную частоту fГ [Гц] следования управляющих импульсов, при которой ток фазных обмоток будет непрерывным.
При решении воспользуемся следующими известными данными:
M500П = 2 Н·см, пусковой момент в режиме НС;
ТМ = 0,025 с, электромеханическая постоянная времени;
nмакс = 500 об/мин, nмин = 200 об/мин, максимальная и минимальная частоты вращения двигателя соответственно, режиме НС и режиме ОС.
1. Угловая скорость двигателя в режиме НС, при n = 500 об/мин
?500 = 2рn/60 = 2р·500/60 = 52,36 рад/с.
2. Угловая скорость двигателя в режиме ОС, при n = 200 об/мин
?200 = 2рn/60 = 2р·200/60 = 20,94 рад/с.
3. Угловая скорость холостого хода в режиме НС
?500XX = ?500·M500П/(M500П-M500H1) = 52,36·2/(2-0,3) = 61,6 рад/с 60 рад/с
4. Конструктивный коэффициент двигателя, который определяет обратную ЭДС на фазных обмотках двигателя
CE = U0500/?500XX = 5,4/60 = 0,090 В·с/рад.
5. Активное сопротивление фазной обмотки
Rобм = (U0500-CE·?500)/I0 = (5,4-0,090·52,36)/0,3 = 2,29 Ом.
6. Коэффициент передачи двигателя по возмущению МН
kM = ?500XX/MП = 60/2 = 30 рад/(Н·см·с).
7. Коэффициент передачи двигателя по напряжению питания U0 обмотки
kИ = ?500XX/U0500 = 60/5,4 = 11,1 рад/(В·с).
8. Напряжение на обмотке двигателя в режиме ОС при n = 200 об/мин
U0200 = (?200+kM·MH1)/kИ = (20,94+30·0,3)/11,1 = 2,7 B.
9. Пусковой момент двигателя в режиме ОС
MП200 = kИ·U0200/kM = 11,1·2,7/30 = 1,0 Н·см.
10. Угловая скорость холостого хода в режиме ОС
?200XX = ?200·MП200/(MП200-MH1) = 20,94·1,0/(1,0-0,3) = 29,94 рад/с 30 рад/с
Расчетные данные сведены в табл. 3.1.
По данным табл. 3.1 строим механические характеристики, рис. 3.2.
Рис. 3.2. Расчетные механические характеристики ? = f(M)
Управление микродвигателем. Импульсный режим
Управление частотой вращения бесколлекторного двигателя осуществляется путем изменения напряжения на фазных обмотках.
В настоящее время в основном используется импульсный метод управления частотой вращения и электромагнитным моментом двигателя. Для этого на коммутатор К. кроме напряжения питания UП, подается сигнал UУ, с широтно-импульсной модуляцией, рис. 3.3.
Рис. 3.3. Импульсное управление бесколлекторным двигателем
Изменяя относительную длительность управляющих импульсов , можно изменять среднее значение напряжения на обмотках U0:
следовательно, регулировать частоту вращения n об/мин.
Так как частота управляющих импульсов f = 1/Т, поступающих на К, может быть достаточно высокой, то индуктивность фазных обмоток двигателя будет влиять на форму импульсов тока, протекающих через обмотки. Поэтому процессы в двигателе при регулировании скорости необходимо исследовать с учетом электромагнитной постоянной обмотки Тэ и периода следования управляющих импульсов Т.
На рисунке 3.4 показаны временные диаграммы БДПТ в импульсном режиме. Управляющий сигнал UУ формирует прямоугольные импульсы, прикладываемые к обмоткам двигателя, рис. 3.4. а.
Рис. 3.4. Импульсный режим работы двигателя не зашунтированного диодом - а, б, в, механические характеристики - г
Если период следования импульсов Т достаточно большой по сравнению с Тэ (Тэ << Т), то ток iн обмотки, рис. 3.4. б за время импульса tи успевает достигнуть максимального значения IП, а после окончания импульса, практически мгновенно уменьшается до нуля. Ток обмотки прерывистый. Среднее значение этого тока:
Угловая скорость ? носит колебательный характер, рис. 3.4.в. Колебания скорости ? определяются выражением
гдеJ - момент инерции вращающихся частей двигателя.
Механическая характеристика при прерывистом токе в обмотках двигателя становится «мягкой», рис. 3.4. г. «Мягкие» характеристики затрудняют работу системы автоматического регулирования угловой скорости исполнительного двигателя.
Импульсный метод управления микродвигателем имеет целый ряд преимуществ. Основное из них это уменьшение мощности потерь на транзисторных ключах, которые входят в состав коммутатора.
Вместе с тем, при импульсном режиме на коллекторном переходе транзисторных ключей появляется перенапряжение uк из-за активно-индуктивного характера нагрузки, рисунок 3.5. а. Последовательно с каждым транзистором включена обмотка двигателя, которая носит активно-индуктивный характер Lн - rн, где Lн - индуктивность фазной обмотки, rн - активное сопротивление обмотки.
При периодическом закрывании транзисторного ключа ток iн быстро убывает, при этом наводится ЭДС самоиндукции eL, которая суммируется с напряжением питания UП. К транзистору оказывается приложена сумма напряжений:
Это напряжение может оказаться выше предельно допустимого, и транзистор выйдет из строя. Поэтому на практике активно-индуктивную нагрузку всегда шунтируют вентилем VD, рис. 3.5. б. В этом случае возникающая ЭДС самоиндукции замыкается через диод VD и напряжение на транзисторе не превышает значения напряжения питания, uк UП.
Подключение шунтирующего диода VD параллельно фазным обмоткам не только устраняет перенапряжение на транзисторах, но также обеспечивает высокую экономичность схемы. Электромагнитная энергия, запасенная в цепи обмотки во время действия импульса tи, не теряется, а поддерживает ток обмотки и вращательный момент двигателя в режиме паузы tп.
Рис. 3.5. Появление перенапряжения на транзисторном ключе при импульсном режиме работы
На основании математического анализа процессов, протекающих в схеме двигателя в импульсном режиме работы при наличии шунтирующего диода, построены временные диаграммы, рисунок 3.6. На диаграммах видно, как изменяется ток в нагрузке (обмотке) двигателя при различных соотношениях между Тэ и Т. Из рисунка следует: ток нагрузки становится непрерывным при соизмеримых значениях Тэ и Т, и тем более при Тэ << Т, рис. 3.6. г.
Рис. 3.6. Импульсный режим работы двигателя с шунтирующим диодом
Граничная частота следования управляющих импульсов
Токи в в обмотках двигателя при импульсном режиме становятся непрерывными, если Тэ и Т связаны между собой соотношением:
Для выбранного двигателя значение Тэ = 16·10-5с - известно (задано в исх. данных).
Задаваясь средним значением = 0,5, находим минимальное значение периода следования частоты управляющих импульсов Т = Тмин, или граничную частоту fг, при которой ток в фазных обмотках становится непрерывным.
Рассчитаем минимальный период следования импульсов Тмин, и граничную частоту fГ:
Тмин = [2,3/(1-г)]·TЭ = [2,3/(1-0,5)]·18·10-5 = 82,810-5 с;
fГ = 1/Тмин = 1/0,000828 ? 1210 Гц.
Обычно частоту следования управляющих импульсов выбирают больше граничной, f = (1,5 - 2,0)fг.
Выбираем частоту следования управляющих импульсов
f ? 1,5·fГ = 1,5·1210 = 1815Гц ? 2000 Гц.
Если фазные обмотки БДТП зашунтировать диодами и выполнить условие fГ = 1/Тмин, Тмин = [2,3/(1-г)]·TЭ, то ток в цепи обмотки станет непрерывным, рис. 3.6. в, г, а механические характеристики - «жесткими». Из-за интегрирующих свойств двигателя практически исчезают колебания угловой скорости. При импульсном режиме работы двигателя и непрерывном токе в обмотках, регулирование скорости по-прежнему осуществляется изменением относительной длительности импульсов .
Выходной каскад выполнен в виде трехфазной мостовой схемы на транзисторных ключах VT1-VT6, рис. 3.7. Он выполняет функции коммутатора ведущего двигателя ВД диска.
Такой вариант схемы каскада позволяет наиболее простым способом управлять двигателем ВД; регулировать скорость, осуществлять реверс, производить пуск и остановку. Коммутация осуществляется переключением обмоток (фаз) двигателя по сигналам датчика положения ДП. Эти сигналы формируются на выходе Ф (+С-С+А-А+В-В). Работа выходного каскада состоит из 6 тактов.
В соответствии с сигналами uA, uC, uB, поступающими от ДП, осуществляется переключение транзисторов VT1-VT6 и фазных обмоток ВД. В каждом такте к источнику питания +UП подключается последовательная цепочка, состоящая из двух обмоток и двух транзисторов.
Управление скоростью вращения двигателя осуществляется с помощью широтно-модулированных импульсов управления UУ. Эют сигнал поступает на базы транзисторных ключей VT1, VT2, VT3 через ограничительные резисторы R6, R7, R8 от ШИМ. Сигналы управления поступают одновременно на все три транзистора, но открывается только тот, на который с выхода Ф подается разрешающий положительный сигнал коммутации.
Вентили VD1, VD2. VD3 служат для гальванической развязки сигнала Uy и сигналов, поступающих с выхода Ф. Резисторы R3, R4, R5 - ограничительные.
Рис. 3.7. Выходной каскад блока управления
На основании данных своего варианта (табл. 4.1 м.п.) рассчитаем выходной каскад блока управления и ИУ на базе эмиттерных повторителей (рис. 3.7).
UП = 14,5 В - напряжение питания БДПТ,
IH = 0,84 А - ток двигателя, потребляемый от источника питания,
UКЭ = 1,5 B - напряжение насыщения транзисторных ключей.
1. Для мостовой трехфазной схемы (m = 3) ток фазной обмотки
Р0 = I0·U0500 = 0,28·5,4 = 1,51 Вт,
где U0500 = 5,4 В - напряжение фазной обмотки в режиме НС (см. п.3.1.2).
3. В соответствии с (4.4 м.п.) выбираем мощность, рассеиваемую на транзисторном ключе коммутатора.
РК.расс = 0,1·Р0 = 0,1·1,51 = 0,15 Вт.
4. Максимальное значение тока обмотки при пуске
I0/max = (UП-2UКЭ)/(2R0) = (14,5-2·1,5)/(2·2,29) = 2,51 А.
5. Выбираем транзистор VT1 - VT6 - КТ802А, у которого
РК.макс = 50 Вт > РК.расс = 0,15 Вт,
UК.макс = 3,5 А > I0.макс = 2,51 A.
6. Значение тока базы каждого из транзисторных ключей в режиме насыщения с учетом вводимого коэффициента запаса q = 1,2:
ITKБ = I0.макс/h21Э = 2,51 ·1,2/15 = 0,20 А.
На выходе Ф, рис. 3.3, помощью ЛЭ DD1-DD6 формируются управляющие импульсы с параметрами: UвыхФ = 10 В, при токе нагрузки IвыхФ=5мA. Ток нагрузки IвыхФ=5мA меньше требуемого значения гока базы транзисторного ключа ITKБ = 0,20 А. Поэтому необходим согласующий импульсный усилитель ИУ на базе эмиттерных повторителей ЭП (VT7, VT8, VT9).Причем согласуются не только токи или нагрузка, но и полярность сигналов IвыхФ и ITKБ. Для согласования токов IвыхФ и ITKБ устанавливаются по одному ЭП на каждый транзисторный ключ (VT7 -VT9). Согласование токов верхней группы транзисторных ключей (VT1 - VT3) осуществляется при расчете ШИМ.
7. Эмиттерные повторители VT7, VT8, VT9 выполняются на транзисторах КТ646А, с параметрами
где UП2 = 12 В - напряжение питания ЭП.
Параметры всех трех согласующих ЭП идентичны.
8. Выбор ограничительных резисторов (R3 = R4 = R5)
Принимаем номинальное значение из ряда Е24 с допуском 5% R3 = 62Ом.
9. Токи базы ЭП (IVT7Б, IVT8Б, IVT9Б).
IVT7Б = ITKБ·q/h21Э = 0,2·1,2/100 = 0,00241 A = 2,41 мА < IвыхФ=5 мA.
10. Выбор ограничительных резисторов (R9 = R10 = R11)
R9 = UвыхФ/IVT7Б = 10/0,00241 = 4200 Ом.
Принимаем номинальное значение из ряда Е24 с допуском 5% R9 = 4,3 кОм.
11. Выбор сопротивления в цепи эмиттеров (R12 = R13 = R14)
Нагрузкой эмиттерных повторителей является низкоомная базовая цепь ключей VT4 - VT6. Значение R12 выбирают такого же порядка.
12. Выбор шунтирующих диодов VD4 - VD9.
Iпр.макс = 10 A > I0.макс = 2,51 A.
Габаритные чертежи корпусов КТ802, КТ646А, КД208 показаны на рис. 3.8.
Рис. 3.8. Габаритные чертежи и расположение выводов
В состав датчика положения ДП входят три чувствительных элемента - датчики Холла DC, DA, DB, ограничительные резисторы R1, R2 и стабилизированный источник питания датчиков Холла ИПДХ, рисунок 3.9. а.
Рис.3.9. Датчик положения ротора БДПТ - а, сигнал на выходе ДП в зависимости от положения полюсов - б
ДП определяет момент и последовательность коммутации тока в фазных обмотках ВД. Является дискретным логическим элементом и располагается непосредственно под обмотками двигателя.
На выходы 1, 2 датчиков Холла ДХ подается постоянное напряжение UДХ от ИПДХ. Резисторы R1, R2 ограничивают ток IУП, протекающий через ДХ. Значение управляющего тока IУП для различных вариантов ДХ составляет (3 - 100) мА.
С выводов 3,4 снимаются импульсы разной полярности u3, u4 в зависимости от положения полюсов магнита ротора (N или S), рис. 3.9.б.
Рис. 3.10. Датчик Холла - а, выходная характеристика - б, схема компенсации остаточного напряжения - в
Каждый элемент Холла размещается в герметичном корпусе с четырьмя выводами, рис. 3.10, а. Из выходной характеристики элемента Холла, рис. 3.10. б видно, что ДХ обладает остаточным напряжением uост при отсутствии магнитного поля, В = 0. Чтобы избавиться от остаточного напряжения применяют схемотехническое решение, рис. 3.10, в.
Одним из положительных свойств датчиков Холла является то обстоятельство, что они вырабатывают сигнал только по положению. На сигнал датчика не влияет скорость вращения ротора.
С помощью переменного резистора R, рисунок 3.10, в осуществляют настройку ДП, добиваясь такого состояния, при котором uост = 0.
Рассчитаем параметрический стабилизатор напряжения с коэффициентом стабилизации kст ? 10 при колебании входного напряжения в пределах ± 10% для работы датчиков Холла на кремниевом стабилитроне типа Д814 с параметрами Uст = 8В, Iст мин = 3 мА, Iст макс = 30 мА, динамическое сопротивление rД = 10 Ом, рисунок 3.11.
Зададимся ток стабилитрона в номинальном режиме Iст = 15 мА.
Ток нагрузки IУП = 9 мА - по исходным данным.
Рис. 3.11. Параметрический стабилизатор на стабилитроне для работы датчиков Холла
Стабилизатор состоит из нелинейного сопротивления - кремниевого стабилитрона VD и балластного сопротивления Rб.
На выходе схемы включены три элемента Холла DA, DB, DС с суммарным током нагрузки IУП = 3IУП = 9 мА.
Входное сопротивление элемента Холла Rвх = 240 Ом.
Для работы ДХ требуется напряжение питания UДХ = Uст = 8 В.
Задаемся током стабилизации Iст 0,5I ст макс = 0,530 = 15 мА.
Зададимся падением напряжения на Rб URб = Uст = 8 В.
Суммарный ток, протекающий через резистор Rб равен:
Балластное сопротивление Rб = URб/I0 = 8/0,024 = 333 Ом.
Напряжение на входе стабилизатора равно:
Uвх = URб + Uст = 8 + 8 = 16 В ± 10%.
Результирующее сопротивление трех элементов Холла, включенных параллельно, равно:
Ограничительные резисторы R1+ R2 равны:
R1 + R2 = (Uст/ IУП) - R'н = (8/0,009) - 80 = 809 Ом
Выбираем R1 = R2 = 809 /2 = 404 Ом.
kст = (Uст/Uвх)(Rб/rД) = (8/16)(333/10) = 16,7 > 10.
Принципиальная схема блока управления
Один из примеров БУМ реализован на базе интегральной микросхемы ИС ТА7336Г, рис. 3.12. На одной печатной плате кроме этой микросхемы размещены диоды VD4-VD9, токоизмерительный резистор RS и резисторы Rl. R2, R9, R10. Элементы ШИМ размещаются на другой плате. Подача сигналов FR, Uy и подведение напряжения UCC осуществляется с помощью разъема XI. Двигатель соединяется с платой через соединитель X2.
В состав микросхемы ТА7336Г входят источник питания ИПДХ, три триггера Шмитта Тг1 - ТгЗ, переключатель направления вращения FR, шесть логических элементов DD1-DD6, электронный коммутатор К.
Кроме перечисленных в состав микросхемы входит и ряд вспомогательных узлов. Большинство из них на схеме не обозначено. Но два - узел защиты от температурной перегрузки УЗП и узел защиты от перегрузки по току УЗТ входят в состав большинства микросхем. Это заметно повышает надежность работы блока. Назначение выводов МС показано в табл. 3.2.
Рис. 3.12. Принципиальная схема блока управления - а, расположение датчиков Холла на двигателе - б.
Благодаря наличию магнитной связи, в микросхему всегда поступает информация о пространственном положении ротора. Например, северный полюс N ротора находится у датчика DA фазы A, рис. 3.12, б. До этого момента времени по обмотке WA фазы А протекал ток, притягивающий к ней полюс ротора. Если полюс ротора приближается к датчику DA на его выходе формируется напряжение, которое переключает триггер Тг2. Это вызывает подключение к источнику питания Un либо обмотки Wc либо обмотки Wn, в зависимости от положения переключателя IR. Ротор Р будет вращаться либо против часовой стрелки, либо по часовой стрелке.
Изменение направления вращения осуществляется предварительной установкой переключате
Блок управления бесколлекторным микродвигателем оптического диска дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Контрольная работа: Демократия. Идеи демократии. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение Евгений Базаров И Павел Петрович
Контрольная Работа Классицизм И Сентиментализм 9 Класс
Зачем Голос Совести Нужен Человеку Итоговое Сочинение
Структура Сочинения По Литературе В Декабре 2022
Реферат по теме Облік валютних коштів, повязаних з рухом статутного капіталу
Обществознание Сочинение Нужны Ли Сегодня Рыцари
Реферат: Право України-Гетьманщини і спроба його кодифікації
Дипломная Работа На Тему Анализ Конкурентоспособности Ооо "Жилая Сфера"
Реферат: совершенствование схемы профилактики и лечения инфекционного керато-конъюнктивита крупного рогатого скота
Контрольная работа: Психологічна діагностика здібностей
Курсовая работа: Локальная вычислительная сеть городка
Курсовая работа по теме Этика профессиональной деятельности муниципальных служащих
Научная Школа Менеджмента Курсовая
Доклад Реферат Очерк Жуковского
Синдром Шихана Реферат
Машины И Оборудование Реферат
Реферат: Организация производства
Контрольная работа по теме Правовое регулирование наследственных правоотношений
Курсовая Работа Прокатка Холоднокатаных Листов
Нормативные правовые акты. Решение правовых ситуаций - Государство и право контрольная работа
Сопоставительный анализ суффикса –тель- в личных существительных - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Формы государства: исторический опыт и современные проблемы - Государство и право курсовая работа