Управление универсальным двигателем 240 В переменного тока с помощью микроконтроллера, оптоизолятора и симистора

Question

Управление универсальным двигателем 240 В переменного тока с помощью микроконтроллера, оптоизолятора и симистора

Мистер Монголоид

У меня валяется двигатель старой стиральной машины (универсальный), который я хотел бы регулировать по скорости. Я новичок почти во всех компонентах, упомянутых выше, но вот что я сейчас использую:

Микроконтроллер: Ардуино Нано
Оптоизолятор: MOC3041
TRIAC: 2N6071AB (Заменить? Думаете о BTA24-600B)
Универсальный двигатель: УОЗ 112 Г 55

После долгих поисков наткнулся на эту схему:

Во-первых, я попытался подключить TRIAC (2N6073AB) к сети 240 В переменного тока. Он разлетелся на две части примерно через 5 секунд. Там написано, что он предназначен для 400 В переменного тока, так что я немного смущен. Хоть радиатора и не было, но все же. Может кто-нибудь объяснить такое поведение?

Вот как я подключил TRAIC для тестирования:

схематический

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Для схемы выше я купил резисторы на 1/4 ватта. Я не могу понять, как они выдерживают 240 В переменного тока, мне это кажется очень странным. Может быть, они не могут. Как конденсатор последовательно с резистором 39 Ом. Как это вообще возможно?

Какую роль играет резистор на 330 Ом, зачем нужен именно этот? В нем также говорится: «для высокоиндуктивных нагрузок измените это значение на 360 Ом». Какое значение? Резистор 39 Ом? Зачем его менять, это из-за высокого пускового тока для моторов?

Откуда взялось это значение для конденсатора 0,01 мкФ? Из того, что я прочитал, демпфирующая схема предназначена для предотвращения фазового сдвига между напряжением и током, вызванного двигателем, верно? Подойдут ли эти конденсаторы: синие керамические дисковые конденсаторы 1KV 1000V 103PF 0.01uF?

Я читал несколько PDF-файлов о тиристорах (включая симисторы), и в них говорилось:

«Выход большинства портов ввода-вывода (I/O) микрокомпьютера представляет собой сигнал TTL, способный управлять несколькими вентилями TTL. Этого недостаточно для управления драйвером TRIAC с пересечением нуля».

Я предполагаю, что это не относится к Arduino Nano, поскольку он использует сигнал PWM. Нужен ли мне NAND-гейт? Если кто-то захочет объяснить, почему драйвер TRIAC с пересечением нуля не принимает определенные сигналы, я был бы признателен.

Транзистор

Вставьте детали двигателя в вопрос (а не распространяйтесь по комментариям), чтобы вся необходимая информация была там. +1 за очень хорошо написанный первый вопрос.

пользователь_1818839

Такой способ управления универсальным мотором не совсем соответствует вашим ожиданиям. Вам нужно будет разделить его обмотки возбуждения и обмотки ротора и оставить обмотку возбуждения подключенной к полному напряжению питания (при условии, что она шунтирует). В противном случае ускорение (из-за уменьшения поля) и замедление (из-за уменьшения напряжения на роторе) компенсируются.

пользователь80875

@Brian Drummond Универсальные двигатели имеют последовательную обмотку по определению.

пользователь80875

Вы уверены, что двигатель универсальный?

Мистер Монголоид

@ Брайан Драммонд, очень интересно. Мне нужно более внимательно рассмотреть ваше предложение. То есть вы имеете в виду, что он вообще не будет работать или просто будет вести себя очень непредсказуемым образом?

Мистер Монголоид

@ Чарльз Коуи, я не уверен, но я так думаю. У него есть кисти и т. Д. Это не асинхронный двигатель, но что еще это может быть?

пользователь80875

Если у него есть коллектор и щетки, это универсальный двигатель. Я нашел немного информации в Интернете, которая, кажется, подтверждает, что это универсальный двигатель. Думаю мотор должен нормально работать с предложенной схемой управления. Брайан Драммонд только предупредил о двигателях с параллельным подключением, поскольку универсальный двигатель имеет последовательную обмотку, то, что он сказал, не применяется. Если бы она была шунтовой, она бы вообще не работала от сети переменного тока.

Мистер Монголоид

Хорошо, спасибо, что прояснил это. Я могу добавить, что я пробовал двигатель напрямую от источника питания 240 В переменного тока, и, похоже, он работает нормально. Кроме того, обороты со временем увеличивались.

пользователь80875

Универсальные двигатели очень чувствительны к нагрузке. Если вы вытащите один из станка и будете эксплуатировать его без каких-либо соединений с валом, он будет работать очень быстро. Скорость ограничена только трением щеток и подшипников плюс аэродинамическое сопротивление движущихся частей. Возможно, нагрев воздуха и смазки снижает нагрузку в достаточной степени, чтобы позволить двигателю со временем увеличить скорость.

пользователь_1818839

@CharlesCowie «если бы он был шунтовой, он бы вообще не работал с питанием переменного тока», что мешает ему работать с переменным током? И ротор, и поле меняют полярность одновременно, как и в последовательной форме. Это фазовый сдвиг, так как обмотка возбуждения почти чисто индуктивная?

пользователь80875

Я считаю, что R / L должны быть сильно разными, потому что якорь и поле должны быть спроектированы так, чтобы работать при одном и том же напряжении, но потреблять разные токи. Кроме того, обратная ЭДС управляет током якоря. Эти две вещи вызовут разность фаз между якорем и полем. В последовательном двигателе имеется только один путь тока и, следовательно, нет возможности разности фаз.

пользователь_1818839

@CharlesCowie Спасибо! Я читал, что шунт, возможно, может работать, но, вероятно, неэффективно, в то время как серия, благодаря одному току, просто намного проще сделать правильно. И это делает серии общепринятой стратегией.

Ответы (1)

Управление универсальным двигателем 240 В переменного тока с помощью микроконтроллера, оптоизолятора и симистора

Вставьте детали двигателя в вопрос (а не распространяйтесь по комментариям), чтобы вся необходимая информация была там. +1 за очень хорошо написанный первый вопрос.
Такой способ управления универсальным мотором не совсем соответствует вашим ожиданиям. Вам нужно будет разделить его обмотки возбуждения и обмотки ротора и оставить обмотку возбуждения подключенной к полному напряжению питания (при условии, что она шунтирует). В противном случае ускорение (из-за уменьшения поля) и замедление (из-за уменьшения напряжения на роторе) компенсируются.
@Brian Drummond Универсальные двигатели имеют последовательную обмотку по определению.
Вы уверены, что двигатель универсальный?
@ Брайан Драммонд, очень интересно. Мне нужно более внимательно рассмотреть ваше предложение. То есть вы имеете в виду, что он вообще не будет работать или просто будет вести себя очень непредсказуемым образом?
@ Чарльз Коуи, я не уверен, но я так думаю. У него есть кисти и т. Д. Это не асинхронный двигатель, но что еще это может быть?
Если у него есть коллектор и щетки, это универсальный двигатель. Я нашел немного информации в Интернете, которая, кажется, подтверждает, что это универсальный двигатель. Думаю мотор должен нормально работать с предложенной схемой управления. Брайан Драммонд только предупредил о двигателях с параллельным подключением, поскольку универсальный двигатель имеет последовательную обмотку, то, что он сказал, не применяется. Если бы она была шунтовой, она бы вообще не работала от сети переменного тока.
Хорошо, спасибо, что прояснил это. Я могу добавить, что я пробовал двигатель напрямую от источника питания 240 В переменного тока, и, похоже, он работает нормально. Кроме того, обороты со временем увеличивались.
Универсальные двигатели очень чувствительны к нагрузке. Если вы вытащите один из станка и будете эксплуатировать его без каких-либо соединений с валом, он будет работать очень быстро. Скорость ограничена только трением щеток и подшипников плюс аэродинамическое сопротивление движущихся частей. Возможно, нагрев воздуха и смазки снижает нагрузку в достаточной степени, чтобы позволить двигателю со временем увеличить скорость.
@CharlesCowie «если бы он был шунтовой, он бы вообще не работал с питанием переменного тока», что мешает ему работать с переменным током? И ротор, и поле меняют полярность одновременно, как и в последовательной форме. Это фазовый сдвиг, так как обмотка возбуждения почти чисто индуктивная?
Я считаю, что R / L должны быть сильно разными, потому что якорь и поле должны быть спроектированы так, чтобы работать при одном и том же напряжении, но потреблять разные токи. Кроме того, обратная ЭДС управляет током якоря. Эти две вещи вызовут разность фаз между якорем и полем. В последовательном двигателе имеется только один путь тока и, следовательно, нет возможности разности фаз.
@CharlesCowie Спасибо! Я читал, что шунт, возможно, может работать, но, вероятно, неэффективно, в то время как серия, благодаря одному току, просто намного проще сделать правильно. И это делает серии общепринятой стратегией.

Транзистор · Answer 1

Итак, во-первых; Я пытался подключить TRIAC (2N6073AB) к 240 В переменного тока, он развалился на две части примерно через 5 секунд.

Без схемы вашей проводки мы не можем сказать. Звучит так, как будто вы неправильно подключили его или включили на короткое замыкание между сетью и нейтралью. На панели инструментов редактора есть кнопка схемы, если вы хотите обновить свой вопрос.

Для схемы выше я купил резисторы на 1/4 ватта, и я не могу понять, как они выдерживают 240 В переменного тока, мне это кажется очень странным. А может не могут? Как конденсатор последовательно с резистором 39 Ом, как это вообще возможно?

Рис. 1. Резистор из углеродной пленки с открытой углеродной спиралью (Tesla TR-212 1 кОм). Источник: Википедия Резистор .

При использовании резисторов необходимо учитывать три основные характеристики:

Значение сопротивления. Это очевидно.
Номинальное напряжение. На рисунке 1 мы видим спиральную дорожку сопротивления вокруг керамического сердечника. Гусеница, вероятно, имеет длину от 20 до 25 мм, если ее размотать. При превышении определенного напряжения на резисторе произойдет электрический пробой — возможно, скачок между витками спирали. Как правило, они хороши до 200–250 В, но сетевое напряжение может достигать максимума при $\sqrt {2} V_{RMS}$ поэтому, когда мы используем их в сети 230 В, мы обычно используем два последовательно.
Рассеиваемая мощность должна быть ниже номинала резистора. Это можно проверить с помощью $P = \frac {V^2}{R}$ или $P = I^2R$ .

Может помочь рассмотрение конденсаторов как двух слоев фольги, разделенных изолирующей пленкой. Все, что требуется, это сделать слой изоляции достаточно толстым, чтобы выдержать приложенное напряжение.

Какую роль играет резистор на 330 Ом, зачем нужен именно этот? А еще там написано "для высокоиндуктивных нагрузок измените это значение на 360 Ом", какое значение? Резистор 39 Ом? А зачем его менять, это из-за высокого пускового тока для двигателей?

В вашей схеме три резистора.

Конденсаторы 39 Ом и 0,01 мкФ образуют снаббер, защищающий симистор от внезапных изменений напряжения. Вам не нужно сильно беспокоиться об этом, но для получения дополнительной информации см. Управление фазой Littlefuse с использованием тиристоров .
Выбор резистора 360 Ом описан в моем ответе на Как рассчитывается значение резистора триггера затвора для симистора .
Резистор 330 Ом обеспечивает нейтральный обратный путь для детектора перехода через ноль. Это объясняется в моем ответе на Использование переменного тока для запуска Triac .

Откуда взялось это значение для конденсатора 0,01 мкФ? И из того, что я ненавязчиво прочитал, схема демпфера предназначена для предотвращения фазового сдвига между напряжением и током, вызванного двигателем, верно? Подойдут ли эти конденсаторы: Синие керамические дисковые конденсаторы 1KV 1000V 103PF 0.01uF?

Прикрыто выше. Я не знаю, что означает 103PF. Статья Littlefuse должна дать вам достаточно подробностей об этом.

«Выход большинства портов ввода-вывода (I/O) микрокомпьютера представляет собой сигнал TTL, способный управлять несколькими вентилями TTL. Этого недостаточно для управления драйвером TRIAC с пересечением нуля».

Вы не цитируете источник для этого, но это выглядит немного устаревшим. Большинство микросхем теперь могут коммутировать 20 мА, и этого достаточно для светодиода с оптоизолятором.

Я предполагаю, что это не относится к Arduino Nano, поскольку он использует сигнал PWM? Или мне все еще нужен NAND-гейт? И если кто-то захочет объяснить, почему драйвер TRIAC с пересечением нуля не принимает определенные сигналы, я был бы признателен.

ШИМ не используется с цепями управления симисторами. Это объясняется в моем ответе на Активация SSR для двигателя переменного тока через вход ШИМ .

Дальнейшее чтение:

240-страничное руководство ON Semiconductor по теории тиристоров и соображениям по проектированию представляет собой очень глубокий взгляд на тему, но вполне удобочитаемый, если вы выберете интересующий аспект.

Спасибо за подробный ответ. Это было очень полезно, но у меня еще не было времени рассмотреть его поближе, но я обязательно это сделаю! «Похоже, вы неправильно подключили его или включили на короткое замыкание между сетью и нейтралью». - Ну, я боялся повредить MOC3041 и микроконтроллер, поэтому хотел сначала протестировать TRIAC. Но вот как я его подключил: i.stack.imgur.com/UWvPV.png
Я также хочу добавить, что я также искренне благодарен за все ваши ссылки, я обязательно их прочитаю. Поскольку мне было довольно трудно найти хорошие материалы для чтения самостоятельно.
Соединение выглядит нормально, но схема запуска не показана. Кстати, на панели инструментов редактора есть кнопка схемы, которая встраивает редактируемые схемы в ваш пост.
"(...) но схема запуска не показана", я не зашел так далеко в своих экспериментах, но я собирался использовать схему, которую кратко упомянул в своей теме: imgur.com/d9nEwLQ . Однако без демпферной цепи, поскольку я думал, что это не так важно. Дайте мне знать, если я вас неправильно понял.
ХОРОШО. Дважды проверьте распиновку симистора.
Согласно таблице данных, которую я использовал, в моем подключении не было ошибок.
«Обычно они работают при напряжении от 200 до 250 В, но сетевое напряжение может достигать 2√VRMS, поэтому, когда мы используем их в сети 230 В, мы обычно используем два последовательно». - Почему это делает резисторы более подходящими для выдерживания высокого напряжения?
$230 \sqrt {2} = 325~V$ и это слишком много для одного резистора. Если мы используем два резистора последовательно, каждый из которых имеет половину желаемого значения, то каждый из них будет иметь только 325/2 В = 162 В на каждом, и это будет безопасно.
Да, конечно. Я был глуп... Думаю, я мог бы также соединить два резистора параллельно, чтобы уменьшить количество ватт, генерируемое каждым резистором.
Нет, не параллельно. Это дало бы полное напряжение на обоих. Соедините последовательно, чтобы уменьшить напряжение (и мощность) на каждом наполовину.
Хм, разве ток не уменьшится на 50%, если я соединю их параллельно, так как мне также придется удвоить сопротивление каждого резистора? Но да, я вижу, что их последовательное соединение также снижает мощность.
Я также прочитал один из ваших ответов, где вы говорили о «контроле времени включения-выключения переменного тока» и «управлении фазовым углом». И, если честно, собирался ли я использовать «Контроль времени включения-выключения переменного тока». Но поскольку вы высказали свое мнение о приложениях для управления двигателем, я мог бы также выбрать «управление фазовым углом». В последнее время я читал кое-что об управлении фазовым углом, и, если я не ошибаюсь, мне нужен способ измерения напряжения пересечения нуля с помощью микроконтроллера. Могу ли я использовать эту очень простую схему для этого: imgur.com/a/VK4AB ? В любом случае хотелось бы услышать ваше мнение.
(1) « … разве ток не уменьшится на 50%, если я подключу их параллельно? » Да, но они получают полное напряжение на каждом. Если это в пределах спецификации резистора, это нормально. (2) На этом сайте вы найдете много вопросов по обнаружению пересечения нуля. Тот почти в порядке. Пиковое напряжение на выходе из него будет $\sqrt {2}$ раз превышает напряжение трансформатора, поэтому вам необходимо защитить вход микроконтроллера.
Хорошо, последний быстрый вопрос: предотвращает ли оптоизоляция со схемой пересечения нуля (например, MOC3041) управление фазовым углом? В моем понимании это так.
Да. Это было подробно объяснено в связанных ответах.