На базе разработанных схем верхнего и нижнего ключей соберем мостовую схему управления двигателем, показанную на рис П4.6. Ключ S1 переключает направление вращения двигателя. Проверку работоспособности схемы проверяем при ручном моделировании. Убеждаемся, что двигатель обеспечивает номинальные обороты при переключении ключа S1.
Рис П4.6. Мостовая схема управления двигателем.
Заменив ключ S1 на ключ с временной задержкой Time Delay Switch с временем Time On=0.5 с и Time Off =3 c, проведем моделирование в режиме Analysis/ Transient. Время моделирования от 0 до 5 с. Выходной сигнал – число оборотов двигателя. Результат моделирования приведен на рис П4.7.
Рис П4.7. Динамические характеристики двигателя при реверсировании направления вращения.
Из графика видно, что время переходного режима двигателя при реверсировании направления вращения составляет около 1 с.
Схему мостового ключа можно упростить, используя всего лишь один маломощный транзистор для управления верхним и нижним ключом (Рис П4.8).
Транзисторы Q1 и Q6 имеют эмиттерную и коллекторную нагрузку R1-R4. Когда открыт и насыщен транзистор Q1, открываются транзисторы моста Q2 и Q3, через обмотку ротора протекает ток в одном направлении. При открытом транзисторе Q6, открывается другая пара транзисторов Q4 и Q5. Конечно не допустимо одновременно открывать транзисторы Q1 и Q6. Резисторы обеспечивают гальваническую связь базы транзисторов моста с соответствующими эмиттерами и их величина практически на работу схемы не влияет, что подтверждает результат моделирования (рис П4.9).
Рис П4.9. Зависимость напряжения на коллекторе насыщенного транзистора Q5 при изменении номинала резистора R1 и R2 от 100 Ом до 10 кОм.
Моделирование проводилось в режиме Analysis/Parameter Sweep для компонента R1 и R2 в диапазоне величин 100 Ом – 10 кОм с шагом 100 Ом. Выходное напряжение контролировалось на коллекторе насыщенного транзистора моста ( при положении ключа как на схеме П4.8 – транзистор Q5).
Выбираем резисторы R1-R4 - 1 кОм.
Логическая схема управления мостом должна обеспечивать следующие действия в роторной обмотке:
¾ Логическим сигналом Left/Right – 1/0 – менять направление тока;
¾ Сигналом PWR - 1/0 включать и выключать ток при заданном направлении тока;
¾ Сигналами концевых выключателей блокировать вращение в том направлении, с которого пришел нулевой сигнал концевого выключателя и не препятствовать вращению в противоположном направлении. Например, ограничить вращение влево, если левый концевой выключатель устанавливается в 0, но не препятствовать при этом вращению вправо.
Реализация драйвера DC Motor с логикой управления показана на рис П.4.10. Концевые выключатели End Switch L и End Switch R в нормальном режиме удерживают логический уровень 1; в крайнем положении соответствующий концевой датчик устанавливает 0.
Рис П4.10. Драйвер двигателя с логикой управления.
Входные ключи с pull-up резисторами имитируют соответствующие сигналы управления. Проверка логики управления производится в ручном режиме, переключая входные сигналы.
Для упрощения начертания сложных схем EWB имеет возможность создавать схемы разных уровней – так называемые Sub circuit – схемы нижнего уровня; иногда их называют заказные интегральные схемы. Для этого на схеме рис П4.10 необходимо выделить участок схемы, который будет свернут в Sub circuit. При этом за пределы выделяемого участка из схемы необходимо вынести все компоненты, которые будут внешними к создаваемой ИС. Например, источник питания, земля, ключи имитации сигналов, вольтметр, двигатель (статорную обмотку следует совсем отключить от схемы). Когда участок схемы выделен в меню EWB, выполняем действие Circuit/Create Sub circuit. Даем наименование создаваемой ИС – Driver и выполняем одно из действий меню по замене участка схемы компонентом Driver. В результате получается схема, показанная ниже.
Рис 4.11. Схема драйвера DC Motor с использованием заказной ИС Driver.
В корзине компонент Favorites (крайняя слева) появился созданный нами компонент Driver, который можно использовать как обычный компонент в неограниченном количестве. Дважды щелкнув по компоненту Driver, разворачивается окно Sub circuit, показанное на рис 4.12.
Рис 4.12. Окно Sub circuit компонента Driver
Для моделирования динамических характеристик драйвера заменим;
¾ ключ Start/Stop ключом с временной задержкой Time Delay Switch с параметрами Time On – 0.1 с, Time Off – 6 с,
¾ ключ Left/Right ключом с временной задержкой и параметрами Time On – 2 с, Time Off – 4 с.
Результаты моделирования приведены на рис П4.13.
Рис П4.13. Динамические характеристики драйвера
Выводы: Разработанная схема драйвера имеет удовлетворительные динамические характеристики;
¾ число оборотов в номинальном режиме ± 1500 об/мин,
¾ ток статора – 0.2 А,
¾ ток ротора – 1.5 А,
¾ время разгона от 0 до номинальных оборотов – 0.2 с,
¾ время реверсирования от номинальных оборотов в одну сторону до номинальных оборотов в другую сторону – 0.4 с,
