Электрические схемы ящики управления двигателями

Устройство управления двигателем постоянного тока

При включении и выключении двигателей постоянного тока (ДПТ), работающих в паре с пластмассовыми редукторами, возникает удар, который постепенно разрушает редуктор. Предлагаемое устройство позволяет плавно подавать и снимать нагрузку с редуктора, и может быть использовано для регулировки скорости в ДПТ, плавного пуска и остановки ДПТ, например, при закрытии/открытии жалюзи, подъема/опускания ролетов и в других т.п. устройствах.

Детский электрический автомобиль

Устройство разработано для детских электрических автомобилей с питанием от аккумуляторной батареи 6 В 10 А*ч. Автомобиль управляется по радиоканалу с пульта управления, находящимся в руках родителя, идущего рядом с автомобилем. Для того чтобы маленькие дети не пугались при движении с большой скоростью, устройство снабжено переключателем скоростей. Поскольку в устройстве применено питание двигателя импульсами ШИМ, то скорости переключаются подачей на ДПТ импульсов с заполнением 50%, 60%, 80% и 100%.

Алгоритм работы

Предлагаемое устройство разрабатывалось с условием минимального изменения в электрической схеме автомобиля.

Устройство разработано на микроконтроллере РIС16F676. Алгоритм работы программы микроконтроллера показан на рис.1. После пуска и инициализации микроконтроллера определяется установленная скорость и включается флаг выбранной скорости. Далее определяется направление движения: прямой ход, реверсивный ход, либо отсутствие движения — стоп, и устанавливаются соответствующие флаги направления.

Если направление движения не выбрано, то сигнала «Пуск» нет, и программа переходит на ожидание прерывания. Если «Пуск» включен, то по флагу определяется направление движения и отрабатывается прямой ход или обратный.

Длительность управляющего импульса пуска при прямом и обратном ходе формируется одинаково, но на разные выходы. Один выход, который включает «земляной» провод двигателя, включается сразу, а на втором выходе длительность импульса включения увеличивается после каждого прерывания. Чем большее число прерываний произошло с момента начала пуска, тем на большее значение увеличивается длительность импульса.

Реализовано это с помощью подпрограммы задержки 37 мкс, умноженное на число регистра «сек», имеющего переменное значение, и изменяющееся после каждого прерывания. Прерывание по переполнению таймера ТМR0 происходит через 4 мс, делится делителем на 10 и увеличивает счетчик «сек». Таким образом, счетчик «сек» увеличивается на единицу через 40 мс. Значение этого счетчика при пуске выбрано равным 55, но может быть изменено пользователем в любую сторону. При данном значении счетчика «сек» время пуска равно 2,25 с, а длительность импульса плавно увеличивается до 75% полной мощности двигателя.

После отработки части пуска ожидается прерывание, и, если пуск еще не завершен, программа возвращается на определение скорости и направления. Если пуск выполнен, то программа отрабатывает выбранную скорость с частотой ШИМ, равной 125 Гц. Отработка скорости выполняется аналогично отработке пуска, но с постоянным временем задержки. Но если при пуске время задержки увеличивает длительность выходного импульса, то при работе время задержки определяет длительность паузы. Это необходимо для того, чтобы при отработке «стопа» еще больше увеличивать время паузы, сокращая таким образом длительность выходного импульса.

Если включен флаг «стопа», то при прерывании изменяются значения делителей. Делитель на 10 становится делителем на 1, а значение регистра «сек» может принимать значение либо 50, либо 70. Это зависит от включенного флага скорости. При скорости 50% регистр «сек» принимает значение 50, так как при больших значениях происходит перерегулировка и длительность паузы становится больше длительности импульса работы. При этом вместо того, чтобы уменьшать значение длительности импульса, она начинает возрастать. При таких значениях регистра «сек» время остановки двигателя равно 0,2 с (оно может быть изменено пользователем в любую сторону уменьшением или увеличением до 255 значения регистра «сек»), а длительность выходного импульса плавно уменьшается до нуля.

После отработки длительности импульса скорости или стопа программа повторяется с определения скорости.

Работа устройства

Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис.2. Выходы микроконтроллера DD1 RC0-RC3 управляют ключами VT1-VT4, которые открывают полевые транзисторы VT5-VT8, подающие напряжение в необходимой полярности на двигатель постоянного тока М1. На входы RA4, RA5 ИМС DD1 через переключатели SA1, SA2 подается лог. «0», определяя выбранную скорость. Программно входы RA4, RA5 подтянуты внутренними резисторами микроконтроллера к плюсу питания. Значения выбранных скоростей в зависимости от состояния входов приведены слева внизу на рис.2.

На входы RC4, RC5 также подается напряжение от БУ автомобиля, определяя выбранное направление движения. Поскольку при полностью заряженной аккумуляторной батарее (АКБ) автомобиля напряжение на ней превышает максимально допустимое для входов микроконтроллера, то установлены делители напряжения R2, R9 и R3, R8.

Вначале был изготовлен вариант устройства с питанием от АКБ автомобиля, но при уменьшении напряжения на АКБ вследствие ее разряда полевые транзисторы открывались не полностью, и их внутреннее сопротивление увеличивалось. Увеличивалось и падение напряжения на транзисторах, и они грелись. Поэтому для питания микроконтроллера и ключевых транзисторов была установлена дополнительная батарея GB1 с напряжением 9 В. Стабилизатор напряжения DA1 необходим только для питания ИМС микроконтроллера DD1. Потребляемый ток от батареи GB1 составляет 15…25 мА. Меньшее потребление тока будет при максимальной скорости вращения двигателя.

Конструкция и детали

Схема подключения устройства в сеть автомобиля показана на рис.3. Пунктиром показано штатное соединение. Под сиденьем автомобиля имеется ниша для второго АКБ и много свободно го места. Сняв сиденье и крышку ниши АКБ, увидите пару проводов, идущих от АКБ, и пару прово­дов, идущих к двигателю. Один провод, как правило, черный — «минусовой», а второй провод — красный (может быть и желтым, белым) — «плюсо­вой». В назначении проводов можно убедиться, по­смотрев на клеммы АКБ. Провод, идущий от БУ к двигателю, необходимо отпаять от двигателя и припаять к плате. Поскольку провод толстый, то лучше предварительно припаять к нему тонкие провода, которые легко паять к плате. Провода пи­тания, идущие от АКБ к плате и от платы на двига­тель, необходимо брать сечением не менее 1 мм 2 . Выключатель напряжения SA3 лучше установить на крышке ниши АКБ под сиденьем или сзади корпу­са автомобиля. Разводку 9 В питания можно выпол­нить любым монтажным проводом. Батарею GB1 и плату можно закрепить в любом удобном месте.

Печатная плата устройства и схема расположения элементов показаны на рис.4 и рис.5 соответственно.

МОSFЕТ-транзисторы /Т5-/Т8 могут быть любыми импортными с буквенным индексом L, с током стока не менее 10 А или отечественные с аналогичными параметрами. Чем больше допустимый

ток стока, тем меньших размеров нужен радиатор для транзистора. При 10-кратном запасе по току, радиатор может вообще не понадобиться. Конечно, это при условии, что транзистор открывается полностью. Большую нагрузку испытывают транзисторы, работающие в ключевом режиме, т.е. VT7, VТ8.

Транзисторы VT1-VT4 могут быть любыми структуры n-р-n. Переключатели скоростей SА1, SА2 лучше заменить одним движковым и установить его на передней панели автомобиля. В качестве батареи GB1 лучше применить 2 батареи типа 3R12, которых хватит на весь сезон.

Работа с устройством

Перед подачей напряжения на БУ автомобиля, необходимо подать напряжение на плату устройства. Напряжение питания 6 В и 9 В на плату должно подаваться одновременно. При движении вперед и переключении назад сначала отрабатывается время стопа, затем время пуска в выбранном направлении. При выключении движения отрабатывается время стопа, а при включении — время пуска.

Скачать файлы abtou.asm и abtou.hex, а также печатная плата в формате .lay

Автор: Николай Заец, г. Азов, Ростовской обл.

Источник: Радиоаматор №5, 2015

Защитная крановая панель

Панель защиты на крановом оборудовании используют при управлении с помощью контроллера. Визуально это шкаф с аппаратурой внутри. Шкаф закрывается как на обычный замок, так и блокируется с помощью электрорубильника. То есть если крановый механизм подключен к электросети, вы не сможете открыть шкаф.

Панели используются для защиты кранов, имеющих от 3 до 6 электродвигателей. Для переменного тока на 220, 380 и 500 В используются панели типа «ПЗКБ», для постоянного тока 220 и 440 В — типа «ППЗКБ».

Защитная панель включает в себя устройства:

• Максимальная – защита от перегруза и замыкания электросети.
• Нулевая – предотвращает произвольный запуск после проблем с энергоснабжением.
• Концевые – активирует тупиковые упоры на краях рельсовых путей.

Рис. 2. Схема защитной панели

Для схемы на рисунке 2 защитное воздействие на цепь оказывается с помощью контактных реле. Размыкающие контакты последовательно подключены в катушку линейного контактора, а катушка реле – в силовую цепь электродвигателя. (Все катушки реле имеют обозначения KF).

При превышении тока в цепи контакты реле размыкаются и электрооборудование отключается от внешней энергосети. Это позволяет сберечь крановый двигатель и проводку.

Да это может любой электрик

Как возможно некоторые знают, я живу в Германии и работаю инженером по автоматизации производственных процессов. Сразу хочу оговориться, что всю терминологию я учил на немецком и не знаю, как некоторые вещи переводятся на русский. Поэтому если что-то назвал неправильно – поправляйте.

Есть у нас на фирме один team leader по имени Уве, о котором и пойдёт речь. Человек он хаотичный, всё оставляет на последний момент. Например, получил он заказ рассчитать искробезопасность для всего электрооборудования на заводе. Полгода эта работа лежала, и лишь когда заказчики стали возмущаться, он забегал в поисках кото-то, кто бы эту работу сделал. В итоге заказ сделали с большой задержкой и, как потом рассказывали коллеги, в разговоре с заказчиками он свалил всю вину на исполнителя.

Уве плевать на своих сотрудников. Например, заказчики скажут, что им надо выполнить работу в такие-то сроки. А Уве при этом заранее не спрашивает у сотрудников, может быть кто-то сейчас занят в других проектах, у кого-то запланирован отпуск, и вообще реально ли выполнить заказ в эти сроки. В итоге Уве наобещает заказчикам, а потом просто ставит своих сотрудников перед фактом, что мол надо выполнить работу в такие-то сроки. А потом ребята, чтобы успеть в срок, работают и по субботам, и по воскресеньям, это у них в группе считается нормальным.

Уве не в состоянии прикинуть время, необходимое для выполнения работы. То есть работы, к примеру, на 2 месяца, а Уве говорит, своим сотрудникам, мол да там ерунда, вы за месяц управитесь. И сообщает заказчикам, что мол, через месяц будем готовы. А когда до срока остаётся неделя им и нифига не готово, он говорит парням «делайте вот так и вот так, и тогда мы успеем сделать 80%», а остальное уже как-нибудь доделаем во время ввода в эксплуатацию. А когда заказчики видят, что реально проблема, сроки горят, проект трещит по швам, и сообщают об этом Уве, тот невозмутимо отвечает, что всё нормально, что у нас есть концепт и, согласно этому концепту, мы всё успеем.

И вот в один из таких проектов меня угораздило встрять. Моё начальство попросило помочь Уве с его проектом, а то они не успевают. До этого я знал про сущность Уве только понаслышке, поэтому, не особо колебаясь, согласился. Типа надо помочь коллегам. Ситуация была такая: до полевых испытаний и ввода в эксплуатацию осталась неделя, а парень, который программировал этот проект – не успевал. Кроме того, через неделю этот парень уходил в отпуск (он подал заявление на отпуск ещё полгода назад, а начальник отдела его подписал). То есть мне предстояло дописать его программу и вводить её в эксплуатацию. Когда я увидел его программу, мне чуть не поплохело. Паренёк был неопытный, всего полгода как отучился, и всё, что он там напрограммировал, можно было выбрасывать и начинать заново. А через неделю завод останавливается на 2 недели, за это время нужно произвести loopcheck всех новых приборов протестировать все Einzelsteuerebene und Schrittketten на работоспособность (не знаю, как это переводится на русский, словарь говорит «измерительные точки» и «диаграммы состояний» или же «управление с заданной последовательностью функций»). У меня просто не было слов, одни выражения. Но отступать было поздно. Я предупредил Уве, что по-хорошему тут работы минимум недели на три. Но он включил свою пластинку про концепт.

Такого стресса у меня не было за все 10 лет работы на фирме. Всю неделю в бешеном темпе я писал программу. (Забегая вперед, скажу, что во время тестирования я две недели работал с 7 утра до 7 вечера с понедельника по субботу, так сказать одной рукой дописывал программу, а другой рукой тестировал в полевых условиях то, что уже было готово).

Так вот, за неделю я, естественно, не успел. В пятницу я уже проклял этот проект и был зол на Уве за его замашки, на паренька, который видел, что у него не получается и заранее не попросил о помощи, и на себя, что впрягся в это дело.. И вот в пятницу вечером, когда я выключил компьютер и собрался идти домой, ко мне в комнату заходит Уве и говорит: «в нашем коммерческом предложении указано, что мы кроме всего прочего должны настроить полевые приборы КИП и частотные преобразователи. На следующей неделе ты их настроишь.» Я ответил, что никогда не делал этого, на что Уве возразил, что это мол это легкотня, любой заводской электрик-КИПовец умеет это.

(Небольшое отступление: во-первых, есть разделение труда. Электрик занимается электрикой и измерительными приборами, а инженер проектирует и программирует. То есть настройка КИП – это не моя работа. Но если я ещё могу себе представить, чтобы почитать инструкцию и настроить какой-нибудь датчик, то в случае с частотным преобразователем во взрывоопасной зоне надо точно знать, что ты делаешь. На заводе BASF в Людвигсхафене, к примеру, есть специально обученные люди, которые занимаются только настройкой частотных преобразователей. И во-вторых, это вопрос ответственности. Если произойдёт взрыв и будет ущерб на несколько миллионов евро, станут разбираться и выяснится, что мол это сделал Gopherplace. А есть ли у него соответствующая квалификация (Elektrofachkraft) и допуски? Нету! И вот тогда мне будет не до смеха.)

Частотный преобразователь ABB acs880.

На что я ему ответил, что, мол, когда ты обещал это заказчикам, ты ведь не спросил меня, могу ли я это делать и хочу ли я это делать. Уве пытался дискутировать, но я как бы уже не зелёный пацан, а Уве – не мой начальник. Поэтому я уперся.

У нас на фирме есть мастерская, где собирают шкафы с электроникой и ребята, которые там работают, умеют настраивать такие приборы. Уве решил позвонить в мастерскую, чтобы спросить, может быть, кто-то из наших электриков нам поможет. Но в пятницу вечером там, естественно, уже никого не было. И тогда Уве сказал (типа чтобы пристыдить меня): «тогда я на следующей неделе сам приду и настрою все приборы!». Ну что же, флаг тебе в руки.

(Ради интереса я полез на сайт Endress&Hauser и скачал инструкцию от одного из приборов, которые надо настраивать – вихревого расходометра Prowirl 72. Сотни каких-то параметров, без бутылки не разберешься. Потом наткнулся на их обучающее видео по настройке. После просмотра всё стало более или менее понятно. Чтобы получить доступ к настройке, надо ввести четырёхзначный стандартный пароль, потом указать несколько параметров, таких как диапазон измерения, и всё. Потом, кстати, я видел, как заводской электрик настраивает такой прибор за несколько минут.)

Вихревой расходометр Endress&Hauser Prowirl 72F.

Короче говоря, на следующей неделе пришёл Уве, притащил с собой ноутбук для взрывоопасных зон и сказал, что хочет подключиться к приборам через микро-USB и при помощи специальной программы произвести настройку. И пошёл в производственные помещения. Через несколько часов возвращается с потерянным лицом и говорит «ich kriege die Krise». Это можно перевести как «у меня щас начнется кризис (или паника)», или «я просто в шоке». Я говорю «а что случилось»? От рассказывает, что при помощи USB и программы ничего не получилось, потому что программа не видит приборы. Он и так пробовал, и сяк. Может, говорит, версия программы не та. Настроить напрямую, то есть при помощи кнопок на приборах у него тоже не получилось, так как он не знал пароль. С частотным преобразовательем там вообще какой-то мрак, сказал, что будет звонить в ABB и спрашивать. У меня сразу такое злорадство возникло. Говорю ему, «Уве, так ты же говорил, что любой электрик с этим справится!» А он говорит «так и я бы справился, если бы мне разок показали, как это делается». Вот жучара, а! Ему, значит, надо сначала показать, что и как! A ты, Gopherplace, иди и делай, как знаешь! И если что-то случится, виноват будешь ты!

В общем, проект худо-бедно сдали проект в срок. Это был очень поучительный опыт. Я зарёкся ещё когда-либо делать проекты вместе с Уве. Даже если у нас в отделе не будет заказов и я буду сидеть без работы.

Буквенные обозначения

В однолинейных схемах электричества применяют буквы, чтобы понять комплектацию сети.

Их использование регламентировано ГОСТ 76.24 – 55:

• электрореле напряжения, тока, сопротивления, мощности, промежуточное, временное, газовое, указательное и другие имеют буквенное обозначение РТ, РС, РП, РУ, РГ, РВ, РН, РТВ, РМ и аналогичные;
• управляющая кнопка — КУ;
• конечный прерыватель — КВ;
• контролер команд — КК;
• путевой выключатель —ПВ;
• двигатель головной — ДГ;
• двигатель охлаждающей помпы — ДО;
• двигатель подач — ДП;
• двигатель быстрого хода — ДБХ;
• двигатель шпинделя — ДШ.

Буквенные коды проставляются рядом с элементом (справа) или над ним. Они комбинируются с графическими значками. В позиционных буквенных кодах одинаковых деталей прибавляют цифры по их количеству.

В отечественных электросхемах применяют маркировку для обозначения радиотехнических и электрических деталей:

Реверсивная схема подключения электродвигателя через пускатели

В некоторых случаях необходимо обеспечить вращение двигателя в обе стороны. Например, для работы лебедки, в некоторых других случаях. Изменение направления вращения происходят за счет переброса фаз — при подключении одного из пускателей две фазы надо поменять местами (например, фазы B и C). Схема состоит из двух одинаковых пускателей и кнопочного блока, который включает общую кнопку «Стоп» и две кнопки «Назад» и «Вперед».

Реверсивная схема подключения трехфазного двигателя через магнитные пускатели

Для повышения безопасности добавлено тепловое реле, через которое проходят две фазы, третья подается напрямую, так как защиты по двум более чем достаточно.

Пускатели могут быть с катушкой на 380 В или на 220 В (указано в характеристиках на крышке). В случае если это 220 В, на контакты катушки подается одна из фаз (любая), а на второй подается «ноль» со щитка. Если катушка на 380 В, на нее подаются две любые фазы.

Также обратите внимание, что провод от кнопки включения (вправо или влево) подается не сразу на катушку, а через постоянно замкнутые контакты другого пускателя. Рядом с катушкой пускателей изображены контакты KM1 и KM2. Таким образом реализуется электрическая блокировка, которая не дает одновременно подать питание на два контактора.

Магнитный пускатель с установленной на нем контактной приставкой

Так как нормально замкнутые контакты есть не во всех пускателях, можно их взять, установив дополнительный блок с контактами, который называют еще контактной приставкой. Эта приставка защелкивается в специальные держатели, ее контактные группы работают вместе с группами основного корпуса.

На следующем видео реализована схема подключения магнитного пускателя с реверсом на старом стенде с использованием старого оборудования, но общий порядок действий понятен.

Проверка работоспособности схемы

Для того, чтобы понять, правильно собрана схема или нет, нагрузку к пускателю лучше не подключать, оставив его нижние силовые клеммы свободными. Так вы обезопасите коммутируемое оборудование от лишних проблем. Включаем автоматический выключатель, подающий напряжение на испытуемый объект.

Само собой разумеется, пока идет монтаж, он должен быть отключен. А также любым доступным способом предотвращено случайное его включение посторонними лицами. Если после подачи напряжения пускатель не включился самостоятельно – уже хорошо.

Нажимаем на кнопку «Пуск», пускатель должен включиться. Если нет – проверяем замкнутое положение контактов кнопки «Стоп» и состояние теплового реле.

При диагностике неисправности помогает однополюсный указатель напряжения, которым можно легко проверить прохождение фазы через кнопку «Стоп» до кнопки «Пуск». Если при отпускании кнопки «Пуск» пускатель не фиксируется, а отпадает – неправильно подключены блок-контакты.