Решения Freescale для управления однофазными асинхронными электродвигателями
Однофазные асинхронные электродвигатели широко используются в быту (вентиляторы, стиральные машины, холодильники, кухонное оборудование и др.) и промышленности (насосы, компрессоры). В условиях жесткой конкуренции разработчики вынуждены решать задачу по совершенствованию технического уровня оборудования при сохранении конкурентоспособной стоимости. В рамках данной статьи будут рассмотрены решения компании Freescale, которые могут стать основой для построения устройств управления однофазными асинхронными приводами, отличающихся конкурентоспособностью и высокой надежностью. Спектр решений включает микроконтроллеры и DSP-контроллеры Freescale, датчики, аналоговые и аналого-цифровые микросхемы.
Компания Freescale Semiconductor (далее Freescale) является одним из мировых лидеров в области разработки и проектирования встраиваемых полупроводниковых решений для радиочастотного, сетевого, пользовательского и промышленного электронного оборудования. Одним из направлений деятельности, которое активно развивает компания, является разработка завершенных решений по управлению электродвигателями.
В этом направлении Freescale предлагает широкий диапазон решений, в т.ч.:
• 8- и 16-разрядные микроконтроллеры (МК);
• 16-разрядные контроллеры для цифровой обработки сигналов (КЦОС), которые сочетают широкие вычислительные возможности цифровых сигнальных процессоров и интеллектуальные функции современных МК;
• 32-разрядные встраиваемые процессоры;
• Датчики ускорения и давления;
• Аналоговые и аналогово-циф-ровые микросхемы для управления движением, силовых каскадов и выполнения других сопутствующих функций.
Помимо элементной базы компания предоставляет полный спектр предложений для получе-
ния завершенных решений по управлению электродвигателями, в т.ч. схемы и демонстрационные примеры программ, документация и готовые опорные разработки (см. рисунок 1).
Такой подход к организации сбыта продукции дает клиентам компании преимущества минимальных сроков на проектирование и минимальных рисков, связанных с неудачными исходами проектирования. Указанный спектр предложений компании распространяется практически на все типы электродвигателей, в т.ч. однофазные и трехфазные асинхронные электродвигатели, коллекторные и бесколлекторные электродвигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и синхронные электродвигатели на постоянных магнитах.
В рамках данной статьи рассматриваются предложения Freescale для управления однофазными асинхронными двигателями (ОАД). ОАД широко используются в бытовых и промышленных приложениях в качестве приводов компрессоров, вентиляторов и насосов, а также стиральных машинах и другом бытовом электрооборудовании. Их широкое распространение обусловлено простотой конструкции и, как следствие, низкой стоимостью. Однако, ввиду невысокой эффективности, область их применения распространяется только на маломощные приложения (до 1-2 кВт).
На рисунке 2 представлена конструкция однофазного АД.
Двигатель состоит из двух обмоток: основной и вспомогательной. Вспомогательная обмотка необходима только для запуска электродвигателя, чтобы создать вращающееся магнитное поле. Использование конденсатора позволяет добиться сдвига по фазе на 90 градусов между токами в обмотках. В приложениях, где необходим высокий пусковой момент (например, компрессоры), конденсатор необходимо отключить по достижении 75% от номинальной скорости. В остальных приложениях с низким пусковым моментом (вентиляторы и воздуходувы)
конденсатор можно оставить подключенным и после запуска.
Существует также разновидность ОАД без пусковой обмотки. Они называются электродвигателями с расщепленными полюсами (ЭРП). Возможность запуска у них реализована конструктивным способом. Основная обмотка выполняется в виде двух колец, которые размещаются на различных частях статора. Поскольку магнитное поле в расщепленном полюсе задерживается, то создаются предпосылки для начала вращения. Конструкция ЭРП чрезвычайно проста, что позволяет легко наладить их массовое производство и достичь низкой стоимости. К недостаткам относятся: низкий КПД (менее 20%), малый пусковой момент и высокое скольжение. Данные особенности ориентируют ЭРП на приложения мощностью до 500 Вт. Например, они широко применяются в таких бытовых приборах, как фены, миксеры, вентиляторы и т.п. Повысить пусковой момент при такой конструкции можно путем размещения двух обмоток с расщепленными полюсами: пусковую (более низко-омную, т.е. более мощную) и рабочую (номинальной мощности). После запуска пусковая обмотка такого двигателя отключается.
|
