Электротехнологии в домашней технике

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

по электронике и микросхемотехнике

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ В ДОМАШНЕЙ ТЕХНИКЕ

Выполнил:

Попов К.Н.

Содержание

Введение

1. Применение систем автоматического радиоэлектронного регулирования в быту

2. Принцип работы ИМС

Заключение

Литература

Введение

В последнее время требования к защите экологии, расходу воды и энергосбережению всё в большей степени затрагивают рынок домашней бытовой техники. Действующие международные и национальные стандарты и нормативные документы требуют выполнения соответствующих норм в новых поколениях бытовой техники, особенно в стиральных, сушильных, посудомоечных машинах и холодильниках.

Для решения этой задачи компанией Freescale было предложено решение на базе цифрового сигнального контроллера (digital signal controller - DSC), которое сочетает производительность DSP с функциональностью и простотой использования микроконтроллеров на одном кристалле. Гибкий набор периферии таких приборов позволяет разработчику реализовывать различные функции, такие как стандартные алгоритмы работы электропривода, усовершенствованные алгоритмы управления, сложные измерения сигналов обратной связи, компенсация коэффициента мощности и связь с внешними устройствами.

Применение электроприводов с регулируемой скоростью вращения даёт возможность использовать более сложные управляющие программы, что позволяет улучшить характеристики устройств и увеличить общую эффективность потребления энергии. Таким образом, бытовая техника, оборудованная приводом с регулируемой скоростью вращения и интеллектуальной системой управления, превосходит по своим возможностям устройства без электронного управления приводом и улучшает характеристики домашней аппаратуры, содержащей электроприводы с фиксированной частотой вращения.

Обычно в электроприводах бытовой техники используется фиксированная, заранее установленная частота вращения, или их питание осуществляется от сети переменного тока без дополнительных электронных схем управления.

Однофазные асинхронные электродвигатели с питанием от сети переменного тока используются довольно широко, поскольку обладают рядом достоинств - низкой стоимостью, надёжностью и прочностью. Однако наряду с преимуществами они имеют также существенные недостатки, такие как низкий КПД и неэффективное управление частотой вращения.

Эти недостатки затрудняют совершенствование систем управления асинхронными электродвигателями, что препятствует реализации на их основе функций, необходимых и привлекательных для покупателей, а также ограничивает возможности устройств.

В отличие от однофазных асинхронных электродвигателей, электроприводы с регулируемой скоростью вращения отвечают требованиям по энергосбережению за счёт точного контроля крутящего момента и улучшения общей эффективности устройства.

Эффективность бытовой техники зависит от режимов её работы. В холодильнике обычная система управления осуществляет включение и выключение компрессора и поддерживает, таким образом, температуру в заданном диапазоне. Стиральная машина работает в двух основных режимах: вращение барабана во время стирки и центробежная сушка. Во время стирки электропривод работает с низкой скоростью и высоким крутящим моментом, во время сушки электропривод короткий.

1. Применение систем автоматического радиоэлектронного регулирования в быту

В видеомагнитофонах (ВМ) применяются два типа двигателей постоянного тока - коллекторные и прямоприводные. Двигатели первого типа предназначены для приведения в действие механизмов загрузи кассеты, заправки-расправки магнитной ленты в лентопротяжный механизм (ЛПМ) и осуществления переключения ЛПМ в различные режимы работы. Прямоприводные двигатели применяются в качестве приводов ведущего вала (ВВ) и блока вращающихся головок (БВГ). В некоторых моделях ВМ выполнение функций двигателей возложено на двигатель ведущего вала.

Рисунок 1. - Структурная схема драйвера коллекторного двигателя постоянного тока:

Где:

1 - логическая схема;

2, 3 - усилители мощности;

4 - двигатель.

Управление этими двигателями осуществляется специальными схемами (как правило, в интегральном исполнении) - драйверами по командам с процессора системного контроля (ПСК) и системы регулирования видеомагнитофона. Драйверы коллекторных двигателей постоянного тока представляют собой обычный мостовой усилитель мощности со специальной логической схемой, управляющей транзисторными ключами этого усилителя по командам с ПСК. Кроме того, в состав этих драйверов входят схемы термической и токовой защиты, предохраняющие интегральную схему от выхода из строя в случае межвиткового замыкания в обмотках двигателя и нарушения термического режима микросхемы.

Драйверы прямоприводных двигателей.

Практически во всех современных бытовых видеомагнитофонах применяются прямоприводные электродвигатели постоянного тока, которые называются также вентильными или электронными двигателями, поскольку коммутация катушек обмотки статора у них осуществляется электронным способом по сигналам датчика положения ротора (ДПР).

Эти двигатели при использовании в видеомагнитофонах должны удовлетворять следующим требованиям:

- малая неравномерность мгновенной скорости вращения;

- низкий уровень акустических шумов;

- небольшие габариты, масса и потребляемая мощность;

- высокая надежность и низкая стоимость.

Типичной конструкцией прямоприводного электродвигателя постоянного тока (ПДПТ), позволяющей уменьшить габариты двигателя и сделать его плоским, является конструкция с осевым рабочим зазором. Особенностями такого двигателя являются наличие магнитной системы торцевого типа с магнитным потоком, направленным вдоль оси вращения двигателя, и плоских катушек статора, расположенных между магнитом ротора и ярмом статора.

Вращающий момент в двигателе создается в результате взаимодействия магнитного потока в промежутке между полюсами магнита ротора и основанием статора с проводниками обмотки, по которым протекает электрический ток. Управление коммутацией катушек обмотки статора в зависимости от положения полюсов магнита ротора осуществляется специальной схемой (драйвером) по сигналам датчиков положения ротора.

На практике нашли применение двух- и трехфазные двигатели. В таких двигателях магнит ротора имеет, как правило, шесть-восемь полюсов. Сам магнит изготавливают из магнитотвердых материалов на основе порошка и различных металлов. Катушки каждой фазы имеют многослойную намотку одним или двумя проводами с числом витков 60...100. Катушки статора после намотки пропитывают лаком, получая монолитную бескаркасную обмотку, и приклеивают ее к печатной плате расположенной на основании двигателя. Большое число катушек статора, как и полюсов магнита ротора способствует равномерности скорости вращения.

Однако, широкое распространение получили ПДПТ с небольшим числом катушек, так как увеличение их числа приводит к усложнению конструкции самой катушки, статора и схемы драйвера, а, следовательно, к удорожанию узла в целом.

Рисунок 2. - Конструкция двигателя ведущего вала:

Датчик частоты вращения представляет собой устройство, преобразующее механическое вращение вала двигателя в сигнал, пропорциональный скорости вращения ротора. По принципу действия эти датчики можно разделить на:

- индукционные, основанные на индицировании электрического сигнала в обмотке изменяющимся магнитным потоком (аналог - магнитная головка);

- гальваномагнитные, основанные на использовании чувствительных элементов, реагирующих на изменение магнитного поля;

- оптические, основанные на принципе модуляции светового потока. Все три типа датчиков применяются в ПДПТ.

Наибольшее распространение получили гальвано магнитные датчики. Примером датчика первого типа служит датчик скорости вращения двигателя ведущего вала (ВВ).

Модулирующим элементом здесь является многополюсный магнит кольцевой формы, расположенный на роторе двигателя, а чувствительным элементом является датчик Холла, мимо которого вращается модулирующий элемент.

При вращении двигателя создается переменный магнитный поток, под действием которого на выходе датчика Холла возникает синусоидальный сигнал, пропорциональный скорости вращения вала двигателя. Для достижения приемлемой амплитуды сигнала зазор между магнитной системой и рабочей поверхностью датчика устанавливается очень малым (десятые доли миллиметра).

Примером датчика индукционного типа служит датчик положения двигателя блока вращающихся головок (БВГ).

Модулирующим элементом этого датчика является постоянный магнит, укрепленный на наружной поверхности ротора, а чувствительным элементом является магнитная головка, закрепленная на неподвижном основании двигателя БВГ.

Конструкция индукционного датчика скорости вращения двигателя ВВ отличается от применяемых в двигателях БВГ.

Рисунок 3. - Статор двигателя ведущего вала с датчиком скорости вращении индукционного типа:

Примером таких датчиков служат датчики с обмоткой, нашедшие широкое применение в видеомагнитофонах фирмы Hitachi. Здесь модулирующим элементом является кольцевой многополюсный магнит, установленный на роторе двигателя ВВ, а чувствительным элементом - обмотка в виде меандра, нанесенная печатным способом на плату и расположенная под модулирующим элементом.

Кроме датчика на плате крепятся обмотки статора двигателя и устанавливается драйвер (ИМС). Принцип действия датчика скорости вращения индукционного типа двигателя ВВ такой же, как у гальванометрического, рассмотренного ранее.

Датчики положения ротора (ДПР) служат для создания сигналов, несущих информацию о положении ротора относительно обмоток статора. В зависимости от конструкции двигателя количество ДПР может меняться с 2-х до 3-х. По сигналам этих датчиков коммутатор драйвера двигателя вырабатывает сигналы управления, поступающие в обмотку статора. По принципу действия и конструктивному исполнению ДПР похожи на датчики частоты вращения. Наибольшее распространение в настоящее время получили ДПР на основе преобразователей Холла. ДПР располагаются в непосредственной близости от магнита ротора, часто прямо внутри катушек статора.

Рисунок 4. - Структурная схема драйвера прямоприводного двигателя постоянного тока:

Где:

1 - усилитель сигнала датчика скорости вращения;

2 - электронный коммутатор и логическая схема;

3, 4, 5 - датчики положения ротора (датчики Холла);

6, 7, 8 - усилители сигналов датчиков положения ротора;

9, 10, 11 - выходные усилители мощности;

12 - усилитель сигнала управления от системы автоматического управления.

Основными функциями электронного коммутатора являются:

- усиление и обработка сигналов, поступающих с ДПР и датчика скорости вращения;

- коммутация по сигналам ДПР и сигналам управления с выхода системы автоматического регулирования и процессора системного контроля видеомагнитофона токов в обмотках статора в заданные моменты времени и в заданной последовательности.

Кроме электронного коммутатора в состав драйверов ПДПТ входят усилители сигналов датчиков положения ротора, усилитель-формирователь сигнала датчика скорости вращения ротора, а также логическая схема, которая управляет режимами работы электронного коммутатора по сигналу управления системы автоматического регулирования (САР) и командам с выхода ПСК видеомагнитофона.

2. Принцип работы ИМС

Для уменьшения мощности, рассеиваемой микросхемой, и в целях защиты от пробоя необходимо к выводу питания силового драйвера обязательно подключать последовательно резистор величиной 3-10 Ом.

Время нарастания и спада управляющего логического сигнала должно быть менее 5 мс., иначе возможна некорректная работа и выход из строя микросхемы.

Рисунок 5. - Схема включения драйвера BA6218:

Потенциал общего вывода микросхемы должен быть всегда ниже потенциала других выводов.

Табл. - Параметры микросхемы ВА6218:

На входы нельзя подавать напряжение, пока микросхема не запитана. После подключения питания к выводу Vcc, на другие выводы не может быть подан потенциал выше, чем на Vcc. Основные параметры микросхемы были представлены в таблице выше.

Электрическая принципиальная схема драйвера ВА6218 показана на рисунке 6.

Рисунок 6. - Электрическая принципиальная схема драйвера ВА6218:

Заключение

драйвер видеомагнитофон индукционный

В настоящее время домашняя техника требует усовершенствованной технологии электропривода, которая позволит улучшить характеристики продуктов следующего поколения. Этой цели служит метод векторного управления электропривода без датчика, который, из-за исключения использования в системе механических датчиков, позволяет снизить стоимость конечного продукта.

Такой метод управления может быть реализован с помощью недорогого DSC на базе ядра 56800E компании Freescale, который сочетает преимущества как микроконтроллера, так и DSP. Результаты, полученные при испытаниях с применением этой технологии, свидетельствуют о том, что улучшение характеристик устройств можно получить и для других приложений, использующих электропривод, например таких как насосы, вентиляторы, сушильные аппараты и т. д.

Контроллеры MC56F80XX, разработанные специально для систем управления электродвигателями, могут быть интегрированы во многие типы домашней техники, особенно в те, к которым национальные и международные стандарты предъявляют серьёзные требования по энергосбережению.

Литература

1. Кривченко И.В AVR - микроконтроллеры: очередной этап на пути развития / "Компоненты и технологии" №3, М., 2002 г. С. 5-14.

2. AVR RISC Microcontroller Data Book. Atmel Corp. 1999.

3. Микроконтроллер архитектуры AVR AT90S2313 / Пер. с англ. Ю. Андриенко. Atmel corp. 2002 г.

Размещено на Allbest.ru