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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Entraînement électrique à fréquence variable. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / moteurs électriques Le schéma fonctionnel de la version la plus simple d'un entraînement électrique à fréquence variable est présenté sur la Fig. 1.
Il utilise des impulsions rectangulaires, déphasées les unes par rapport aux autres, pour alimenter un moteur électrique triphasé, comme le montre la figure 3.
L'élément principal du circuit de la figure 1 est un générateur avec une large plage de réglage de la fréquence des impulsions d'horloge. Ces impulsions sont envoyées à un générateur de signaux à 6 phases (trois signaux de phase directe et trois inverses), qui contrôle le fonctionnement du module de puissance connecté au moteur électrique. La tension d'alimentation est générée par un redresseur. Pour les moteurs puissants, le redresseur est alimenté par un réseau triphasé ; pour les moteurs de faible puissance, l'alimentation d'un réseau monophasé est suffisante. La première version du circuit générateur accordable est illustrée à la Fig.3.
Le générateur est construit sur la minuterie KR1006VI1. De tels générateurs sont décrits dans [2]. La fréquence des impulsions générées dans le circuit de la figure 3 est décrite par l'expression : F=1,46/(R1+R2+2R3)C. Le réglage de la fréquence (de 3 Hz à 3000 Hz) s'effectue manuellement en ajustant le potentiomètre R1 (deux fois) et en commutant les positions du commutateur SA1 (500 fois). Puisqu'un convertisseur 6 phases divise la fréquence par 6, des fréquences de 0,5 Hz à 500 Hz peuvent être fournies au moteur. Dans les cas où vous devez accélérer le moteur de faibles vitesses à des vitesses élevées, vous pouvez augmenter progressivement la fréquence dans le circuit de la figure 3 à l'aide du commutateur SA1. L’inconvénient de ce schéma est que la fréquence augmente brusquement. Pour une montée en fréquence douce en mode automatique, les convertisseurs tension-fréquence sont bien adaptés [3]. L'industrie nationale n'a produit qu'un seul type de convertisseur de ce type : le microcircuit K1108PP1. Le microcircuit présente un certain nombre d'inconvénients : la plage de fréquence ne va que jusqu'à 10 kHz, l'alimentation bipolaire est de ±15 V. Mais il est tout à fait adapté à l'alimentation de moteurs électriques. La fréquence des impulsions de sortie du microcircuit DA1 dans le circuit de la Fig. 4 est déterminée par l'expression : . =Uin/(kIoR5C2), où les paramètres constants ont les valeurs suivantes : Io=1 mA, k=75 kOhm.
Aux calibres indiqués sur le schéma, la fréquence est F=34Uin, soit à une tension d'entrée maximale de +15 V, elle sera d'environ 500 Hz. Pour obtenir une gamme de fréquences plus large, il est nécessaire de réduire proportionnellement la capacité C2. Le schéma fonctionne comme suit. À la mise sous tension, le condensateur C1 commence à se charger via la résistance R2. La constante de temps du circuit de charge à ces valeurs nominales est de 20 s, soit L'ensemble du processus d'overclocking dure environ une minute. Pour faire correspondre le circuit haute impédance à l'entrée du convertisseur, une source suiveuse est installée sur le transistor à effet de champ VT1. Étant donné que les caractéristiques d'entrée des transistors à effet de champ présentent un écart en termes de tension de coupure, un réglage a été introduit sur le potentiomètre R3. Vous devez court-circuiter le condensateur C1 avec une pince à épiler et atteindre une tension nulle à la source de VT1. Le potentiomètre R1 est utilisé pour définir la fréquence de génération maximale. Débranchez le condensateur C1 et utilisez le fréquencemètre pour régler la fréquence maximale requise. La figure 5 montre le schéma du conditionneur de signal de la figure 2.
Le circuit se compose d'un compteur-décodeur DD1, dans lequel 6 positions du décodeur sont utilisées pour générer des signaux, et à partir de la septième position, le signal est défini pour réinitialiser le compteur. Son facteur de conversion est de 6. Comme le montre la figure 2, pour générer un signal de phase A, vous devez combiner les trois premières positions du décodeur, pour la phase B - les positions de la troisième à la cinquième, pour la phase C - la cinquième, sixième et premier. La figure 6 montre un module de puissance pour alimenter un moteur triphasé, composé de 6 pilotes VT1-VT6.
Pour chaque phase, deux pilotes sont utilisés, par exemple : pour la phase A, le pilote du bras supérieur est VT1 et le pilote du bras inférieur est VT2. Des signaux antiphase sont fournis aux entrées du pilote : celle du haut est A directe, celle du bas A est inversée. C'est pourquoi un signal à 6 phases est nécessaire. Des transistors de puissance bipolaires et à effet de champ peuvent être utilisés comme pilotes. Un certain nombre d'entreprises produisent des modules de 6 pilotes dans un seul package. Par exemple, International Rectifier produit le module CPV363M4. avec paramètres : tension collecteur-émetteur maximale 600 V, courant d'impulsion maximal 50 A. Les résistances R1-R3 sont des capteurs de courant, leurs tensions doivent être fournies aux centrales de contrôle de mode. L’alimentation des moteurs avec une tension triphasée pulsée, comme on le voit, est tout simplement mise en œuvre dans la pratique. Mais cela ne convient qu'aux moteurs de faible puissance. Par exemple, dans les caméras vidéo et les magnétoscopes, des moteurs électriques triphasés de petite taille sont utilisés pour faire avancer la bande et faire tourner le bloc de têtes rotatives [4]. Ils sont alimentés par une tension triphasée pulsée et des microcircuits spéciaux ont été développés à cet effet, par exemple le pilote de moteur BVG XRA6459P1. Pour les moteurs plus puissants, il est encore nécessaire de générer des tensions proches de la forme sinusoïdale, car Les tensions carrées peuvent provoquer d'importantes surtensions parasites, pouvant entraîner une rupture d'isolation. La figure 7 montre une approximation à deux niveaux d'un signal sinusoïdal.
Dans ce cas, le signal est formé en sommant deux séquences rectangulaires A1 et A2. Comme le montre la figure 7, pour générer ces signaux, l'intervalle de 360° doit être divisé en 12 parties. Par conséquent, une seule puce de compteur, comme sur la figure 5, ne suffira plus. Le nombre d'éléments logiques doublera. Si le driver Fig. 5 peut être assemblé sur 3 circuits intégrés, alors pour un driver à deux niveaux vous en aurez besoin de 6. Une question distincte sur les pilotes. Dans la version précédente, les drivers fonctionnaient en mode switch : le transistor était soit verrouillé, soit ouvert jusqu'à saturation. Dans ce cas, l’échauffement du transistor est très faible et il n’a pas besoin de dissipateur thermique. Regardons un exemple. Tension d'alimentation 60 V, courant de fonctionnement en mode saturation 10 A. Lorsque le transistor est verrouillé, il ne chauffe pas ; à l'état ouvert jusqu'à saturation, la chute de tension à ses bornes est d'environ 0,1 V, donc une puissance de 10x0,1 = 1 W est libérée, mais seulement pendant un demi-cycle , ce qui signifie que la puissance moyenne est de 0,5 W. Si l'on passe au mode de fonctionnement linéaire du transistor, la puissance de dissipation va fortement augmenter. Par exemple, là où il y a des moitiés du signal sur la figure 7, la chute de tension aux bornes du transistor sera de 30 V à un courant de 5 A, c'est-à-dire puissance 150 W. En considérant que cette puissance est allouée pour 1/6 de la période, on obtient une puissance moyenne de 25 W, soit 50 fois plus ! Il faut maintenant installer des radiateurs. Il est possible de se passer de radiateurs si chaque pilote est composé de deux transistors connectés en parallèle, l'un d'eux est alimenté par le signal A1 (Fig. 7) et l'autre - A2. Les transistors fonctionneront toujours en mode commutation, mais leur nombre doublera. Pour trois, quatre niveaux ou plus d'approximation d'un signal sinusoïdal, la complexité de l'équipement augmentera proportionnellement au carré du nombre de niveaux. Cette voie n’a donc aucune perspective. Dans les équipements professionnels, un signal sinusoïdal est obtenu de la manière illustrée à la Fig. 8.
Le signal d'horloge est envoyé à un compteur dont le code de sortie est l'adresse d'une mémoire morte (ROM) dans laquelle est écrite la table des sinus. Les codes numériques, proportionnels aux valeurs du sinus actuel, sont envoyés à un convertisseur numérique-analogique (DAC), où ils sont convertis en signaux sinusoïdaux analogiques. Pour les répartir entre les pilotes supérieur et inférieur, une gâchette et deux clés sont utilisées. Dans le premier demi-cycle, le signal sinusoïdal va au conducteur supérieur et dans le second au conducteur inférieur. Il y a environ 20 ans, nous avons produit commercialement le microcircuit K568PE1, dans lequel une table de sinus était enregistrée. Elle est désormais introuvable. Par conséquent, le développeur devra compiler lui-même la table du firmware ROM et programmer la puce ROM qui, voyez-vous, n'est pas accessible à tout le monde. Il existe un moyen plus simple de générer une tension proche de la sinusoïdale. Cette méthode est illustrée à la figure 9. Si vous multipliez des signaux linéairement croissants et linéairement décroissants, vous obtenez un signal parabolique, très proche d'un signal sinusoïdal.
Le schéma fonctionnel d'un dispositif mettant en œuvre ce principe est illustré à la figure 10.
Le générateur fournit des impulsions d'horloge en parallèle à deux compteurs. L’un compte pour l’addition, l’autre pour la soustraction. Les codes du compteur sont cohérents les uns avec les autres du fait que le signal d'état zéro du compteur soustractif est une réinitialisation du compteur positif. Les codes du compteur sont envoyés au multiplicateur numérique, et de celui-ci au DAC. Le système de commutation des pilotes est le même que sur la figure 8. Mais ce circuit est plus facile à mettre en œuvre que le circuit de la figure 8, car des microcircuits multiplicateurs prêts à l'emploi sont disponibles. Par exemple, dans la série CMOS, il existe une puce K561IP5. Vous pouvez procéder différemment : installez un DAC au niveau des sorties du compteur et connectez leurs sorties à un multiplicateur analogique, par exemple le K525PS2. Construire un entraînement électrique de haute qualité à fréquence variable, comme vous pouvez le constater, n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Littérature
Auteur : O.N. Partala
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