Controlul turatiei unui motor monofazat de 2KW cu integratul U2008B

Pentru controlul vitezei unui motor cu perii de curent alternativ este cel mai frecvent utilizat comutarea de fază cu ajutorul unui triac. În funcție de gradul de deschidere al triacului, putem controla viteza motorului. Dar acest lucru se aplică numai daca nu exista un consumator.O data cu marirea sarcinii,viteza scade, până când în cazuri extreme poate opri motorul complet. Întregul proces de control pe triac și monitorizarea curentului absorbit de motor poate fi implementat cu circuit integrat dedicat - U2008B de la ATMEL.

U2008B ATMEL

Descriere 

     "Inima" circuitului este reprezentata de integratul U2008B, care conține toate blocurile funcționale (cuplare lentă a tensiunii, curentului și unitatea de control al fazei). Circuitul este sincronizat cu rețeaua AC printr-un rezistor limitator R3 (330kΩ) la intrarea VSYNC (pinul 7).

     Turatia motorului este stabilită de potențiometrul P1 (50kΩ) . Iesirea sa este aplicata la tensiunea de comandă pe intrara CTR (pinul 3) de la U2008B. Faza  triacului TY1 (BTA40 / 600B) este controlată de ieșirea OUT (pinul 8). Curentul de încărcare este detectat ca o scădere de tensiune pe rezistența R1 (0,05 Ω). Puterea maximă a motorului este limitată la 2kW dacă folosim motoare de curent alternativ cu perii sau poate controla fără probleme viteza unui motor AC cu inductie monofazat de până la 600W. Mai jos este un videoclip pentru controlul unui motor de inducție de 500 W AC cu U2008B și BTA40 / 600B.

[youtube src="GyoswaSMnXw"][/youtube]

     Regulatorul de turație este construit pe o placă de circuit imprimat cu o dimensiune de 70 x 70 mm. Triacul TY1 (BTA40 / 600B) poate fi așezat pe un radiator mic. Deoarece circuitul controlerului este conectat electric direct la rețea, este necesar să se asigure toate normele de siguranță și protectie si sa fie încorporat intr-o cutie izolata (din plastic).

U2008B - Funcție si simbol pini 

1. ISENSE - Detectarea curentului absorbit de sarcină
2. Cφ - Variatia Tensiunii
3. CONTROL - Ieșire control / ieșire compensare
4. GND - Impamantare
5. VS - Tensiune de alimentare
6. Rφ - Reglarea variatiei curentului
7. VSYNC - Sincronizarea tensiunii
8. Ieșire - Declanșare pe iesire

Sursă de alimentare, pin 5 

     Circuitul integrat Atmel® U2008B, care conține și limitare de tensiune, poate fi conectat prin D1 și R1 la rețeaua de alimentare. Tensiunea de alimentare, între pinul 4 (poz., ⊥) și pinul 5, este filtrata de C1. Rezistența in serie R1 poate fi calculată după cum urmează:

R1max = 0,85 x VM - VSmax / 2 x Itot 

Unde:
VM = tensiunea rețelei
VSmax = tensiunea maximă de alimentare
Itot = ISmax + Ix = Compensarea curentului total
ISmax = Consumul maxim de curent al IC
Ix = consumul curent al componentelor externe

Operarea cu tensiune DC stabilizată extern nu este recomandată. 

Monitorizarea tensiunii 

      Atunci când tensiunea este aplicata, fluctuatiile necontrolate sunt evitate prin monitorizarea internă a tensiunii.
În afară de aceasta, toate dispozitivele de blocare ale circuitului (controlul fazei, reglarea limitei de sarcină) sunt resetate, iar condensatorul de pornire lenta este scurtcircuitat. Acest lucru garantează un comportament de pornire specificat de fiecare dată când tensiunea de alimentare este cuplata sau după întreruperile scurte ale sursei de alimentare. Soft start este inițiat după ce tensiunea de alimentare a fost conectata. Acest comportament garantează o pornire ușoară a motorului și asigură automat timpul optim de rulare.

Controlul fazei, pinul 6 

     Funcția controlului de fază este identică cu cea a binecunoscutului Atmel® IC U211B. Unghiul de fază al impulsului de declanșare este obținut prin compararea tensiunii de rampă V2 la pinul 2 cu valoarea setată pe intrarea de comandă, pinul 3. Panta rampei este determinată de C3 și este curentul de încărcare Iφ.
Curentul de încărcare poate fi reglat sau modificat utilizând R8 la pinul 6. Unghiul maxim de fază, αmax, (unghiul minim de curgere a curentului φmin) poate fi de asemenea reglat folosind R8.

Când potențialul de pe pinul 2 atinge nivelul punctului de referință al pinului 3, este generat un impuls de declanșare a cărui lățime de impuls, tp, este determinată din valoarea lui C3 (tp = 9μs / nF). În același timp, este stabilit un blocaj pe impulsul de ieșire, atâta timp cât reinitializarea automată nu a fost activată, deci nu mai pot fi generate impulsuri în acel semicerc. Intrarea de comandă la pinul 3 (cu privire la pinul 4) are o gamă activă de la -9V la -2V. Când V3 = -9V, unghiul de fază este la amax maxim, adică unghiul de curgere curent este minim. Unghiul minim de fază amin este setat cu V3 ≥ -1V.

Reinitializarea automată 

      Circuitul detectorului de curent monitorizează starea triacului după declanșarea prin măsurarea căderii de tensiune la intrarea triacului. Un flux de curent prin triac este recunoscut atunci când căderea de tensiune depășește un prag de 40 mV tipic.
În cazul în care triacul este stins în jumătatea de undă relevantă după declanșare (de exemplu, datorită curenților de sarcină redusă înainte sau după trecerea zero a fluxului de curent sau comurarea motoarelor, datorită dispozitivelor de ridicare cu perii), circuitul automat de reinitializare asigură repornirea imediată, necesare cu o rată mare de repetare, tpp / tp, până când triacul rămâne activat în mod sigur.

Sincronizarea curentă, pinul 8 

Sincronizarea curentă îndeplinește două funcții:
• Monitorizarea fluxului de curent după declanșare. În cazul în care triacul se stinge din nou sau nu pornește, declanșarea automată este activată atât timp cât declanșarea este reușită.
• Evitarea declanșării datorită sarcinii inductive. În cazul operării sarcinii inductive, sincronizarea curentă asigură că în jumătatea de undă nu este activat nici un impuls atâta timp cât există un curent disponibil din semnalul precedent, care curge de la polaritatea opusă la tensiunea reală de alimentare.
O caracteristică specială a IC este realizarea sincronizării actuale. Aparatul evaluează tensiunea la ieșirea de impuls dintre poarta și piciorusul de referință al triacului.

Sincronizarea tensiunii cu compensarea tensiunii de rețea, pinul 7 

      Detectorul de tensiune sincronizează rampa de referință cu tensiunea rețelei de alimentare. În același timp, curentul de intrare dependent de rețea la pinul 7 este format și corectat intern. Acest curent activează reinitializarea automată și, în același timp, este disponibil la pinul 3. Prin dimensionarea corespunzătoare, este posibil să se atingă efectul de compensare specificat.
Compensarea automată a reinitializarii și a tensiunii de rețea nu este activată până la | V7 - V4 | crește la 8V. Rezistența Rsync definește lățimea impulsului de trecere de tensiune zero, a curentului de sincronizare și, prin urmare, a curentului de compensare a tensiunii de alimentare. Dacă nu este necesară compensarea tensiunii de rețea și reinitializarea automată, ambele funcții pot fi suprimate prin limitarea | V7 - V4 | <7 V.

O caracteristică suplimentară a integratului este selecția între compensarea pornire lenta și compensarea curentului de sarcină.
Soft start este posibil prin conectarea unui condensator între pinul 1 și pinul 4. În cazul compensării curentului de sarcină, pinul 1 este conectat direct la rezistența R6, care este utilizată pentru detectarea curentului de sarcină.

Detectarea curentului de sarcină, pinul 1 

      Circuitul măsoară continuu curentul de sarcină ca o scădere a tensiunii la rezistența R6. Evaluarea și utilizarea ambelor jumătăți de undă are ca rezultat o reacție rapidă la schimbarea curentului de sarcină. Datorită tensiunii la rezistența R6, există o creștere a curentului de intrare la pinul 1. Această creștere de curent controlează sursa internă de curent, ale cărei valori de curent pozitive sunt disponibile la pinul 3. Curentul de ieșire generat la pinul 3 conține diferența de sarcină - detectarea curentului și compensarea tensiunii de rețea.
     Tensiunea efectivă de control este curentul final la pinul 3 împreună cu plaja de valori dorită. O creștere a tensiunii de rețea determină o creștere a unghiului de control α. O creștere a curentului de sarcină duce la scăderea unghiului de control. Acest lucru evită o scădere a turației prin creșterea încărcării, precum și o creștere a turației prin creșterea tensiunii de alimentare.

     BTA40 600B este adecvat pentru comutarea întreruptoarelor de curent alternativ. BTA40 / 600B poate fi folosit ca functie ON / OFF in aplicatii cum ar fi relee statice, reglare incalzire, incalzitoare de apa, circuite de pornire a motoarelor cu inductie, echipamente de sudura ... sau pentru functionarea controlului fazei la regulatoare de turatie de mare putere, la tehnica de asamblare a clipului, ele oferă o performanță superioară în capacitățile de manevrare a curentului de supratensiune.

     Circuitul, care este conectat direct la rețea, utilizează un control proporțional de fază pentru a elimina vârfurile la comutarea ON. Aceste vârfuri sunt, de asemenea, suprimate într-o oarecare măsură de varistorul S20K275V. Utilizați siguranța de pornire lentă de 16A.

PCB-ul este de dimensiuni reale!

Sursă: http://www.atmel.com/images/doc4673.pdf