ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙΣΧΥΟΣ Ι

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 7

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ DC

Καθηγητής: Στέφανος Μανιάς

1. Θεωρία

Ο έλεγχος ταχύτητας ενός κινητήρα DC επιτυγχάνεται μέσω ελέγχου της τάσης στα άκρα του τυμπάνου του. Αυξομειώνοντας την τάση τυμπάνου έχουμε την δυνατότητα αυξομείωσης της ταχύτητας του κινητήρα.

Η αύξηση της τάσης τυμπάνου μπορεί να επιτευχθεί με ένα ηλεκτρονικό σύστημα όπως αυτό που παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα. Το κύκλωμα αυτό ονομάζεται τεμαχιστής (chopper) διότι τεμαχίζει την DC τάση τροφοδοσίας και την εφαρμόζει στα άκρα του κινητήρα. Στην περίπτωση αυτή ο ημιαγωγικός διακόπτης Δ τεμαχίζει την τάση εισόδου με σταθερή διακοπτική συχνότητα αλλά με μεταβλητό εύρος έτσι ώστε στα άκρα του κινητήρα να εμφανίζεται μια παλμοσειρά τάσης. Αυξομειώνοντας μέσω του διακόπτη Δ το εύρος αυτής της παλμοσειράς αυξομειώνεται η μέση τιμή της τάσης τυμπάνου του κινητήρα και κατά συνέπεια να έχουμε αυξομείωση της ταχύτητας του.

Ο ημιαγωγικός διακόπτης Δ ανοιγοκλείνει σύμφωνα με τους παλμούς οδήγησης που προέρχονται από την έξοδο του συγκριτή. Στην μία είσοδο του συγκριτή έχουμε τριγωνική κυματομορφή, η οποία δημιουργείται από μία γεννήτρια, και στην άλλη μία τάση DC (τάση αναφοράς) τιμής Ε η οποία προέρχεται από ένα ποτενσιόμετρο.Ο συγκριτής δημιουργεί στην έξοδό του μια παλμική τάση της οποίας η συχνότητα είναι η ίδια με την συχνότητα της τριγωνικής κυματομορφής και μεταβλητού εύρους. Η μεταβολή του εύρους των παλμών εξαρτάται από την DC τάση αναφοράς Ε. Όταν η τάση αναφοράς Ε είναι μεγαλύτερη από την τριγωνική κυματομορφή η έξοδος του συγκριτή πηγαίνει στα +12Volts. Όταν η τάση αναφοράς Ε είναι μικρότερη από την τριγωνική κυματομορφή τότε η έξοδος του συγκριτή πηγαίνει στα –12Volts. Επομένως ο συγκριτής λειτουργεί ως διακόπτης του οποίου η έξοδος πηγαίνει στα +12Volts ή –12Volts ανάλογα με το αποτέλεσμα της σύγκρισης των δύο σημάτων εισόδου. Κατά συνέπεια το εύρος των παλμών της τάσης εξόδου του συγκριτή καθορίζεται από τα σημεία τομής της τριγωνικής κυματομορφής και της τάσης αναφοράς Ε. Αυξομειώνοντας την τάση αναφοράς Ε επιτυγχάνουμε παλμούς οδήγησης για τον ημιαγωγικό διακόπτη Δ σταθερής συχνότητας και μεταβλητού εύρους (δηλαδή μεταβλητού χρόνου αγωγής). Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται μία παλμοσειρά τάσης στα άκρα του κινητήρα μεταβλητού εύρους και κατά συνέπεια μεταβλητής μέσης τιμής που έχει σαν αποτέλεσμα τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα.

Ο ημιαγωγικός διακόπτης Δ ο οποίος στην περίπτωση αυτή λειτουργεί είτε στην περιοχή κορεσμού είτε στην περιοχή αποκοπής μπορεί να υλοποιηθεί με τρανζίστορ ισχύος, MOSFET ισχύος, θυρίστορ, GTO ή IGBT ανάλογα με τις απαιτήσεις ισχύος του DC κινητήρα.

2. Πρακτική εφαρμογή

Για την άσκηση να γίνουν τα ακόλουθα:

1. Να κατασκευασθεί το κύκλωμα ελέγχου ενός DC κινητήρα ονομαστικής τάσης ελέγχου 12Volts και ονομαστικής ταχύτητας 2,500 RPM το οποίο παρουσιάζεται στα παρακάτω σχήματα.

2. Να υπολογισθεί η μέση τιμή της τάσης τυμπάνου όταν ο Δ άγει πρώτον για το 50% και δεύτερον για το 20% της διακοπτικής περιόδου.

3. Να σχεδιασθεί η κυματομορφή των παλμών οδήγησης του Δ, η κυματομορφή στα άκρα του Δ και η κυματομορφή στα άκρα του τυμπάνου του κινητήρα όταν ο Δ άγει για το 40% της διακοπτικής περιόδου.

---

ΣΧΗΜΑ 1.ΕΛΕΓΚΤΗΣ

ΣΧΗΜΑ 2.ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΟ