RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Блок управления электродвигателем


Устройства управления электродвигателями

Устройство (система) управления электродвигателем (контроллер двигателя) - устройство или группа устройств, которые предназначены для управления электродвигателем.

Устройство управления электродвигателем может включать ручные или автоматические средства для запуска и остановки двигателя, средства выбора прямого или обратного направления вращения, выбора и регулирования скорости вращения, регулирования или ограничения момента, защиту от перегрузки и от неисправности.

Каждый электродвигатель должен иметь своего рода систему управления (контроллер). Система управления электродвигателем в зависимости от задачи будет иметь различные характеристики и сложность.

Простейшим случаем управления электродвигателем является выключатель который соединяет электродвигатель с источником энергии, например как в небольших бытовых приборах или электроинструменте (дрели и др.). Переключение может осуществляться вручную, с помощью реле или контактора подсоединенного к датчику для автоматического запуска или остановки электродвигателя. Переключатель может иметь несколько положений для выбора различных способов подключения электродвигателя, что может позволить уменьшить пусковое напряжение, выбирать направление и скорость вращения.

Более сложные системы управления электродвигателями могут использоваться для точного управления скорости и момента электродвигателя, могут быть частью системы для точного управления угловым положением управляемого механизма.

Устройства управления электродвигателями могут управляться вручную, удаленно или автоматически. Они могут иметь, как только функции старта и остановки двигателя, так и многие другие функции.

Устройства управления двигателями можно классифицировать по типам управляемых электродвигателей (таких как СДПМ, КДПТ и др.) или по назначению.

Устройства для прямого подключения

Устройства с помощью которых электродвигатель напрямую подключается к источнику питания. Самый простой способ подключения. Небольшие электродвигатели некоторых типов могут быть включены: напрямую в розетку, с использованием выключателя, через автоматический выключатель. Такой способ подключения мгновенно соединяет электродвигатель с сетью питания.

Устройство плавного пуска

Используется для уменьшения пусковых токов асинхронных электродвигателей, что позволяет существенно продлить срок службы двигателя. Устройство плавного пуска используется в задачах, где не требуется управлять скоростью вращения или моментом электродвигателя. При этом для двигателей одинаковой мощности устройство плавного пуска дешевле частотного преобразователя.

Сервопривод

Устройство позволяет точно контролировать угловое положение, скорость и ускорение исполнительного механизма посредством управления синхронным электродвигателем (обычно СДПМ).

engineering-solutions.ru

Блоки управления

Блок управления асинхронным электродвигателем нерегулируемый нереверсивный (БНН).

Блок управления асинхронным электродвигателем нерегулируемый реверсивный (БНР) .

Блок управления асинхронным электродвигателем с пуском двигателя методом звезда-треугольник (БТЗ).

Блок автоматического ввода резерва (БАВР).

 

• Блоки рассчитаны для управления электродвигателями с номинальным током статора до 100А, при напряжении 380В переменного тока частотой 50 Гц.

 

Аппаратный состав.

В блоках в основном применяются отечественное оборудование:

• Автоматические выключатели типов АЕ1031, АЕ2036, АЕ2046, АЕ2056, ВА57-35;

• Магнитные пускатели типа ПМЛ1100…ПМЛ4100, ПМЛ1501…ПМЛ4500, ПМ12-100;

• Тепловые реле типа РТЛ, РТТ.

По требованию заказчика шкафы могут комплектоваться аппаратурой фирм ABB, Schneider, ИЭК и других.

 

 

Блоки управления, входящие в состав щита ЩУ-ЧЭ, можно разделить на три функциональные группы:

1. Блоки управления агрегатами (насосами, вентиляторами, задвижками). Блоки предназначены  непосредственно  для  управления  агрегатами  и  содержат  всю необходимую пускозащитную аппаратуру (автоматический выключатель, магнитный пускатель, тепловое реле). Блок устанавливается для каждого агрегата. К этим блокам относятся блоки БНН, БНР, БРП, БТЗ. Блоки БНН, БНР, БТЗ работают автономно, блок БРП требует подключения к блоку регулирования БПЧ. Блоки могут управлять агрегатом как в местном режиме (кнопками на лицевой панели или на выносном кнопочном посте), так и в дистанционном (автоматическом) режиме под управлением системы автоматизации теплового пункта (система автоматизации подключается к клеммнику цепей  управления  блока). Выбор  режима  управления  осуществляется переключателем на лицевой панели блока. Включение агрегата показывается лампой на лицевой панели.

2. Блок  регулирования — блок  БПЧ. Этот блок  предназначен  для  регулирования частоты вращения электродвигателей. Блок содержит электронный регулирующий прибор – преобразователь частоты,  силовую  коммутационную  аппаратуру  и логическое устройство, управляющее работой преобразователя частоты и магнитных пускателей, а также осуществляющие контроль за исправностью преобразователя.
Блок БПЧ работает совместно с блоками БРП. Блок регулирования  устанавливается один на группу насосных агрегатов. Блок обеспечивает работу насосного агрегата как в регулируемом режиме, так и в режиме прямого подключение к сети. Выбор режима производится как вручную переключателем на лицевой панели, так и автоматически при неисправности прибора регулирования. Режим работы агрегата отображается лампами на лицевой панели блока. Блоки регулирования не соединяются с системой автоматизации теплового пункта, все управляющие сигналы они получают от блоков управления (БРП). К блоку БПЧ производится подключение датчиков давления для обеспечения процесса регулирования давления.

3. Вспомогательные блоки. К этим блокам относится блок АВР. Устанавливается обычно в шкафу ШПЧ, один блок на весь тепловой пункт. Обеспечивает питанием систему автоматизации теплового пункта, пожарную электрозадвижку, цепи аварийного освещения.

Лицевая панель блоков

БПП, БРП, БТЗ

 

Лицевая панель блока БПЧ2

(на 2 насоса)

 

Блок  управления  асинхронным  электродвигателем  нерегулируемый  нереверсивный  (БНН) предназначен для управления механизмами с нереверсивными асинхронными электродвигателями (насосы, вентиляторы и т.п.). Блок обеспечивает защиту цепей электродвигателя от коротких замыканий (с помощью автоматического  выключателя)    и  защиту  от  перегрузки  по  току  (с  помощью  теплового  реле).  Блок обеспечивает управление электродвигателем в двух режимах – местном и дистанционном. В местном режиме  управление  осуществляется  от  кнопок  на  двери  щита,  в  дистанционном – от  системы автоматизации ЦТП.

Схема силовых

цепей блока

На переключателе выбора режима предусмотрен контакт, информирующий систему автоматизации ЦТП о выборе дистанционного режима управления. В схеме блока предусмотрено подключение выключателя безопасности, устанавливаемого рядом с управляемым электродвигателем.

Схема подключения блока для работы с прибором «Мастер»

Схема подключения блока для работы сприбором «Текон»

 

Блок  управления  асинхронным  электродвигателем  нерегулируемый  реверсивный  (БНР) предназначен  для  управления  механизмами  с  реверсивными  асинхронными  электродвигателями (электрозадвижки, регулирующие вентили и т.п.). Блок обеспечивает защиту цепей электродвигателя от коротких замыканий (с помощью автоматического выключателя)  и защиту от перегрузки по току (с помощью теплового реле). Блок обеспечивает управление электродвигателем в двух режимах – местном и дистанционном.  В  местном  режиме  управление  осуществляется  от  кнопок,  установленных  рядом  с управляемым  механизмом,  в  дистанционном – от  системы  автоматизации  ЦТП.  В  схеме  блока предусмотрена возможность подключения концевых выключателей, отключающих электродвигатель при достижении механизмом конечных положений. В схеме блока предусмотрено подключение выключателя безопасности, устанавливаемого рядом с управляемым электродвигателем.

Схема силовых цепей блока

Схема подключения блока для работы с прибором «Мастер», «Текон».

Для прибора «Мастер» клеммы 12 и 13 не используются.

Блок управления частотно-регулируемым электроприводом (БРП) предназначен для управления нереверсивными  асинхронными  электродвигателями  (насосы,  вентиляторы  и  т.п.)  с  возможностью регулирования  частоты  вращения  управляемого  электродвигателя.  Блок  предназначен  для  совместной работы  с  блоком  управления  преобразователем  частоты  (БПЧ).  Блок  обеспечивает  защиту  цепей электродвигателя  от  коротких  замыканий  (с  помощью  автоматического  выключателя)    и  защиту  от перегрузки по току (с помощью теплового реле), а также защиту цепей питания преобразователя частоты (с помощью  автоматического  выключателя).  Блок  обеспечивает  управление  электродвигателем  в  двух режимах – местном и дистанционном. В местном режиме управление осуществляется от кнопок на двери щита  (имеется  возможность включения  насоса  в  регулируемом  и  нерегулируемом  режиме),  в дистанционном – от  системы  автоматизации  ЦТП.  На  переключателе  выбора  режима  предусмотрен контакт, информирующий систему автоматизации ЦТП о выборе дистанционного режима управления. В схеме  блока предусмотрено  подключение  выключателя  безопасности,  устанавливаемого  рядом  с управляемым электродвигателем.

Схема силовых цепей блока

Схема подключения блока для

работы с прибором «Мастер»

Схема подключения блока для работы с

прибором «Текон»

Блок управления  преобразователем  частоты  (БПЧ) предназначен  для  регулирования  частоты вращения  асинхронного  электродвигателя  путем  изменения  величины  и  частоты  подаваемого  на электродвигатель напряжения. Блок устанавливается один на группу насосных агрегатов (ХВС, ГВС или ЦНО) и работает совместно с блоками управления частотно-регулируемым электроприводом (БРП). Блок обеспечивает  регулирование  частоты  электродвигателя  в  зависимости  от  давления  на  выходе  группы насосных агрегатов (ХВС, ГВС) или перепада давления на насосном агрегате (ЦНО). Задание требуемого давления (перепада) осуществляется с помощью цифро-аналогового задатчика, установленного на двери щита. В схеме блока предусмотрена возможность переключения электродвигателя в нерегулируемый режим при неисправности преобразователя частоты. Включение насоса в нерегулируемом режиме отображается лампой на двери щита.

Схема силовых цепей

блока БПЧ2 (на 2 насоса)

 

Схема подключения блока

БПЧ2 (на 2 насоса)

Схема силовых цепей блока

БПЧ3 (на 3 насоса)

Схема подключения блока БПЧ3 (на 3 насоса)

Для  насосов  ХВС,  ГВС,  пожарных  и  т.п.  устанавливается  один  датчик  давления  на  группу.  Он подключается к клеммам 21(+), 22(-) блока БПЧ2, 31(+), 32(-) блока БПЧ3.

Для  насосов  ЦНО  устанавливается  два  датчика  давления – на  входе  и  выходе  группы  насосных агрегатов. Датчик на выходе насосов подключается к клеммам 21(+), 22(-) блока БПЧ2, 31(+), 32(-) блока БПЧ3, датчик на входе насосов подключается к клеммам 23 (+), 24(-) блока БПЧ2, 33(+), 34(-) блока БПЧ3.

Блок  управления  асинхронным  электродвигателем  с  пуском  двигателя  методом  звезда-треугольник (БТЗ).

Схема силовых цепей

блока

Блок аналогичен блоку БНН, но имеет дополнительный магнитный пускатель, осуществляющий  перекоммутацию  обмоток  электродвигателя  со  звезды  на треугольник в процессе разгона через заданную выдержку времени (1..30сек).

Применяется для электродвигателей, рассчитанных на напряжение 380/660В — например, по требованию фирмы Grundfos, насосы мощностью 5,5кВт и более должны пускаться методом звезда-треугольник.

Схема подключения блока для работы с прибором «Мастер»

Схема подключения блока для работы с прибором «Текон»

Блок  автоматического  ввода  резерва  (БАВР) предназначен  для  автоматического  переключения нагрузки  на  резервный  ввод  при  неисправности  (исчезновение  напряжение,  обрыв  одной  из  фаз, неправильное чередование фаз) основного. Блок устанавливается в шкафу ШПЧ, в шкафах РШУ-1 и РШУ-2 устанавливаются автоматические выключатели, к которым подключают вводные линии блока.

Внешний вид блока

Блоки БНН и БРП имеют дополнительные исполнения:
• БНН-Т и БРП-Т — в типовые блоки добавлен модуль позисторной защиты (электронный блок, отключающий насос при перегреве термодатчика, встроенного в обмотки двигателя; применяется с насосами Grundfos).
• БНН-П и БРП-П — в типовые блоки добавлено устройство плавного пуска электродвигателя (для БРП — в цепь работы насоса от сети).
• БНН-ПТ и БРП-ПТ — в блоки добавлены и модуль позисторной защиты и устройство плавного пуска.

 

 Параметры блоков управления БНН, БРП и БНР приведены в таблице:

Типовой индекс Мощность подключаемого двигателя, кВт Номинальный ток, А Пределы регулирования теплового реле Автоматический выключатель Пускатель Тепловое реле
01 0,18 0,66 0,61-1 AE2036M 1,6А ПМЛ1100 РТЛ-1005
02 0,37  1,2  0,95-1,6 AE2036M  2А ПМЛ1100 РТЛ-1006
03 0,75  1,7  1,5-2,6  AE2036M 3,15А  ПМЛ1100  РТЛ-1007
03 1,5  3  2,4-4  AE2036M 4А  ПМЛ1100  РТЛ-1008
05 2,2  5  3,8-6  AE2036M 8А  ПМЛ1100  РТЛ-1010
06 3,0  6  5,5-8  AE2036M 8А  ПМЛ1100  РТЛ-1012
07 4,0  8  7-10  AE2036M 10А  ПМЛ1100  РТЛ-1014
08 5,5  11  9,5-14  AE2036M 16А  ПМЛ1100  РТЛ-1016
09 7,5  15  13-19  AE2036M 20А  ПМЛ2100  РТЛ-1021
10 11,0  21  18-25  AE2046M 31,5А  ПМЛ2100  РТЛ-1022
11 15,0  29  23-32  AE2046M 40А  ПМЛ3100  РТЛ-2053
12 18,5  36  30-41  AE2046M 50А ПМЛ3100 РТЛ-2055
13 22,0  43  38-52  AE2046M 63А  ПМЛ4100  РТЛ-2057
14 25,0  49  47-64  AE2046M 63А ПМЛ4100 РТЛ-2059
15 30,0  59  54-74  AE2056MM 80А  ПМЛ4100 РТЛ-2061
16 37,0  73  75

ВА57-35 100А

 ПМ 12-100  РТТ-ЗП
17 45,0  90  100 ВА57-35 125А  ПМ 12-100 РТТ-ЗП

 

В данной таблице указана пуско-защитная аппаратура отечественного производства.

www.itergroup.ru

Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС – понимание процесса

Когда я начал разрабатывать блок управления бесколлекторным двигателем (мотор-колесом), было много вопросов о том, как сопоставить реальный двигатель с абстрактной схемой из трех обмоток и магнитов, на которой, как правило, все объясняют принцип управления бесколлекторными двигателями.

Когда я реализовал управление по датчикам Холла я еще не очень понимал, что происходит в двигателе дальше абстрактных трех обмоток и двух полюсов: почему 120 градусов и почему алгоритм управления именно такой.

Все встало на место, когда я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным двигателем — понимание процесса, происходящего в реальной железке, помогло разработать аппаратную часть и понять алгоритм управления.

Ниже я постараюсь расписать свой путь к пониманию принципа управления бесколлекторным двигателем постоянного тока.



Для работы бесколлекторного двигателя необходимо чтобы постоянное магнитное поле ротора увлекалось за вращающемся электромагнитным полем статора, как и в обычном ДПТ.

Вращение магнитного поля статора осуществляется коммутацией обмоток с помощью электронного блока управления.
Конструкция бесколлекторного двигателя схожа с конструкцией синхронного двигателя, если подключить бесколлекторный двигатель в трехфазную сеть переменного тока, удовлетворяющую электрическим параметрам двигателя, он будет работать.

Определенная коммутация обмоток бесколлекторного двигателя позволяет управлять им от источника постоянного тока. Чтобы понять, как составить таблицу коммутаций бесколлекторного двигателя необходимо рассмотреть управление синхронной машиной переменного тока.

Синхронная машина
Синхронная машина управляется от трехфазной сети переменного тока. Двигатель имеет 3 электрические обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов.

Запустив трехфазный двигатель в генераторном режиме, постоянным магнитным полем будет наводиться ЭДС на каждую из обмоток двигателя, обмотки двигателя распределены равномерно, на каждую из фаз будет наводиться синусоидальное напряжение и данные сигналы будут смещены между собой на 1/3 периода (рисунок 1). Форма ЭДС меняется по синусоидальному закону, период синусоиды равен 2П(360), поскольку мы имеем дело с электрическими величинами (ЭДС, напряжение, ток) назовем это электрическими градусами и будем измерять период в них.

При подаче на двигатель трехфазного напряжения в каждый момент времени на каждой обмотке будет некое значение силы тока.


                                                Рисунок 1. Вид сигнала трехфазного источника переменного тока.

Каждая обмотка формирует вектор магнитного поля пропорциональный току на обмотке. Сложив 3 вектора можно получить результирующий вектор магнитного поля. Так как с течением времени ток на обмотках двигателя меняется по синусоидальному закону, меняется величина вектора магнитного поля каждой обмотки, а результирующий суммарный вектор меняет угол поворота, при этом величина данного вектора остается постоянной.


                                                       Рисунок 2. Один электрический период трехфазного двигателя.

На рисунке 2 изображен один электрический период трехфазного двигателя, на данном периоде обозначено 3 произвольных момента, чтобы построить в каждом из этих моментов вектора магнитного поля отложим данный период, 360 электрических градусов, на окружности. Разместим 3 обмотки двигателя сдвинутые на 120 электрических градусов относительно друг друга (рисунок 3).


     Рисунок 3. Момент 1. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Вдоль каждой из фаз построен вектор магнитного поля, создаваемый обмоткой двигателя. Направление вектора определяется направлением постоянного тока в обмотке, если напряжение, прикладываемое к обмотке положительно, то вектор направлен в противоположную сторону от обмотки, если отрицательное, то вдоль обмотки. Величина вектора пропорциональна величине напряжения на фазе в данный момент.
Чтобы получить результирующий вектор магнитного поля необходимо сложить данные вектора по закону сложения векторов.
Аналогично построение для второго и третьего моментов времени.


      Рисунок 4. Момент 2. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Так, с течение времени, результирующий вектор плавно меняет свое направление, на рисунке 5 изображены получившиеся вектора и изображен полный поворот магнитного поля статора за один электрический период.


                                 Рисунок 5. Вид вращающегося магнитного поля формируемого обмотками на статоре двигателя.

За этим вектором электрического магнитного поля увлекается магнитное поле постоянных магнитов ротора в каждый момент времени (рисунок 6).


                            Рисунок 6. Постоянный магнит (ротор) следует направлению магнитного поля формируемого статором.

Так работает синхронная машина переменного тока.

Имея источник постоянного тока необходимо самостоятельно формировать один электрический период со сменой направлений тока на трех обмотках двигателя. Поскольку бесколлекторный двигатель по конструкции такой же, как синхронный, в генераторном режиме имеет идентичные параметры, необходимо отталкиваться от рисунка 5, где изображено сформированное вращающееся магнитное поле.

Постоянное напряжение
Источник постоянного тока имеет только 2 провода «плюс питания» и «минус питания» это значит, что есть возможность подавать напряжение только на две из трех обмоток. Необходимо аппроксимировать рисунок 5 и выделить все моменты, при которых возможно скоммутировать 2 фазы из трех.

Число перестановок из множества 3 равняется 6, следовательно, имеется 6 вариантов подключения обмоток.
Изобразим возможные варианты коммутаций и выделим последовательность, при которой вектор будет шаг за шагом проворачиваться далее пока не дойдет до конца периода и не начнет сначала.

Электрический период будем отсчитывать от первого вектора.


      Рисунок 7. Вид шести векторов магнитного поля которые можно создать от источника постоянного тока коммутацией двух из трех обмоток.

На рисунке 5 видно, что при управлении трехфазным синусоидальным напряжением имеется множество векторов плавно проворачивающихся с течением времени, а при коммутации постоянным током возможно получить вращающееся поле только из 6 векторов, то есть переключение на следующий шаг должно происходить каждые 60 электрических градусов.
Результаты из рисунка 7 сведены в таблицу 1.

 Таблица 1. Полученная последовательность коммутаций обмоток двигателя.

Плюс питания Минус питания Обмотка не подключена
W U V
W V U
U V W
U W V
V W U
V U W

Вид получившегося управляющего сигнала в соответствии с таблицей 1 изображен на рисунке 8. Где -V коммутация на минус источника питания (GND), а +V коммутация на плюс источника питания.
    Рисунок 8. Вид управляющих сигналов от источника постоянного тока для бесколлекторного двигателя. Желтый – фаза W, синий – U, красный – V.

Однако реальная картина с фаз двигателя будет похожа на синусоидальный сигнал из рисунка 1. У сигнала образуется трапециевидная форма, так как в моменты, когда обмотка двигателя не подключена, постоянные магниты ротора наводят на нее ЭДС (рисунок 9).


                                    Рисунок 9. Вид сигнала с обмоток бесколлекторного двигателя в рабочем режиме.

На осциллографе это выглядит так:


                                 Рисунок 10. Вид окна осциллографа при измерении одной фазы двигателя.

Конструктивные особенности
Как было сказано ранее за 6 переключений обмоток формируется один электрический период 360 электрических градусов.
Необходимо связать данный период с реальным углом вращения ротора. Двигатели с одной парой полюсов и трехзубым статором применяются крайне редко, двигатели имеют N пар полюсов.
На рисунке 11 изображены модели двигателя с одной парой полюсов и с двумя парами полюсов.


                                       а.                                                                                              б.
                                      Рисунок 11. Модель двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

Двигатель с двумя парами полюсов имеет 6 обмоток, каждая из обмоток парная, каждая группа из 3 обмоток смещена между собой на 120 электрических градусов. На рисунке 12б. отложен один период для 6 обмоток. Обмотки U1-U2, V1-V2, W1-W2 соединены между собой и в конструкции представляют 3 провода вывода фаз. Для простоты рисунка не отображены соединения, но следует запомнить, что U1-U2, V1-V2, W1-W2 одно и то же.

На рисунке 12, исходя из данных таблицы 1, изображены вектора для одной и двух пар полюсов.


                                       а.                                                                                              б.
                     Рисунок 12. Схема векторов магнитного поля для двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

На рисунке 13 изображены вектора, созданные 6 коммутациями обмоток двигателя с одной парой полюсов. Ротор состоит из постоянных магнитов, за 6 шагов ротор провернется на 360 механических градусов.
На рисунке обозначены конечные положения ротора, в промежутках между двумя соседними положениями ротор проворачивается от предыдущего к следующему скоммутированному состоянию. Когда ротор достигает данного конечного положения, должно происходить следующее переключение и ротор будет стремиться к новому заданному положению, так чтобы его вектор магнитного поля стал сонаправлен с вектором электромагнитного поля статора.


        Рисунок 13. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с одной парой полюсов.

В двигателях с N парами полюсов необходимо пройти N электрических периодов для полного механического оборота.
Двигатель с двумя парами полюсов будет иметь два магнита с полюсами S и N, и 6 обмоток (рисунок 14). Каждая группа из 3 обмотки смещены друг относительно друга на 120 электрических градусов.


        Рисунок 14. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с двумя парами полюсов.

Определение положения ротора бесколлекторного двигателя
Как было сказано ранее для работы двигателя необходимо в нужные моменты времени подключать напряжение на нужные обмотки статора. Подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора, так чтобы магнитное поле статора всегда опережало магнитное поле ротора. Для определения положения ротора двигателя и коммутаций обмоток используют электронный блок управления.
Отслеживание положения ротора возможно несколькими способами:
      1. По датчикам Холла
      2. По обратной ЭДС
Как правило, датчиками Холла производители оснащают двигатель при выпуске, поэтому это самый распространённый метод управления.
Коммутирование обмоток в соответствии с сигналами обратной ЭДС позволяет отказаться от датчиков встроенных в двигатель и использовать в качестве датчика анализ свободной фазы двигателя, на которую будет наводиться магнитным полем противо-ЭДС.

Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла
Чтобы коммутировать обмотки в нужные моменты времени необходимо отслеживать положение ротора в электрических градусах. Для этого применяются датчики Холла.
Поскольку имеется 6 состояний вектора магнитного поля необходимо 3 датчика Холла, которые будут представлять один абсолютный датчик положения с трехбитным выходом. Датчики Холла устанавливаются также как обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов. Это позволяет использовать магниты ротора в качестве воздействующего элемента датчика.


                                Рисунок 15. Сигналы с датчиков Холла за один электрический оборот двигателя.

Для вращения двигателя необходимо чтобы магнитное поле статора опережало магнитное поле ротора, положение, когда вектор магнитного поля ротора сонаправлен с вектором магнитного поля статора является конечным для данной коммутации, именно в этот момент должно происходить переключение на следующую комбинацию, чтобы не давать ротору зависать в стационарном положении.
Cопоставим сигналы с датчиков Холла с комбинацией фаз которые необходимо скоммутировать (таблица 2)

 Таблица 2. Сопоставление сигналов датчиков Холла с коммутацией фаз двигателя.

Положение двигателя HU(1) HV(2) HW(3) U V W
0 0 0 1 0 - +
1 0 1 + - 0
1 0 0 + 0 -
1 1 0 0 + -
0 1 0 - + 0
360/N 0 1 1 - 0 +

При равномерном вращении двигателя с датчиков поступает сигнал смещенный на 1/6 периода, 60 электрических градусов (рисунок 16).
                                                        Рисунок 16. Вид сигнала с датчиков Холла.

Управление с помощью сигнала обратной ЭДС
Существуют бесколлекторный двигатели без датчиков положения. Определение положения ротора осуществляется с помощью анализа сигнала ЭДС на свободной фазе двигателя. В каждый момент времени к одной из фаз подключен «+» к другой «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, магнитное поле ротора наводит ЭДС в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе изменяется (рисунок 17).


                                                 Рисунок 17. Изменение напряжения на фазе двигателя.

Сигнал с обмотки двигателя разбит на 4 момента:
   1. Обмотка подключена к 0
   2. Обмотка не подключена (свободная фаза)
   3. Обмотка подключена к питающему напряжению
   4. Обмотка не подключена (свободная фаза)
Сопоставив сигнал с фаз с управляющим сигналом, видно, что момент перехода на следующее состояние можно детектировать пересечением средней точки (половины питающего напряжения) с фазой, которая в данный момент не подключена (рисунок 18).


                            Рисунок 18. Сопоставление управляющего сигнала с сигналом на фазах двигателя.

После детектирования пересечения необходимо выдержать паузу и включать следующее состояние. По данному рисунку составлен алгоритм переключений состояний обмоток (таблица 3).

 Таблица 3. Алгоритм переключения обмоток двигателя

Текущее состояние U V W Следующее состояние
1 - Ожидание пересечения средней точки из + в - + 2
2 Ожидание пересечения средней точки из — в + - + 3
3 + - Ожидание пересечения средней точки из + в - 4
4 + Ожидание пересечения средней точки из — в + - 5
5 Ожидание пересечения средней точки из + в - + - 6
6 - + Ожидание пересечения средней точки из — в + 1

Пересечение средней точки проще всего детектировать компаратором, на один вход компаратора подается напряжение средней точки, а на второй текущее напряжение фазы.
                                            Рисунок 19. Детектирование средней точки компаратором.

Компаратор срабатывает в момент перехода напряжения через среднюю точку и генерирует сигнал для микроконтроллера.

Обработка сигнала с фаз двигателя
Однако сигнал с фаз при регулировании скорости ШИМ отличается видом, и имеет импульсный характер (рисунок 21), в таком сигнале невозможно детектировать пересечение со средней точкой.


                                        Рисунок 20. Вид сигнала фазы при регулировании скорости ШИМ.

Поэтому данный сигнал следует отфильтровать RC фильтром чтобы получить огибающую, а так же разделить под требования компаратора. По мере увеличения скважности шим сигнал будет возрастать по амплитуде (рисунок 22).


                                                   Рисунок 21. Схема делителя и фильтра сигнала с фазы двигателя.
                                            Рисунок 22. Огибающая сигнала при изменении скважности ШИМ.

Схема со средней точкой


                                                      Рисунок 23. Вид виртуальная средней точки. Картинка взята с avislab.com/

С фаз снимаются сигналы через токограничительные резисторы и объединяются, получается вот такая картина:


                                          Рисунок 24. Вид осциллограммы напряжения виртуальной средней точки.

Из-за ШИМ, напряжение средней точки не постоянно, сигнал так же необходимо фильтровать. Напряжение средней точки после сглаживания будет достаточно большим (в районе питающего напряжения двигателя), его необходимо разделить делителем напряжения до значения половины питающего напряжения.

После прохождения сигнала через фильтр колебания сглаживается и получается ровное напряжение относительно которого можно детектировать пересечение обратной ЭДС.


                                       Рисунок 26. Напряжение после делителя и фильтра низких частот.

Средняя точка будет менять свое значение в зависимости от напряжения (скважности ШИМ), так же как и огибающая сигнала.
                               

Полученные сигналы с компараторов заводятся на микроконтроллер, который их обрабатывает по алгоритму выше.
Пока на этом все.

habr.com

АО "Лаборатория электроники"

 

Блок управления коллекторным двигателем постоянного тока AWD50 предназначен для
управления скоростью, положением и моментом двигателей с напряжением питания от 12 до
110 В и током до 50 А. 

Блок AWD50 позволяет реализовать сервопривод на основе коллекторного двигателя постоянного тока. Большая часть функций не требует установки дополнительных датчиков.


Режимы работы:

Источники сигнала задания скорости вращения:

Источники сигнала обратной связи по скорости:

Источники сигнала задания момента на валу двигателя:

Источники сигнала обратной связи по моменту:

Источники сигнала задания положения:

Источники сигнала обратной связи по положению:

 
Основные характеристики блока управления коллекторным двигателем постоянного тока
AWD50:

 

 

 

Примеры подключения для различных режимов работы блока управления.

На схемах показаны примеры подключения блока AWD50 для работы в режиме Пр (прямое управление значением ШИМ без обратных связей) для разных способов задания значения величины ШИМ.

Пример подключения блока AWD50 при управлении по интерфейсу RS485.

 

Пример подключения блока AWD50 при управлении внешним положительным аналоговым сигналом напряжения на входе AN0 и входными сигналами K_REV и K_FORW.

 

Пример подключения при управлении внутренними сигналами потенциометром SET1 на модуле AWD50 и входными сигналами K_REV и K_FORW.

Пример подключения блока AWD50 при управлении внешним двуполярным аналоговым сигналом напряжения на входе AN0 и входным сигналом K_FORW. При использовании сигнала K_REV вращение двигателя будет инверсным.

 

Значение задаваемой скорости всегда умножаются на коэффициент К0/1024.

На схемах показаны примеры подключения блока AWD50 для работы в режиме СТ1 (стабилизация скорости вращения с ограничением момента)

Пример подключения блока AWD50 в режиме Ст1 при управлении по RS485

 

Пример подключения блока AWD50 в режиме Ст1 при управлении внешними сигналами

 

Пример подключения блока AWD50 в режиме Ст1 при управлении внутренними потенциометрами

Пример подключения блока AWD50 в режиме Ст1 при управлении внешним двуполярным питанием

 

На схемах показаны примеры подключения блока AWD50 для работы в режиме СТ2 (стабилизация момента без ограничения скорости) для разных способов задания момента.

Режим Ст2 может быть использован для управления положением механизмов, имеющих резистивный датчик положения (актуатор, вращатель). В этом случае датчик обратной связи должен быть подан на вход AN0, а задавать положения можно тремя способами: напряжением на AN1, током 4-20 мА на AN1 или по RS485.

Пример подключения при установке значения момента по интерфейсу RS485.

 

Пример подключения блока AWD50 при управлении внешним аналоговым входом AN1 и входные сигналы K_REV и K_FORW в режиме СТ2

Пример подключения блока AWD50 при управлении потенциометром SET2 и входными сигналами K_REV и K_FORW в режиме СТ2.

Пример подключения блока AWD50 для работы при управлении с помощью разности между входами AN1 и AN0 в режиме Ст2.

 

Пример подключения блока AWD50 для работы при управлении с помощью токовой петли 4-20 мА в режиме Ст2

Пример подключения блока AWD50 для работы при управлении с помощью разности между входами AN0 и RS485 в режиме Ст2

 

ellab.ru

АО "Лаборатория электроники"

Коллекторные двигатели постоянного тока получили широкое распространение за счет своей дешевизны и высокого КПД. Чаще всего такие двигатели используются в старт/стоп режиме и не требуют для своего подключения никакой пускорегулирующей аппаратуры, кроме обыкновенного выключателя. Однако, часто требуется регулировка скорость вращения, момент на валу или положение механизма, приводимого в движение двигателем. В таких случаях применяют микропроцессорные блоки управления коллекторными двигателями постоянного тока. Простейшим регулятором оборотов двигателя является источник питания с изменяемым выходным напряжением или ШИМ регулятор (именно его продают на Aliexpress). Это простые и недорогие решения, но такой регулятор не имеет обратной связи - обороты двигателя с таким регулятором зависят от нагрузки на валу. Для решения этой проблемы в регуляторы вводят обратную связь по скорости вращения. Простейшим вариантом получения информации о скорости вращения двигателя является установка на его валу тахогенератора или импульсного датчика. Такие решения позволяют решить проблему стабилизации скорости вращения двигателя, но усложняет конструкцию изделия и увеличивает его стоимость. Современные микропроцессорные технологии позволяют использовать в качестве тахогенератора сам электродвигатель (почти все электрические машины обратимы), измеряя ЭДС, генерируемую двигателем в момент кратковременного отключения от него питающего напряжения. Такое решение представляется оптимальным по соотношению цена/качество.

Вторым важным параметром регулирования коллекторных двигателей является момент на валу двигателя. В большинстве случаев ограничение момента требуется для исключения повреждения самого двигателя или механизма. Часто необходим режим стабилизации именно выходного момента двигателя, например, для управления электроприводом скутера или для регулировки силы натяжения у станка для перетяжки теннисных ракеток. В качестве сигнала выходного момента чаще всего используется мгновенное значение тока якоря двигателя.

И третий параметр управления –положение или координата механизма, приводимого в действие двигателем постоянного тока. Управление скоростью, моментом и положением позволяет создавать полноценные сервоприводы на основе коллекторных двигателей. Сигнал обратной связи по положению может быть получен от аналогового потенциометрического датчика или энкодера на валу двигателя. Для задания требуемого положения может использоваться аналоговый сигнал, цифровой интерфейс или входы step/dir как в блоках управления шаговыми двигателями.

ellab.ru

Самодельный блок управления для дизельного двигателя / Habr

Автомобили уже давно обросли всякой электроникой, так обросли, что просто жуть: в дверях контроллер, в фарах контроллер, в тормозах контроллер, ну и в двигателе, как без него. Обычно, когда речь заходит о блоке управления двигателем (ECU) представляется бензиновый мотор, обвешанный датчиками, исполнительными элементами и жгутами проводов. Блок управления чутко считывает параметры датчиков, корректирует смесь и начало искрообразования. Сложно! Но энтузиасты создают свои блоки управления, пишут альтернативные прошивки чтобы выжать лишнюю «пони», обойти какую-то неисправность или просто для повышения навыков. Причем, как правило, на такой шаг авторов толкают обстоятельства, к примеру недовольство контактной системой зажигания у бензиновых моторов, легкий некомплект электрики и так далее.

Именно о таких обстоятельствах и о дизельном двигателе и пойдет речь.

Итак, постановка задачи:

Дано:


Требуется: исправный двигатель после «сращения».

Немного теории

Раньше, когда дизельные двигатели были большие, они управлялись рядными насосами высокого давления. Всё очень просто — на каждый цилиндр плунжер, который давит топливо через форсунку. На плунжер давит кулачковый вал, который имеет изменяемую высоту подъема кулачков, так получается управление двигателем.

Потом стали делать насосы посложнее, распределенного типа. Плунжеров там один-два, топливо под давлением уже распределяется по цилиндрам специальным механизмом. Управление посложнее, но всё же механическое — рычаг газа и всё.

Полностью электронные системы впрыска сменили механические — каждая форсунка открывается по команде с блока управления, точно дозируя топливо и обеспечивая ну самый экологичный и экономичный режим работы двигателя.

Мой насос застрял где-то между механическим распределительным и электронным. По сути — распределительный насос роторного типа (производитель Lucas-Delphi), с одним единственным исполнительным элементом: клапаном опережения впрыска.
Когда я только приобретал насос, я не придал значения странному соленоиду в боку насоса, и решил «станет».

Что за опережение впрыска? Как выяснилось позже, необычайно важный параметр в работе двигателя. От него зависит и приемистость, и максимальные обороты, и расход двигателя. Аналог на бензиновых моторах — УОЗ (угол опережения зажигания).

Суть этого самого угла опережения впрыска проста: чтобы сгореть топливу в цилиндре требуется время. Чем выше обороты двигателя, тем меньше времени есть у топлива, и поэтому его надо впрыснуть в цилиндр пораньше, чтобы после прохождения поршня через ВМТ топливо уже горело и отдавало энергию маховику. На низких оборотах наоборот, впрыскивать топливо надо сразу у ВМТ, чтобы оно начало гореть не заранее, и не создавало нагрузку на идущий вверх поршень. На холодном двигателе впуск надо делать раньше, на горячем — позже. Под нагрузкой — раньше (топлива больше), без — позже. Вот такая вот наука в одном параметре.

Беглое гугление показало довольно скудный объем информации по вариантам регулирования — очевидно это удел разработчиков топливной аппаратуры, даже ремонтники не оперируют какой-то теорией. Особенно печально с абсолютными значениями углов — для разных двигателей значения немного разные, и всё покрыто мраком тайны.

Понимание начало строиться с этой диаграммы:

Ну, за исключением отсутствия абсолютных значений, ничего сложного.

Вместе с теоретическими изысканиями стоило посмотреть и механический аналог всей этой системы — благо он есть в старом насосе. Механизм опережения впрыска там выполнен очень просто, даже изящно. Поршень, толкаемый давлением топлива в корпусе насоса подперт пружиной и связан с исполнительным механизмом — кольцом опережения. При возрастании оборотов давление на поршень растет и он сдвигает впрыск в раннюю сторону. При возрастании нагрузки происходит абсолютно то же. Кроме того, жесткость пружины изменяется при нажатии на педаль газа — чем больше нажата педаль, тем слабее пружина, и тем больше угол. Осталось теперь только реализовать всё то же в виде электроники, а значит пришло время оценить, что доступно из датчиков и исполнительных механизмов.

Проще всего с последними. Их ровно одна штука, клапан опережения впрыска, два провода. Представляет из себя соленоид, который отпирает топливную магистраль, тем самым понижая давление на кольцо опережения в насосе. Полностью открытый клапан соответствует минимальному опережению, закрытый — максимальному. Регулирование производится при помощи ШИМ на частоте около 50Гц. Степень регулировки высока, этим клапаном можно вытянуть целый зуб на ремне ГРМ, диапазон около 25-30 градусов. Это из плюсов. Из минусов — одному углу соответствуют разные значения заполнения управляющего сигнала в зависимости от температуры топлива. Это автоматически исключает открытую систему регулирования, и значит, пора посмотреть на датчики.

Итак, главный параметр, который контролируется системой — текущий угол опережения зажигания. Угол подразумевает значение в градусах между чем-то и чем-то. У дизельного двигателя это два датчика: датчик положения коленчатого вала и датчик подъема иглы в форсунке первого цилиндра.

Датчики в моем двигателе выполнены индуктивными. Вот картинка, которая примерно соответствует датчику положения коленвала:

Обмотка датчика подмагничивается постоянным магнитом, либо постоянным током через катушку. Изменение расстояния от датчика до магнитомягкого препятствия вызывает изменение тока через катушку, и может быть зарегистрировано как импульс напряжения на выходе датчика. Замечательно, что таким образом можно зафиксировать как приближение метки (положительный импульс) так и отдаление (отрицательный).

Однако, на дизельных автомобилях, датчик этот выполнен немного иначе — на картинке датчик взаимодействует с зубцами на маховике, в моем случае на маховике есть два углубления напротив датчика по диаметру. Они дают два импульса на оборот маховика, что означает 4 импульса на один оборот вала топливного насоса. Эту нехитрую мудрость я познал, получив сигнал, в 4 раза превышающий по частоте расчетный. В этом подходе есть плюс: так как импульса 4, можно снимать сигнал с любой форсунки.

Датчик подъема иглы выполнен так же, но в корпусе форсунки. Топливо, под давлением подрывает иглу распылителя, одновременно наводя в катушке форсунки слабый импульс.

Итак, для минимальной работоспособности системы необходимо два датчика. В моем атомобиле был (к счастью) один — датчик положения коленвала. Форсунку с датчиком пришлось приобрести отдельно, благо, на разборке стоит она совсем ничего.

Теперь сигналы надо обработать и ввести в контроллер, очередная трудность. Трудность потому, что готовой схемотехники входных цепей что-то в интернете не видать. В угаре конструирования был собран на коленке простейший формирователь сигнала: дифференциальный усилитель на LM358 и триггер Шмидта. Коэффициент усиления был выбран наобум, и равнялся примерно 50. Какова же была радость, когда с обоих датчиков я получил вполне нормальный сигнал!

Самое время было оценить реальные параметры двигателя. Так же на коленке была собран простейший измеритель угла между двух сигналов с приемлемой точностью в 1 градус. Конструкция — микроконтроллер ATMEGA8A и семисегментный индикатор для наглядности.

Данные получились немного странными. Итак, максимальное опережение согласно моему прибору — 25 градусов, минимальное, при котором двигатель не глохнет — 8. Это не вязалось с графиком из начала статьи, где фигурируют отрицательные величины угла опережения. Пришлось сделать стробоскоп, чтобы проверить, а не брешет ли кто. Выяснилось что не брешет, просто метки на маховике сдвинуты относительно ВМТ примерно на 10 градусов.
Ох, что-то многовато «примерно» для регулировки одного параметра. Сначала график зависимости в попугаях, а потом неизвестная константа. На помощь пришла настройка двигателя «на слух», «на запах» и по реакции на педаль. Радости добавило то, что бывалые дизелисты на форумах дают прямо противоположные советы по настройке. У многих звон поршней и громкая работа двигателя — это запаздывание впрыска, а на деле как раз наоборот. Безумная, дизельная тяга «на низах» — следствие чрезмерного опережения впрыска, на деле — наоборот. Из собственного опыта были вынесены такие умозаключения:

На низких оборотах угол должен быть минимальным, границу можно обнаружить при запуске полностью холодного двигателя. Если глохнет после отключения свечей накала — слишком поздний угол, увеличиваем опережение. В моих попугаях это 8-9 градусов. При такой установке двигатель не глохнет при резком отпускании педали сцепления, тянет на холостых даже на 4-й передаче, ну в общем красота. Такой статический угол не подходит для комфортной работы по одной причине — двигатель невозможно раскрутить выше 1500 оборотов, и при этом он жутчайше греется, выкидывая солярку в выхлопную трубу.

Верхняя граница также обнаружилась экспериментально, угол около 25 градусов позволяет двигателю на высоких оборотах не просто крутиться, а еще и ускорять машину. При этом отсутствует характерный цокот поршней, запах выхлопа имеет здоровый, слегка «камазовый» запах, никакой кислятины и чёрного дыма. Это косвенно означает, что солярка сгорела полностью, при этом не при слишком высоких температурах.

Пришло время собрать всё это воедино, красиво оформить и откатать блок управления. Однако, радость была кратковременной. Сначала я выяснил, что простейший формирователь сигнала с форсунки очень сильно сбоит и даёт пачку импульсов вместо одного при повышении оборотов до 1800-2000 об/мин, совершенно не помогли в борьбе с этим ни защитные диоды, ни экранировка кабелей, ни игра с коэффициентом усиления, ни сборка типовой схемы формирователя из бензинового ECU. Поиск решения данной проблемы периодически всплывает на просторах рунета. Там же и был подсказан правильный ход мыслей — воспользоваться специализированной микросхемой.

Зовется она MAX9926, это целая линейка специализированных ИС для датчиков положения коленвала, датчиков ABS и прочих индуктивных. По отзывам — ну просто панацея, вытягивает полезный сигнал с уровня шумов и при наличии помех. Однако, ни найти её по месту жительства (даже не слышали), ни заказать из Китая (дорого и только крупные партии) я её не смог. Но есть ведь даташит с внутренней структурой, чего бы не повторить?

В результате родилась вот такая схема:

Небольшие пояснения

На микросхеме U5 собран дифференциальный усилитель с умеренным усилением. Никаких особенностей тут нет, разве что однополярное питание без резисторов сдвига, они не нужны для данного ОУ.

Интересная часть собрана на компараторе U6. По сути, это базовый компаратор-одновибратор с защелкой. Гистерезис вводится резистором R24, а резистор R23 и диод D10 задерживают задний фронт сигнала примерно на 5мс, что позволяет игнорировать все сигналы с частотой повторения выше 200 гц.

Опорный вход компаратора висит под изменяемым потенциалом, благодаря диоду D11 и резисторам R26, R27. Чем выше уровень сигнала на входе компаратора, тем выше порог его срабатывания. Это решает проблему разного уровня полезного сигнала в зависимости от частоты вращения двигателя.

Это заработало! Теперь без помех принимается сигнал и от форсунки, и от датчика коленвала. Самое время регулировать опережение впрыска. Очевидно, что для регулирования просто таки напрашивается ПИД-регулятор. Сложность, как всегда, в его настройке.

Какие-то численные методы для вычисления ПИД-коэффициентов разбиваются о полное отсутствие любых данных по реакции насоса на управление. Значит надо подбирать. Начинают все с пропорционального коэффициента, попробовав значение 1 я уже увидел работу регулятора. Время реакции такого регулятора удручает, заданный угол устанавливается примерно за 3-4 секунды и имеет склонность к колебаниям. Всё бы ничего, но в данном применении можно допустить ошибку регулирования в сторону опережения, но нельзя ни градуса в сторону запаздывания. Особенно болезненно запаздывание угла сказывается на высоких оборотах, машина вроде только ехала 100 км/ч, а вот уже тормозит двигателем как тормозами. Тогда я ввёл прямой пропорциональный коэффициент и обратный, в 4 раза больший. При уходе угла в запаздывание контроллер быстро возвращает его в безопасные величины.
П- и И- коэффициенты подбирались «на глазок» по критерию отсутствия автоколебаний.

Закон изменения угла опережения от оборотов пока забит не в таблицу, а подчиняется линейному закону, без каких-то изысков. Для проверки сойдет, а там можно и заморочиться.

Датчик педали газа в насосе выполнен в виде переменного резистора на оси рычага насоса, ползунок резистора подключен к АЦП микроконтроллера. Нажатие педали «в пол» изменяет заданный угол на 2 градуса. По ощущениям — самое то, приемистость и набор оборотов двигателем хорошие.

О железе

Так так процессы в данном регуляторе текут медленно, то и особого быстродействия не требуется. С задачей справился AVR-микроконтроллер MEGA8A на частоте всего 1МГц. Он комфортно успевает считать ПИД, обрабатывать прерывания по датчикам, отображать текущий угол на семисегментном индикаторе и выводить отладочную информацию в последовательный порт.

Устройство, сначала собранное на чем попало и висевшее на проводах у мотора, перекочевало в культурный корпус блока управления тахометром, который так кстати освободился. Освободился не просто так, а вместе с герметичным 15-и контактным разъемом, куда и была подведена «коса» мотора, а штатный тахометр теперь получает сигнал с нового формирователя.

В общем, можно и нужно подводить итоги.

Разработка определенно удалась. Пару сотен километров на новом насосе не показали разницы в поведении по сравнению со старым, механическим. Расход топлива даже немного упал, и составил приятные 7.5л на сотню в городском цикле.

Навыков было получено бессчетное множество, как по теории топливной аппаратуры, так и по программированию микроконтроллеров.

Планы на будущее

Несмотря на закон жизни «лучшее враг хорошего», блоку управления светят доработки. Во-первых, в алгоритме никак не учитываются несколько параметров, а именно: температура двигателя и количество впрыскиваемого топлива. С первым параметром всё понятно, лишь стоит подключить штатный датчик температуры ОЖ, то со вторым придется сильно менять схему контроллера. Дело в том, что нагрузку на двигатель можно отловить, анализируя отрицательный выброс на сигнале с форсунки. Он соответствует запиранию форсунки, а значит посчитав длину открытого состояния форсунки можно прикинуть как расход топлива, так и нагрузку. Только для этого текущего микроконтроллера уже мало, не хватает входов прерывания.

UPD:

В статье забыл упомянуть важное отличие дизельного двигателя от бензинового. В бензиновом моторе приготовление топливной смеси начинается с воздуха. Отсюда обязательные атрибуты любого ЭБУ для безнина: датчик давления воздуха (относительного или абсолютного), расходомер, датчик температуры. Регулировка двигателя тоже воздухом — дроссель.

На дизеле же смесь всегда обеднена, ни о каком стехиометрическом составе смеси нет и речи. В любом режиме воздуха хватает, это заложено самой конструкцией дизельного двигателя. Регулировка исключительно количеством топлива, и учитывать воздух при работе ЭБУ не нужно. Ситуация поменялась у Common Rail дизелей, там воздух считается так же как и на бензинках, хотя ошибки по количеству воздуха дизелям не критичны.

Ресурсы:

1. Жаркие дебаты на форуме по поводу угла опережения с крупицами информации
2. Аналогичные заботы владельцев бензиновых моторов, подсмотрена схемотехника
3. Программирование ПИД-регулятора
4. Графики с живой форсунки
5. Исходники на GitHub
6. Схема контроллера целиком

habr.com

Ecumaster EMU Classic. Блок управления двигателем.

Наша цель — производить продукцию с максимально возможным функционалом по приемлемой цене. Новый EMU Classic — доказательство того, что мы идем к своей цели. Мы обновили дизайн блока, основываясь на отзывах наших клиентов, при этом сохранили прежнюю цену.

Улучшенные выходы на зажигание, позволяющие использовать более чем одну активную катушку на одном выходе
Отдельный регулятор на питание сенсоров +5В
Хорошо защищенные H-Bridges (шаговые выходы)
Компактный корпус из алюминия, обработанного на ЧПУ станке, анодированный в черный цвет (147x62x30 мм по сравнению со старым 155x120x45 мм)

Также, как и предыдущий EMU – EMU Classic имеет ту же самую прошивку и тот же софт для настройки.

EMU Classic создан для управления самыми продвинутыми и сложными из существующих на данный момент двигателями. Блок управляет подачей топлива, зажиганием и дополнительными системами на двигателях от 1 до 12 цилиндров включая управление электронным дросселем (требуется отдельный DBW блок) и VVT (изменяемые фазы газораспределения и подъема клапанов, такие как VVT-I, Vanos, Vtec, MIVEC и т.д.)

Адаптивный софт позволяет использовать любые триггеры (датчики положения коленвала, распредвалов). Блок позволяет управлять 6 пассивными или 12 «умными» катушками напрямую, не требуя внешнего усилителя зажигания, либо другого подобного модуля. Имеется возможность управления электронной дроссельной заслонкой (DBW) используя любой алгоритм, также имеются алгоритмы безопасности (поломка/ошибка).

EMU имеет множество встроенных возможностей — больше, чем в аналогичных блоках, имеющихся на рынке. Блок предоставляет такой же, либо более широкий функционал в сравнении с другими «мозгами».

Отличиями являются: встроенный контроллер широкополосного лямбда-зонда (ШЛЗ), сенсор Bosch LSU4.2 можно подключить напрямую в блок, ДАД (MAP) сенсор встроен в блок (4 бара), имеются два входа для сенсоров температуры выхлопа (EGT K-Type sensor), напрямую можно подключить FlexFuel сенсор – датчик содержания этанола в топливе. Все перечисленное позволяет назвать этот блок универсальным, гибким в использовании.

Ваши расходы на систему управления снижаются благодаря встроенным компонентам, когда как другие блоки требуют их дополнительного приобретения, также упрощается работа с проводкой и подключением. Имеются возможности переключения топливных карт, лаунч контроль, закрытый цикл по ШЛЗ, FlexFuel, Traction control, антилаг и прочие опции, легко настраиваемые с помощью открытого софта.

Описание

Класс защиты IP 60
Температурный диапазон AECQ100 класс 3 (от -40 до +85 ℃)
Защита от обратной полярности Имеется, встроенная
Рабочее напряжение 6-20В, защита от перепадов ISO 7637
Потребляемый ток (ECU) < 0.5A
Размер, мм 155x120x45
Вес, грамм 500
Разъемы 2 x 24 FCI
Подключение к ПК USB (открытый софт для ПК), serial или CAN

Выходы

Выходы на форсунки 6 выходов с защитой 5A, управление массой
Выходы на катушки 6 выходов 7A (15A пиковый ток) (пассивные и активные катушки)
Дополнительные выходы 6 выходов с защитой 5A, управление массой
Шаговые выходы 4 шт 0.8A, могут быть использованы как отдельные выходы
Подогрев ШЛЗ Защищенный выход 5A, управление массой
+5V 1 шт.
CAN шина Имеется, с использованием доп. модуля
Serial – встроенный выход Имеется

Входы

Аналоговые входы 7, 10 Бит, 0-5В, 4 дополнительных аналоговых входа доступны с внешним CAN модулем
EGT входы (темп. выхлопа) 2, используется сенсор K-Type thermocouple
Датчик детонации 2
Датчик кислорода LSU 4.2 либо узкополосный
Датчики положения 3 (коленвал, 2 распредвала) Hall / VR конфигурируется с помощью софта
Датчик скорости 1 (Hall / VR)
Flex Fuel Используя вход CAM#2  or VSS

Сенсоры

Сенсоры температуры Темп. впуска, темп. ОЖ, темп. масла (конфигурируется любой сенсор через софт), AC evap – темп. испарителя кондиционера
Датчики давления ДАД (MAP), Давление масла, давление топлива (конфигурируется любой сенсор через софт), AC – датчик давления охладителя кондиционера
Сенсор кислорода LSU 4.2 (встроенный контроллер), узкополосный сенсор, внешние контроллеры ШЛЗ
Датчик скорости Датчик скорости (VR/HALL), датчик передачи (калибруется)

Топливоподача

Форсунки До 6 инжекторов (секвентальное управление)
Компенсация напряжения бортовой сети Калибруется, имеются предустановки для популярных инжекторов
Стратегии управления VE based speed density, Alpha N
Корректировки по темп. Темп. впуска, темп. ОЖ
VE карта 2 карты 16×20 (нагрузка x обороты), шаг 0.1%
Корректировки по цилиндрам Имеется
Staged injection Имеется
Дополнительные корректировки Корректировки по темп. выхлопа по цилиндрам, BARO, TPS vs MAP, TPS vs RPM, прогрев, закись азота, лаунч, антилаг, давление топлива, датчики детонации
Закрытый цикл по лямбде Используя Lambda/AFR target карту
Обогащение по дросселю Имеется

Зажигание

Выходы на катушки 6 для пассивных и активных катушек (выбирается используя софт)
Поддерживаемые триггеры N-1, N-2, N-3, N+1, Multitooth, Subaru triggers, Nissan trigger, Lotus Elise, Audi trigger, Renault Clio Wiliams / Alpine, Colt 1.5CZ
Карты зажигания 2 карты 16×20 (нагрузка x обороты), шаг 0.5 градуса
Корректировка по цилиндрам Имеется
Время заряда катушки корректировка по напряжению Конфигурируется через софт, предустановки для популярных катушек
Дополнительные корректировки Темп. ОЖ, темп. воздуха, TPS vs MAP, закись азота, холостой ход, датчик детонации, лаунч контроль, Pit limiter, антилаг, Flat shift, таймеры
Датчики детонации
Каналы 2
Диапазон резонансных частот 1-20 кГц, 3rd order AAF
Алгоритм Зависимость от события зажигания, программируемое в софте «окно детонации»
Откаты, безопасность Откат по зажиганию, обогащение топливом, индикация на панели

Холостой ход

Типы ШИМ соленоиды (2,3 провода), электронный дроссель, шаговые моторы (двух и однополярные), корректировка/отсечка зажигания, корректировка/отсечка топлива
Алгоритмы управления Открытый / закрытый цикл, изменение угла опережения зажигания
VE корректировка Имеется, для алгоритма Alpha-N
Корректировки, повышение оборотов Включение муфты кондиционера, вентилятор охлаждения, любой аналоговый вход
Контроль наддува (бустконтроллер)
Карты цели наддува и нагрузки По 2 карты 16×20 (TPS vs RPM)
Алгоритмы управления Открытый / Закрытый цикл (PID based)
Корректировки Включенная передача, Скорость, темп. впуска, темп. Выхлопа

Электронный дроссель 1

Алгоритмы управления Продвинутая карта 3D PID + компенсация статического трения
Поддерживаемые заслонки Все с мотором на постоянном токе не более 6A. Предустановки для 28 популярных дросселей
PPS для характеристики положения дросселя 3D карта
Поддержка подгазовки Имеется
Поддержка антилаг Имеется
Система курсовой устойчивости
Алгоритм Delta RPM, компенсация по передачам
Уменьшение крутящего момента Откат по зажиганию по 3D карте (16×20)
Контроль чувствительности Круговой переключатель на 10 положений

Изменение фаз

Поддерживаемые системы VVTi, MiVec, VANOS, Double Vanos
Число распредвалов для контроля 2
Алгоритмы управления Закрытый цикл основанный на PID, CAM angle целевые карты 12×12

Содержание этанола в топливе (flex fuel)

Измерение содержания этанола Имеется
Измерение температуры топлива Имеется
Изменение карт Топливо, Зажигание, Lambda/AFR, Наддув, Порция топлива при заводке, Прогрев
Коррекция по температуре топлива Имеется

Спорт

Система антилаг 2 независимые настройки, поддержка электронного дросселя
Шифт лампа Шифт лампа по передачам
Лаунч контроль Имеется
Отсечка по передачам, помощь в переключении Имеется (открытый цикл), подгазовка электродросселем. источники: переключатель, текущая нагрузка, CAN
Ограничитель скорости Имеется
Rolling anti lag Имеется

Безопасность, защита двигателя

Критичные значения для основных параметров Имеется
Индикация неисправностей Имеется, настраивается через софт
Защита от перегрева Имеется, настраивается через софт, ограничение оборотов
Защита от низкого давления масла Имеется, настраивается через софт, глушит мотор
Защита по давлению топлива Имеется, компенсация порции топлива, ограничение оборотов, глушит мотор
Высокая температура выхлопных газов Сигнал тревоги, коррекция топлива по цилиндрам, ограничение наддува

CAN шина 1

CAN протоколы 2.0A 125, 250, 500, 1000 kBps 11, 29 bits
Поддерживаемые CAN приборки2 ECUMASTER, Motec M800 Set 1, Haltech E8 E11v2, Pectel SQ 6, AEM
Поддерживаемые OEM CAN протоколы2 BMW E46, Citroen C2, Mazda RX8, Ford ST, Polaris RZR, Mini Cooper R53, Fiat 500, Renault Clio, Lotus, Ford Fiesta, Ford ST

Другое

Неиспользуемые выходы на форсунки можно использовать как свободный выход Да
Неиспользуемые выходы на катушки можно использовать как свободный выход Для некоторых функций
Доступные выходы Бензонасос, вентиллятор охлаждения, выход с ипользованием параметров пользователя, контроль закиси азота, ШИМ выход по 3D карте,  муфта компрессора кондиционера, main реле, спидометр, тахометр
Защита паролем Имеется, два уровня
Таймеры Толпиво, Зажигание, Наддув, таймеры контроллируются виртуальными выходами
Поддержка приборок с серийным протоколом AIM, RaceTechnology
Автоматическая настройка Имеется
Встроенный осциллограф Имеется
Запись логов Запись логов в реальном времени на компьютер, запись на внешние логгеры (serial / CAN)

ecu-master.ru


Смотрите также