Меню

U2010b плата регулятор оборотов печатная

U2010B схема

Основные функции микросхемы

При работе с микросхемой U2010B нужно соблюдать ограничение по напряжению. Для этого ее нужно подсоединять к сети через диод D1 и сопротивление R1. Напряжение питания — между контактом 10 и 11 — сглаживается емкостью C1. В случае, если напряжение V6 ≤ (70% порогового напряжения перегрузки), выводы 11 и 12 замыкаются между собой, посредством чего Vsat ≤ 1,2 В. Когда |V6|≥ |VT70|, ток от питающего напряжения идет через светодиод D3.

Сопротивление R1 может быть вычислено по следующей формуле из даташита:

Где, Vmains — сетевое питающее напряжение
Vmains — Максимальное питающее напряжение
Itot — Общее потребление тока = ISmax + Ix
ISmax — Максимальное потребление тока
Ix Потребление тока внешних компонентов

Когда сетевое напряжение нарастает, неконтролируемые импульсы на выходе исключаются благодаря внутреннему контролю. Кроме того, все триггеры микросхемы сбрасываются, а конденсатор плавного пуска замыкается накоротко. Это гарантирует правильный режим запуска при каждом включении питающего или после коротких перерывов в сети. Плавный пуск начнется лишь после того, как питающее увеличится до номинального значения. Такая работа гарантирует плавный запуск электродвигателя и автоматически задает нужное время запуска.

Фазовый угол импульса запуска задается с помощью сравнения изменения линейного напряжения V3, которое синхронизируется с сетью детектором, с установленным значением на входе управления четвертого вывода. Наклон линейного изменения задается Cφ и его током заряда Iφ . Последний можно изменять с помощью сопротивления Rφ на пине 14. Максимальный фазовый угол αmax, также можно изменять при помощи Rφ.

В тот момент времени, когда потенциал на третьем пине вощрастает до уровня уставки на четвертом входе, ширина запускающего импульса tp задается из номинала Cφ (tp = 9 мкс/нФ). В то же время защелка устанавливается с импульсом на выходе, пока автоматическое повторное включение не было активировано, тогда в этом полупериоде не может быть сгенерировано больше импульсов. Управляющий вход на выводе 4 (по отношению к 10 пину) имеет активный диапазон от V8 до -1 В. Когда V4 = V8, тогда фазовый угол максимально возможный, αmax, что соответствует токовому минимуму. Минимальный фазовый угол, αmin, устанавливается с V4 ≥ -1 В.

Цепь токового детектора контролирует состояние симистора после его при помощи измерения падения напряжения на симмисторном затворе. Ток, идущий через симистор, распознается, когда падение напряжения превышает пороговый уровень номинального значения в 40 мВ.

Если симистор отключен в диапазоне соответствующей полуволны после запуска, схема автоматического повторного включения обеспечивает немедленное повторное включение, если нужно с высокой частотой повторения, tpp/tp, до тех пор, пока симистор не отпирается.

Перед функцией синхронизации по току поставлены две основные задачи:

Микросхема U2010B оценивает напряжение на импульсном выходе между затвором и опорным электродом симистора. Это исключает констуктиив отдельного входа синхронизации с заданной серией сопротивлений.

Детектор напряжения синхронизирует опорное линейное изменение с сетевым. Параллельно зависящий от сети ток на входе контакт 15 формируется и выпрямляется. Далее он активирует автоматическое повторное включение и доступность на 5 пине. При соблюдении нужных значений можно соблюсти эффект компенсации. Автоматическая перезагрузка и компенсация сетевого не активируются до того момента, пока |V15 — 10| не будет более 8 Вольт. Сопротивление Rsync. задает ширину импульса при пересечении нуля, тока синхронизации и компенсации сетевого напряжения.

Если компенсация сетевого напряжения и автоматическое повторное включение не используется в нашей схеме, то они могут быть отключены путем ограничения уровня |V15 — 10| ≤ 7 В.

Внутренняя схема чипа непрерывно измеряет ток нагрузки как падение напряжения на резисторе R6. Отслеживание и применение обеих полуволн приводит к быстрой реакции на изменение нагрузочного тока. Из-за падения напряжения на R6 существует разница между обоими входными токами на выводах 1 и 2. Эту разницу контролирует внутренний токовый источник, положительные токовые значения доступны на 5 и 6 пинах. Выходной ток, генерируемый на пятом выводе, содержит разницу между отслеживаемым нагрузочным и компенсацией сети.

Эффективное управляющее напряжение на четвертом выводе представляет собой конечный ток на пятом выводе вместе с желаемым сетевым значением. Увеличение сетевого напряжения вызывает рост угла управления, увеличение тока нагрузки приводит к снижению угла управления. Это позволяет избежать снижения оборотов при увеличения нагрузки, а также увеличения оборотов при повышении напряжения сети.

Ограничение нагрузочного тока:

Общий выходной нагрузочный ток доступен на шестом выводе. Он дает падение напряжения на сопротивлении R11. Когда токовый потенциал нагрузки доходит до уровня 70% от порогового значения (VT70), т.е около 4,35 В на шестом выводе, он переключает компарато и размыкает переключатель между выводами 11 и 12. Поставив в схему светодиод между этими пинами можно реализовать индикацию высокой нагрузки.

Если напряжение на шестом выводе 6 увеличивается примерно до значения 6,2 В (= VT100), оно переключит компаратор перегрузки. Последующее поведение задается наличием или отсутствием перемычек на девятом контакте.

На рисунке ниже представлена схема регулятора на микросхеме U2010B, с ОС по току, защитой от перегрузки и плавным стартом. Светодиод D2 показывает перегрузку двигателя. Переключатель SA1 «Mode» обеспечивает возможность выбора действий при перегрузке на электродвигателе в трех режимах:

Положение А — индикация перегрузки и последующий сброс на минимальные обороты. Для восстановления рабочих оборотов, необходимо выключить электроинструмент.

Положение В — индикация перегрузки, последующий сброс на минимальные обороты, после снятие нагрузки, восстанавливаются установленные обороты, т.е. имеем процесс автоматического старта.

Читайте также:  Кнопки для подогрева сидений с регулятором

Положение С — только индикация перегрузки, без остановки электродвигателя и срабатывания защиты.

Подбором ёмкости С3 от 1 до 10 мкФ можно настраивать длительность и плавность пуска.

Сопротивление R6 рассчитывается исходя из мощности электродвигателя по формуле:

где: UR6 — напряжение на R6 (250 мВ), Рдвиг — мощность ЭД, UПИТ — сетевое переменное напряжение 220 Вольт.

В некоторых случаях может потребоваться некоторая коррекция по поведению ЭД под нагрузкой. Если сопротивление великовато, то двигатель резко стартует (т.е. идет большая компенсация нагрузки, чем требуется), а потом отключается, а если сопротивление мало, то не будет компенсации нагрузки.

Первый пуск схемы: Переменное сопротивление Р1 нужно установить на минимальные обороты, по схеме движок потенциометра нужно повернуть в сторону резистора R13. Затем подстроенный R10 (компенсация нагрузки) установить в среднее положение, а на место R11 (перегрузка) временно впаять постоянное сопротивление 62 кОм. Потом включить схему в сеть 220 В и подстроенным R8 выставить минимальные обороты ЭД.

Нужно настроить так, чтобы при включении ЭД начинал вращаться на минимумах. Далее цепляем мультиметр в режиме вольтметра к выводам ЭД, и включаем двигатель на средних оборотах, зажимая вал или привод через тряпку рукой, выставляем такое положение R10, чтобы обороты не менялись при изменении нагрузки на валу. Одновременно с этим контролируем показания вольтметра, подключенного к двигателю. При увеличении нагрузки на валу регулятор прибавляет напряжение, и ЭД крутится с одинаковыми оборотами, независимо от нагрузки.

В последнюю очередь крутится резистор R11 (перегрузка). Постоянный номиналом 62 кОм выпаиваем и вместо него ставим подстроенный или переменный номиналом 220 кОм. На оборотах чуть больше минимальных, сильно зажимая вал или привод, стараемся почти заклинить вал, и по степенно меняя сопротивление R11, пока не начнет срабатывать защита, и не станет гореть светодиод VD2. Затем измеряем сопротивление тестером и запаиваем в устройство соответствующий резистор.

Источник



DataSheet

Техническая документация к электронным компонентам на русском языке.

U2010B — Микросхема фазового управления с обратной связью по току и защитой от перегрузки.

Описание

U2010B спроектирована как микросхема для фазового управления по биполярной технологии. Она позволяет отслеживать нагрузку по току и имеет функцию плавного пуска, а также выход опорного напряжения. Предпочтительными применениями являются управление двигателем с обратной связью по току и защитой от перегрузки.

Функции:

  • Измерение полного волнового тока
  • Коррекция изменения питающей сети
  • Программируемое ограничение тока нагрузки с выходом сверхвысокой мощности
  • Изменяемый плавный пуск
  • Синхронизация напряжения и тока
  • Автоматическая перезагрузка
  • Типовой переключающий импульс 125 мА
  • Внутренний контроль напряжения питания
  • Потребляемый ток ≤ 3 мА
  • Температурная компенсация опорного напряжения

Применение:

  • Расширенное управление двигателем
  • Шлифовальщики (гриндеры)
  • Сверлильные станки, бормашины

Рисунок 1. Блок-схемаРисунок 1. Блок-схема Рисунок 2. Блок-схема с внешней обвязкойРисунок 2. Блок-схема с внешней обвязкой

Общее описание

Сетевое питание

U2010B имеет ограничение по напряжению и может быть подключена к сети через диод D1 и резистор R1. Напряжение питания — между контактом 10 и контактом 11 — сглаживается конденсатором C1. В случае, если напряжение V6 ≤ (70% порогового напряжения перегрузки), контакты 11 и 12 замыкаются, посредством чего Vsat ≤ 1,2 В. Когда |V6| ≥ |VT70|, ток питания протекает через светодиод D3.

Конфигурация контактов

Рисунок 3. Распиновка DIP16/SO16

Рисунок 3. Распиновка DIP16/SO16

Описание контактов

Вывод Обозначение Функция
1 Isense Измерение тока нагрузки
2 Isense Измерение тока нагрузки
3 Напряжение разгона
4 Control Вход управления
5 Comp. Выход компенсации
6 ILoad Ограничение тока нагрузки
7 Сsoft Плавный пуск
8 VRef Опорное напряжение
9 Mode Выбор режима
10 GND Земля
11 VS Напряжение питания
12 High load Индикация высокой нагрузки
13 Overload Индикация перегрузки
14 V Регулировка скорости нарастания тока
15 VSync. Синхронизация напряжения
16 Output Выход триггера (запускающих импульсов)

Последовательное сопротивление R1 может быть рассчитано следующим образом:

Vmains = Сетевое напряжение питания

VSmax = Максимальное напряжение питания

Itot = Общее потребление тока = ISmax + Ix

ISmax = Максимальное потребление тока ИС

Ix = Потребление тока внешних компонентов

Контроль напряжения

Когда напряжение нарастает, неконтролируемые выходные импульсы исключаются благодаря внутреннему контролю напряжения. Кроме того, все триггеры в цепи (управление фазой, регулирование предела нагрузки) сбрасываются, а конденсатор плавного пуска замыкается накоротко. Это гарантирует определенный режим запуска при каждом включении напряжения питания или после коротких перерывов в питании. Плавный пуск запускается после того, как напряжение питания возрастет до номинального значения. Такое поведение гарантирует плавный запуск двигателя и автоматически обеспечивает оптимальное время запуска.

Фазовое управление

Функция управления фазой во многом идентична известной микросхеме U211B. Фазовый угол импульса запуска определяется путем сравнения изменения линейного напряжения V3, которое синхронизируется с сетью детектором напряжения, с заданным значением на управляющем входе, вывод 4. Наклон линейного изменения определяется Cφ и его зарядным током Iφ. Зарядный ток можно изменять с помощью Rφ на выводе 14. Максимальный фазовый угол αmax, также можно регулировать с помощью Rφ (минимальный угол прохождения тока φmin), см. Рисунок 5.

Когда потенциал на контакте 3 достигает уровня уставки на входе 4, ширина импульса запуска tp определяется из значения Cφ (tp = 9 мкс/нФ). В то же время защелка устанавливается с выходным импульсом, пока автоматическое повторное включение не было активировано, тогда в этом полупериоде не может быть создано больше импульсов. Управляющий вход на контакте 4 (по отношению к контакту 10) имеет активный диапазон от V8 до -1 В. Когда V4 = V8, тогда фазовый угол максимален, αmax, что соответствует минимальному току. Минимальный фазовый угол, αmin, устанавливается с V4 ≥ -1 В.

Читайте также:  Постоянно щелкает регулятор теплого пола

Автоматическая перезагрузка

Цепь детектора тока контролирует состояние симистора после открытия путем измерения падения напряжения на затворе симистора. Ток, протекающий через симистор, распознается, когда падение напряжения превышает пороговый уровень номинального значения 40 мВ.

Если симистор выключен в пределах соответствующей полуволны после запуска (например, из-за низких токов нагрузки до или после пересечения нуля или после коммутации двигателя из-за щеток), схема автоматического повторного включения обеспечивает немедленное повторное включение, если необходимо с высокой частотой повторения, tpp/tp, до тех пор, пока симистор не откроется.

Синхронизация по току

Синхронизация по току выполняет две функции:

  • Контроль тока после запуска. В случае, если симистор снова закрывается или он не включается, автоматический запуск активируется до тех пор, пока запуск не будет успешным.
  • Избежание срабатывания из-за индуктивной нагрузки. В случае работы с индуктивной нагрузкой токовая синхронизация гарантирует, что в новой полуволне не будет импульса, пока есть ток, доступный из предыдущей полуволны, который протекает в противоположной полярности к фактическому напряжению питания.

Особенностью интегральной схемы U2010B является реализация функции токовой синхронизации. Микросхема оценивает напряжение на импульсном выходе между затвором и опорным электродом симистора. Это приводит к экономии отдельного входа синхронизации тока с заданной серией сопротивлений.

Синхронизация напряжения с компенсацией сетевого напряжения

Детектор напряжения синхронизирует опорное линейное изменение с напряжением сети. В то же время зависящий от сети входной ток на выводе 15 формируется и выпрямляется внутри. Этот ток активирует автоматическое повторное включение и в то же время доступен на выводе 5. При соблюдении подходящих значений можно получить указанный эффект компенсации. Автоматическая перезагрузка и компенсация сетевого напряжения не активируются до того как |V15 — 10| не превысит 8 В. Сопротивление Rsync. определяет ширину импульса при пересечении нуля, ток синхронизации и, следовательно, ток компенсации сетевого напряжения питания.

Рисунок 4. Подавление компенсации сетевого напряжения и автоматического повторного запуска

Рисунок 4. Подавление компенсации сетевого напряжения и автоматического повторного запуска

Если компенсация сетевого напряжения и автоматическое повторное включение не требуются, обе функции могут быть отключены путем ограничения |V15 — 10| ≤ 7 В, см. рисунок 4.

Компенсация тока нагрузки

Схема непрерывно измеряет ток нагрузки как падение напряжения на сопротивлении R6. Отслеживание и использование обеих полуволн приводит к быстрой реакции на изменение тока нагрузки. Из-за падения напряжения на сопротивлении R6 существует разница между обоими входными токами на контактах 1 и 2. Эта разница контролирует внутренний источник тока, положительные значения тока которого доступны на выводах 5 и 6. Выходной ток, генерируемый на выводе 5, содержит разницу между отслеживаемым током нагрузки и компенсацией напряжения сети, см. рисунок 2.

Эффективное управляющее напряжение на выводе 4 представляет собой конечный ток на выводе 5 вместе с желаемым значением сети. Увеличение сетевого напряжения вызывает увеличение угла управления, увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению угла управления. Это позволяет избежать снижения оборотов при увеличения нагрузки, а также увеличения оборотов при повышении напряжения сети.

Ограничение тока нагрузки

Общий выходной ток нагрузки доступен на выводе 6. Он дает падение напряжения на R11. Когда потенциал тока нагрузки достигает примерно 70% от порогового значения (VT70), то есть около 4,35 В на выводе 6, он переключает компаратор высокой нагрузки и размыкает переключатель между контактами 11 и 12. Используя светодиод между этими контактами (11 и 12) может быть реализована индикация высокой нагрузки.

Если напряжение на выводе 6 увеличивается примерно до 6,2 В (= VT100), оно переключит компаратор перегрузки. Последующее поведение задается наличием или отсутствием перемычек на выводе 9 (режим работы).

Выбор режима:

В этом режиме работы контакт 13 переключается на -VS (контакт 11) и контакт 6 на GND (контакт 10) после того, как V6 достигает порога VT100. Конденсатор плавного пуска закорачивается, а угол управления переключается на αmax. Это положение сохраняется до тех пор, пока напряжение питания не отключится. При повторном включении питания двигатель можно снова запустить с функцией плавного пуска. Поскольку состояние перегрузки переключает контакт 13 на контакт 11, можно использовать меньший угол управления, αmax, путем подключения дополнительного сопротивления между контактами 13 и 14.

b) Автоматический запуск (контакт 9 – отключен), см. рисунок 12. Схема работает так, как описано выше (αmax (V9 = 0)), за исключением того, что контакт 6 не подключен к GND. Если значение V6 уменьшается до 25% от порогового значения (VT25), схема снова активируется с плавным пуском.

с) Imax (V9 = V8), см. рисунок 14. Когда V6 достигает предельного значения максимальной перегрузки (т. е. V6 = VT100), контакт 13 переключается на контакт 8 (VRef) через сопротивление R (= 2 кОм) без разрядки конденсатора плавного пуска на контакте 7. При таком режиме работы возможно прямое регулирование тока нагрузки (Imax). Рекомендуемая схема представлена на рисунке 19.

Абсолютные максимальные значения

Напряжения, выходящие за пределы, перечисленные в разделе «Абсолютные максимальные значения», могут нанести существенный ущерб устройству. Это только номинальные значения напряжения, и функциональная работа устройства в этих или любых других условиях, помимо тех, которые указаны в рабочих разделах данной технической документации, не подразумевается. В условиях воздействия абсолютными максимальными значениями на длительные периоды может повлиять на надежность устройства.

Читайте также:  Схема регулятора яркости для светодиодных ламп

Контрольная точка контакт 10, если не указано иное

Источник

Регулятор скорости коллекторного двигателя

Заказать

Вы можете приобрести готовое устройство (без шунта, и переменного резистора). Для заказа нажмите на кнопку или направьте заказ на почту sales@digect.ru.

Регулятор скорости коллекторного двигателя с компенсацией нагрузки и защитой от перегрузки предназначен для изменения скорости вращения двигателя. При включении обеспечивая плавный старт при этом скорость вращения двигателя стабилизируется в независимости от нагрузки на валу двигателя (константная электроника). Регулятор выполнен по типовой схеме включения ИМС U2010B.

Особенности

Особенностью данного устройства перед системами с таходатчиком, является то, что нет необходимости вмешиваться в конструкцию двигателя (УШМ, гравера и.тд), нет необходимости даже разбирать. Устройство можно выполнить ввиде промежуточного блока, включенного между электрической розеткой и двигателем.

Update: Для нормальной работы функции плавного старта, выключатель должен находится в цепи 220В.

  1. Плавный старт. При подаче питания двигатель запускается плавно и без рывка, что сбережет редуктор, предохранит двигатель от преждевременного износа.
  2. Защита от перегрузки. При чрезмерной нагрузке на валу двигателя светодиод на регуляторе загорится указывая на то, что устройство перегружено, с еще большим увеличением нагрузки (вплоть до заклинивания) — регулятор остановит двигатель, восстановление работоспособности двигателя будет осуществлено согласно установленному режиму работы (см режимы работы).
  3. Функция регулирования оборотов двигателя. Возможность изменять обороты двигателя от нуля до максимума.
  4. Функция стабилизации оборотов двигателя. В середине диапазона оборотов регулятор будет пытаться стабилизировать обороты двигателя вне зависимости от нагрузки на валу двигателя.

Внимание!

Устройство, находится под высоким напряжением и не имеет гальванической развязки от питающей сети. Поэтому при работе с ним нужно соблюдать предельную осторожность. ВСЕ МАНИПУЛЯЦИИ с регулятором можно проводить ТОЛЬКО ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ И ПОЛНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ИХ ОТ СЕТИ В регуляторе отсутствует предохранитель, поэтому необходимо предусмотреть его установку. Эксплуатация устройства без предохранителя не допускается так как в случае короткого замыкания это может привести к пожару и другим негативным последствиям.

Регулятор оборотов может работать в трех режимах, которые определяются положением перемычки X1.

Режимы работы.

  1. Индикация перегрузки и последующий сброс на минимальные обороты. Для восстановления рабочих оборотов, необходимо выключить инструмент.
  2. Индикация перегрузки, последующий сброс на минимальные обороты, после снятие нагрузки с инструмента, восстанавливаются установленные обороты, т.е. происходит авто старт. Данный режим устанавливается при отсутствии перемычки, и является режимом по умолчанию.
  3. Только индикация перегрузки, без остановки двигателя и защиты.

Внешний вид и расположение элементов.

  1. Напряжение питания ≈220 В.
  2. Нагрузка, коллекторный двигатель. Мвксимальная нагрузка 2.2 кВт
  3. Светодиод индикации перегрузки. (в версии 2021 года,установлен SMD светодиод — посмотреть)
  4. Регулировка компенсации нагрузки.
  5. Регулировка перегрузки.
  6. Переменный резистор регулировки оборотов двигателя.
  7. Регулировка пределов регулировки скорости.
  8. Перемычка для установки режима работы устройства.
  9. Шунт R6, измерителя тока.

В версии 2021 года установлен smd светодиод, при этом отверстия для монтажа обычного светодиода оставлены, если вы хотите установить выводной светодиод (иногда это необходимо, если вы хотите удалить индикацию от платы при установке его в корпус), удалите штатный smd светодиод и впаяйте необходимый вам.

Обращаю ваше внимание на то, что включая устройство с неподключенным шунтом вы можете вывести из строя ИМС U2010B! Не подавайте питание на регулятор пока не смонтируете на нем шунт и переменный резистор.

Регулировка изделия.

Установите переменный резистор в положение соответствующем минимальным оборотам , подстроечный резистор R10 (компенсация нагрузки) установить в среднее положение , включаем устройство к сети 220В. Резистором R8 (amax) выставить минимальные обороты, Минимальные обороты должны быть таковы чтобы при включении питания двигатель начинал устойчиво вращаться. Далее необходимо настроить компенсацию нагрузки. Необходимо отметить что компенсация нагрузки, работает не во всем диапазоне оборотов двигателя, например на максимальных оборотах невозможно регулировать нагрузку так как на двигатель всегда подается максимальное напряжение. Установите обороты двигателя в среднее положение, при этом увеличивая нагрузку на валу любым доступным способом, например зажимая вал двигателя тряпкой, добейтесь поворотом резистора R10 такого состояния чтобы обороты двигателя были стабильными в независимости от нагрузки. В последнюю очередь настройте защиту от перегрузки. Выставьте обороты двигателя близко к минимальным и попробуйте затормозить двигатель выставив резистором R11 такое положение при котором при повышенной нагрузке загорался светодиод VD2, а при чрезмерном либо при заклинивании двигатель обесточивался.

На симистор VS1 для охлаждения возможно придется установить радиатор, а при мощности устройства более 1 кВт его установить просто необходимо чтобы избежать выход из строя устройства в результате перегрева.

Устройство может работать некорректно, если на двигателе установлена «конкурирующая» электроника, как пример в дисковой пиле Интерскол ДП-190 (посмотреть), установлен «плавный старт» и если его не убрать, то пила будет дергатся, обороты плавать, убедитесь что у вас нет ничего подобного!

Дисковая пила Интерскол ДП-190.

Плавный старт находится в ручке пилы.

Плавный старт, типа «DS20A»

Для расчета длины шунта воспользуйтесь калькулятором.

Калькулятор расчета шунта.

Мощность двигателя, Вт Диаметр провода, мм Площадь сечения, мм2 Сопротивление шунта, Ом

Источник