Throttle position sensor (статья первая) — Энциклопедия японских машин — на Дром

TPS представляет собой «обыкновенный» потенциометр (тонкопленочный переменный резистор изготовленный по особой технологии, хотя, точнее было бы его назвать просто * пленочный*) , который при изменении положения дроссельной заслонки должен «выдавать» на ECU изменяющийся по напряжению сигнал, который «снимается» с подвижного контакта TPS . Его еще можно — назвать «реостатным» или «резистивным», потому что именно с этого « среднего» контакта ECM получает точную информацию о положении дроссельной заслонки: при ее открывании напряжение должно плавно возрастать. И наоборот. Посмотрим схематично – что же это такое. рис.1 – общая принципиальная схема выводов и подключения TPS к блоку управления ( ECM ) на Toyota. Необходимое примечание: следует помнить, что расположение выводов TPS отличаются друг от друга. И не только по маркам машин, но и даже у Toyota контакт « E 2», например, может располагаться как и внизу разъема,так и вверху его. Все требует проверок и «правильного» нахождения данных контактов. Но об этом – чуть ниже . Посмотрев на рисунок №1 мы увидим, что всеми своими выводами TPS «завязан» только на блок управления ( ECM ) , но в случае, если машина с АКПП – то и на блок управления автоматической коробки передач. Это — обязательное условие! На рисунке №2 приведено «внутреннее» устройство TPS . Как и для кажого электронного устройства, так и TPS требуется и «питание» и «минус». Это контакты Е2 (минус) и Vc (+12 v ). Нажимая на педаль «газа», мы приводим в действие дроссельную заслонку и одновременно, через ось – внутри TPS происходит перемещение «ползунка». Начинают «работать» два контакта : IDL и VTA . Контакт IDL – это так называемый «контакт холостого хода». Он размыкается и блок управления ( ECM ) получает первоначальный сигнал о том, что дроссельная заслонка «начала работать». Контакт VTA – это и есть наш «потенциометр». Чем далее мы будем нажимать на педаль «газа», тем более будет изменяться сопротивление и на основании этого блок управления ( ECM ) начинает корректировать работу всех электронных систем. Вроде бы все просто? В принципе, как говорится – «ДА». Однако некоторые «нюансы» все-таки надо знать. И главное здесь – правильно отрегулировать начальное положение контакта IDL , то есть – «контакта Холостого Хода». Варианты «на слух и на нюх» сразу же отбрасываем, берем мультиметр и «мануал» — руководство. На большинстве моделях машин Toyota (да и не только на них) регулировка «исходного» положения контакта IDL производится путем выставления определенного зазора между самой дроссельной заслонкой и ее упорным винтом(обычно это болтик без «головки»,законтренный гайкой «на 8»). Для Toyota , двигатель 3 S — FE он составляет, например, 0.51мм. Настолько – ли важно для нас «выставлять» данный зазор ? Ведь в принципе – это «мелочь»? Однако, однако… Давайте попробуем посмотреть, для чего все это необходимо и почему нам весьма желательно «прислушиваться» к этому «совету специалистов». Нажимая на педаль «газа» мы вместе с дроссельной заслонкой начинаем передвигать и «ползунок» внутри TPS . Сейчас работает два контакта : IDL и VTA . Информация от « VTA » «говорит» блоку управления о том, что дроссельная заслонка начинает приоткрываться и, значит, возрастает количество воздуха, поступающего в цилиндры: надо «добавлять топлива». Информация от « IDL » «говорит» блоку управления: «режим работы на холостом ходу закончен». Но если эти «две информации» поступят в блок управления одновременно , то двигатель ( может быть и такое ) — «споткнется», не успеет «вытянуть», потому что приходится учитывать «замедленность срабатывания электронно-механической части», то есть инжекторов, например. Пока они еще «раскачаются»… Вот для этого и определен для каждого типа двигателя, для каждого типа машины свой – «родной» зазор для контакта IDL . То есть: какое время должно пройти после того, как водитель нажмет педаль «газа», что бы блок управления «понял», что можно выключать систему холостого хода и «переходить» на режим работы «мощностной». Регулировка TPS на «дизеле» Toyota 3 C — T От правильной регулировки TPS ( Throttle Posicion Sensor ) на двигателе 3 C — t зависит «правильная» работа как и системы EGR , так и турбины ( имеется в виду сам момент начала турбонаддува). Регулировку TPS желательно проводить на полностью «холодном» двигателе для того, что бы клапан прогрева не «смазывал» всю картину. Если же регулировка производится на «горячем» двигателе, то предварительно надо вручную установить шток блока прогрева в исходное состояние. Включаем зажигание. Находим на разъеме TPS красный провод с черной полосой вдоль (цвет проводов на различных моделях может быть разным). Прокалываем его. Откручиваем два винта TPS и начинаем его поворачивать до тех пор, пока прибор не начнет показывать 3.9 вольта. Фиксируем TPS и для проверки полностью нажимаем педаль газа. На табло прибора должно появиться 1 вольт. Все, регулировка закончена. Неисправности машины из-за неправильной регулировки или неисправности TPS «неуверенный» или затрудненный запуск двигателя повышенный расход топлива увеличенные обороты холостого хода «провалы» при наборе скорости на машине с АКПП : «дергания» при переключении передач,невключение или затрудненное включение повышенной передачи. Ну, а теперь самое время начать разбираться с TPS поближе… Начать, наверное, надо с того, что TPS относится к таким электронным устройствам, при неисправности которых блок управления ( ECM ) сразу же сигнализирует водителю об этом «зажиганием» лампочки « CHEK » на приборной панели. То есть – это один из основных датчиков всей автомобильной электроники. …и это естественно, что показания TPS для блока управления ( ECM ) являются одними из основных . И для расчета топливной смеси,подаваемой в цилиндры двигателя,и для коррекции момента зажигания, и для «правильной» работы АКПП, и для работы системы EGR и так далее, и так далее… Однако, не будем забывать, что возможности системы самодиагностики все-таки ограничены. То есть, «уповать» на систему самодиагностики «как на Господа Бога» все-таки не следует. И почему: если и «покажет» самодиагностика «неисправность TPS », то это будет означать только одно: «обрыв или замыкание цепи» или внутри самого датчика (что является довольно редким случаем), или между датчиком и блоком управления ( ECM ). А уж о регулировках TPS ( о правильных регулировках, о правильной работе датчика) нам никакая система самодиагностики не расскажет… Исключение, пожалуй, могут составлять системы самодиагностики на автомобилях выпуска 2000 и далее года. Но и здесь следует оговориться: даже вот такие «навороченные и продвинутые» системы самодиагностики ничего вам не «скажут» о регулировках TPS . Только смогут «подсказать», что TPS , например, «выставлен» неправильно. Как правильно проверять и регулировать TPS : Начнем с того, что включим зажигание и посмотрим на панель приборов : как там себя «чувствует» лампочка « CHEK »? Если она не горит,не показывает нам какую-то неисправность – открываем капот и «подбираемся» к датчику положения дроссельной заслонки. Для измерений лучше всего пользоваться мультиметром. Первое, что нам надо проверить – «есть ли минус». Не включая зажигания прокалываем поочередно каждый провод и находим «массу». Уже хорошо. Далее нам надо удостовериться в том, что на TPS «приходит питание». Примечание : на разных типах и моделях машин «питание» для TPS может быть разным – как и 5 вольт, так и напряжение АКБ, то есть 12 вольт. Включаем зажигание и таким же способом,прокалывая поочередно каждый провод находим «питание». Второе «хорошо». Ну а теперь надо выяснить две достаточно важные вещи: происходит ли размыкание контактов холостого хода ( IDL ) состояние «пленочного переменного резистора», то есть, нет ли на «дорожке» TPS обрывов,потертостей или чего-то подобного, что будет искажать «картину» работы TPS для блока управления ( ECM ). Контакт IDL (контакт холостого хода) обычно располагается или вторым сверху или вторым снизу на разъеме TPS . «Садимся» на него щупом мультиметра и начинаем осторожно вручную двигать дроссельную заслонку. При правильно отрегулированном TPS , сразу же после начала движения заслонки напряжение на шкале приборе резко изменится – от «0» до напряжения АКБ. Значит, контакт IDL работает ( о его регулировках чуть ниже). И самое последнее – «плавность» работы TPS и, значит – правильность работы TPS . …как мы уже говорили – блок управления ( ECM ) это обыкновенное электронное устройство, которое не может «ни думать,ни мыслить». Оно только «перерабатывает» полученную информацию. Так и здесь: в «ячейках памяти» «зашиты» еще на заводе-изготовителе те показания TPS , которые являются «правильными». И получив от TPS сигнал «напряжением…вольт», блок управления «понимает», на какой угол открыта дроссельная заслонка, какую информацию ему «передать» в блок управления АКПП, сколько топлива «дать» на инжектора и так далее. Но все это – только в том случае, если при открытии дроссельной заслонки напряжение возрастает плавно, без «скачков и провалов». То есть, если расположенный внутри TPS «пленочный переменный резистор» не имеет потертостей,обрывов и так далее. И эту позицию мы проверяем просто: «садимся» щупом мультиметра на оставшийся провод,включаем зажигание и начинаем медленно-медленно двигать дроссельную заслону, одновременно наблюдая за показаниями мультиметра. Напряжение должно возрастать очень плавно: 0.65…0.66…0.67…0.68… и так далее. То есть, не должны наблюдаться «ни провалы, ни скачки» по напряжению. Если же они присутствуют – блок управления будет «получать» неправильную информацию и в результате – двигатель будет работать «некорректно». То есть , будет иметь все те неисправности (или какие-то из них) , о которых написано выше. Об устранении таких неисправностей TPS будет рассказано чуть позже. Регулировка TPS Как ни странно покажется, но регулировку TPS надо начинать со снятия гофрированной трубки, по которой воздух поступает во впускной коллектор. Как правильно ее назвать, эту «гофрированную трубку»? И первым делом посмотреть состояние дроссельной заслонки: закрыта ли она или ей мешают грязь, смолистые отложения? И что бы долго не думать, надо взять чистую ветошь, немного «насытить» ее бензином, а потом «насухо и начисто» протереть как и заслонку, так и канал впускного коллектора. Далее все делаем «пошагово». Шаг 1 – начальная регулировка дроссельной заслонки . Для этого «отпускаем» ее упорный винт, «взводим» заслонку до предела и резко отпускаем. Слышим щелчок удара заслонки об упор. Далее начинаем подкручивать упорный винт дроссельной заслонки и с каждый таким подкручиванием – «щелкаем» заслонкой, проверяя тем самым такой важный момент: когда дроссельная заслонка перестанет «закусывать». Как только это произошло – «контрим» упорный винт дроссельной заслонки стопорной гайкой и переходим к следующему пункту. Шаг 2 — установка IDL . То есть, в «этом шаге» мы должны правильно выставить такое положение датчика положения дроссельной заслонки, при котором будет происходить «правильное» размыкание (замыкание) контактов IDL непосредственно внутри самого TPS . Для этого «отпускаем» винты TPS ( мультиметр уже подсоединен к контакту IDL ) и вставляем щуп толщиной « N » между дроссельной заслонкой и ее упорным винтом. И осторожным поворотом самого датчика дроссельной заслонки добиваемся такого момента, когда при открывании дроссельной заслонки стрелка прибора начинает свое движение. Фиксируем винты. Все – это и есть «истинный момент начала отсечки холостого хода». Теперь немного о «щупе толщиной N ». Для разных машин и разного года выпуска толщина его будет разной.

Читать еще: Датчик давления топлива 406 двигатель

Владимир КУЧЕР, город Южно-Сахалинск
http://www.efisakh.ru

Перепечатка разрешается только с разрешения автора и при условии размещения ссылки на источник

Центр информационных и интеллектуальных систем

Разработка электронных систем управления для любых типов двигателей, автоматических трансмиссий, гибридных и электрических автомобилей.

Главная
Направления
Разработка и создание
Центр информационных и интеллектуальных систем
Выполненные работы
Электронная система управления газовым двигателем (ЭСУД)

Электронная система управления газовым двигателем (ЭСУД)

Ведется разработка и отработка электронной системы управления газовым двигателем (ЭСУД), предназначенной для управления газовыми модификациями конвертированных рядными шестицилиндровыми дизельными двигателями производства ОАО «ЯМЗ», выполняющих требования Правил ЕЭК ООН №49-04В2 (Экологический класс 5) по удельным выбросам вредных веществ с ОГ для автобусов и грузовых автомобилей с системой каталитической нейтрализации отработавших газов (ОГ), а также были выполнены следующие работы:

Разработано техническое задание на электронный блок управления (ЭБУ) для системы управления с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах, а также управлением зажиганием с обратной связью по детонации для газовых двигателей.
Разработана конструкторская документация на жгут проводов для электронной системы управления двигателем (ЭСУД).
Выбраны основные компоненты ЭСУД и изготовлен жгут проводов.
Разработана конструкторская документация на ЭБУ.
Разработаны и изготовлены опытные образцы ЭБУ для газовых двигателей с распределенным впрыском газа.
Подготовлено базовое программное обеспечение для проведения дальнейших работ по адаптации блоков управления для газовых двигателей с распределенным впрыском газа и нейтрализацией отработавших газов.

работу двигателя на всех режимах при достижении требуемого уровня топливной экономичности, пусковых и ездовых качеств укомплектованного данной системой транспортного средства, а также соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН №49-04В2 (Экологический класс 5) по удельным выбросом вредных веществ с ОГ;
обеспечение функций диагностики технического состояния двигателя и его систем;
согласованного взаимодействия системы управления двигателем с системами управления автомобилем с целью обеспечения оптимального управления и безопасности движения;
поддержания вспомогательных функций управления автомобильными агрегатами и устройствами (иммобилайзер, кондиционер, связь с автоматической трансмиссией и др.);
защиту двигателя от работы в недопустимых с точки зрения обеспечения его работоспособности режимах;
управление при неисправностях в цепях датчиков и исполнительных устройств.

Функциональная схема системы управления приведена на рисунке.

ЭСУД в составе газового двигателя выполняет следующие функции:

управление пуском и остановом двигателя;
управление топливоподачей без обратной связи по содержанию кислорода в отработавших газах;
управление топливоподачей с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах;
управление топливоподачей и зажиганием на всех режимах работы двигателя (холостой ход (ХХ), частичные нагрузки (ЧН), режим мощностного обогащения (МО), принудительный холостой ход (ПХХ);
компенсацию изменения напряжения бортовой сети (управление временем накопления энергии в катушках зажигания и длительностью импульсов впрыска);
поддержание стабильной частоты вращения двигателя на режимах холостого хода;
ограничение максимальной частоты вращения двигателя;
управление клапаном рециркуляции ОГ;
защита двигателя при аварийных режимах работы;
управление двигателем в аварийных режимах работы;
централизованная диагностика компонентов системы;
сигнализация об аварийных и критических режимах работы двигателя и системы управления.

Структурная схема ЭСУД транспортным газовым двигателем представлена на рисунке ниже и состоит из следующих компонентов:

электронный блок управления (ЭБУ), поз. 1;
жгут проводов, поз. 2;
датчик углового положения коленчатого вала, поз. 13;
датчик углового положения распределительного вала, поз. 10;
датчик температуры охлаждающей жидкости, поз. 12;
датчик давления наддувочного воздуха, поз. 7;
датчик температуры газового топлива, поз. 11;
датчик давления газового топлива в магистрали высокого давления, поз. 5;
датчик давления газа в газовой распределительной магистрали, поз. 6;
управляющий и диагностический датчики кислорода, поз. 9;
датчики детонации, поз. 8;
дроссельная патрубка с электроприводом дроссельной заслонки, поз. 14;
датчик скорости транспортного средства;
электронная педаль акселератора, поз. 20;
электромагнитные дозаторы газового топлива (газовых форсунок), поз. 4;
катушки зажигания, поз. 3;
высоковольтные провода;
свечи зажигания, поз. 19;
клапаны рециркуляции отработавших газов, поз. 16;
магистральный клапан высокого давления, поз. 18;
запорные клапаны отключения подачи газового топлива, поз. 15.

Структурная схема ЭСУД

Разработанный вариант макетного образца ЭБУ в рамках данной работы,представлен на рисунке «Макетный образец ЭБУ», и является центральным устройством системы управления двигателем. ЭБУ принимает информацию от датчиков,преобразовывает её во входном интерфейсе устройства ввода/вывода (УВВ), передает в центральное вычислительное устройство (ЦВУ) микроконтроллера для решения задач управления двигателем, запрограммированных в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) ЦВУ по определенным алгоритмам. Контроллер управляет исполнительными устройствами, такими как: газовые форсунки, катушки зажигания, электропривод дроссельной заслонки, нагреватель датчика кислорода, клапан рециркуляции отработавших газов, магистральный клапан высокого давления, запорные клапаны с различными реле. БУ выполняет функцию диагностики системы, определяя наличие неисправностей элементов системы управления и предупреждает о них включением диагностической лампы «CheckEngine» (проверь двигатель) и сохраняет в своей памяти диагностические коды, обозначающие характер неисправности.

Макетный образец ЭБУ.

Описание общей структуры алгоритма управления газовым двигателем реализуемый в системе управления газовым двигателем алгоритм управления обеспечивает достижение на транспортном средстве заданных мощностных, экономических и экологических показателей, а также требуемых ездовых качеств.

Основные функции алгоритма управления газовым двигателем

ЭСУД газовым двигателем должна обеспечивать выполнение требований по выбросу токсичных веществ с отработавшими газами за счет оптимизации топливо- и воздухоподачи, а также угла опережения зажигания следующими действиями:

управления пуском и прогревом двигателя;
управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу с учетом температуры охлаждающей жидкости независимо от сопротивления вращению;
ограничения предельной частоты вращения коленчатого вала;
управления топливоподачей на всех режимах, в том числе с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах, с учетом температуры охлаждающей жидкости, частоты вращения, нагрузки, положения дроссельной заслонки, ускорения;
управления углом опережения зажигания с учетом вышеперечисленных факторов и, кроме того, с использованием обратной связи по детонации;
управления временем накопления энергии в катушке зажигания;
выявления неисправностей электрических цепей датчиков и исполнительных устройств, предупреждение водителя об их наличии включением сигнальной лампы;
перехода при неисправности датчиков и исполнительных устройств на резервный режим управления, обеспечивающий возможность продолжения движения автомобиля с наименьшим ухудшением показателей;
накапливание и вывод диагностической сервисной информации;
осуществления режимов функциональной диагностики исполнительных устройств при проведении работ по диагностированию и устранению неисправностей;
осуществления функциональной диагностики антитоксичных устройств на работающем двигателе (каталитического нейтрализатора, системы рециркуляции отработавших газов), а также наличия пропусков воспламенения.

Читать еще: Toyota corolla стук в двигателе

Для проведения предварительных калибровок ЭСУД был подготовлен газовый двигатель с распределенным фазированным впрыском газа, представленный на рисунке ниже.

Газовый двигатель, установленный на моторном стенде и оборудованный ЭСУД для проведения работ по адаптации.

Выполнены предварительных адаптационные работы на моторном стенде, калибровки управления: константы алгоритма управления, одномерные матрицы, а также матрицы коррекции топливоподачи и угла опережения зажигания по положению дроссельной заслонки.

На рисунке ниже представлена базовая матрица топливоподачи, зависимость длительности впрыска топлива TAU, (мс.) от циклового наполнения Gц, (мг/цикл) и частоты вращения коленчатого вала двигателя n, 1/мин.

На рисунке ниже представлена базовая матрица угла опережения зажигания (УОЗ), зависимость TETA, (ºп.к.в.) от циклового наполнения Gц, (мг/цикл) и частоты вращения коленчатого вала двигателя n, 1/мин.

Базовая матрица топливоподачи.

Базовая матрица УОЗ.

В ходе выполнения данной работы, наряду с исходной версией программного обеспечения, для блока управления газовым двигателем было создано программное обеспечение для выполнения адаптационных и калибровочных работ по системе управления. Начальное окно программы содержит основные элементы контроля блока управления, информационные данные, а также инструменты для запуска последующих управляющих окон. Начальное окно «настройки» представлено на рисунках ниже.

Тиристорный преобразователь частоты и принцип его работы

Преобразователи частоты в схемах подключения двигателя пользуются большой популярностью и спросом, поскольку позволяют строить стабильные и управляемые системы, которые без таких электронных схем спроектировать и внедрить затруднительно. К таким специфическим применениям, связанным с работой синхронных и асинхронных двигателей, относят:

необходимость обеспечить плавный, безопасный пуск и остановку электромотора;
потребность обеспечить необходимый крутящий момент на низких оборотах и при выходе на номинальный режим;
потребность регулировки частоты вращения ротора в широких пределах;
создание экономичных систем;
разработку систем на базе электромоторов с обратной связью, при помощи которой регулируется состояние системы.

Это достаточно сложная задача, учитывая, что мощные электродвигатели, особенно двигатели трехфазного тока, работают при достаточно высоких напряжениях, мощностях и, соответственно, большой силе тока. Поэтому первые регуляторы частоты были созданы на основе тиристоров, которые появились значительно раньше мощных IGBT-транзисторов. Cхемотехника тиристорных регуляторов частоты вращения электромотора достаточно проста и может быть реализована даже без применения сложных контроллеров, интегральных микросхем и микропроцессоров.

В первых разработках частотных преобразователей на тиристорах использовались временные цепи с регулировкой, построенной на базе конденсаторов и резисторов, которые задают собственную частоту колебаний системы.

Особенности тиристоров

Такой радиоэлектронный компонент, как тиристор, можно условно представить как управляемый диод. Когда на управляющий электрод не подается напряжение, тиристор закрыт и не пропускает ток в обоих направлениях. Когда на управляющий электрод подается напряжение, тиристор начинает работать как диод, то есть пропускает ток только в одном направлении. Эта их особенность широко используется в регуляторах мощности электрического тока — диммерах, где тиристор работает в режиме отсечения части полуволны электрического тока и пропускает в нагрузку только часть мощности. Для более плавной регулировки в таких схемах используется два тиристора, включенных навстречу друг другу, чтобы пропускать положительную и отрицательную составляющую переменного тока.

При определенном подборе RC-цепочки возможно создание простого генератора на основе тиристора, который питается от постоянного тока. Эти особенности и стали основой различных схемотехнических решений, которые позволяют получать от сети 220 В и 50 Гц переменный электрический ток, частота которого может изменяться практически от 0 и значительно превышать частоту питающей сети. Более сложные решения позволяют получать от однофазной сети напряжение для питания трехфазных двигателей, а также управлять работой трехфазных моторов, подключенных через такой преобразователь к трехфазной сети.

Необходимо отметить, что несмотря на достаточно старый тип подобных систем управления частотой вращения двигателя, тиристорные преобразователи частоты до сих пор широко применяются, особенно для управления мощной нагрузкой в десятки киловатт. При этом их схемотехническое решение, как правило, значительно дешевле современных систем управления на базе транзисторов с микропроцессорным управлением. Впрочем, современные тиристорные преобразователи частоты также имеют сложное электронное управление, которое обеспечивает:

согласованность плеч управления напряжением и частотой;
обратную связь по контролируемому критерию работы системы;
защиту как самого преобразователем, так и подключенной нагрузки от различных внештатных аварийных ситуаций.

Тем не менее, несмотря на простоту решений схемотехники на тиристорах, преобразователи на их основе имеют ряд недостатков, постепенно вытесняющих их из промышленного использования. К ним относят:

достаточно объемную элементную базу, которая не позволяет создавать компактные решения;
необходимость использования дросселей, согласующих трансформаторов (реакторов),которые при больших мощностях нагрузки отличаются значительными габаритами и стоимостью;
сложности в формировании чистого синусоидального сигнала на выходе тиристорного частотного преобразователя;
принципы работы тиристора, основанные на отсечении части волны электрического тока. Это приводит к тому, что тиристорный ключ становится источником мощных электромагнитных помех в широком гармоническом спектре, который может влиять на работу оборудования расположенного в непосредственной близости или подключенного к той же питающей сети.

Кроме того, ТПЧ должен быть оборудован хорошо отлаженной схемой управления, поскольку тиристор, в отличие от транзистора, открывается полностью при достижении на управляющем электроде заданного значения напряжения. Как правило, в тиристорных схемах устройств управления частотой используется несколько тиристоров, и синхронность их работы должна быть настроена точно и согласованно, поскольку только в этом случае можно добиться высокого КПД преобразователя и максимальной точности управления нагрузкой.

Рассмотрим особенности нескольких типовых схем работы тиристорных преобразователей частоты.

ТПЧ с непосредственной гальванической связью с сетью питания

Это решение можно назвать одним из наиболее простых в плане реализации принципа управления электродвигателем. Такая схема позволяет генерировать на выходе питающие напряжения с заданной частотой и фазой. Необходимо подчеркнуть, что частота выходного сигнала не может превышать частоту питающего напряжения, поэтому такие системы применяют, в основном, для мощных низкооборотных двигателей.

Схемотехническое решение включает в себя комбинацию тиристорных электронных ключей, которые могут быть:

управляемыми;
неуправляемыми;
включены встречно-параллельно;
включены по схеме мост;
подключены перекрестно;
соединены по нулевым схемам.

Все эти соединения используются в одном ТПЧ с гальванической связью и обеспечивают формирование выходного синусоидального сигнала из фрагментов входного синусоидального сигнала. Эти фрагменты формируются таким образом, чтобы получить сигнал на выходе с требуемой частотой и фазой.

Однако такое внешне простое схемотехническое решением обладает рядом недостатков, к которым можно отнести:

сложную форму выходного сигнала. Она не синусоидальна, поэтому может приводить к появлению дополнительных вибраций, а также гармонических помех в питающей сети;
ограниченность в частоте вращения двигателя, которая, как правило, не может превышать номинальную частоту питающей сети;
сложную схему управления ключами, которая либо требует сложной настройки, либо использования цифровой системы управления, сложности и стоимость которой также достаточно велики.

Вместе с тем, у такого решения есть и преимущества, благодаря которым оно до сих пор используется для управления электромоторами, работающими на невысоких оборотах и в режиме значительной нагрузки. Среди преимуществ этого решения можно назвать:

стоимость оборудования. Цена такого ТПЧ значительно ниже, чем стоимость частотного преобразователя на транзисторных элементах с аналогичными параметрами мощности нагрузки и диапазона регулирования;
высокий КПД системы, находящийся в пределах 95%;
сохранение амплитуды напряжения входной сети на выходе преобразователя;
возможность работы в рекуперативном режиме, когда двигатель используется в режиме генератора при торможении;
простую возможность модернизации ТПЧ при увеличении мощности нагрузки путем добавления параллельных тиристорных модулей, при этом мощность теоретически можно наращивать практически до бесконечности.

Читать еще: Что рычит в двигателе лада гранта

ТПЧ с выпрямителем и инвертором

Если на выходе преобразователя частоты требуется получить ее значение, которое превышает частоту питающей сети и номинальную частоту работы двигателя, приходится использовать более сложные схемы с выпрямителем и генератором частоты. Схемотехническое решение такого устройства на тиристорах включает следующие ключевые блоки:

выпрямительный модуль, который также может быть построен на нескольких тиристорах;
фильтр постоянного тока, задачей которого является сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. В зависимости от модификации преобразователя частоты с двойным преобразованием может использоваться либо дроссельный, либо комбинированный фильтр с катушкой индуктивности и конденсатором;
генератор выходного напряжения с изменяемой частотой выходного тока;
схема управления работой преобразователя, которая, как правило, строится на современных цифровых компонентах, в том числе и микропроцессорных.Задача такой схемы – обеспечить стабильность частоты на выходе преобразователя, а также регулировать параметры работы преобразователя по цепям обратной связи и обеспечивать защиту нагрузки и самого устройства от аварийных ситуаций.

По особенностям схемотехники ТПЧ, построенного по такой схеме, различают преобразователи с инвертором тока и инвертором напряжения, область применения которых может отличаться. Инвертор тока характеризуется обеспечением на нагрузке постоянной амплитуды силы тока. При использовании дополнительных схемотехнических решений можно обеспечить возможность рекуперации электроэнергии, что важно при использовании оборудования в системах с частой остановкой и пуском электродвигателя или при необходимости его реверсивной работы.

Преобразователи, построенные по схеме инвертора напряжения, обеспечивают постоянное напряжение на выходе, причем его величина не изменяется при увеличении силы тока, естественно в рамках паспортных характеристик ТПЧ.

К преимуществам таких ТПЧ с двойным преобразованием принято относить:

широкий диапазон регулировки частоты вращения электромотора. При этом в режиме преобразователя тока пределы регулировки частоты напряжения на выходе составляют от 0 до 125 Герц, а при работе в режиме источника напряжения выходная частота генератора может достигать полутора тысяч Герц;
выходной сигнал такого ТПЧ с двойным преобразованием максимально приближен к синусоидальному, поэтому создается минимум гармонических помех, обеспечивается работа двигателя в штатном режиме, и не требуется дополнительная синхронизации частоты питающей сети и выходного напряжения;
число тиристорных ключей в таких преобразователях меньше,чем у ТПЧ с гальванической связью, поэтому устройства этого типа имеют более простую схему управления, следовательно они проще в первичной настройке и ремонте;
выходной генератор в таких преобразователях нечувствителен к коротким замыканием в нагрузке, которые не приводят к его выходу из строя.

Есть у этой технологии и недостатки, среди которых:

невозможность подключать ТПЧ инверторного типа к нагрузке, состоящей из группы электромоторов;
дороговизна компонентов фильтра, включаемого после выпрямителя;
необходимость использования дополнительной схемотехники для обеспечения рекуперации электроэнергии;
зависимость фазового сдвига от степени нагрузки на электромотор.

На сегодняшний день ТПЧ с двойным преобразованием является одним из самых популярных и доступных решений и успешно конкурирует с частотными преобразователями на транзисторах.

Также необходимо отметить, что тиристорные системы регулировки частоты вращения электромоторов используются не только на низковольтных схемах питания до 1000 Вольт, но и на высоковольтных, которые могут работать при питающем напряжении до 6 киловольт и выше. Транзисторных аналогов для решения таких производственных задач на сегодняшний день не существует.

Подводя итог, можно сказать, что несмотря на достаточно устаревший тип таких преобразователей и худшие параметры управляемости и качества выходного сигнала по сравнению с транзисторными и преобразователями частоты, ТПЧ всё еще используются, особенно там, где нет необходимости поддерживать высокоточный режим работы электромотора и нужно:

обеспечить большой крутящий момент на низких оборотах мощных электродвигателей;
управлять высоковольтными моторами, питание которых превышает 660 Вольт;
создать оптимальное по стоимости и функциональности решения без переплаты за более современное, но более дорогое оборудование.

Наша компания “IES-drives” предлагает широкий ассортимент оборудования для управления электродвигателями и системами на их основе. Мы предлагаем частотники разных производителей и серий, как универсальные, так и специализированные, в том числе и на тиристорной элементной базе.

Кроме частотных преобразователей мы также предлагаем услуги по подбору оборудования, разработке промышленных систем на его основе, их наладки, обслуживанию и ремонту.

Если вам требуется подобрать оптимальный вариант частотников для решения конкретной производственной задачи, вы всегда можете обратиться за помощью к специалистам нашей компании.

Как управлять двигателем DC с помощью mini Lab 1008 usb и LabVIEW

Я нахожусь в стажировке и не знаком с LabVIEW, и мне трудно понять, как вывести ПК +5 вольт, хотя LabVIEW для управления двигателем DC. Если вы можете помочь с примером программы, это будет очень полезно.

2 ответа

ПИД-регулятор обратной связи и положения с двигателем DC/энкодером

Мне очень трудно получить как обратную связь PID, так и позиционирование, чтобы работать одновременно. Моя мысль вычислить RPM состоит в том, чтобы: запустите таймер и подсчитайте импульсы кодера с помощью прерывания. используйте некоторые простые математические вычисления, чтобы преобразовать в.

Я уже некоторое время изучаю, как управлять двигателем (контролировать его скорость) в быстром режиме ШИМ с помощью моего atmega32. Мне нужно использовать 8-битный Timer0, потому что у меня есть другое применение для других счетчиков. Я думаю, что знаю, как инициализировать таймер для этой задачи.

В National Instruments есть очень хорошие руководства, особенно для новичков. Вы можете легко найти на их веб-сайте учебники, как начать играть с LabVIEW и с такими измерениями, как эти:

И, как я знаю, у них тоже очень хорошая поддержка, так что вы можете обратиться к ним за дополнительной помощью.

Я нашел страницу , которая включает в себя набор драйверов для mini 1008, включая примеры. Взгляните на эти драйверы и примеры.

Throttle position sensor (статья первая) — Энциклопедия японских машин — на Дром