2019 december 5 - csütörtök
Kezdőlap > 2. INGYENENERGIA > 2.4. Az ingyenenergia titkai > 2.4.3. Villanyautó – Bevezető > 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

Az egyenáramú villanymotorok sebességét egy erre a célra szerkesztett elektronika szabályozza. Készen is kaphatsz az igényeidnek megfelelő teljesítményben és kivitelben vezérlőt, de ha az áraik elkedvetlenítettek, akkor ezen az oldalon megtudhatod, hogyan építhetsz magad is egy motorvezérlő áramkört.

Mielőtt a vezérlők témakörét elkezdenénk tárgyalni, javaslom, hogy menjél vissza Az egyenáramú motorokról oldalra és ott írd be az általad kiválasztott villanymotor paramétereit. Ezekre az adatokra mindenképpen szükség lesz a vezérlő megtervezéséhez!
	
	

Egy kereskedelemben kapható átlagos villanymotor vezérlő a következő funkciókat látja el:

  • PWM feszültségszabályozás – A motor fordulatszámát szabályozza
  • Túláram védelem/Rövidzár védelem – lekorlátozza a motorra jutó áram értékét, ezáltal csökkenti az áramfelvételt. Ez védi a motort és a vezérlő teljesítmény fokozatát az esetlegesen túl nagy áramoktól.
  • Visszatápláló üzemmód – Mikor a villanyautó lejtőn gurul, vagy mikor fékezünk, a villanymotor áramgenerátorként működik. Az így termelt áramot visszavezethetjük az akkumulátorokra, hogy a felhasznált energia egy részét pótolhassuk.
  • Hőkapcsoló – Ha a vezérlő teljesítmény fokozatának hőmérséklete vagy a villanymotor hőmérséklete elér egy kritikus értéket, akkor a vezérlő kikapcsol.
  • Túlfeszültség védelem – Ha az akkumulátorok feszültsége meghaladja a megengedett felső határt, akkor azt a feszültséget leszabályozza a megengedett értékre.
  • Mélykisülés védelem – Ha az akkumulátorok feszültsége túl alacsony értékre esik le, akkor lekapcsolja a vezérlő a motort az akkumulátorokról.
  • Ellentétes polaritás védelem – Ha az akkumulátorokat ellentétes polaritással kapcsoljuk a vezérlőre, akkor az nem kapcsol be.
  • Bekötés védelem – A különböző csatlakozók és dugaszaljak eltérő formájúak, ezáltal nem lehetséges azok felcserélése.
  • Számítógépes csatlakozás – A vezérlőt egy számítógéphez csatlakoztatva a különböző funkciókat tetszés szerint programozhatjuk.

A következőkben ezeket a funkciókat vizsgáljuk meg részletesebben.

PWM feszültségszabályozás

Mikor az egyenáramú motor közvetlenül (azaz vezérlő nélkül) kapcsolódik az akkumulátorhoz, akkor a csatlakozás pillanatában hatalmas áramokat vesz fel. Ez az áramtüske azért jön létre, mert a motor, ha azt forgatjuk, generátorként működik, s a generált feszültség egyenes arányban áll a motor sebességével. A motoron átfolyó áram erősségét az akkumulátor feszültsége és a generált feszültség közötti különbséggel szabályozhatjuk. A generált feszültséget visszaható elektromotoros erőnek (EME) nevezzük. Mikor a motor rákapcsolódik az akkumulátorra (még mindig vezérlő nélküli kapcsolatról van szó), akkor nincs visszaható EME, azaz az áramot csak az akkumulátor feszültsége, a motor ellenállása és induktivitása, valamint az akkumulátor belső ellenállása határozza meg.

A motor sebességét szabályozó vezérlő használata esetén a motort tápláló feszültséget szabályozni tudjuk. Az indításkor, azaz mikor a motor sebessége nulla, a vezérlő nem fog feszültséget kapcsolni a motorra, így az áramerősség is nulla lesz. Miközben a motor sebességszabályozója növeli a feszültséget, a motor elkezd forogni. Először kicsi a motorra kapcsolt feszültség, így az áram erőssége is alacsony lesz, de ahogy a vezérlő egyre nagyobb feszültséget kapcsol a motorra, úgy növekszik az áramerősség és a motor visszaható EME-je is. Ennek eredményeként az induláskor fellépő áramtüskét megszűntettük és a gyorsítás is egyenletes lesz.

A legegyszerűbb módszer az egyenáramú motorok fordulatszámának a szabályozására a vezérlő feszültségének a szabályozása: minél magasabb a feszültség értéke, annál nagyobb fordulatszámot igyekszik elérni a motor is. Az esetek többségében azonban az egyszerű feszültségszabályozás nagyon veszteséges módszer, ezért inkább az impulzusszélesség moduláció (Pulse Width Modulation = PWM) használata a jellemző.

Az alap PWM módszernél a tápforrás feszültségét kapcsolgatjuk ki/be folyamatosan, ezáltal szabályozva a motorra kapcsolt feszültséget és áramot. A motor sebességét a kikapcsolt és bekapcsolt állapotok aránya határozza meg.

swave 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

1. ábra. A PWM magyarázata

A PWM vezérlőknél figyelembe kell vennünk, hogy a villanymotor alacsony frekvenciás eszköz. Ennek az az oka, hogy a motor tulajdonképpen egy nagy induktivitás, ezért nem képes felvenni a nagyfrekvenciás energiát. Az alacsony frekvenciák értéke szintén egy ésszerű érték felett kell legyen. Az alacsonyabb frekvenciák ugyan jobban megfelelnek, mint a magasabbak, de a PWM módszer elveszíti a hatékonyságát a nagyon alacsony frekvenciákon.

Az alacsonyabb frekvenciákon az impulzus bekapcsolási ideje hosszabb, mint a magas frekvenciákon, így a motoron elég áram tud keresztül haladni minden egyes bekapcsolt impulzusnál. A magasabb frekvenciák akkor használhatók jól, ha egy megfelelően nagy kondenzátort kötünk a motor pólusaira. Enélkül csak nagyon kis áram tudna a motor tekercsén átfolyni, ami nem lenne elegendő a munkavégzésre, ráadásul ez az áram a kikapcsolt állapotban egy ellentétes irányú áramtüskeként disszipálódik a meghajtó diódáin. A kondenzátor integrálja az impulzusokat és egy hosszabb idejű, bár alacsonyabb értékű áramimpulzust hoz létre. Ekkor visszarúgó áramtüske sincs, mert az áram nem szűnt meg.

A motor induktivitásának ismeretében meghatározhatjuk az optimális PWM frekvenciát. Próbáld meg tesztelni a motorodat egy 50 %-os kitöltési tényezőjű négyszög impulzussal és figyeld meg, hogyan csökken a nyomaték a frekvencia növekedésével. Ez a módszer segít meghatározni az optimális frekvenciát, ahol a hatásfok a maximális lesz.

Természetesen a nagyfrekvenciás PWM rendszerek is használhatók a villanymotorok vezérlésére, hiszen mikor összehasonlítjuk az alacsony- és nagyfrekvenciás rendszereket, akkor két különböző megközelítést használunk és mindkettő helyes.

Az alacsony frekvenciáknál mechanikai átlagolást végzünk. Mikor a vezérlő kikapcsolja az impulzust, egy rövid idejű feszültségtüske jelenik meg, melyet a diódák kapnak el, de ezután az átmeneti idő után a motort szabadon forgatja a lendülete és tipikusan egy búgást hallhatunk. Ez a módszer rendszerint kis méretű, alacsony feszültségű motoroknál használható.

A nagyfrekvenciás módszernél a motor induktivitása átlagolja az áramot. Ez hasonlít a kapcsoló üzemű tápegységekhez. A diódák sokkal kritikusabbak ebben az esetben, mivel azokon a teljes motoráram átfolyik viszonylag hosszú ideig, hacsak nem használunk ellenfázisú zárást. A nagyfrekvenciás PWM elég érzékeny a motor tulajdonságaira, azaz az induktivitására. A közepes méretű motorok 17-20 kHz-es vagy annál valamivel nagyobb frekvencián működnek.

Az információkat innét fordítottam.

A PWM feszültségszabályozásra nagyon sokféle kapcsolás létezik az analóg megoldásoktól kezdve a digitális kialakításig. Mivel a sebességszabályozást manuálisan végezzük a gázpedálra csatlakoztatott potméter segítségével, és mivel nem tervezzük a számítógépes csatlakoztatást – hiszen nem igazán van rá szükség a villanyautóban – ezért az analóg megoldást választjuk.

Az egyszerűségre törekedve a PWM kapcsolást egy 555-ös időzítő IC-vel oldhatjuk meg. Ezt mutatja a következő kapcsolás.

PWM_Kapcs 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

2. ábra. Az impulzusszélesség szabályozó

A kapcsolás ötletét innét vettem.

A P1 potméter a gázpedálhoz kapcsolódik, ezzel szabályozzuk az impulzusok kitöltési tényezőjét és ezáltal a motor fordulatszámát. A kapcsolásban szereplő két dióda biztosítja azt, hogy az impulzusok kitöltési tényezője szinte 0 és 100 % között változtatható. Mivel az autóban lévő villanymotor közepes teljesítményű, ezért a frekvencia jelen alkatrészekkel kb. 17 000 és 20 000 Hz közötti értékre van beállítva, A kitöltés változtatása csak kis mértékben hat vissza a frekvenciára. Ha az adott motorhoz tartózó ideális frekvencia ettől eltérne, akkor a C1 kondenzátor kapacitását kell megváltoztatni. (A C1 értékének növelésével a frekvencia csökken.)

Az 555-ös IC 7. lábáról vesszük le a PWM jelet egy 1 kW-os ellenálláson keresztül. Mivel ez még kis áramot ad le és a feszültség értéke se elég nagy – bár ez motorfüggő – ezért ezt a jelet fel kell erősíteni. Erre a célra MOSFET-eket és FET driver IC-ket használunk. Erről lesz szó a következő sorokban.

Túláram védelem / Rövidzár védelem

A nagy áramokra való tekintettel a teljesítmény erősítést MOSFET tranzisztorokkal oldjuk meg, a FET-ek meghajtására pedig olyan meghajtókat választunk, melyek rendelkeznek túláram védelemmel. Ilyen meghajtó IC pl. az IR2121. A MOSFET típusa attól függ, hogy mekkora a motor maximális feszültsége és hogy mekkora áramot kell vezérelni. Egy FET-tel nem lehet megoldani a vezérlést, mivel a szükséges áramerősség jóval meghaladja az egy tranzisztoron átengedhető áramerősség értékét.
	
	

A következő ábrán a teljesítményerősítő fokozatot láthatod.

Telj_eros 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

3. ábra. A teljesítményerősítő fokozat

A Hk bemenetre a jel a hőkapcsolóról jön, az Abe bementre pedig az akkumulátor mélykisülés elleni védelmét biztosító áramkörről. Ezekről lejjebb még szó lesz.

A három darab LED diódának kettős szerepe van:

  • Vizuálisan mutatja, hogy miért áll a motor, és
  • Egy hárombemenetű logikai ÉS kaput alkot úgy, hogy az egyes bemenetek ne hathassanak vissza a másik két bemenetre

A Kpedál szerepe az, hogy mikor teljesen levesszük a lábunkat a gázpedálról, akkor a motorra jutó feszültség értéke biztosan 0 V legyen. Erre azért van szükség, mert a PWM áramkör kimenetén a P1 potméter legszélső állásában sem lesz 0 % a kitöltési tényező, hanem valamilyen nagyon kis értéket vesz fel, azaz a motorra állandóan jutna egy nagyon alacsony értékű feszültség, ami a motort lehet, hogy már nem hajtaná meg, de az akkumulátorokat egy kis értékű állandó áramfelvétellel viszonylag hamar lemerítené. A Kpedál kapcsoló kikapcsolt állapotban van, mikor nyomjuk a pedált, csak akkor kapcsol be, mikor levesszük a lábunkat a pedálról. A Kpedál-nak biztonsági szerepe is van, mivel ha a PWM áramkörnél ismertetett P1 potméter meghibásodik, akkor is elég csak felengednünk a lábunkat a pedálról és a motor már nem is kap táplálást.

Az Um értékét a villanymotor típusa határozza meg. A T1 N-csatornás MOSFET kiválasztásakor szintén ezt az Um feszültségértéket vesszük figyelembe, annál legalább 20 %-kal nagyobb értéket kell vennünk.
	
	

A következő táblázatba írd be a kiválasztott FET paramétereit.

FET típusa (neve):
Max. megengedett nyitóirányú feszültség (Udss): V
Max. megengedett nyitóirányú áram 45 °C-on (Id): A

1. táblázat. A kiválasztott FET adatai

 
	
	

Az R1 ellenállás szerepe az IR2121 vezérlő IC számára biztosítani a túláram elérésekor megjelenő jelet. A vezérlő akkor kapcsolja le a MOSFET-ről az impulzusokat, ha a CS lábon a feszültség eléri az Ucs = 0,23 V-ot. Ha pl. azt szeretnénk, hogy a FET-en keresztülfolyó maximális áramerősség 45 A legyen, akkor:

R1 = Ucs / Id = 0,23 V / 45 A = 0,005 W = 5 mW

Mivel ezen az ellenálláson már nagy áramok folynak keresztül, ezért megfelelően nagy teljesítményűnek kell lennie:

PR2 = Ucs * Id = 0,23 V * 45 A = 10,35 W

	
	

Az IR2121 IC 3. lábára kötött 1 pF-os kondenzátor határozza meg az IC kikapcsolásának sebességét túláram vagy rövidzár esetén.

A D1 dióda szerepe a PWM impulzusok kikapcsolásakor keletkező feszültségtűk levágása. Nézzük meg, mitől alakulnak ki ezek a feszültségtűk.

A 4. ábrán egy tekercs és egy kapcsoló van sorba kötve az akkumulátorral.

catchdiode 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

4. ábra. A villanymotor induktivitásának hatása az áram ki/be kapcsolgatásakor

Mikor a kapcsolót bekapcsoljuk, az áram elkezd folyni, ami a tekercset energiával tölti fel. Mikor a kapcsolót kikapcsoljuk, akkor áram nem folyik a körben, a tekercs pedig leadja az energiáját.

De ez nem ennyire egyszerű! A következő ábra azt mutatja, hogyan változik az áram és a feszültség az áramkörben. Az első függőleges piros vonalnál kapcsoljuk be a kapcsolót, aminek hatására a tekercs elkezdi felhalmozni az energiát. A második függőleges piros vonalnál kikapcsoltuk a kapcsolót.

catchspike 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

5. ábra. Az induktivitás hatása a feszültségre és áramra be- illetve kikapcsoláskor

Mikor a kapcsoló be van kapcsolva, a tekercsen azonnal megjelenik a feszültség, de mivel a tekercsnek induktivitása van, ezért az áram lassabban épül fel, míg végül elér egy állandó értéket, mely a feszültség és a tekercs ellenállásától függ.

Mikor a kapcsolót kikapcsoljuk, az áram nem tud tovább folyni, de a tekercs induktivitása még tovább hajtaná az áramot. Mivel azonban az elektronok nem tudnak tovább áramolni, ezért a "feltorlódott" energia feszültség formájában jelentkezik. Ez a feszültségtű egy ívet húz a kapcsoló között, így valósítva meg az elektronok áramát. Ez az ív, amellett, hogy rádiófrekvenciás zavarokat is kelt, még el is égetheti a kapcsoló érintkezőit, mivel a tekercsben felhalmozott energia hővé alakul. Ha kapcsolónak MOSFET-et használunk, akkor ív ugyan nem keletkezik, de ez a feszültségtüske meghaladhatja a FET maximálisan megengedett feszültségét és azt azonnal tönkreteheti.

Ennek a hatásnak a kiküszöbölésére használjuk a tekercsel párhuzamosan kötött diódát.

catchrecirc 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

6. ábra. A tekercsel párhuzamosan kötött dióda

Ennek a diódának a hatására a feszültségtű nem jelenik meg, mivel a dióda kinyit és az áram a diódán keresztül visszaáramlik a tekercsbe. Ekkor tehát van egy energiával feltöltött tekercsünk és egy vele sorba kapcsolt diódánk, és ennek a két alkatrésznek adott ellenállása van. Az áram az L/R állandó által meghatározott konstans idő alatt fog lecsengeni, ahol L a tekercs induktivitása, R pedig a tekercs és a dióda ellenállása.

A következő ábra az ekkor kialakuló hullámformákat szemlélteti.

catchclamped 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

7. ábra. Az induktivitás és dióda hatása a feszültségre és áramra be- illetve kikapcsoláskor

Figyeljük meg, hogy a feszültségtüske már nem jelentkezik, viszont az áramerősség sokkal lassabban csökken le nullára. Eközben viszont egy nagyon kis értékű, kb. 0,6 V-os "dudor" látható a feszültség értékénél. A 0,6 V a dióda nyitóirányú küszöbfeszültsége, mely ebben az esetben természetesen nyitva van.

Érdemes észrevenni azt is, hogy ha a PWM impulzus kitöltési tényezője pl. 50 %, akkor a motoron átfolyó áram felét vesszük csak fel az akkumulátorból, mikor a FET be van kapcsolva, vagyis a motor áramának csak az 50 %-a az akkumulátor árama!

A diódával kapcsolatos infókat innét fordítottam.

A 3. ábrán látható C2 kondenzátor szerepe hasonló a D1 dióda szerepéhez, azaz a PWM impulzusok elektronikus integrálását végzi.

Mikor a MOSFET kikapcsol, akkor nem csak a motor áramát szakítja meg, hanem az akkumulátor áramát is. Az akkumulátorból jövő vezetékeknek van bizonyos induktanciája (akár csak magának az akkumulátornak is), ezért mikor az áramot megszakítjuk, akkor a vezetékek induktanciája egy feszültségtüskét eredményez. Ezeket a tűimpulzusokat hivatott elnyelni a C2 kondenzátor. Mikor a MOSFET ismét bekapcsol, akkor az akkumulátor áramának gyorsan kellene folynia, viszont az nem tud, ezért ez a kondenzátor biztosítja az áramot addig, míg az akkumulátor árama el nem éri a szükséges értéket. Azokban a vezérlőkben, amik több száz ampert is vezérelnek, a C2 kondenzátornak kemény munkát kell végeznie és ha túl hosszú ideig adja le az áramot – ez az akkumulátor vezetékének a hosszától függ – akkor ez a kondenzátor akár fel is robbanhat!

Ebből egyenesen következik, hogy az akkumulátor vezetékeit a lehető legrövidebbre kell venni. Ha az akkumulátor áramát is mérni akarjuk, és erre a célra egy söntöt illesztünk a kapcsolásba, akkor azt is tudnunk kell, hogy ez a sönt és maga az árammérő műszer nagy induktivitással rendelkezik.

A kondenzátorról az infókat innét vettem.

Visszatápláló üzemmód

A Túláram védelem témakörnél tárgyaltuk a villanymotorral párhuzamosan kötött D1 dióda szerepét (lásd itt). Ehelyett a dióda helyett azonban MOSFET-et is használhatunk.

chop 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

8. ábra.

Mikor a vezérlő MOSFET be van kapcsolva, az ára az akkumulátor pozitív sarkától a motoron és a FET-en keresztül folyik az akkumulátor negatív sarka felé. Ezt mutatja az "A" jelű nyíl.

Mikor a vezérlő MOSFET kikapcsol, a motor árama tovább akar folyni a tekercs induktivitásának hatására. A motorral párhuzamosan kapcsolt második MOSFET szerepe megegyezik a korábban említett D1 diódáéval, azaz a motor árama ezen a MOSFET-en keresztül folyhat tovább. Nem annyira ismert tény a MOSFET-ekkel kapcsolatban, hogy mikor azok be vannak kapcsolva, akkor az áramot mind a két irányba vezetik. A vezető MOSFET valamekkora ellenállást kifejt az árammal szemben mindkét irányban, viszont a MOSFET-eken kevesebb feszültség esik, mint a közönséges diódákon, ezért a MOSFET kisebb hűtőbordát igényel és kevesebb az akkumulátor teljesítmény vesztesége.

Van viszont egy másik hatása is a "kerék" MOSFET-ek használatának. Azáltal, hogy a motor árama folyamatos, egy visszaható EME jön létre a motorban, melynek nagysága arányos a fordulatszámmal. Nulla terhelésnél ez az EME egyenlő értékű lesz a vezérlő kimeneti teljesítményével.

Pár sorral feljebb írtuk, hogy a MOSFET nyitott állapotban mind a két irányba vezeti az áramot. Mikor az áramerősség nulla és a vezérlő kimenetét lekapcsoltuk, akkor a motor visszaható EME-je nagyobb, mint a vezérlő kimeneti feszültsége, így a motor az áramot a vezérlő felé visszatáplálja. Ebben az esetben a motor fékező üzemmódba vált.

Ez a fajta kapcsolás – azaz mikor a felső oldal kikapcsol, az alsó oldal pedig bekapcsol és viszont – alkalmas az áram visszatöltésére. Ekkor az ellentétes irányú motoráram nyitóirányú áramként szerepel a "kerék" MOSFET szemszögéből, azaz mikor ez a MOSFET be van kapcsolva, akkor ez rövidre zárja a motor áramát, mely áram eközben növekszik. Ezt mutatja a "B" jelű nyíl. Ezután a "kerék" MOSFET bezár, így a motor árama a kinyíló meghajtó FET-en keresztül folyik, ezáltal visszatölt az akkumulátorba. Ez a plusz feszültség a motor induktivitásában tárolt energia hatására jön létre. Ez a hajtás/fékezés átkapcsolás teljesen automatikusan jön létre, anélkül, hogy ezzel külön foglalkoznunk kellene. Ez a visszatöltő fékezés – ha úgy tetszik – a vezérlő megfelelő kialakításának a mellékterméke és majdhogynem teljesen véletlen jelenség.

Ezt az ismertetőt innét fordítottam.

Azok szerint, akik már átalakították az autójukat villanyautóvá, a visszatáplálás hatása szinte nem is érzékelhető az egy töltéssel megtehető út hosszának növekedésében, ezért a későbbiekben nem foglalkozunk a visszatápláló üzemmóddal. A cél a minél egyszerűbb és minél olcsóbb kialakítás!

Hőkapcsoló

A MOSFET-eken nagy áramok folynak, ezért azokat megfelelő méretű hűtőbordákkal is el kell látni. Javasolt azonban a hűtőbordák mellett hűtőventillátor alkalmazása is, ezáltal a bordák mérete csökkenhet és jobban biztosítható a megfelelő hűtés. A ventillátort egy feszültségcsökkentő ellenálláson keresztül kapcsolhatjuk az Um tápfeszültségre, nincs szükség se fordulatszám szabályozásra, se pedig ki/be kapcsolgatásra, az állandóan járhat. Az is fontos, hogy a ventillátor a hűtőbordák felé fújja a hideg levegőt! A számítógépek tápjánál ez pont fordítva van, elszívják a meleg levegőt, ezért ott a hűtés csak zajos, de nem túl hatékony.

Az is előfordulhat azonban, hogy nagy melegben vagy túlzott igénybevétel esetén így is túlmelegednek a FET tranzisztorok, ami végül is a tönkremenetelükhöz vezetne. Ezért célszerű hőkapcsolóval is ellátni a vezérlőnket.

A hőmérséklet érzékélésére használhatunk hagyományos félvezetőket – diódákat, tranzisztorokat is – de kapható direkt erre a célra kifejlesztett "hőellenállás", azaz termisztor is, amelynek az ellenállása a hőmérséklet emelkedésével csökken. Az elmélettel itt ismerkedhetsz meg.

Mivel a termisztorok jelleggörbéje nem teljesen lineáris, ezért különböző ellenállású termisztorok kaphatók a különböző hőmérséklettartományokra:

  • 10 kW-os termisztor: -40 °C és 25 °C között
  • 50 kW-os termisztor: -3 °C és 65 °C között
  • 100 kW-os termisztor: 7 °C és 77 °C között

Mivel mi azt szeretnénk, hogy kb. 45 °C-nál kapcsolja le a hőkapcsoló a tápot a vezérlőről, ezért nekünk megfelel az 50 kW-os és a 100 kW-os termisztor is.

A termisztort a hűtőbordára szerelhetjük vagy olyan más alkatrészekre, melyeknek a hőmérsékletét szeretnénk figyelni. Az is jó ötletnek tűnik, ha a villanymotorra is felszerelünk egy termisztort, így nem csak a vezérlő áramkört védjük a túlmelegedés ellen, hanem a villanymotort is.

Egy egyszerű kapcsolást mutat be a következő ábra:

hokapcs 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

9. ábra. A hőkapcsoló

Az Rt a termisztor, aminek vegyünk 50 kW-osat, ehhez a P2 potméter értéke legyen 47 kW. A potmétert úgy kell beállítani, hogy a kívánt hőmérsékleten a P2-n eső feszültség megnövekedjen annyira, hogy a logikai NEM kapu bemenetén a feszültség 7 V fölé kerüljön. Ezt az értéket kísérlettel lehet meghatározni.

Túlfeszültség védelem

Ez a védelem valójában szükségtelen a villanyautónál, mert pontosan meghatározott lesz az akkumulátorok száma és feszültsége, így még a teljesen új és teljesen feltöltött akkumulátoroknak se haladja meg az összesített feszültsége a vezérlő elektronika felső feszültséghatárát.

Mélykisülés védelem

Ez a védelem viszont már fontos, mivel ha az akkumulátorokat túlságosan lemerítjük, akkor azok nagyon hamar tönkremennek. A 12 V-os akkumulátorok megengedett legalacsonyabb feszültsége 10,5 V. Ha a feszültségük ez alá esik, akkor már nem szabad tovább használni, hanem újra kell tölteni.

A teljesítményerősítő fokozat meghajtó IC-je az IR2121. Ennél az IC-nél beépített védelem van, azaz ha az IC tápfeszültsége leesik 11,8 V alá, akkor az IC automatikusan lekapcsol, s a FET-eket már nem nyitja ki. Ennek ellenére nem árt egy külön erre a célra kialakított "figyelő" áramkört is beszerelnünk a vezérlőbe. Ezt legegyszerűbben egy műveleti erősítővel valósíthatjuk meg, amit komparátorként (összehasonlítóként) használunk. A következő ábra ezt a kapcsolást mutatja.

Alacs_Fesz_ved 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

10. ábra. A mélykisülés védelem kapcsolása

A kapcsolás működési elve, hogy az Um feszültséget összehasonlítjuk egy fix feszültséggel, melyet a Zener dióda biztosít. Az R2 ellenállás szerepe a Zener diódán átfolyó áram korlátozása. Mivel azt szeretnénk, hogy kb. 1 mA folyjon keresztül a diódán, ezért az R2 értéke a következő lesz:

R2 = Um / Iz = 144 V / 0,001 A = 144000 W = 144 kW
	
	

Azt, hogy pontosan hány voltnál jelenjen meg az Aki kimeneten a vezérlő jel, az R3-P3 ellenállásokkal állíthatjuk be. Az R3 szerepe az, hogy védje a műveleti erősítőt a túl magas feszültségektől, a P3 potméterrel pedig pontosan beszabályozhatjuk azt az értéket, ami alatt bekapcsol a védelem. Itt is vehetünk 1 mA-t az ellenállásokon átfolyó áramnak, s számoljunk úgy, hogy a P3 legfelső állásában max. 15 V jut az erősítő "-" bemenetére. Ekkor:

P3 = Ube_max / Imax = 15 V / 0,001 A = 15000 W = 15 kW

R3 = (Um-Ube_max)/Imax = (144 V – 15 V )/ 0,001 A

R3 = 129000 W = 129 kW

	
	

Ellentétes polaritás védelem

Az akkumulátor polaritását megcserélve tönkretehetjük a vezérlőt, sőt akár az akkumulátorokat is. Ennek elkerülésére a legegyszerűbb módszer egyenirányító diódák használata. A diódák kiválasztásánál a maximális megengedett nyitóirányú feszültség és áram értékeit kell figyelembe venni.

Polar_vedel 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

11. ábra. Ellentétes polaritás védelem

A LED dióda úgy van bekötve, hogy csak akkor világít, mikor ellentétes polaritással kötöttük be az akkumulátort. Az R4 ellenállás szerepe a LED-re jutó áram és feszültség korlátozása. Ha 1 mA-es áramerősséget akarunk átengedni a LED-en, akkor R4 értékét a következőképpen határozhatjuk meg:

R4 = Umbe / ILED = 144 V / 0,001 A = 144000 W = 144 kW
	
	

Itt ejtünk szót a 12 V-os tápfeszültségről is. Mivel a villanyautóban használatos motorok mindegyike 12 V feletti feszültséget igényel, így az adott feszültséget le kell osztanunk a megfelelő értékre. Erre látunk egy példát a következő ábrán.

12V_fesz_invert 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

12. ábra. A 12 V-ot előállító kapcsolás

Az R5 szerepe az Um feszültség lecsökkentése kb. 15 V-ra, s ezt a 15 V-ot stabilizálja 12 V-on a 7812-es stabilizátor IC. Az IC szerepe az, hogy jobban leválassza a kisfeszültségű áramköröket a villanymotor okozta feszültség ingadozásoktól. Mivel a 12 V-os áramköri elemek maximum kb. 0,1 A-t vesznek fel, ezért az R5 ellenállás értéke a következők szerint határozható meg:

R5 = (Um – 15 V)/0,1 A = (144 V – 15 V)/0,1 A = 1290 W

PR5 = (Um – 15 V)*0,1 A = (144 V – 15 V)*0,1 A = 12,9 W

	
	

Bekötés védelem

A különböző csatlakozók és dugaszaljak legyenek eltérő formájúak, ezáltal nem lehetséges azok felcserélése.

Számítógépes csatlakozás

Mivel a vezérlőt a villanyautó motorjának a sebességszabályozására használjuk, és ezt a sebességszabályozást manuálisan, a gázpedálra erősített potméterrel végezzük, ezért ez a funkció számunkra felesleges.

A teljes kapcsolási rajz

A fenti ismertető után nézzük meg, hogy néz ki a teljes kapcsolási rajz.

vezerlo_kapcs_rajz 2.4.3.4. Az egyenáramú motorok szabályozása

13. ábra. A vezérlő kapcsolási rajza

	
	

A következő oldalon az akkumulátorok kiválasztásáról és méretezéséről lesz szó.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás