Современная электроника №1/2021

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2021 ционально напряжению, снятому с двух концов токоизмерительного резистора (1-й и 2-й выводы DA1) или току, про- ходящему через него. Но крутящий момент, как было упомянуто ранее, прямо пропорционален квадрату тока, т.е. увеличение крутящего момента в 2 раза (например, при торможении вала) увеличивает ток через двигатель дрели в 4 раза. Квадратичная зависи- мость тока от тормозного момента имеет одну особенность: при малом крутящем моменте имеет место некая «слепая» зона, в которой на малых ско- ростях вращения, т.е. при малом кру- тящем моменте, при торможении вала ток возрастает незначительно. В этом можно легко убедиться, если рассмо- треть две функции: линейную y ( x ) = x и квадратичную z ( x ) = x 2 в интервале 0 < x < 1. В этом интервале линейная функция y ( x ) всегда больше квадра- тичной z ( x ). И только при x > 1 функ- ция z ( x ) > y ( x ). Этот факт приводит к тому, что на самых малых скоростях вал двигателя легко затормозить, посколь- ку ощутимого увеличения тока при этом не будет, а значит не произойдёт и компенсации нагрузки – вал не будет сопротивляться торможению. Сравним между собой два режима работы. В первом подадим на двига- тель напряжение U1 = 220 В, во втором – уменьшенное до U2 = 150 В. Очевид- но, что при одной и той же мощно- сти, поданной на двигатель, или при одной и тойже скорости вращения ток I 150 В > I 220 В . Поскольку мощность, пере- даваемая на двигатель, пропорциональ- на площади под полусинусоидой двух разных напряжений (220 и 150 В), начи- ная от момента открытия симистора, т.е. от угла π – ϕ до π и от 2 π – ϕ до 2 π , то при более низком напряжении (150 В) угол ϕ 150 В > ϕ 220 В . Другими словами, «слепая» зона при напряжении 150 В существен- но меньше таковой при напряжении 220 В, поэтому с помощьюнапряжения 150 В можно добиться меньшей скоро- сти вращения вне «слепой» зоны. Как видно из схемы, на выводе Cont- rol (4-й вывод DA1) складываются два выходных напряжения: с вывода Comp (5-й вывод DA1) и снятое с движка потенциометра P1 с учётом падения напряжения на R10 и R10_1. Угол ϕ прямопропорционаленнапря- жению на выводе Control (4-й вывод DA1). Принцип компенсации нагруз- ки состоит в том, что при торможении вала двигателя напряжение на выводе Comp (5) возрастает, а с ним возраста- ет и напряжение на выводе Control (4). Так увеличивается угол ϕ , на двигатель подаётся бо ′ льшая мощность, что при- водит к существенному сопротивлению торможенияи сохранениюпервоначаль- ной скорости вращения, определяемой положениемдвижка потенциометра P1. Подстроечный резистор R10 опре- деляет превалирующее воздействие на вывод Control либо напряжения с выво- да Comp, либо напряжения, снятого с движка потенциометра P1. При увеличении R10 влияние напря- жения с вывода Comp увеличивается, а влияние напряжения, снятого с движ- ка потенциометра P1, уменьшается (и наоборот). Этот принцип и поло- жен в основу настройки схемы. Последний момент, который нуж- дается в пояснении. Как известно, при увеличении нагрузки на трансформа- тор его выходное напряжение падает. В связи с этим падает и напряжение питания микросхемы Vs (11-й вывод DA1). Однако если посмотреть на схе- му, то можно заметить, что вывод VR ϕ (14-й вывод DA1), определяющий начальное состояние угла открытия ϕ симистора (или в том числе началь- ную скорость дрели), соединён с выво- дом питания Vs (через резисторы R8 и R8_1), а не с выводом опорного напря- жения V ref (8-й вывод DA1), которое практически не зависит от напряже- ния питания (на то оно и опорное). Это приводит к тому, что при умень- шении напряжения питания Vs ско- рость дрели увеличивается (и наобо- рот). Таким способом реализуется одна из особенностей работы микросхемы U2010B, состоящая в компенсации изме- нения входного напряжения (Mains supply variation compensated). Был даже проведён простой эксперимент: умень- шив выходное напряжение ЛАТР со 150 до 130 В, можно было убедиться в том, что скорость дрели несколько увеличи- лась, а при увеличении напряжения со 130 до 150 В – восстановилась до пер- воначальной. Таким образом, проис- ходит компенсация падения выходно- го напряжения трансформатора. Настройка схемы рисунка достаточ- но проста. В самом начале к напряже- нию на двигателе необходимо под- ключить стрелочный тестер. Движок потенциометра P1 установить на мини- мальную скорость вращения, т.е. ближе к R14. Вывод 9 DA1 (Mode) соединить с выводом 8 (V ref ), т.е. отключить режим защитыпо току (см. справочный листок, режимC), чтобы он не мешал настройке. При включении напряжения питания, если двигатель не вращается совсем или вращается слабо, либо, наоборот, вра- щается очень быстро, изменяют поло- жение движка подстроечного резистора R8, добиваясь приемлемых минималь- ных оборотов (300–500 об/мин). После этого необходимо притормозить вал (лучше рукой в перчатке, чтобы не повредить кожу). Если двигатель легко останавливается и напряжение, изме- ренное тестером, не увеличивается, необходимо увеличить R10, при этом скорость вращения уменьшится. Ско- рость необходимо восстановить до пер- воначального значения, изменяя R8. Если при торможении вала скорость вращения наоборот начинает увели- чиваться и при этом напряжение, изме- ренное тестером, также резко увеличи- вается, следует уменьшить значение R10, что приведёт к увеличению скорости, и её опять необходимо скорректировать, изменив значение R8. Путём последовательных прибли- жений добиваются таких значений минимальной скорости, при которых вал будет существенно сопротивлять- ся торможению, а напряжение, изме- ренное тестером, при торможении также будет увеличиваться (вплоть до напряжения питания при максималь- ном торможении). После этого необхо- димо проверить, не увеличивается ли скорость на средних и максимальных оборотах (до примерно 2000 об/мин) при торможении вала. При увеличении скорости (перерегулировании) необхо- димо подкорректировать (уменьшить) номинал резисторов R10 и R8. Далее необходимо настроить режим срабатывания защитыпо току при пере- грузке. Для этого вывод 9 отключить от вывода 8, т.е. оставить свободным (режим B), а вместо R11 подключить потенциометр (переменный рези- стор) номиналом 200–300 кОм. Затем при существенном торможении вала вплоть до полной его остановки подо- брать номинал R11 так, чтобыпри этом режиме торможения загорелся свето- диод LD1, с двигателя на короткое вре- мя снялось напряжение питания, а при отпускании вала двигатель восстано- вил первоначальную скорость враще- ния. После этого, измерив значение переменного резистора R11, устано- вить вместо него постоянный резистор. В данном случае, как видно из схемы, номинал равен 82 кОм. Если настраивать схему для работы с другим типом дрели, то настройка