Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Переделал схему управления двигателя точила, а то существующая простенькая схема на одном симисторе и паре транзисторов с конденсаторами и резисторами вообще не держала обороты.

Как переделывал:
Из специализированных микросхем приглянулись Phase Control фирмы Atmel. Там есть простой вариант на U2008B, но в ней не предусмотрено обратной связи, чтобы поддерживать заданные обороты. Есть и U211B(или U209B - урезанный вариант U211B), но для нее нужен тахогенератор, который у точила не предусмотрен, поэтому наиболее подходящая для моих целей оказалась U2010B, у которой есть и обратная связь по току и защита от перегрузки и плавный старт.

Схему взял из даташита без какой-либо переделки:





Для нее разработал маленькую печатную плату размером 60х65 мм:



Обозначение элементов соответствует даташиту. Переменный резистор(обозначен P1) с выключателем(это чуточку доработал схему) и контакты выключателя разрывают сетевое напряжение(на схеме этого нет).

Вытравил и просверлил печатную плату:



Напял деталей:

На всех схемах только обозначено напряжение на R6 и нигде не указано каким оно должно быть. Проведя некоторые исследования, натолкнулся на ответ техподдержки фирмы:
Рассчитать R6 можно исходя из мощности двигателя по формуле:
R6 = UR6/(Pдвиг/Uпит), где UR6 - напряжение на R6 (250 мВ), Pдвиг - мощность двигателя, Uпит - напряжение питания сети.
Для точила с двигателем мощностью 150 ватт рассчитываем: R6= 0,25/(150/220) = 0,37 Ом

Настройка схемы:
Переменный резистор P1 установить на минимальные обороты двигателя, т.е. по схеме движок потенциометра должен быть повернут к резистору R14 на схеме, но, т.к. я его на плате не разводил, то к минусу C7 и подстроечным резистором R8 выставить самые минимальные обороты двигателя. Я сделал, чтобы двигатель не крутился, но на нем уже было около 20-ти вольт. Если сделать, чтобы совсем был ноль, то тогда становится слишком нелинейная зависимость управления резистором P1, т.е. при его повороте сначала двигатель не крутится, а потом резко "срывается с места".
Внимание! Еще пришлось добавить чуточку емкости C3, а иначе за период выдавалось несколько импульсов управления и схема работала неправильно,т.е. обороты двигателя практически не регулировались и двигатель работал на полную. Выяснить причину удалось с помощью осциллографа. Емкость 10n, похоже, рассчитана на 60-герцовую сеть. Я ему добавил параллельно емкость 102K(0,001 мкф), т.е. в итоге C3 получился 0,011 мкф(думаю, можно даже поставить 0,015 мкф) и схема сразу заработала правильно.
Еще одна тонкость - это нужно правильно подбирать резистор R6 под мощность двигателя. Выше представленная формула правильная, но на практике может потребоваться некоторая коррекция по поведению двигателя под нагрузкой. Если резистор великоват, то двигатель довольно резко стартует(т.е. делает слишком большую компенсацию нагрузки, чем надо), а потом отключается, а если резистор будет мал, то не будет обеспечиваться компенсация нагрузки. У меня при расчетном значении 0,37 Ом на практике лучше получилось с 0,33 Ом. Резистором R10 как раз настраивается компенсация нагрузки. Я настраивал так: Включил на средних оборотах и притормаживая вал двигателя через тряпку, выставил этим резистором, чтобы обороты не менялись при изменении нагрузки. Одновременно с этим поглядывал на вольтметр подключенный к двигателю. При увеличении нагрузки на двигатель схема прибавляет напряжение и двигатель крутится с одинаковой скоростью. На максимальных оборотах настраивать бесполезно, т.к. там уже подается полное напряжение сети и обороты компенсировать нечем.
А вот как настраивается и на что действует резистор R11, я так и не понял. Крутил его от одного края до другого и при этом тормозил двигатель, чтобы попытаться "поймать" уровень перегрузки, но может из-за того, что двигатель слишком маломощный и на нем даже в заклиненном состоянии ток не очень большой, перегрузка так и не срабатывала.

В общем схема работает именно так, как и ожидалось, а точило теперь неплохо держит обороты не только при изменении нагрузки, но и при изменении питающего напряжения. Я ЛАТРом на средних оборотах менял сетевое напряжение от 200 до 240 вольт и обороты держались одинаковыми. Т.е. теперь схемы зажигания отлаживать будет гораздо удобнее. А еще теперь максимальные обороты возросли, т.к. новая схема "на максимуме" полностью открывает симистор, а старая вольт 15 оставляла, т.е. симистор открывался с задержкой и часть периода не использовалась.

Новая отлаженная схема почти установленная вместо старой(старая на фото в левом нижнем углу).

ЗЫ. Резистор R3 увеличил на 51 Ом. Импульсы управления с микросхемы идут амплитудой 8 вольт, поэтому R3 можно сделать побольше 180 Ом обозначенных на схеме.

ЗЫ.ЗЫ. Как же мне теперь нравится как двигатель с этой новой схемой здорово держит обороты!!! Можно теперь легко задать обороты 1...2 оборота в секунду и магнит стенда крутится абсолютно ровно и без рывков. Раньше такие обороты было просто невозможно установить. Сила магнита не маленькая и раньше двигатель или быстро мог крутить магнит или останавливался. Двигатель точила работает так, как будто у него обратная связь с тахометром, хотя на самом деле нет.

Кому интересно и захочет повторить конструкцию, то выкладываю печатную плату в формате Sprint-Layout 5.0.
По просьбам трудящихся развел плату и для корпуса Dip16.
Там теперь раводка и для SMD и для Dip корпусов U2010b:



ЗЫ. Спасибо ironcover за найденную ошибку. Конденсатор C1 у меня был разведен и припаян неправильно. Самое удивительное, что уже столько времени проработал и не рванул. В печатной плате я исправил и обновил ссылку.

А это вторая плата, которая управляет кухонным вентилятором:


(Для фото сессии, коробочку с платой, приклеенной на двухсторонний скотч, оторвал от стены)

А тут можно найти эти самые U2010b.