Поскольку бета-тестер
Сергей
abv9999 попробовал трехфазный генератор в своем Элаке
Re: Выигрыватель ) (Post by abv9999 #288171) потихоньку начну выкладывать его схему. Потихоньку, потому что она не вся еще нарисована, да и в процессе наладки и доводки потребовалось внести изменения даже в то, что уже было нарисовано.
Пока выкладываю сердце схемы - задающий трехфазный генератор. Отдельными еще будут схемы блока питания и усилителей фаз.
Некоторые комментарии к схеме будут несколько позже.
---------------------------------------------------------------------------------
Комментарии.
Аналоговый трехфазный генератор может быть сделан по нескольким разным схемам.
Первая схема - на последовательно включенных фазовращателях. В простейшем случае последовательно включаются три фазовращателя, допустим на операционных усилителях, каждый из которых на расчетной частоте сдвигает фазу на 120 градусов, и сигнал с выхода последнего подается опять на вход первого, замыкая тем самым цепь положительной обратной связи которая обеспечивает генерацию. Но, на самом деле там еще должна быть цепь стабилизации амплитуды, которая тоже делается на отдельном операционнике.
Недостатки такого решения следующие. Во-первых настроить генератор одновременно и на нужную частоту и правильный фазовый сдвиг во всех трех фазах очень сложно. Ведь и частота и фазы одновременно зависят от настройки каждого фазовращателя. То есть стоит подстроить фазу в одном, как тут же меняется общая частота генератора и сдвиг фазы в двух других фазовращателях. Начинаешь подстраивать фазу в следующем - снова убегает частота генератора и фаза в двух других фазовращателях и в том числе и в первом фазовращателе. Короче, дикий итерационный процесс настройки.
Во-вторых, стабильность частоты зависит от стабильности элементов всех трех фазовращателей. Даже если принять все резисторы фазовращающих цепей идеальными, имеющими нулевой температурный коэффициент сопротивления (ТКС), то все равно температурный дрейф частоты будет зависеть от трех конденсаторов фазовращателей с их ненулевым температурным коэффициентом емкости (ТКЕ). Теоретически, конечно можно добиться нулевого ухода частоты, подобрав резисторы и конденсаторы с ТКС и ТКЕ равными и противоположными по знаку, но это уже не настолько доступный способ с точки зрения подбора комплектующих.
Вторая схема – стандартный генератор с мостом Вина-Робинсона, который собственно будет задавать частоту и, одновременно, будет иметь, так сказать, нулевую фазу, и два последовательно включенных фазовращателя на 120 градусов, которые будут формировать оставшиеся фазы 120 и 240 градусов. В данном варианте частота трехфазного генератора будет зависеть только от частоты генератора на мосте Вина –Робинсона, поэтому настройка сразу упрощается – отдельным элементом выставляем нужную частоту, а в двух фазовращателях выставляем только нужные сдвиги фаз. К тому же в генераторе на мосте Вина-Робинсона уже не три, а два конденсатора влияющих на стабильность частоты.
Есть еще варианты схем, но я решил остановиться на втором варианте, как наиболее технологичном что ли. Единственное, наверное, из-за перфекционизма, внес некоторое изменение в принцип формирования одной из фаз.
Рассмотрим теперь конкретную схему задающего трехфазного генератора.
В качестве операционных усилителей использована микросхема LM324 имеющая четыре операционника в одном корпусе. Ну, так мне захотелось. Никаких особо жутких требований к качеству операционников в данном случае не предъявляется, поэтому она подойдет.
На OP1.1 сделан генератор с мостом Вина-Робинсона. Обычно для стабилизации величины выходного напряжения этого генератора и получения достаточно малых искажений синусоиды используются различные схемы стабилизации, требующие либо специальных малодоступных элементов, либо усложнения схемы. Но с учетом того, что ГОСТом на наши сети декларируется коэффициент гармоник, насколько я помню, порядка 1% (а на самом деле тот ужас, который можно увидеть на экране осциллографа весьма далек от ГОСТа), я счел возможным сделать стабилизацию по простой схеме на встречно параллельных диодах в цепи ООС. При данном соотношении номиналов резисторов R2, R3 и R4 обещается коэффициент гармоник на уровне 0,5%. Мои измерения это подтверждают. Я, правда, использовал резистор R3 не 20 КОм, а 15 КОм, поэтому у меня получился Кг=1%. То есть требования ГОСТа обеспечены. Да, собственно, и вид красивой синусоиды на экране осциллографа это подтверждает.
Есть некоторые недостатки данного решения – пониженная стабильность величины выходного напряжения при перестройке частоты. И хотя в нашем случае большой диапазон перестройки частоты не нужен, тем не менее, это имеет место быть. Изначально, в целях упрощения и увеличения возможности выбора комплектующих, в схеме предусматривалась регулировка частоты одиночным переменным резистором – отсутствовал переменный резистор VR2.2. Но, поскольку я заложил диапазон перестройки по частоте +/- 1,5%, то, при изменении частоты в этом диапазоне, выходное напряжение менялось на 10%. Пришлось для уменьшения колебаний величины выходного напряжения применить, как в полноценном генераторе Вина-Робинсона, сдвоенный переменный резистор. Подстроечным резистором VR1 при настройке генератора выставляется частота 50 Гц в среднем положении переменного резистора VR2.
Кроме того, во время испытаний готового генератора выяснилось, что из-за температурного коэффициента напряжения (ТКН) диодов, с самопрогревом выходное напряжение генератора уменьшается тоже на 10%. Но, поскольку использование трехфазного генератора увеличивает мощность двигателя фактически вдвое, то можно разменять чуть-чуть мощности на еще меньшую вибрацию как раз некоторым понижением напряжения, поэтому данную особенность генератора можно считать фишкой.
Хотя никто не мешает сделать более совершенную систему стабилизации выходного напряжения.
На элементах OP1.2, VT1, VD1, R6, R7, R8, R9 сделана схема отключения выходных напряжений фаз для остановки двигателя. При этом генератор Вина-Робинсона продолжает работать. Эта часть схемы была сделана, потому что у примененных в качестве усилителе фаз микросхем LM1875 нет входа управляющего сигнала MUTE, который мог бы быть использован для отключения выходного напряжения фаз. Если в качестве усилителей фаз будут применены микросхемы, имеющие такой управляющий вход, то все эти элементы можно исключить и подсоединить выход OP1.1 непосредственно к точке, к которой был подсоединен выход OP1.2.
На OP1.3 сделан фазовращатель 120 градусов с коэффициентом передачи близким к единице. Подстроечным резистором VR4 при настройке выставляется точное значение сдвига фазы.
Вместо стандартного фазовращателя 120 градусов для получения еще одной фазы - 240 градусов, я решил сделать инвертирующий сумматор на OP1.4, который суммирует выходные напряжения с фазами 0 и 120 градусов и, инвертируя их сумму, формирует напряжение с фазой 240 градусов. При настройке подстроечным резистором VR6, выставляется точное значение сдвига фазы.
Я исходил из того, что при изменении температуры уход сдвига фазы 240 градусов от точного значения будет вдвое меньше, чем в случае, если эту фазу формировать дополнительным фазовращателем 120 градусов.
Подстроечными резисторами VR3, VR5, VR7 при регулировке выставляются требуемые величины напряжений на выходах фаз.
Некоторые замечания относительно индикатора включения генератора – светодиода LD1.
В принципе, его можно вместе с резистором R10 подключить и к плате блока питания. Просто при моем варианте компоновки готового устройства, плата задающего трехфазного генератора крепится у передней панели и закрывается теплоизоляцией из пенопласта, поэтому мне было удобнее подключить их к его плате.
Кроме индикации включения, светодиод выполняет еще одну функцию. В блоке питания для получения напряжения питания +/- 12В использованы маломощные интегральные стабилизаторы 78L12 и 79L12. Потребляемый самим задающим трехфазным генератором ток очень мал, порядка 4 миллиампер, что очень близко к минимально рекомендованному току нагрузки для этих интегральных стабилизаторов. Для устойчивой работы каждый стабилизатор дополнительно подгружается током порядка 5 миллиампер. В положительном плече – это как раз ток через светодиод. Цвет светодиода выбирается по вкусу. Ток в зависимости от цвета изменяется незначительно. В отрицательном плече – это ток через стабилитрон VD1 схемы отключения выходных напряжений фаз.
Дополнительно нужно заметить, что если, как уже выше описывалось, схема отключения выходных напряжений фаз использоваться не будет, можно просто на плате блока питания поставить с выхода 79L12 на общий провод "подгружающий" резистор номиналом 2,4 КОм. Этот номинал не критичен, можно немного меньше, чтобы "подгружающий" ток был немного больше. Максимальный рабочий ток этих стабилизаторов – 100мА, но зачем нам лишний нагрев, поэтому не надо перебарщивать.
На свете бывает все. Особенно то, чего не может быть.
У меня нет Элака, чтобы провести натурные испытания. Но скоро, будем надеяться, благодаря совместным усилиям Андрея agisis, Сергея abv9999 и Дмитрия Phlanger у меня будет движок MOW13. Результаты аналогичных измерений будут опубликованы. Пока же могу сказать, что на макете вертушки мой PAPST крутил диск, не снижая скорости, вплоть до 60 вольт. При 60 звук поплыл, а при 50 движок начал останавливаться....To be continued 
Это схема включения на 750 об/мин - треугольник.
