Управление двигателями переменного тока в копировальных аппаратах.

Управление двигателями переменного тока в копировальных аппаратах.

В отличие от электроники (объем электроники очень резко вырос), механическая часть современных копировальных, печатающих и сканирующих аппаратов претерпела не очень много изменений, и во всех этих механизмах в качестве привода используются того или иного типа электродвигатели. Например, в вентиляторах часто используют бесколлекторный двигатель постоянного тока, в качестве двигателя сканирующего устройства - шаговый электродвигатель, а главный привод - использует электродвигатель переменного тока. Зная устройство этих компонентов и принципы их работы можно квалифицированно и достоверно оценивать не только их работоспособность, но и работоспособность электронных схем управления ими.

В качестве главного привода ряда копировальных аппаратов используются электродвигатели переменного тока, на которые подается напряжение сети переменного тока ( ~220В). Для подключения двигателя к сети и управления скоростью вращения требуется ключевой элемент, работающий в силовых цепях переменного тока. В качестве такого ключа обычно используется симистор, который управляется оптроном, обеспечивающим гальваническую развязку. При протекании тока через светодиод оптрона симистор открывается и к двигателю прикладывается переменное напряжение сети. На рис. 1 представлена схема управления симметричным тиристорным устройством на интегральных микросхемах. Симметричный тиристор VS1 включает электродвигатель, питающийся от сети переменного тока напряжением 220 В.



Рис. 1. Пример построения схемы управления электродвигателем.

Команда, выработанная микропроцессором (ИС), поступает на входы двух встречно-параллельно включенных оптопар. С выходов этих оптопар попеременно поступают сигналы разной полярности на управляющий электрод симметричного тиристора. По окончании входного сигнала от ИС оптопары запираются, запирая и симметричный тиристор.

Для целей силовой электроники переменного тока специально были разработаны и выпускаются мощные четырехслойные приборы - тиристоры и симисторы (к последним достижениям силовой электроники относится и разработка новых типов транзисторов: со статической индукцией СИТ и БСИТ, и биполярных транзисторов с изолированным затвором БТИЗ - новые типы транзисторов могут коммутировать токи свыше 500 А при напряжении до 2000 В).

Симистор - это симметричный тиристор (рис. 2), который предназначен для коммутации в цепях переменного тока. Он может использоваться для создания реверсивных выпрямителей или регуляторов переменного тока. 



Рис. 2. схематическое изображение симметричного тиристора.

Прибор включается в любом направлении при подаче на управляющий электрод (УЭ) импульса управления (симистор можно заменить двумя встречно-параллельно включенными тиристорами с общим электродом управления). Так, например, симистор КУ208Г может коммутировать переменный ток до 10 А при напряжении до 400 В. Отпирающий ток в цепи управления не превышает 0,2 А, а время включения - не более 10 мкс.



Рис. 3. Структура фотосимистора СИТАК и его схематическое изображение.

Фототиристоры и фотосимисторы - это тиристоры и симисторы с фотоэлектронным управлением, в которых управляющий электрод заменен инфракрасным светодиодом и фотоприемником со схемой управления. Основным достоинством таких приборов является гальваническая развязка цепи управления от силовой цепи.

В качестве примера рассмотрим устройство фотосимистора, выпускаемого фирмой "Сименс" под названием СИТАК. Структурная схема прибора СИТАК и его  условное схематическое изображение приведены на рис. 3. Такой прибор потребляет по входу управления светодиодом ток около 1,5 мА и коммутирует в выходной цепи переменный ток 0,3 А при напряжении до 600 В. Такие приборы находят широкое применение в качестве ключей переменного тока с изолированным управлением. Они также могут использоваться при управлении более мощными тиристорами или симисторами, обеспечивая при этом гальваническую развязку цепей управления. Малое потребление цепи управления позволяет включать СИТАК к выходу микропроцессоров и микроконтроллеров. В качестве примера на рис. 4 приведено подключение прибора СИТАК к микропроцессору для регулирования тока в нагрузке, подключенной к сети переменного напряжения 220 В при максимальной мощности до 66 Вт.



Рис. 4. Подключение фотосимистора СИТАК к микропроцессору.

Полупроводниковые переключатели переменных токов типа Triac. В современных копировальных аппаратах, лазерных принтерах, многофункциональных устройствах для управления двигателями, лампами сканирующих устройств, мощными лампами и термоэлементами узлов фиксации изображения на бумаге необходимо по сигналам микроконтроллера переключать достаточно мощные электрический ток. Ряд фирм в качестве основы для построения полупроводниковых переключателей переменных токов используют структуру Triac (тоже встречно включенные тиристоры).

Эти приборы имеют высокое значение запирающего напряжения, и способны выдерживать импульсный ток, возникающий при переключении индуктивных нагрузок, и переходных процессах в цепях питания устройств. В закрытом состоянии переключатели на структурах Triac выдерживают напряжение до +/-700 В и выше (пиковые значения напряжения могут достигать значения 1100 В). Управляющий ток приборов составляет 10 и 20 мА, что позволяет подключать их входы непосредственно к выходу микроконтроллера. Например, группа компаний STMicroelectronics разработала семейство электронных переключателей ACST4. Типовая схема включения приборов ACST4 показана на рис. 5. 



Рис. 5.


Приборы этого семейства разработаны для управления переключением переменных токов, значение которых не превышает 4 А, они рассчитаны на подключение индуктивной нагрузки и не требуют дополнительных согласующих элементов.