كيفية بناء دوائر التحكم المنطقية باستخدام المرحلات: من تبديل الإشارة إلى محرك المحرك

أساسيات الترحيل: الغوص العميق في المكونات الأساسية

المكونات الأساسية

لفائف:

"مدخلات" التتابع. عند تنشيطه، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا يحرك الآلية الميكانيكية.

المعلمات الرئيسية هي جهد الملف (على سبيل المثال، 5 فولت، 12 فولت، 24 فولت تيار مستمر) ومقاومة الملف، والتي تحدد تيار المحرك المطلوب.

اتصالات

"الإخراج" ومشغل التتابع. التكوينات يمكن أن تكون:

• رمي أحادي القطب (SPST): مثل مفتاح بسيط، حالات التشغيل/الإيقاف فقط.
• رمي مزدوج القطب واحد (SPDT): جوهر الدوائر المنطقية. يمكن للمحطة المشتركة (COM) التبديل بين جهات الاتصال المغلقة عادةً (NC) والمفتوحة عادةً (NO).
• رمي مزدوج القطب المزدوج (DPDT): يعادل مرحلتين SPDT مترابطتين، وهو مفتاح للتبديل المعقد مثل التحكم في اتجاه المحرك.

المعلمات الكهربائية الرئيسية

تتابع تنفيذ وظائف المنطق الأساسية

فيما يلي الدوائر الكلاسيكية التي تستخدم مرحلات SPDT لبناء البوابات المنطقية الأساسية. لاحظ أن هذه "دوائر مكافئة" تنفذ وظائف منطقية، وليست دوائر رقمية متكاملة حديثة.

بوابة المنطق "ليس".

الهدف: حالة الإخراج تكون دائمًا عكس حالة الإدخال.

تحليل الدائرة:

عندما يكون الإدخال منخفضًا، لا يتم تنشيط الملف، ويتصل COM بـ Vcc من خلال جهة اتصال NC، ويكون الإخراج مرتفعًا.

عندما يكون الإدخال مرتفعًا، يتم تنشيط الملف، وينفصل COM عن NC ويتصل بطرف NO (الذي يكون عائمًا أو مؤرضًا)، ويكون الإخراج منخفضًا.

الممارسة الهندسية:

صمام ثنائي Flyback إلزامي! يتم توصيله بالتوازي العكسي عبر الملف (الكاثود إلى V )، لامتصاص EMF الخلفي الناتج عن الملف عند إلغاء تنشيطه، مما يمنع ارتفاع الجهد العالي من إتلاف ترانزستور المحرك أو دبوس الإدخال / الإخراج لوحدة التحكم الدقيقة.

بوابة المنطق "أو"

هدف : يكون الإخراج مرتفعًا إذا كان أي من المدخلات المتعددة مرتفعًا.

تحليل الدائرة :

يتم توصيل جهات الاتصال المفتوحة عادةً (NO) الخاصة بمرحلين (أو أكثر) بالتوازي.

إذا كان أي إدخال مرتفعًا، فسيتم إغلاق جهة الاتصال NO المقابلة، مما يؤدي إلى توصيل Vcc بالمخرج.

سيناريو التطبيق :

التحكم في بدء التشغيل متعدد المواقع، على سبيل المثال، يبدأ تشغيل الجهاز في حالة الضغط على أي زر من أزرار "البدء" المتعددة.

بوابة المنطق "و".

هدف : يكون الإخراج مرتفعًا فقط إذا كانت جميع المدخلات عالية في وقت واحد.

تحليل الدائرة :

يتم توصيل جهات الاتصال المفتوحة عادةً (NO) الخاصة بمرحلين (أو أكثر) في سلسلة.

فقط عندما تكون جميع المدخلات عالية، يتم إغلاق جميع جهات الاتصال NO في وقت واحد، مما يشكل مسارًا كاملاً من Vcc إلى الإخراج.

سيناريو التطبيق :

يجب استيفاء التحكم في قفل الأمان، على سبيل المثال، شرطي "باب الحماية مغلق" و"الضغط على زر التشغيل" لبدء تشغيل الماكينة.

التطبيق الهندسي الكلاسيكي: نظام التحكم في اتجاه محرك التيار المستمر

يعد هذا أحد التطبيقات الأكثر تمثيلاً للتبديل المنطقي للترحيل، أي بناء دائرة محرك على شكل H.

الخيار 1: حل مرحل فردي مدمج

مبدأ العمل :

حالة الراحة/الافتراضي: يتم إلغاء تنشيط الملف، أطراف المحرك A، B-، يدور المحرك في اتجاه واحد (على سبيل المثال، للأمام).

الحالة المنشَّطة: يتم تنشيط الملف، ويتم تبديل مجموعتي الاتصالات في وقت واحد، وتصبح أطراف المحرك A- وB، وتنعكس قطبية المحرك، وتدور في الاتجاه المعاكس.

المزايا :

دائرة بسيطة، مكونات قليلة، تكلفة منخفضة.

نظرًا لكونه مرتبطًا ميكانيكيًا، فإنه يتجنب بشكل طبيعي خطر حدوث دوائر قصيرة لإمدادات الطاقة.

عيب :

يمكن تحقيق سرعتين فقط (السرعة الكاملة للأمام/الخلف)، ولا يمكن توفير التحكم في السرعة.

الخيار 2: حل مرن ثنائي التتابع

مبدأ العمل :

للأمام: يتم تنشيط "التتابع الأمامي" فقط.

المسار الحالي : الطاقة → جهة اتصال Relay1 → M → M- → محطة NC الخاصة بـ Relay2 → الطاقة -.

الرجوع للخلف: يتم تنشيط "المرحل العكسي" فقط.

المسار الحالي : الطاقة → جهة اتصال Relay2 → M- → M → محطة NC الخاصة بـ Relay1 → الطاقة -.

توقف: تم إلغاء تنشيط كلا المرحلتين.

المزايا :

مرونة عالية : من السهل إضافة حالة "إيقاف".

سهولة تنفيذ التشابك: يضمن في منطق التحكم أن كلا المرحلين لا يمكن تنشيطهما في وقت واحد، مما يمنع حدوث دائرة كهربائية قصيرة في مصدر الطاقة.

عيب :

يتطلب منطقًا متشابكًا إضافيًا (يمكن أن يكون موصلات متشابكة ميكانيكيًا أو منطقًا كهربائيًا متشابكًا في الدائرة).

تكامل النظام والاعتبارات العملية

يوضح هذا الرسم البياني كيفية دمج إدخال المستخدم (مفتاح Fwd/Rev) في منطق التحكم. توفر أوضاع المفاتيح المختلفة مسارات تيار مختلفة لملفات الترحيل، مما يحدد حالة المحرك.

يؤكد هذا الرسم البياني على سلامة النظام :

قسم الطاقة: BAT1/BAT2 (مصدر الطاقة)، MOT_1 (الحمل)، RLY1 (المحرك).

قسم التحكم : "دائرة التحكم في القطبية" (دائرة سائق التتابع). يمكن بناء هذا الجزء باستخدام الترانزستورات، ووحدات التحكم الدقيقة، والرقائق المنطقية، وما إلى ذلك، ويعمل بمثابة دماغ التحكم الذكي.

هندسة التصميم والموثوقية المتقدمة

لتحويل دائرة تخطيطية إلى منتج مستقر وموثوق، يجب مراعاة التفاصيل الهندسية التالية:

تصميم دائرة محرك الملف

تتمتع دبابيس الإدخال/الإخراج لوحدة التحكم الدقيقة بقدرة قيادة محدودة؛ يجب استخدام الترانزستور أو MOSFET كمفتاح لتشغيل ملف التتابع.

احسب المقاوم الأساسي المطلوب لضمان تشبع الترانزستور وتوفير تيار كافٍ للملف.

الاتصال بدائرة الحماية

عند كسر الأحمال الحثية مثل المحركات، يحدث انحناء شديد بين نقاط الاتصال، مما يؤدي إلى تآكلها وتقصير عمرها الافتراضي.

دائرة RC Snubber: قم بتوصيل المقاوم والمكثف على التوالي، ثم بالتوازي عبر نقاط الاتصال. هذا يمتص الطاقة بشكل فعال ويقمع الأقواس.

مكثف أكسيد المعدن (MOV): قم بتوصيله عبر نقاط الاتصال لامتصاص ارتفاعات الجهد.

تعشيق الأجهزة

في حل المرحل المزدوج، من المهم للغاية التأكد من عدم تنشيط المرحلات الأمامية والخلفية أبدًا في وقت واحد، لأن هذا قد يتسبب في حدوث ماس كهربائي مباشر عبر محطات إمداد الطاقة مع عواقب وخيمة.

الطريقة الأولى: استخدام الموصلات المتشابكة ميكانيكيًا، حيث يمنع أحدها فعليًا الآخر من التعشيق.

الطريقة الثانية: تصميم التشابك الكهربائي على مستوى دائرة القيادة، على سبيل المثال، عن طريق توصيل وصلة NC لمرحل واحد على التوالي مع ملف المرحل الآخر.

إشارة الحالة والتشخيص

قم بتوازي مؤشر LED عبر ملف التتابع لعرض الحالة الحالية بشكل مرئي.

قم بتضمين مصهر أو مصهر PTC قابل لإعادة الضبط في حلقة التحكم للحماية من التيار الزائد.

استكشف منتجات الترحيل الخاصة بنا

تقدم FANHAR Electronics أداءً عاليًا مرحلات الطاقة مصممة للمنازل الذكية اليوم، والتحكم الصناعي، وأنظمة الطاقة الجديدة، وغيرها من التطبيقات الصعبة. مع 30 سلسلة ومئات المواصفات، توفر مجموعتنا مزيجًا مثاليًا من قدرة التبديل وكفاءة الطاقة والموثوقية.

الأسئلة المتداولة

س 1: لماذا يعد الصمام الثنائي flyback إلزاميًا عبر ملف التتابع؟

عندما يتم إلغاء تنشيط الملف، فإن محاثته تولد ارتفاعًا في الجهد العكسي (EMF الخلفي). يوفر الصمام الثنائي Flyback مسارًا آمنًا لتدوير تيار الملف، حيث يقوم بتثبيت المسامير وحماية الترانزستور أو دبوس MCU أو دوائر التشغيل الأخرى.

س2: ما الفرق بين NO وNC وCOM؟

COM هي المحطة المشتركة. يتم توصيل NC (مغلق عادة) بـ COM عند إلغاء تنشيط الملف. يتم فصل NO (مفتوح عادةً) عن COM عندما يتم إلغاء تنشيط الملف ويتصل بـ COM عندما يتم تنشيط الملف. يقوم مرحل SPDT بتبديل COM بين NC وNO.

س3: كيف يمكنني إنشاء منطق OR وAND باستخدام المرحلات؟

قم بتوصيل جهات الاتصال NO الخاصة بمرحلين أو أكثر بالتوازي. إذا تم تنشيط أي مرحل، فسيتم توصيل الإخراج بـ Vcc. AND: قم بتوصيل جهات الاتصال NO على التوالي. فقط عندما يتم تنشيط جميع المرحلات، يتم إغلاق المسار من Vcc إلى الإخراج.

س 4: هل يمكن استخدام المرحلات للتحكم في سرعة PWM لمحرك DC؟

عموما لا. تتميز المرحلات الكهروميكانيكية بأوقات تشغيل/تحرير بالمللي ثانية وعمر ميكانيكي/كهربائي محدود، مما يجعلها غير مناسبة لأنظمة PWM عالية التردد. استخدم MOSFETs أو IGBTs أو مرحلات الحالة الصلبة للتحكم في سرعة PWM.

س5: كيف أختار بين المرحل الكهروميكانيكي ومرحل الحالة الصلبة (SSR)؟

اختر مرحلًا كهروميكانيكيًا يتميز بالعزلة العالية وسعة الطاقة العالية والتكلفة المنخفضة والمنطق البسيط، خاصة عندما لا تكون سرعة التبديل حرجة. اختر SSR لتردد التبديل العالي والعمر الطويل وعدم وجود أجزاء متحركة، ولكن ضع في اعتبارك تيار التسرب وتبديد الحرارة والتكلفة.