Numera är det mycket enkelt att elektroniskt reglera varvtalet på små likströms- och växelströmsmotorer. Och elförbrukningen minskar med upp till 30 procent, skriver Åke Webjörn på Motorola.

Den rapport som EIA, Electronics Industry Association i USA gjorde 1991 om energiförbrukningen i Nordamerika, är dyster läsning.

De elektriska motorerna står för mer än 50 procent av all elförbrukning, vilket motsvarar 20 procent av den totala energiförbrukningen. Därmed står elmotorerna också indirekt för 20 procent av kolföroreningar i luften. Vidare framgår att elförbrukningen kostar 90 miljarder dollar per år.

Det tillverkas 4 miljarder elmotorer per år. Många av de mindre motorerna som säljs i hög volym styrs på ett simpelt sätt och har därmed låg effektivitet.

En intern undersökning som Motorola utfört visar att en elektronisk varvtalsreglering ökar effektiviteten med ungefär 30 procent. Det betyder att om alla elmotorer gick med elektronisk styrd varvtalsreglering, skulle 600 kraftverk kunna läggas ner enbart i USA.

Motorola släppte i somras den andra kretsen i en serie direkt avsedd för styrning av elektriska motorer. Den första modellen, MC68HC705MC4, som kom i vintras var avsedd för att styra likströmsmotorer. Den nya modellen, MC68HC708MP16, är speciellt inriktad på att möta pris/prestandakraven för små elmotorer under 5 hkr.



Stor flexibilitet


Det är en kraftfull 8-bits styrkrets som innehåller en mängd stödfunktioner för att direkt kunna styra både likströms- och växelströmsmotorer.

Kretsens pulsgenerator har sex kanaler vilket ger stor flexibilitet. Det går till exempel att driva en trefas AC-induktionsmotor, en trefas borstlös likströmsmotor, en trefas switchad reluktansmotor, tre likströmsmotor med separata kraftaggregat, en likströmsmotor i en H-brygga, en unipolär tvåfas stegmotor eller en bipolär tvåfas stegmotor med delad matningsspänning.

När en trefas växelströmsmotor styrs från kretsen är de externa drivtransistorerna direkt kopplade till pulsbreddsutgångarna. För att övervaka motorns strömförbrukning, matningsspänning och temperatur är tre signaler inkopplade till skyddsblocket. Vidare är tre signaler som indikerar strömriktningen i den inkopplade motorn kopplade till pulsbreddsblocket, vilket ger möjlighet till bättre styrning.

En annan tillämpning är att styra två likströmsmotorer med samma krets. Då används två pulsbreddsmodulerade kanaler för varje motor. Strömåtermatning och matningsspänning kopplas till skyddsblocket.

Ett tredje exempel är styrning av en borstlös likströmsmotor. Här används fyra pulsbreddskanaler för att styra motorn. En kodare talar om när det är dags att kommutera. Två övervakningskanaler går åt för att mäta strömmen i motorn och en kanal används för spänningsövervakning.

Åke Webjörn

Författaren är applikationsingenjör på Motorola



Baserad på HC08


Motorstyrningskretsen MC68HC708MP16 är uppbyggd runt en HC08-kärna som klarar 8 MHz bussfrekvens.

På kretsen finns 16 Kbyte ROM/EPROM och 512 byte RAM. Här finns också motorstyrning i form av ett block med pulsbreddsgenerator. Det här blocket har en mängd extra finesser och skyddskretsar vilket gör det enkelt att styra både växel- och likströmsmotorer.

En 8-bits AD-omvandlare med tio ingångar och sex 16-bits tidräknare underlättar realtidsstyrda applikationer. För att kommunicera med andra styrkretsar och periferikretsar finns en asynkron och en synkron seriekanal. För att övervaka CPUn har en vakthund med logik som stoppar otillåtna adresser lagts till.

Kärnan i styrkretsen, HC08, är kodkompatibel med den äldre HC05-kärnan, men den nyare HC08 har många intressanta extra instruktioner som gör det lätt att skriva effektiva C-kompilatorer. Samtidigt har arkitekturen finslipats vilket gett en prestandaökning på 500 procent.



Sex kanaler


Pulsbreddsmodulatorn kan skapa sex oberoende signaler. De sex signalerna är delade i tre grupper. Det är därmed också möjligt att skapa tre kanaler med tre inverser. En finess är att alla pulsbredder mellan 0 - 100 procent kan åstadkommas utan några speciella trick.

I kontrollblocket kan antingen de sex pulsbreddsmodulerade kanalerna släppas igenom direkt. Eller så kan tre kanaler plus deras inverser släppas fram. En dödtidsgenerator kan också kopplas in som lägger in en fördröjning mellan kanalerna. För att kunna styra alla tänkbara motorer finns här en mångfald möjligheter att ändra driftsförhållanden. Det är speciellt viktigt om man skall hantera induktiv last.

Skyddsblockets uppgift är att självständigt ta hand om felfunktioner. Strömmen eller spänningen kan bli för hög i de externa drivstegen, och motorn kan bli för varm.

Med lämpliga givare eller förstärkare kopplas de larmsignaler man vill övervaka till skyddsblocket som direkt kan övervaka fyra avbrottssignaler. Här går det att välja om automatisk eller programstyrd avstängning av utgången behövs vid avbrott.

På utgångsblocket sitter till sist dels styrning av polariteten av utgångssignalerna och dessutom extra kraftiga transistorer som kan sänka upp till 20 mA var.