Εξηγούνται 3 απλά κυκλώματα ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα DC

Ένα κύκλωμα που επιτρέπει στον χρήστη να ελέγχει γραμμικά την ταχύτητα ενός συνδεδεμένου κινητήρα περιστρέφοντας ένα συνδεδεμένο ποτενσιόμετρο ονομάζεται κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα.

Εδώ παρουσιάζονται 3 εύχρηστα κυκλώματα ελεγκτή ταχύτητας για κινητήρες DC, το ένα με το MOSFET IRF540, το δεύτερο με το IC 555 και το τρίτο με το IC 556 με επεξεργασία ροπής.

Σχεδιασμός # 1: Ελεγκτής ταχύτητας κινητήρα DC με βάση το Mosfet

Ένα πολύ δροσερό και εύκολο κύκλωμα ελέγχου ταχύτητας κινητήρα DC θα μπορούσε να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας ένα μόνο mosfet, μια αντίσταση και ένα δοχείο, όπως φαίνεται παρακάτω:

Χρησιμοποιώντας ένα BJT Emitter Follower

Όπως μπορεί να φανεί, το mosfet είναι ανιχνευμένο ως πρόγραμμα προέλευσης ή μια κοινή λειτουργία αποστράγγισης, για να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτήν τη διαμόρφωση, μπορείτε ανατρέξτε σε αυτήν την ανάρτηση , η οποία συζητά μια έκδοση BJT, ωστόσο η αρχή λειτουργίας παραμένει η ίδια.

Στην παραπάνω σχεδίαση ελεγκτή κινητήρα DC, η ρύθμιση του δοχείου δημιουργεί μια διαφορετική διαφορά δυναμικού κατά την πύλη του mosfet και ο πείρος πηγής του mosfet ακολουθεί απλά την τιμή αυτής της διαφοράς δυναμικού και προσαρμόζει ανάλογα την τάση στον κινητήρα.

Αυτό σημαίνει ότι η πηγή θα είναι πάντα 4 ή 5V πίσω από την τάση της πύλης και θα κυμαίνεται προς τα πάνω / κάτω με αυτήν τη διαφορά, παρουσιάζοντας μια μεταβαλλόμενη τάση μεταξύ 2V και 7V στον κινητήρα.

Όταν η τάση πύλης είναι περίπου 7V, ο πείρος πηγής θα παρέχει το ελάχιστο 2V στον κινητήρα προκαλώντας πολύ αργή περιστροφή στον κινητήρα και το 7V θα είναι διαθέσιμο σε ολόκληρο τον πείρο πηγής όταν η ρύθμιση του δοχείου παράγει το πλήρες 12V στην πύλη του mosfet.

Εδώ μπορούμε να δούμε ξεκάθαρα ότι το pin προέλευσης mosfet φαίνεται να «ακολουθεί» την πύλη και ως εκ τούτου ο οπαδός πηγής ονόματος.

Αυτό συμβαίνει επειδή η διαφορά μεταξύ της πύλης και του πείρου προέλευσης του mosfet πρέπει να είναι πάντα γύρω στα 5V, προκειμένου να είναι δυνατή η βέλτιστη συμπεριφορά του mosfet.

Τέλος πάντων, η παραπάνω διαμόρφωση βοηθά στην επιβολή ενός ομαλού ελέγχου ταχύτητας στον κινητήρα και ο σχεδιασμός θα μπορούσε να κατασκευαστεί αρκετά φθηνά.

Ένα BJT θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί στη θέση του mosfet, και στην πραγματικότητα ένα BJT θα παρήγαγε ένα υψηλότερο εύρος ελέγχου από περίπου 1V έως 12V σε ολόκληρο τον κινητήρα.

Επίδειξη βίντεο

Όσον αφορά τον ομοιόμορφο και αποτελεσματικό έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα, ένας ελεγκτής με βάση το PWM γίνεται η ιδανική επιλογή, εδώ θα μάθουμε περισσότερα, σχετικά με ένα απλό κύκλωμα για την εφαρμογή αυτής της λειτουργίας.

Σχεδίαση # 2: Έλεγχος κινητήρα PWM DC με IC 555

Ο σχεδιασμός ενός απλού ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα που χρησιμοποιεί PWM μπορεί να γίνει κατανοητό ως εξής:
Αρχικά όταν το κύκλωμα τροφοδοτείται, ο πείρος σκανδάλης βρίσκεται σε λογική χαμηλή θέση αφού ο πυκνωτής C1 δεν φορτίζεται.

Οι παραπάνω συνθήκες ξεκινούν τον κύκλο ταλάντωσης, κάνοντας την έξοδο να αλλάξει σε λογική υψηλή.
Μια υψηλή έξοδος αναγκάζει τώρα τον πυκνωτή να φορτίσει μέσω D2.

Όταν φτάσετε σε επίπεδο τάσης που είναι 2/3 της τροφοδοσίας, ο πείρος # 6 που είναι το κατώφλι των ενεργοποιήσεων IC.
Ο ακροδέκτης στιγμής # 6 ενεργοποιείται, ο πείρος # 3 και ο πείρος # 7 επανέρχονται στη χαμηλή λογική.

Με τον ακροδέκτη # 3 στο χαμηλό, το C1 αρχίζει και πάλι να αποφορτίζει μέσω του D1 και όταν η τάση στο C1 πέσει κάτω από το επίπεδο που είναι το 1/3 της τάσης τροφοδοσίας, ο πείρος # 3 και ο πείρος # 7 γίνονται ξανά υψηλοί, προκαλώντας τον κύκλο να ακολουθήσει και συνεχίστε.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι, το C1 έχει δύο διακριτικά καθορισμένες διαδρομές για τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης μέσω των διόδων D1, D2 και μέσω των βραχιόνων αντίστασης που έχουν οριστεί από το δοχείο αντίστοιχα.

Αυτό σημαίνει ότι το άθροισμα των αντιστάσεων που αντιμετωπίζει το C1 κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση παραμένει το ίδιο, ανεξάρτητα από το πώς ρυθμίζεται το δοχείο, επομένως το μήκος κύματος του παλμού εξόδου είναι πάντα το ίδιο.

Ωστόσο, δεδομένου ότι οι χρονικές περίοδοι φόρτισης ή εκφόρτισης εξαρτώνται από την τιμή αντίστασης που αντιμετωπίζεται στις διαδρομές τους, το δοχείο καθορίζει διακριτικά αυτές τις χρονικές περιόδους σύμφωνα με τις προσαρμογές του.

Δεδομένου ότι οι χρονικές περίοδοι φόρτισης και εκφόρτισης συνδέονται άμεσα με τον κύκλο λειτουργίας εξόδου, ποικίλλει ανάλογα με τη ρύθμιση του δοχείου, δίνοντας τη μορφή στους προβλεπόμενους ποικίλους παλμούς PWM στην έξοδο.

Το μέσο αποτέλεσμα της αναλογίας σήματος / χώρου δημιουργεί την έξοδο PWM η οποία με τη σειρά της ελέγχει την ταχύτητα DC του κινητήρα.

Οι παλμοί PWM τροφοδοτούνται στην πύλη ενός mosfet που αντιδρά και ελέγχει το συνδεδεμένο ρεύμα του κινητήρα ως απόκριση στη ρύθμιση του δοχείου.

Το τρέχον επίπεδο μέσω του κινητήρα αποφασίζει την ταχύτητά του και έτσι εφαρμόζει το αποτέλεσμα ελέγχου μέσω του δοχείου.

Η συχνότητα της εξόδου από το IC μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:

F = 1,44 (VR1 * C1)

Το mosfet μπορεί να επιλεγεί σύμφωνα με την απαίτηση ή το ρεύμα φόρτωσης.

Το διάγραμμα κυκλώματος του προτεινόμενου ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα DC φαίνεται παρακάτω:

Πρωτότυπο:

Απόδειξη δοκιμής βίντεο:

Στο παραπάνω βίντεο κλιπ μπορούμε να δούμε πώς χρησιμοποιείται η σχεδίαση με βάση το IC 555 για τον έλεγχο της ταχύτητας ενός κινητήρα DC. Όπως μπορείτε να δείτε, αν και ο λαμπτήρας λειτουργεί τέλεια σε απόκριση των PWMs και μεταβάλλει την ένταση του από την ελάχιστη λάμψη έως τη μέγιστη χαμηλή, ο κινητήρας δεν το κάνει.

Ο κινητήρας αρχικά δεν αποκρίνεται στα στενά PWMs, αλλά ξεκινά με ένα τράνταγμα αφού οι PWMs προσαρμοστούν σε σημαντικά υψηλότερα πλάτη παλμού.

Αυτό δεν σημαίνει ότι το κύκλωμα έχει προβλήματα, είναι επειδή ο οπλισμός κινητήρα DC συγκρατείται σφιχτά μεταξύ ενός ζεύγους μαγνητών. Για να ξεκινήσει μια εκκίνηση, ο οπλισμός πρέπει να πηδήξει την περιστροφή του στους δύο πόλους του μαγνήτη που δεν μπορεί να συμβεί με αργή και ήπια κίνηση. Πρέπει να ξεκινήσει με ώθηση.

Γι 'αυτό ακριβώς ο κινητήρας απαιτεί αρχικά υψηλότερες ρυθμίσεις για το PWM και μόλις ξεκινήσει η περιστροφή, ο οπλισμός κερδίζει κάποια κινητική ενέργεια και τώρα η επίτευξη χαμηλότερης ταχύτητας καθίσταται εφικτή μέσω στενότερων PWMs.

Παρόλα αυτά, η περιστροφή σε κατάσταση αργής κίνησης μπορεί να είναι αδύνατη λόγω του ίδιου λόγου που εξηγήθηκε παραπάνω.

Δοκίμασα το καλύτερό μου για να βελτιώσω την απόκριση και να επιτύχω έναν πιο αργό δυνατό έλεγχο PWM κάνοντας μερικές τροποποιήσεις στο πρώτο διάγραμμα όπως φαίνεται παρακάτω:

Τούτου λεχθέντος, ο κινητήρας θα μπορούσε να δείξει καλύτερο έλεγχο στα πιο αργά επίπεδα εάν ο κινητήρας είναι συνδεδεμένος ή δεμένος με φορτίο μέσω γραναζιών ή συστήματος τροχαλίας.

Αυτό μπορεί να συμβεί επειδή το φορτίο θα λειτουργήσει ως αποσβεστήρας και θα βοηθήσει στην παροχή ελεγχόμενης κίνησης κατά τη διάρκεια των βραδύτερων ρυθμίσεων ταχύτητας.

Σχεδιασμός # 3: Χρήση IC 556 για βελτιωμένο έλεγχο ταχύτητας

Διαφέρει ταχύτητα κινητήρα DC μπορεί να φαίνεται ότι δεν είναι τόσο δύσκολο και μπορεί να βρείτε πολλά κυκλώματα για αυτό.

Ωστόσο, αυτά τα κυκλώματα δεν εγγυώνται σταθερά επίπεδα ροπής σε χαμηλότερες στροφές κινητήρα, καθιστώντας τη λειτουργία αρκετά αναποτελεσματική.

Επιπλέον, σε πολύ χαμηλές ταχύτητες λόγω ανεπαρκούς ροπής, ο κινητήρας τείνει να σταματήσει.

Ένα άλλο σοβαρό μειονέκτημα είναι ότι, δεν περιλαμβάνεται δυνατότητα αντιστροφής κινητήρα με αυτά τα κυκλώματα.

Το προτεινόμενο κύκλωμα είναι εντελώς απαλλαγμένο από τις παραπάνω αδυναμίες και είναι σε θέση να παράγει και να διατηρεί υψηλά επίπεδα ροπής ακόμη και στις χαμηλότερες δυνατές ταχύτητες.

Λειτουργία κυκλώματος

Πριν συζητήσουμε το προτεινόμενο κύκλωμα ελεγκτή κινητήρα PWM, θα θέλαμε επίσης να μάθουμε την απλούστερη εναλλακτική λύση που δεν είναι τόσο αποτελεσματική. Παρ 'όλα αυτά, μπορεί να θεωρηθεί αρκετά καλό εφόσον το φορτίο πάνω από τον κινητήρα δεν είναι υψηλό και όσο η ταχύτητα δεν μειώνεται στα ελάχιστα επίπεδα.

Το σχήμα δείχνει πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μόνο IC 556 για τον έλεγχο της ταχύτητας ενός συνδεδεμένου κινητήρα, δεν θα αναφερθούμε στις λεπτομέρειες, το μόνο αξιοσημείωτο μειονέκτημα αυτής της διαμόρφωσης είναι ότι η ροπή είναι άμεσα ανάλογη με την ταχύτητα του κινητήρα.

Επιστρέφοντας στον προτεινόμενο σχεδιασμό κυκλώματος ελεγκτή ταχύτητας υψηλής ροπής, εδώ χρησιμοποιήσαμε δύο 555 IC αντί για ένα ή μάλλον ένα IC 556 που περιέχει δύο 555 IC σε ένα πακέτο.

Διάγραμμα κυκλώματος

Κύρια χαρακτηριστικά

Εν συντομία το προτεινόμενο Ελεγκτής κινητήρα DC περιλαμβάνει τα ακόλουθα ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά:

Η ταχύτητα μπορεί να μεταβάλλεται συνεχώς από το μηδέν έως το μέγιστο, χωρίς καθυστέρηση.

Η ροπή δεν επηρεάζεται ποτέ από τα επίπεδα ταχύτητας και παραμένει σταθερή ακόμη και σε ελάχιστα επίπεδα ταχύτητας.

Η περιστροφή του κινητήρα μπορεί να αναστραφεί ή να αντιστραφεί εντός κλάσματος του δευτερολέπτου.

Η ταχύτητα είναι μεταβλητή και στις δύο κατευθύνσεις της περιστροφής του κινητήρα.

Τα δύο 555 IC εκχωρούνται με δύο ξεχωριστές λειτουργίες. Ένα τμήμα είναι διαμορφωμένο ως ασήμαντος πολυβιβαστής που παράγει ρολόγια τετραγωνικών κυμάτων 100 Hz που τροφοδοτούνται στο προηγούμενο τμήμα 555 μέσα στη συσκευασία.

Η παραπάνω συχνότητα είναι υπεύθυνη για τον προσδιορισμό της συχνότητας του PWM.

Το τρανζίστορ BC 557 χρησιμοποιείται ως πηγή συνεχούς ρεύματος που διατηρεί τον παρακείμενο πυκνωτή στον βραχίονα του συλλέκτη φορτισμένο.

Αυτό αναπτύσσει μια τάση πριονίσματος στον παραπάνω πυκνωτή, η οποία συγκρίνεται μέσα στο 556 IC με την τάση δείγματος που εφαρμόζεται εξωτερικά πάνω από την απεικονιζόμενη καρφίτσα.

Το δείγμα τάσης που εφαρμόζεται εξωτερικά μπορεί να προέλθει από ένα απλό κύκλωμα τροφοδοσίας μεταβλητής τάσης 0-12V.

Αυτή η μεταβαλλόμενη τάση που εφαρμόζεται στο 556 IC χρησιμοποιείται για τη μεταβολή του PWM των παλμών στην έξοδο και η οποία τελικά χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της ταχύτητας του συνδεδεμένου κινητήρα.

Ο διακόπτης S1 χρησιμοποιείται για την άμεση αναστροφή της κατεύθυνσης του κινητήρα όποτε απαιτείται.

Λίστα ανταλλακτικών

• R1, R2, R6 = 1Κ,
• R3 = 150K,
• R4, R5 = 150 Ohms,
• R7, R8, R9, R10 = 470 Ohms,
• C1 = 0.1uF,
• C2, C3 = 0,01uF,
• C4 = 1uF / 25VT1,
• T2 = TIP122,
• T3, T4 = TIP127
• T5 = BC557,
• T6, T7 = BC547,
• D1 --- D4 = 1N5408,
• Z1 = 4V7 400mW
• IC1 = 556,
• S1 = διακόπτης εναλλαγής SPDT

Το παραπάνω κύκλωμα ήταν εμπνευσμένο από το ακόλουθο κύκλωμα οδηγού κινητήρα που δημοσιεύθηκε εδώ και πολύ καιρό στο περιοδικό elecktor electronic India.

Έλεγχος ροπής κινητήρα με χρήση IC 555

Το πρώτο διάγραμμα ελέγχου κινητήρα μπορεί να απλοποιηθεί πολύ χρησιμοποιώντας έναν διακόπτη DPDT για τη λειτουργία αντιστροφής του κινητήρα και χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ παρακολούθησης πομπού για την εφαρμογή ελέγχου ταχύτητας, όπως φαίνεται παρακάτω:

Έλεγχος κινητήρα ακριβείας με χρήση ενός απλού ενισχυτή

Ένας εξαιρετικά εκλεπτυσμένος ή περίπλοκος έλεγχος ενός d.c. ο κινητήρας θα μπορούσε να επιτευχθεί κάνοντας χρήση ενός op-amp και μιας ταχο-γεννήτριας. Το op-amp είναι ανθεκτικό ως διακόπτης ευαίσθητος στην τάση. Στο κύκλωμα που παρουσιάζεται παρακάτω, μόλις η έξοδος της ταχυ-γεννήτριας είναι χαμηλότερη από την προκαθορισμένη τάση αναφοράς, το τρανζίστορ μεταγωγής ενεργοποιείται και θα παρέχεται 100% ισχύς στον κινητήρα.

Η εναλλαγή της δράσης του ενισχυτή θα συνέβαινε μόνο σε μερικά millivolts γύρω από την τάση αναφοράς. Θα χρειαστείτε ένα διπλό τροφοδοτικό, το οποίο μπορεί να είναι σταθεροποιημένο μόνο με το zener.

Αυτός ο ελεγκτής κινητήρα επιτρέπει απεριόριστα ρυθμιζόμενο εύρος χωρίς να περιλαμβάνει οποιαδήποτε μορφή μηχανικής ταλαιπωρίας.

Η έξοδος ενισχυτή είναι μόνο +/- 10% του επιπέδου των σιδηροτροχιών τροφοδοσίας, με αποτέλεσμα να ακολουθείται ένας διπλός πομπός, θα μπορούσαν να ελεγχθούν τεράστιες ταχύτητες κινητήρα.

Η τάση αναφοράς θα μπορούσε να καθοριστεί μέσω θερμίστορ, ή LDR κ.λπ. τα προβλεπόμενα σχόλια.