Κύκλωμα PWM Air Blower Controller για σόμπες μαγειρέματος βιομάζας

Το άρθρο περιγράφει ένα κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας PWM για ένα σύστημα ανεμιστήρα ανεμιστήρα που θα χρησιμοποιείται σε εστίες μαγειρέματος Biomass. Το κύκλωμα περιλαμβάνει επίσης μια αδιάλειπτη αυτόματη εφεδρική τροφοδοσία μπαταρίας με ενσωματωμένο κύκλωμα αυτόματου φορτιστή μπαταρίας για τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Tushar και τον Sivaranjani.

Τεχνικές προδιαγραφές

Ευχαριστούμε για το ενδιαφέρον και την ενθουσιώδη ανταπόκρισή σας. Για να σας δώσουμε μια ιδέα, εργαζόμαστε σε σόμπες βιομάζας που αντικαθιστούν τους κυλίνδρους υγραερίου και το συμβατικό μαγείρεμα καυσόξυλου. Βασικά η εφαρμογή λειτουργεί πιέζοντας περισσότερο αέρα στο σύστημα καύσης της κουζίνας, εξασφαλίζοντας καθαρότερη καύση και μειώνοντας τη ρύπανση του αέρα στο εσωτερικό.

Προκειμένου να διευκολυνθεί περισσότερος αέρας στο σύστημα, αυτές οι εστίες μαγειρέματος έχουν
1) κινητήρας PMDC (Brush) - 12VDC με RPM 7000, 40 W, 0,53 A
2) Ένα στροφείο τοποθετημένο στον άξονα του κινητήρα για αποστολή αέρα μέσω του συστήματος
3) Υπάρχει μια σφραγισμένη μπαταρία μολύβδου οξέος 7,2 AH που παρέχει εφεδρική ισχύ για τη λειτουργία του συστήματος.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, θα χρειαζόμασταν ένα κύκλωμα που θα είχε

1) Ρυθμιστής ταχύτητας PWM για κινητήρα 12VDC ο οποίος με τη σειρά του θα ρυθμίζει την ποσότητα αέρα που εισέρχεται στο σύστημα
2) Φορτιστής μπαταρίας μολύβδου οξέος 12 V
3) Τροφοδοσία χωρίς μετασχηματιστή

Θα θέλαμε να μοιραστούμε εμπειρίες που έχουμε αντιμετωπίσει μέχρι σήμερα στα κυκλώματα και είμαστε πραγματικά ανίδεοι για το πώς να τις λύσουμε.

1) Έχουν τεθεί σε μέγιστη κατάχρηση από τους μάγειρες στην κουζίνα. Ως εκ τούτου, πρέπει να υπάρχει ένα απλό αλλά ανθεκτικό σύστημα
2) Πλευρά τροφοδοσίας

α) Επειδή η κύρια περιοχή-στόχος μας είναι στο Ταμίλ Ναντού και έχουμε μια τρομερή κρίση ηλεκτρικής ενέργειας, η εναλλαγή μεταξύ της τροφοδοσίας προς τα κάτω και της ισχύος της μπαταρίας πρέπει να είναι αυτόματη και να μην κυμαίνεται στην τάση λειτουργίας
β) Εάν η μπαταρία δεν έχει χρησιμοποιηθεί για περισσότερο από ένα μήνα, ολόκληρο το κύκλωμα σταματά να λειτουργεί

3) Πλευρά PWM

α) Λεπτή ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα, για να δώσει μια αίσθηση χρήσης παρόμοια με αυτήν μιας σόμπας υγραερίου. Αυτό που παρατηρήσαμε είναι ότι μετά από 16 ώρες συνεχούς λειτουργίας δεν υπάρχει διακύμανση της ταχύτητας στον κινητήρα. Δεν κατάφερα να εντοπίσω τον λόγο ακόμα.

4) Γενικοί όροι

α) δεδομένου ότι αυτό το κύκλωμα θα λειτουργεί κοντά σε έναν κλίβανο και παρά το γεγονός ότι αερίζεται καλά και μονώνεται από τη θερμότητα, το ίδιο το κύκλωμα θερμαίνεται σημαντικά και πολλοί ισχυρίζονται ότι το κύκλωμα αποτυγχάνει λόγω αυτού του λόγου.

Θα θέλαμε να βρούμε μια λύση με την εξειδίκευσή σας για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων και να μας βοηθήσετε στην προσπάθειά μας για βιώσιμα μέσα διαβίωσης.

Ενημερώστε μας εάν έχετε απορίες και πώς θα μπορούσαμε να το κάνουμε περαιτέρω.

Χαιρετισμοί,
Σιβαραντζάνι

Ο σχεδιασμός

Σύμφωνα με το αίτημα, η εφαρμογή σόμπας μαγειρέματος βιομάζας απαιτεί ανεμιστήρα 12 V για εξαναγκασμό αέρα στον θάλαμο καύσης για τα επιθυμητά βελτιωμένα αποτελέσματα, αυτή η επαγωγή αέρα πρέπει να είναι μεταβλητή, πράγμα που σημαίνει ότι η ταχύτητα του ανεμιστήρα πρέπει να έχει ελεγχόμενο χαρακτηριστικό μέσω ενός κουμπιού ελέγχου PWM , το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από τον χρήστη για τη ρύθμιση / επιλογή της επιθυμητής επαγωγής αέρα και του ρυθμού καύσης.

Ένα νέο κύκλωμα ελέγχου ταχύτητας ανεμιστήρα 12 V PWM φαίνεται παρακάτω, χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι IC 555.

Χρησιμοποιώντας Two IC 555 για τον έλεγχο ανεμιστήρα PWM

Το IC1 χρησιμοποιείται για τη δημιουργία συχνότητας τετραγωνικού κύματος 80 Hz η οποία εφαρμόζεται στο pin2 του IC2 διατεταγμένο ως γεννήτρια PWM. Το IC2 δημιουργεί μια μεταβλητή PWM στο pin3 της μετατρέποντας πρώτα την είσοδο τετραγωνικού κύματος pin2 σε τριγωνικά κύματα κατά μήκος του C3 και στη συνέχεια συγκρίνοντάς την με το επίπεδο τάσης που εφαρμόζεται στο pin5 του.

Η τάση pin5 που είναι χειροκίνητα επιλέξιμη ή ρυθμιζόμενη μέσω ποτ καθορίζει τον κύκλο λειτουργίας των PWM που με τη σειρά του καθορίζει την ταχύτητα του συνδεδεμένου ανεμιστήρα.

Η μεταβλητή τάση ή το ρυθμιζόμενο δοχείο PWM σχηματίζεται από το P1, μαζί με το T2 που προσαρμόζεται στην κοινή λειτουργία συλλέκτη.

Ο παραπάνω αναφερόμενος ελεγκτής ταχύτητας ανεμιστήρα πρέπει να τροφοδοτείται μέσω ενός αδιάλειπτου συστήματος τροφοδοσίας από ένα εφεδρικό στάδιο επαναφορτιζόμενης μπαταρίας.

Η μπαταρία με τη σειρά της απαιτεί ένα κύκλωμα αυτόματου φορτιστή μπαταρίας, ώστε να παραμένει έτοιμο για παροχή άμεσης αδιάλειπτης ισχύος στον ανεμιστήρα, εξασφαλίζοντας ομαλή και συνεχή τροφοδοσία στον κινητήρα και τροφοδοσία αέρα στη σόμπα μαγειρέματος βιομάζας.

Χρήση κυκλώματος αυτόματου φορτιστή μπαταρίας με βάση το Opmap

Όλες αυτές οι προϋποθέσεις πληρούνται στο ακόλουθο διάγραμμα κυκλώματος που είναι ένα κύκλωμα αυτόματου φορτιστή μπαταρίας που βασίζεται σε opamp.

Το κύκλωμα φορτιστή, όπως φαίνεται παρακάτω, χρησιμοποιεί δύο opamps για την απαιτούμενη ανίχνευση και διακοπή κατά τη διάρκεια πλήρους μπαταρίας και κατώτατο όριο χαμηλής στάθμης μπαταρίας.

Η προεπιλογή 10k που είναι συνδεδεμένη στον ακροδέκτη 3 του αριστερού 741 IC ρυθμίζεται έτσι ώστε κάθε φορά που η μπαταρία φτάνει στο επίπεδο πλήρους φόρτισης, η έξοδος του IC απλώς απενεργοποιεί το σχετικό TIP127, διακόπτοντας την τάση φόρτισης στην μπαταρία.

Το λαμπερό LED υποδεικνύει την κατάσταση φόρτισης ON της μπαταρίας και το αντίστροφο.

Η δεξιά πλευρά IC 741 είναι τοποθετημένη για παρακολούθηση της κατάστασης χαμηλής τάσης της μπαταρίας. Όταν φτάσει το κατώτατο όριο, ο πείρος 2 του IC γίνεται χαμηλότερος από τον πείρο αναφοράς3, ο οποίος με τη σειρά του προκαλεί την έξοδο του IC να αυξηθεί απενεργοποιώντας το συνδεδεμένο TIP127.

Το φορτίο τώρα εμποδίζεται να πάρει οποιαδήποτε ενέργεια από την μπαταρία. Αυτό το όριο αποκοπής ρυθμίζεται ρυθμίζοντας την προεπιλογή 10k στον ακροδέκτη 2 του IC

Εδώ και το βασικό LED υποδεικνύει τις σχετικές καταστάσεις, η λάμψη υποδεικνύει ότι η μπαταρία είναι χαμηλή, ενώ η απενεργοποίηση υποδεικνύει την μπαταρία πάνω από το κάτω όριο

Γιατί χρησιμοποιούνται οι δύο δίοδοι

Οι δύο δίοδοι συνδέονται με συγκεκριμένο σκοπό, ενώ το δίκτυο είναι παρόν, η παροχή 14V από το SMPS είναι ελαφρώς υψηλότερη από την τάση της μπαταρίας, διατηρεί την οριζόντια δίοδο αντίστροφη μεροληψία και επιτρέπει μόνο στην τάση SMPS να φτάσει στο φορτίο ή στον ανεμιστήρα ανεμιστήρα μέσω της κάθετης 1N5402 δίοδος.

Σε περίπτωση αποτυχίας της τάσης δικτύου, η οριζόντια δίοδος που είναι συνδεδεμένη στον συλλέκτη της δεξιάς πλευράς TIP127 προχωρά γρήγορα μεροληπτική, αντικαθιστώντας την νεκρή τροφοδοσία SMPS με την τροφοδοσία της μπαταρίας, διασφαλίζοντας μια αδιάκοπη ροή της τροφοδοσίας στον ανεμιστήρα.

Το 14V χωρίς μετασχηματιστή SMPS θα μπορούσε να αγοραστεί έτοιμο από την αγορά ή να κατασκευαστεί προσωπικά. Μερικά κατάλληλα κυκλώματα εμφανίζονται στους ακόλουθους συνδέσμους:

12V 1 Amp MOSFET SMPS

12 V SMPS με χρήση VIPer22A IC

12 V SMPS με μικροδιακόπτη TNY

Όλα τα παραπάνω μοντέλα θα πρέπει να τροποποιηθούν στα στάδια εξόδου τους για την απόκτηση των απαιτούμενων 14 V.