3 yksinkertaista tasavirtamoottorin nopeudenohjauspiiriä selitetty

3 yksinkertaista tasavirtamoottorin nopeudenohjauspiiriä selitetty

Piiriä, jonka avulla käyttäjä voi ohjata kytketyn moottorin nopeutta lineaarisesti kiertämällä liitettyä potentiometriä, kutsutaan moottorin nopeuden säätöpiiriksi.



Tässä on esitetty 3 helppoa rakentaa nopeusohjauspiiriä tasavirtamoottoreille, yksi MOSFET IRF540: llä, toinen IC 555: llä ja kolmas IC 556 -konseptilla, joka sisältää vääntömomentin käsittelyn.

Suunnittelu # 1: Mosfet-pohjainen tasavirtamoottorin nopeudensäädin

Erittäin viileä ja helppo tasavirtamoottorin nopeudenohjauspiiri voidaan rakentaa käyttämällä vain yhtä mosfetiä, vastusta ja pottia, kuten alla on esitetty:





DC-moottorin nopeuden säätö yhdellä mosfetillä, jossa on yhteinen tyhjennystila

Käyttämällä BJT-lähettimen seuraajaa

moottorin nopeuden säätö BJT-lähettimen seuraajapiirillä

Kuten voidaan nähdä, mosfet on väärennetty lähteen seuraajana tai tavallisena tyhjennystilana, jotta saat lisätietoja tästä kokoonpanosta viittaa tähän viestiin , jossa käsitellään BJT-versiota, toimintaperiaate pysyy kuitenkin samana.



Edellä olevassa tasavirtamoottorin ohjainsuunnittelussa potin säätö luo vaihtelevan potentiaalieron mosfetin portin yli, ja mosfetin lähdetappi yksinkertaisesti seuraa tämän potentiaalieron arvoa ja säätää moottorin poikki olevan jännitteen vastaavasti.

Se tarkoittaa, että lähde on aina 4 tai 5 V jäljessä porttijännitteestä ja vaihtelee ylös / alas tällä erolla, jolloin moottorin poikkeava jännite on 2 - 7 V.

Kun hilajännite on noin 7 V, lähdetappi syöttää vähintään 2 V moottoriin aiheuttaen erittäin hitaan pyörimisen moottorissa, ja 7 V on käytettävissä lähdetapin poikki, kun potin säätö tuottaa täyden 12 V: n virran portin yli. mosfet.

Täällä voimme selvästi nähdä, että MOSFET-lähdetappi näyttää 'seuraavan' porttia ja siten nimen lähteen seuraajaa.

Tämä tapahtuu, koska portin ja mosfetin lähdetapin välisen eron on oltava aina noin 5 V, jotta mosfet pystyy toimimaan optimaalisesti.

Joka tapauksessa yllä oleva kokoonpano auttaa varmistamaan moottorin sujuvan nopeuden säädön, ja muotoilu voitaisiin rakentaa melko halvalla.

BJT: tä voitaisiin käyttää myös mosfetin sijasta, ja itse asiassa BJT tuottaisi korkeamman säätöalueen, noin 1 V - 12 V, moottorin poikki.

Videon esittely

https://youtu.be/W762NTuQ19g

Kun on kyse moottorin nopeuden yhtenäisestä ja tehokkaasta säätämisestä, PWM-pohjaisesta ohjaimesta tulee ihanteellinen vaihtoehto, täällä opimme lisää yksinkertaisesta piiristä tämän toiminnan toteuttamiseksi.

Rakenne # 2: PWM-DC-moottorin ohjaus IC 555: llä

Yksinkertaisen PWM-tekniikkaa käyttävän moottorin nopeudensäätimen suunnittelu voidaan ymmärtää seuraavasti:
Aluksi virtapiirin ollessa virtana liipaisintappi on loogisessa matalassa asennossa, koska kondensaattoria C1 ei ole ladattu.

Yllä olevat olosuhteet käynnistävät värähtelyjakson, jolloin lähtö muuttuu logiikaksi korkeaksi.
Suuri teho pakottaa kondensaattorin latautumaan D2: n kautta.

Saavutettuaan jännitetason, joka on 2/3 virtalähteestä, tappi # 6, joka on IC-liipaisujen kynnys.
Hetki tappi # 6 laukaisee, tappi # 3 ja tappi # 7 palaa logiikkaan matalaksi.

Kun nasta # 3 on alhaalla, C1 alkaa jälleen purkautua D1: n kautta, ja kun jännite C1: n yli putoaa alle tason, joka on 1/3 syöttöjännitteestä, nastat # 3 ja nastat # 7 nousevat jälleen korkeaksi, mikä saa jakson seuraamaan ja jatka toistamista.

On mielenkiintoista huomata, että C1: llä on kaksi huomaamattomasti asetettua polkua lataus- ja purkausprosessille diodien D1, D2 ja potin asettamien vastusvarsien kautta.

Se tarkoittaa, että C1: n kohtaamien resistanssien summa latauksen ja purkamisen aikana pysyy samana riippumatta siitä, miten potti asetetaan, joten ulostulopulssin aallonpituus pysyy aina samana.

Koska lataus- tai purkautumisajat riippuvat kuitenkin niiden poluilla kohdatusta vastusarvosta, potti asettaa nämä ajanjaksot huomaamattomasti säätöjensä mukaisesti.

Koska lataus- ja purkausajat ovat suoraan yhteydessä lähtötehosykliin, se vaihtelee potin säätämisen mukaan, antaen muodon aiottuille vaihteleville PWM-pulsseille lähdössä.

Merkki / tila-suhteen keskimääräinen tulos saa aikaan PWM-lähdön, joka puolestaan ​​ohjaa moottorin tasavirtaa.

PWM-pulssit syötetään mosfetin porttiin, joka reagoi ja ohjaa liitettyä moottorin virtaa vasteena potin asetukselle.

Moottorin läpi kulkeva virta määrää sen nopeuden ja toteuttaa siten säätövaikutuksen potin kautta.

IC: n lähdön taajuus voidaan laskea kaavalla:

F = 1,44 (VR1 * C1)

MOSFET voidaan valita vaatimuksen tai kuormitusvirran mukaan.

Ehdotetun tasavirtamoottorin nopeudenohjaimen kytkentäkaavio näkyy alla:

IC 555 -potentiometripohjainen tasavirtamoottorin nopeuden säädin

Prototyyppi:

käytännön DC-moottorin nopeudenohjaimen prototyyppi-kuva

Videotestien todiste:

https://youtu.be/M-F7MWcSiFY

Yllä olevasta videoleikkeestä voimme nähdä, kuinka IC 555 -pohjaista mallia käytetään DC-moottorin nopeuden säätämiseen. Kuten saatat todistaa, vaikka polttimo toimii täydellisesti vasteena PWM: iin ja vaihtelee intensiteettinsä pienimmästä hehkusta pienimpään, moottori ei.

Moottori ei aluksi reagoi kapeisiin PWM: iin, vaan alkaa nykimällä sen jälkeen, kun PWM: t on säädetty huomattavasti suuremmille pulssinleveydelle.

Tämä ei tarkoita sitä, että piirillä on ongelmia, se johtuu siitä, että tasavirtamoottorin ankkuria pidetään tiukasti magneettiparin välillä. Käynnistyksen aloittamiseksi ankkurin on siirryttävä pyörimään magneetin kahden navan yli, mikä ei voi tapahtua hitaalla ja lempeällä liikkeellä. Sen on aloitettava työntövoimalla.

Siksi moottori vaatii aluksi suurempia säätöjä PWM: lle ja kun kierto on aloitettu, ankkuri saa jonkin verran kineettistä energiaa ja nyt hitaamman nopeuden saavuttaminen on mahdollista kapeiden PWM-laitteiden avulla.

Kiertämisen saavuttaminen tuskin liikkuvalle hitaalle tilalle voi kuitenkin olla mahdotonta samasta syystä kuin edellä selitettiin.

Yritin parhaani parantaa vastetta ja saavuttaa hitaimman mahdollisen PWM-ohjauksen tekemällä muutamia muutoksia ensimmäiseen kaavioon alla esitetyllä tavalla:

muunnettu pwm-DC-moottorin ohjauspiiri

Tämän sanottuaan moottori voisi näyttää paremman hallinnan hitaammilla tasoilla, jos moottori on kiinnitetty tai kiinnitetty kuormalla hammaspyörien tai hihnapyöräjärjestelmän kautta.

Näin voi käydä, koska kuorma toimii vaimentimena ja auttaa hallittua liikettä hitaamman nopeuden säädön aikana.

Suunnittelu # 3: IC 556: n käyttäminen parannettuun nopeuden hallintaan

DC-moottorin nopeuden vaihtelu ei vaikuta olevan niin vaikeaa ja saatat löytää sille paljon piirejä.

Nämä piirit eivät kuitenkaan takaa tasaisia ​​vääntömomentitasoja pienemmillä moottorin nopeuksilla, mikä tekee toiminnasta melko tehotonta.

Lisäksi riittämätön vääntömomentti takia hyvin pienillä nopeuksilla moottori pyrkii pysähtymään.

Toinen vakava haittapuoli on, että näihin piireihin ei sisälly moottorin peruutusominaisuutta.

Ehdotettu piiri on täysin vapaa yllä olevista puutteista ja pystyy tuottamaan ja ylläpitämään suuria vääntömomenttitasoja myös pienimmillä mahdollisilla nopeuksilla.

Piirin käyttö

Ennen kuin keskustelemme ehdotetusta PWM-moottorin ohjainpiiristä, haluaisimme myös oppia yksinkertaisemman vaihtoehdon, joka ei ole niin tehokas. Siitä huolimatta sitä voidaan pitää kohtuullisen hyvänä, kunhan moottorin kuormitus ei ole suuri, ja niin kauan kuin nopeutta ei alenneta minimitasolle.

Kuvassa näkyy, kuinka yhtä 556 IC: tä voidaan käyttää liitetyn moottorin nopeuden säätämiseen, emme käsittele yksityiskohtia, tämän kokoonpanon ainoa merkittävä haittapuoli on, että vääntömomentti on suoraan verrannollinen moottorin nopeuteen.

Palataksemme ehdotettuun suuren vääntömomentin nopeuden ohjaimen piirirakenteeseen, tässä olemme käyttäneet kahta 555 IC: tä yhden tai pikemminkin yhden IC 556: n sijasta, joka sisältää kaksi 555 IC: tä yhdessä paketissa.

Piirikaavio

Pääpiirteet

Lyhyesti ehdotettu DC-moottorin ohjain sisältää seuraavat mielenkiintoiset ominaisuudet:

Nopeutta voidaan vaihdella jatkuvasti nollasta maksimiin, pysähtymättä.

Nopeustasot eivät koskaan vaikuta vääntömomenttiin, ja se pysyy vakiona myös pienimmillä nopeuksilla.

Moottorin kierto voidaan kääntää tai kääntää murto-osassa sekuntia.

Nopeus vaihtelee moottorin molempiin suuntiin.

Kaksi 555 IC: tä määritetään kahdella erillisellä toiminnolla. Yksi osa konfiguroidaan astabiiliksi multivibraattoriksi, joka tuottaa 100 Hz: n neliöaaltokellot, joka syötetään edelliseen 555 osaan paketin sisällä.

Yllä oleva taajuus on vastuussa PWM: n taajuuden määrittämisestä.

Transistoria BC 557 käytetään vakiovirtalähteenä, joka pitää viereisen kondensaattorin kollektorivarressaan ladattuna.

Tämä kehittää sahahampujännitteen yllä olevan kondensaattorin yli, jota verrataan 556 IC: n sisäpuolella näytteen jännitteeseen, joka on ulkoisesti syötetty esitetyn nastan yli.

Ulkopuolella käytettävä näytejännite voidaan johtaa yksinkertaisesta 0–12 V: n vaihtuvan jännitteen virtalähteestä.

Tätä vaihtelevaa jännitettä, jota käytetään 556 IC: ssä, käytetään muuttamaan lähtöjen pulssien PWM: ää ja sitä käytetään lopulta liitetyn moottorin nopeuden säätelyyn.

Kytkintä S1 käytetään moottorin suunnan kääntämiseen välittömästi tarvittaessa.

Osaluettelo

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

Yllä oleva piiri sai inspiraationsa seuraavasta moottoriohjainpiiristä, joka julkaistiin kauan sitten elecktor electronic India -lehdessä.

Moottorin momentin säätäminen IC 555: n avulla

2 IC 555: n avulla saavutetaan erinomainen nopeudensäätö tasavirtamoottoreissa

Ensimmäistä moottorin ohjauskaaviota voidaan yksinkertaistaa huomattavasti käyttämällä DPDT-kytkintä moottorin suunnanvaihtoon ja käyttämällä lähettimen seuraajatransistoria nopeuden säätöön, kuten alla on esitetty:

Moottorin nopeudensäädinpiiri DPDT-kytkimillä

Tarkka moottorin ohjaus yhden op-vahvistimen avulla

Erittäin hienostunut tai monimutkainen tasavirtaohjaus moottori voitaisiin saavuttaa käyttämällä op-vahvistinta ja takogeneraattoria. Op-vahvistin on kytketty jänniteherkkään kytkimeen. Alla esitetyssä piirissä heti, kun takogeneraattorin lähtö on matalampi kuin ennalta asetettu vertailujännite, kytkentätransistori kytketään PÄÄLLE ja 100%: n teho syötetään moottoriin.

Op-vahvistimen vaihtotoiminto tapahtuisi vain muutamalla millivolttilla vertailujännitteen ympäri. Tarvitset kaksoisvirtalähteen, joka voi olla vain vakaa.

Tämä moottoriohjain mahdollistaa portaattomasti säädettävän alueen ilman minkäänlaista mekaanista hässäkkää.

Op-vahvistimen lähtö on vain +/- 10% syöttökiskojen tasosta, joten kaksinkertaisen emitterin seuraajaa käyttämällä voidaan hallita valtavia moottorin nopeuksia.

Referenssijännite voidaan kiinnittää termistoreiden tai LDR: n jne. Kautta. Kytkentäkaaviossa esitetyssä kokeellisessa kokoonpanossa käytettiin RCA 3047A -operaattoria ja 0,25 W: n 6 V: n moottoria tacho-generaattorina, joka tuotti noin 4 V: n nopeudella 13000 rpm aiottu palaute.




Edellinen: 3 parasta Joule-varaspiiriä Seuraava: Painekattilan viheltävä laskuripiiri