Объяснение 3 простых схем контроллера скорости двигателя постоянного тока

Схема, которая позволяет пользователю линейно управлять скоростью подключенного двигателя путем вращения подключенного потенциометра, называется схемой контроллера скорости двигателя.

Здесь представлены 3 простые в сборке схемы регулятора скорости для двигателей постоянного тока: одна с использованием полевого МОП-транзистора IRF540, вторая с использованием IC 555 и третья концепция с IC 556 с функцией обработки крутящего момента.

Дизайн №1: Регулятор скорости двигателя постоянного тока на основе Mosfet

Очень крутая и простая схема контроллера скорости двигателя постоянного тока может быть построена с использованием всего одного МОП-транзистора, резистора и потенциометра, как показано ниже:

Использование повторителя эмиттера BJT

Как видно, МОП-транзистор настроен как повторитель истока или режим общего стока, чтобы узнать больше об этой конфигурации, вы можете обратитесь к этому сообщению , где обсуждается версия BJT, но принцип работы остается прежним.

В приведенной выше конструкции контроллера двигателя постоянного тока регулировка потенциометра создает изменяющуюся разность потенциалов на затворе МОП-транзистора, а вывод истока МОП-транзистора просто следует за значением этой разности потенциалов и соответственно регулирует напряжение на двигателе.

Это означает, что источник всегда будет на 4 или 5 В отстать от напряжения затвора и будет меняться вверх / вниз с этой разницей, представляя изменяющееся напряжение на двигателе от 2 до 7 В.

Когда напряжение затвора составляет около 7 В, вывод истока будет подавать минимум 2 В на двигатель, вызывая очень медленное вращение двигателя, и 7 В будет доступно на выводе источника, когда регулировка потенциометра генерирует полные 12 В на затворе MOSFET - описание производителя.

Здесь мы можем ясно видеть, что вывод источника МОП-транзистора, кажется, «следует» за затвором и, следовательно, за последователем источника имени.

Это происходит потому, что разница между затвором и истоковым выводом МОП-транзистора всегда должна составлять около 5В, чтобы МОП-транзистор работал оптимально.

В любом случае, приведенная выше конфигурация помогает обеспечить плавное регулирование скорости двигателя, и конструкция может быть построена довольно дешево.

BJT также может использоваться вместо mosfet, и на самом деле BJT будет обеспечивать более высокий диапазон управления от примерно 1 В до 12 В на двигателе.

Видео Демонстрация

Когда дело доходит до равномерного и эффективного управления скоростью двигателя, контроллер на основе ШИМ становится идеальным вариантом, здесь мы узнаем больше о простой схеме для реализации этой операции.

Дизайн # 2: ШИМ-управление двигателем постоянного тока с IC 555

Конструкцию простого регулятора скорости двигателя, использующего ШИМ, можно понять следующим образом:
Первоначально, когда схема запитана, контакт триггера находится в низком логическом положении, поскольку конденсатор C1 не заряжен.

Вышеупомянутые условия инициируют цикл колебаний, переводя выходной сигнал на высокий логический уровень.
При высоком выходном сигнале конденсатор заряжается через D2.

При достижении уровня напряжения, равного 2/3 напряжения питания, вывод 6, который является порогом срабатывания ИС, срабатывает.
В момент срабатывания контакта №6, контакты №3 и №7 возвращаются в состояние низкого логического уровня.

При низком уровне на выводе №3 C1 снова начинает разряжаться через D1, и когда напряжение на C1 падает ниже уровня, составляющего 1/3 напряжения питания, выводы №3 и №7 снова становятся высокими, что приводит к продолжению цикла. и продолжайте повторять.

Интересно отметить, что у C1 есть два дискретно установленных пути для процесса зарядки и разрядки через диоды D1, D2 и через резистивные плечи, устанавливаемые потенциометром соответственно.

Это означает, что сумма сопротивлений, с которыми сталкивается C1 во время зарядки и разрядки, остается неизменной независимо от того, как установлен горшок, поэтому длина волны выходного импульса всегда остается неизменной.

Однако, поскольку периоды времени зарядки или разрядки зависят от значения сопротивления, встречающегося на их пути, горшок дискретно устанавливает эти периоды времени в соответствии с его настройками.

Поскольку периоды времени заряда и разряда напрямую связаны с рабочим циклом выхода, они меняются в зависимости от настройки потенциометра, давая форму предполагаемым изменяющимся импульсам ШИМ на выходе.

Средний результат отношения метка / пространство дает выход ШИМ, который, в свою очередь, управляет скоростью двигателя постоянного тока.

Импульсы PWM подаются на затвор МОП-транзистора, который реагирует и регулирует ток подключенного двигателя в ответ на настройку потенциометра.

Уровень тока двигателя определяет его скорость и, таким образом, реализует управляющий эффект через потенциометр.

Частоту на выходе ИС можно рассчитать по формуле:

F = 1,44 (VR1 * C1)

МОП-транзистор может быть выбран в соответствии с требованиями или током нагрузки.

Принципиальная схема предлагаемого регулятора скорости двигателя постоянного тока представлена ​​ниже:

Прототип:

Доказательство видео-тестирования:

В приведенном выше видеоролике мы можем увидеть, как конструкция на основе IC 555 используется для управления скоростью двигателя постоянного тока. Как вы можете видеть, хотя лампа отлично реагирует на ШИМ и меняет свою интенсивность от минимального свечения до максимально слабого, двигатель этого не делает.

Двигатель изначально не реагирует на узкие ШИМ, а запускается рывком после того, как ШИМ настроены на значительно большую ширину импульса.

Это не означает, что в схеме есть проблемы, это потому, что якорь двигателя постоянного тока плотно зажат между парой магнитов. Чтобы инициировать запуск, якорь должен совершить скачок своего вращения через два полюса магнита, что не может произойти при медленном и плавном движении. Он должен начинаться с укола.

Именно поэтому двигатель изначально требует более высоких настроек ШИМ, и как только начинается вращение, якорь получает некоторую кинетическую энергию, и теперь достижение более низкой скорости становится возможным с помощью более узких ШИМ.

Тем не менее, привести вращение в состояние «еле-движущийся и медленный» может быть невозможно по той же причине, что и объяснено выше.

Я изо всех сил старался улучшить отклик и добиться максимально медленного управления ШИМ, сделав несколько изменений на первой диаграмме, как показано ниже:

Сказав это, двигатель мог бы лучше контролировать на более медленных уровнях, если бы двигатель был прикреплен или привязан к нагрузке через шестерни или систему шкивов.

Это может произойти из-за того, что нагрузка будет действовать как демпфер и помогать обеспечивать контролируемое движение во время регулировки более низкой скорости.

Схема №3: ​​Использование IC 556 для улучшенного управления скоростью

Изменение скорости двигателя постоянного тока может показаться не таким уж сложным, и вы можете найти множество схем для этого.

Однако эти схемы не гарантируют постоянных уровней крутящего момента при более низких скоростях двигателя, что делает их работу весьма неэффективной.

Более того, на очень низких скоростях из-за недостаточного крутящего момента двигатель имеет тенденцию останавливаться.

Еще один серьезный недостаток заключается в том, что в этих схемах нет функции реверсирования двигателя.

Предлагаемая схема полностью лишена перечисленных выше недостатков и способна создавать и поддерживать высокие уровни крутящего момента даже при минимально возможных скоростях.

Схема работы

Прежде чем обсуждать предложенную схему контроллера двигателя с ШИМ, мы также хотели бы изучить более простую альтернативу, которая не так эффективна. Тем не менее, его можно считать достаточно хорошим, если нагрузка на двигатель невелика, и пока скорость не снижается до минимального уровня.

На рисунке показано, как одну микросхему 556 IC можно использовать для управления скоростью подключенного двигателя, мы не будем вдаваться в подробности, единственный заметный недостаток этой конфигурации состоит в том, что крутящий момент прямо пропорционален скорости двигателя.

Возвращаясь к предлагаемой конструкции схемы контроллера скорости с высоким крутящим моментом, здесь мы использовали две микросхемы 555 вместо одной или, скорее, одной микросхемы 556, которая содержит две микросхемы 555 в одном корпусе.

Принципиальная электрическая схема

Основные особенности

Вкратце предлагаемые Контроллер двигателя постоянного тока включает следующие интересные функции:

Скорость можно плавно изменять от нуля до максимума без остановки.

На крутящий момент никогда не влияют уровни скорости и он остается постоянным даже при минимальных уровнях скорости.

Вращение двигателя можно перевернуть или изменить за доли секунды.

Скорость регулируется в обоих направлениях вращения двигателя.

Два 555 микросхем наделяются двумя отдельными функциями. Одна секция конфигурируется как нестабильный мультивибратор, генерирующий такты прямоугольной волны 100 Гц, который подается на предыдущую секцию 555 внутри корпуса.

Вышеуказанная частота отвечает за определение частоты ШИМ.

Транзистор BC 557 используется в качестве источника постоянного тока, который поддерживает заряженным соседний конденсатор на его плече коллектора.

Это приводит к возникновению пилообразного напряжения на вышеуказанном конденсаторе, которое сравнивается внутри микросхемы 556 IC с напряжением образца, приложенным извне по показанной схеме вывода.

Напряжение выборки, прикладываемое извне, может быть получено из простой схемы источника питания с переменным напряжением 0–12 В.

Это изменяющееся напряжение, подаваемое на микросхему 556 IC, используется для изменения ШИМ импульсов на выходе и, в конечном итоге, используется для регулирования скорости подключенного двигателя.

Переключатель S1 используется для мгновенного изменения направления вращения двигателя, когда это необходимо.

Список деталей

• R1, R2, R6 = 1К,
• R3 = 150К,
• R4, R5 = 150 Ом,
• R7, R8, R9, R10 = 470 Ом,
• C1 = 0,1 мкФ,
• C2, C3 = 0,01 мкФ,
• C4 = 1 мкФ / 25VT1,
• T2 = TIP122,
• T3, T4 = TIP127
• Т5 = BC557,
• Т6, Т7 = BC547,
• D1 --- D4 = 1N5408,
• Z1 = 4V7 400 мВт
• IC1 = 556,
• S1 = тумблер SPDT

Вышеупомянутая схема была вдохновлена ​​следующей схемой драйвера двигателя, которая была опубликована давно в журнале Elecktor electronic India.

Управление крутящим моментом двигателя с помощью IC 555

Первую схему управления двигателем можно значительно упростить, используя DPDT-переключатель для реверсирования двигателя, а также транзистор эмиттерного повторителя для реализации управления скоростью, как показано ниже:

Прецизионное управление двигателем с помощью одного операционного усилителя

Чрезвычайно тонкий или сложный контроль постоянного тока. Двигатель может быть реализован с использованием операционного усилителя и тахогенератора. Операционный усилитель выполнен в виде переключателя, чувствительного к напряжению. В схеме показано ниже, как только на выходе тахогенератора ниже, чем заданное опорное напряжение переключения транзистора быть включен и 100% мощности будут обеспечены к двигателю.

Переключение действия операционного усилителя будет происходить в только пару милливольт вокруг опорного напряжения. Вам понадобится двойной источник питания, который может быть просто стабилитроном.

Этот контроллер мотора обеспечивает плавную регулировку диапазона без каких-либо механических проблем.

Выходной сигнал операционного усилителя составляет всего +/- 10% от уровня шины питания, поэтому с помощью двойного эмиттерного повторителя можно контролировать огромные скорости двигателя.

Опорное напряжение может быть зафиксировано с помощью термисторов, или LDR т.д. Экспериментальная установка указаны в электрической схеме использовали ОУ RCA 3047A и 0.25W 6V двигатель, как тахогенератор, который генерируется вокруг 4V при 13000 оборотах в минуте в течение предполагаемая обратная связь.