3 circuite simple ale controlerului de turație ale motorului continuu explicate

Un circuit care permite utilizatorului să controleze liniar viteza unui motor conectat prin rotirea unui potențiometru atașat se numește circuit de control al vitezei motorului.

Sunt prezentate aici 3 circuite regulatoare de viteză ușor de construit pentru motoarele de curent continuu, unul folosind MOSFET IRF540, al doilea folosind IC 555 și al treilea concept cu IC 556 cu procesare de cuplu.

Proiectare # 1: Controler de turație a motorului DC bazat pe Mosfet

Un circuit foarte regulat și ușor de control al vitezei motorului DC ar putea fi construit folosind un singur mosfet, un rezistor și un pot, așa cum se arată mai jos:

Folosirea unui emițător BJT Follower

După cum se poate vedea, mosfet-ul este configurat ca un sursă de urmărire sau ca un mod de scurgere comun, pentru a afla mai multe despre această configurație, puteți consultați acest post , care discută o versiune BJT, totuși principiul de funcționare rămâne același.

În proiectarea controlerului de motor DC de mai sus, reglarea potului creează o diferență de potențial variabilă pe poarta mosfetului, iar pinul sursă al mosfetului urmărește pur și simplu valoarea acestei diferențe de potențial și reglează tensiunea pe motor în consecință.

Aceasta implică faptul că sursa va rămâne întotdeauna cu 4 sau 5V în spatele tensiunii porții și va varia în sus / în jos cu această diferență, prezentând o tensiune variabilă între 2V și 7V pe motor.

Când tensiunea porții este în jur de 7V, pinul sursă va furniza minimul de 2V la motor, provocând o rotire foarte lentă pe motor, iar 7V va fi disponibil pe pinul sursei atunci când reglarea potului generează 12V complet pe poarta Mosfet.

Aici putem vedea clar că pinul sursă mosfet pare să „urmărească” poarta și, prin urmare, numele de sursă de sursă.

Acest lucru se întâmplă deoarece diferența dintre poartă și pinul sursă al mosfetului trebuie să fie întotdeauna în jur de 5V, pentru a permite mosfetului să conducă optim.

Oricum, configurația de mai sus ajută la impunerea unui control lin al vitezei pe motor, iar designul ar putea fi construit destul de ieftin.

Un BJT ar putea fi, de asemenea, utilizat în locul mosfetului și, de fapt, un BJT ar produce un interval de control mai mare de aproximativ 1V la 12V pe motor.

Demo video

Când vine vorba de controlul uniform și eficient al turației motorului, un controler bazat pe PWM devine opțiunea ideală, aici vom afla mai multe despre un circuit simplu pentru a implementa această operație.

Proiectul nr. 2: Control motor PWM DC cu IC 555

Proiectarea unui regulator simplu de turație a motorului care utilizează PWM poate fi înțeleasă după cum urmează:
Inițial când circuitul este alimentat, pinul de declanșare se află într-o poziție logică joasă, deoarece condensatorul C1 nu este încărcat.

Condițiile de mai sus inițiază ciclul de oscilație, transformând ieșirea într-o logică ridicată.
O ieșire mare forțează acum condensatorul să se încarce prin D2.

La atingerea unui nivel de tensiune care este de 2/3 din sursa de alimentare, pinul # 6, care este pragul declanșatorului IC.
Momentul declanșează pinul # 6, pinul # 3 și pinul # 7 revine la logică scăzută.

Cu pinul 3 la nivel scăzut, C1 începe din nou să se descarce prin D1, iar când tensiunea din C1 scade sub nivelul care este 1/3 din tensiunea de alimentare, pinul 3 și pinul 7 devin din nou ridicate, determinând ciclul să urmeze și continuați să repetați.

Este interesant de observat că, C1 are două căi stabilite discret pentru procesul de încărcare și descărcare prin diodele D1, D2 și, respectiv, prin brațele de rezistență stabilite de pot.

Înseamnă că suma rezistențelor întâlnite de C1 în timpul încărcării și descărcării rămâne aceeași, indiferent de modul în care este setat potul, prin urmare, lungimea de undă a impulsului de ieșire rămâne întotdeauna aceeași.

Cu toate acestea, din moment ce perioadele de încărcare sau descărcare depind de valoarea rezistenței întâlnite pe traseele lor, potul setează discret aceste perioade de timp în funcție de ajustările sale.

Deoarece perioadele de încărcare și descărcare sunt direct conectate cu ciclul de funcționare de ieșire, variază în funcție de reglarea potului, dând formă impulsurilor PWM variate intenționate la ieșire.

Rezultatul mediu al raportului marca / spațiu dă naștere la ieșirea PWM care, la rândul său, controlează viteza continuă a motorului.

Impulsurile PWM sunt alimentate către poarta unui mosfet care reacționează și controlează curentul motorului conectat ca răspuns la setarea potului.

Nivelul curent prin motor decide viteza și astfel implementează efectul de control prin pot.

Frecvența ieșirii din IC poate fi calculată cu formula:

F = 1,44 (VR1 * C1)

Mosfetul poate fi selectat conform cerințelor sau curentului de încărcare.

Schema de circuit a regulatorului de turație propus al motorului continuu poate fi văzută mai jos:

Prototip:

Dovadă de testare video:

În clipul video de mai sus putem vedea cum este utilizat designul bazat pe IC 555 pentru controlul vitezei unui motor DC. După cum ați putea fi martor, deși becul funcționează perfect ca răspuns la PWM-uri și își variază intensitatea de la strălucirea minimă la cea maximă, motorul nu funcționează.

Motorul inițial nu răspunde la PWM-urile înguste, mai degrabă pornește cu o smucitură după ce PWM-urile sunt ajustate la lățimi de impuls semnificativ mai mari.

Acest lucru nu înseamnă că circuitul are probleme, se datorează faptului că armătura motorului de curent continuu este ținută strâns între o pereche de magneți. Pentru a iniția un start, armătura trebuie să-și sară rotația peste cei doi poli ai magnetului, ceea ce nu se poate întâmpla cu o mișcare lentă și ușoară. Trebuie să inițieze cu o forță.

Tocmai de aceea, motorul necesită inițial ajustări mai mari pentru PWM și odată ce rotația este inițiată, armătura câștigă o anumită energie cinetică și acum realizarea vitezei mai mici devine fezabilă prin PWM-uri mai înguste.

Cu toate acestea, obținerea rotației într-o stare lentă care se mișcă abia poate fi imposibilă din același motiv explicat mai sus.

Am încercat din răsputeri să îmbunătățesc răspunsul și să obțin un control PWM cât mai lent, făcând câteva modificări în prima diagramă, așa cum se arată mai jos:

Acestea fiind spuse, motorul ar putea arăta un control mai bun la nivelurile mai lente dacă motorul este atașat sau legat cu o sarcină prin angrenaje sau sistem de scripete.

Acest lucru se poate întâmpla deoarece sarcina va acționa ca un amortizor și va ajuta la asigurarea unei mișcări controlate în timpul reglărilor de viteză mai lente.

Proiectul # 3: Utilizarea IC 556 pentru controlul vitezei îmbunătățit

Variază viteza motorului de curent continuu poate părea să nu fie atât de dificil și este posibil să găsiți o mulțime de circuite pentru aceasta.

Cu toate acestea, aceste circuite nu garantează niveluri de cuplu consistente la turații mai mici ale motorului, ceea ce face ca funcționarea să fie destul de ineficientă.

Mai mult, la viteze foarte mici din cauza cuplului insuficient, motorul tinde să se blocheze.

Un alt dezavantaj grav este că nu există nicio caracteristică de inversare a motorului inclusă în aceste circuite.

Circuitul propus este complet lipsit de deficiențele de mai sus și este capabil să genereze și să susțină niveluri ridicate de cuplu chiar și la viteze mai mici.

Funcționarea circuitului

Înainte de a discuta despre circuitul de control al motorului propus PWM, am dori să învățăm și alternativa mai simplă, care nu este atât de eficientă. Cu toate acestea, poate fi considerat rezonabil de bun atâta timp cât sarcina peste motor nu este mare și atâta timp cât viteza nu este redusă la niveluri minime.

Figura arată cum poate fi utilizat un singur IC 556 pentru controlul vitezei unui motor conectat, nu vom intra în detalii, singurul dezavantaj notabil al acestei configurații este că cuplul este direct proporțional cu viteza motorului.

Revenind la proiectarea circuitului controlerului de viteză cuplu ridicat propus, aici am folosit două 555 IC-uri în loc de unul sau mai degrabă un singur IC 556 care conține două 555 IC-uri într-un singur pachet.

Diagrama circuitului

Caracteristici principale

Pe scurt propusul Controler motor DC include următoarele caracteristici interesante:

Viteza poate fi variată continuu de la zero la maxim, fără a se bloca.

Cuplul nu este niciodată afectat de nivelurile de viteză și rămâne constant chiar și la niveluri de viteză minime.

Rotația motorului poate fi inversată sau inversată într-o fracțiune de secundă.

Viteza este variabilă în ambele sensuri de rotație a motorului.

Cei doi 555 IC-uri sunt atribuite cu două funcții separate. O secțiune este configurată ca un multivibrator astabil care generează ceasuri cu undă pătrată de 100 Hz, care este alimentat în secțiunea precedentă 555 din interiorul pachetului.

Frecvența de mai sus este responsabilă pentru determinarea frecvenței PWM.

Tranzistorul BC 557 este folosit ca o sursă de curent constantă, care menține condensatorul adiacent la brațul colectorului încărcat.

Aceasta dezvoltă o tensiune dinte de ferăstrău pe condensatorul de mai sus, care este comparată în interiorul 556 IC cu tensiunea eșantionului aplicată extern peste pin-out-ul afișat.

Tensiunea eșantionului aplicată extern poate fi derivată dintr-un circuit simplu de alimentare cu tensiune variabilă 0-12V.

Această tensiune variabilă aplicată la 556 IC este utilizată pentru a varia PWM a impulsurilor la ieșire și care în cele din urmă este utilizată pentru reglarea vitezei motorului conectat.

Comutatorul S1 este utilizat pentru a inversa instantaneu direcția motorului ori de câte ori este necesar.

Lista de componente

• R1, R2, R6 = 1K,
• R3 = 150K,
• R4, R5 = 150 Ohmi,
• R7, R8, R9, R10 = 470 Ohmi,
• 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 = comutator SPDT

Circuitul de mai sus a fost inspirat din următorul circuit al driverului de motor, care a fost publicat de mult în revista elecktor electronic India.

Controlul cuplului motorului folosind IC 555

Prima diagramă de control al motorului poate fi mult simplificată prin utilizarea unui comutator DPDT pentru operația de inversare a motorului și prin utilizarea unui tranzistor de urmărire a emițătorului pentru implementarea controlului de viteză, după cum se arată mai jos:

Control de precizie al motorului folosind un singur amplificator op

Un control extrem de rafinat sau complicat al unui d.c. motorul ar putea fi realizat folosind un amplificator op și un tacho-generator. Amplificatorul opțional este configurat ca un comutator sensibil la tensiune. În circuitul prezentat mai jos, de îndată ce ieșirea generatorului tacho este mai mică decât tensiunea de referință presetată, tranzistorul de comutare va fi pornit și va fi furnizată 100% putere motorului.

Acțiunea de comutare a amplificatorului operațional s-ar întâmpla în doar câteva milivolți în jurul tensiunii de referință. Veți avea nevoie de o sursă de alimentare dublă, care poate fi doar stabilizată de Zener.

Acest controler de motor permite o rază de reglare infinită fără a implica vreo formă de bătăi mecanice.

Ieșirea amplificatorului operațional este doar +/- 10% din nivelul șinelor de alimentare, folosind astfel un emițător dublu, putând fi controlate viteze imense ale motorului.

Tensiunea de referință ar putea fi fixată prin termistori sau printr-un LDR etc. Setarea experimentală indicată în schema de circuit a folosit un amplificator op RCA 3047A și un motor de 0,25 W 6V ca tacho-generator care a generat în jur de 4V la 13000 rpm feedback-ul dorit.