Шим регулятор схема: Простой ШИМ регулятор

Содержание

Радиосхемы. — ШИМ-регулятор на простой логике

материалы в категории

Необходимость регулировки постоянного напряжения  для питания мощных  инерционных нагрузок чаще всего возникает у владельцев автомобилей и другой  авто-мото техники.   Например, появилось  желание  плавно менять яркость ламп освещения салона,  габаритных огней, автомобильных  фар  или вышел из строя  узел регулирования оборотов вентилятора автомобильного кондиционера, а замены нет. 
Осуществить такое желание  иногда  нет возможности из-за большого тока потребления этими устройствами — если устанавливать транзисторный  регулятор напряжения, компенсационный или параметрический,  на регулирующем транзисторе будет выделяться очень большая мощность, что потребует установки больших радиаторов или  введения принудительного охлаждения с помощью малогабаритного вентилятора от компьютерных устройств. 

 

Выходом из положения является применение широтно — импульсных  схем,  управляющих мощными полевыми силовыми транзисторами MOSFET. Эти транзисторы  могут коммутировать очень большие токи ( до 160А и более)  при напряжении на затворе 12 — 15 В.  Сопротивление открытого транзистора очень мало, что позволяет заметно снизить рассеиваемую мощность.  Схемы управления должны обеспечивать разность напряжений между затвором и истоком не менее 12 … 15 В, в противном случае сопротивление канала сильно увеличивается и  рассеиваемая мощность значительно возрастает, что может привести перегреву транзистора и выходу его из строя.   Для  широтно — импульсных  автомобильных  низковольтных  регуляторов  выпускаются специализированные микросхемы , например U6080B … U6084B,  L9610,  L9611,   которые содержат узел повышения  выходного напряжения до 25 -30 В при напряжении питания 7 -14 В, что позволяет включать выходной  транзистор по схеме с общим стоком, чтобы можно было подключать нагрузку  с общим минусом, но достать их практически невозможно. Для  большинства нагрузок, которые  потребляют ток не более 10А и не могут вызвать просадку бортового напряжения можно использовать простые схемы без дополнительного узла повышения напряжения.

Первый ШИМ регулятор собран на инверторах  логической КМОП  микросхемы.  Схема представляет собой генератор  прямоугольных импульсов на двух логических элементах, в котором за счёт диодов  раздельно меняется постоянная времени заряда и разряда  частотозадающего конденсатора, что позволяет изменять скважность  выходных импульсов и  значение эффективного напряжения на нагрузке.

В схеме можно использовать любые инвертирующие КМОП элементы, например К176ПУ2, К561ЛН1,  а также любые  элементы И, ИЛИ-НЕ, например К561ЛА7, К561ЛЕ5 и подобные, соответственно  сгруппировав их входы. Полевой транзистор может быть любым изMOSFET, которые выдерживают  максимальный ток нагрузки, но желательно использовать транзистор с как можно большим максимальным током, т.к. у него меньшее сопротивление открытого канала, что уменьшает рассеиваемую мощность и позволяет использовать радиатор меньшей площади. 
Достоинство ШИМ-регулятора на микросхеме К561ЛН2 — простота и доступность элементов,
недостатки — диапазон изменения  выходного напряжения чуть меньше 100%  и  невозможно  доработать схему с целью  введения дополнительных режимов, например плавного автоматического увеличения или понижения напряжения на нагрузке, т. к.  регулирование производится путём изменения сопротивления переменного резистора , а не изменением уровня управляющего напряжения.

Гораздо лучшими характеристиками обладает вторая схема, но количество элементов в ней чуть больше.

 

Регулировка эффективного значения напряжения на нагрузке  от 0 до 12 В производится изменением напряжения на управляющем входе от  8 до 12 В.  Диапазон регулировки  напряжения практически 100%.   Максимальный ток нагрузки полностью определяется типом  силового полевого транзистора и может быть очень значительным. Так как выходное напряжение пропорционально входному управляющему напряжению,  схема может использоваться как составная часть  системы регулирования , например  системы поддержания  заданной температуры, если в качестве нагрузки использовать  нагреватель, а  датчик  температуры подключить к простейшему пропорциональному регулятору, выход которого подключается к управляющему входу устройства.  Описанные устройства имеют в основе несимметричный мультивибратор, но  ШИМ регулятор можно построить на микросхеме ждущего мультивибратора

Автор Кравцов В. Н. http://kravitnik.narod.ru
Обсудить на форуме

Улучшенный ШИ регулятор на TL494

Вернуться в раздел электроники

 

 

Улучшенный ШИМ контроллер на TL494

Автор статьи: Токмаков Н.М., Сыктывкар, 2011г.


      Статья продолжает тему создания устройств управления мощными электродвигателями. В данном случае рассматривается
устройство для управления электродвигателем с напряжением питания 24 вольта и мощностью до 2-х киловатт. Но регулятор можно применить и для других напряжений и
мощностей, для этого его требуется дополнить устройством понижения напряжения питания электронной части, а транзисторы заменить на другие подходящие
по мощности и допустимым напряжениям и токам. Выходной каскад устройства способен управлять десятком указанных на схеме транзисторов.

      Ранее на сайте уже размещена схема ШИМ регулятора оборотов коллекторного электродвигателя на микросхеме TL494, но как
оказалось она имеет недостаток связанный с неполным диапазоном регулирования мощности. Терялось около 4-5% мощности двигателя. Упоминаемую статью можно
посмотреть ЗДЕСЬ .
Новая схема несколько доработана.

      Принципиальная схема регулятора:

      Верхнее положение задатчика оборотов соответствует отсутствию управляющих импульсов. Нижнее положение — максимальной
мощности. Резисторами R3 и R1 можно изменить сектор работы рабочего органа потенциометра.

     Схема разрабатывалась и испытывалась на электротрайке с напряжением тяговой батареи 24 вольта. Поэтому некоторые элементы
расчитаны на питание от 24 вольт, в частности узел питания на интегральном стабилизаторе DA1. При использовании более высокого напряжения необходимо
позаботиться о понижении питания до разумной величины (30-18 вольт) или запитать от отдельной батареи аккумуляторов.
Силовые выходные транзисторы должны иметь рабочее напряжение не менее 2-х кратно большее напряжения тяговой батареи, а суммарный ток
сборки транзисторов в 2-4 раза больше номинального тока нагрузки.

      В качестве главного управляющего элемента устройства используется микросхема типа TL494CN, выпускаемая фирмой TEXAS
INSTRUMENT (США). Она выпускается рядом зарубежных фирм под разными наименованиями. Например,
фирма SHARP (Япония) выпускает микросхему IR3M02, фирма FAIRCHILD (США) —
иА494, фирма SAMSUNG (Корея) — КА7500, фирма FUJITSU (Япония) — МВ3759, есть ещё mPC494,TL493,TL495,TL594 и
т.д. Все эти микросхемы являются полными аналогами отечественной микросхемы КР1114ЕУ4 (М1114ЕУ4,K1006EУ4).

      Есть ещё отечественная микросхема M1114ЕУ3, но у неё изменена разводка выводов по ножкам микросхемы.

      TL594 — аналог TL494 c
улучшенной точностью усилителей ошибки и компаратора.
   
  TL598 — аналог TL594 c двухтактным (pnp-npn) повторителем на
выходе.

      Плюсы:
Развитые цепи управления, два
дифференциальный усилителя (могут выполнять и логические функции)

      Минусы:
Однофазные выходы требуют
дополнительной обвески (по сравнению с UC3825). Недоступно токовое
управление, относительно медленная петля обратной связи. Синхронное
включение двух и более ИС не так удобно, как в UC3825.

      Не будем подробно рассматривать устройство и работу этой
управляющей микросхемы. ЗДЕСЬ можно посмотреть статью c описанием работы
микросхемы.

      Разводка печатной платы регулятора:

     

      На рисунке должно быть все понятно. Размер печатной платы из одностороннего фольгированного стеклотекстолита
63 х 71 мм. Обратите внимание: дорожки питания разведены таким образом, что силовая и управляющая части запитаны отдельными проводниками.
Это принципиально.
      Поставлена цель иметь максимально упрощенный ШИ регулятор для ДТП, поэтому ограничимся именно таким построением схемы устройства. Это позволит
подобрать необходимые детали даже в дали от крупных городов. Микросхема TL494 широко применяется в блоках питания компьютеров, поэтому её найти не
составит труда. При аккуратной сборке выходные импульсы должны иметь такой вид выходного сигнала с формирователя импульсов:

      При самостоятельной разводке печатной платы транзисторы VT2 и VT3 следует ставить ближе к источнику питания, а между эмиттерами транзисторов
установить керамический конденсатор в непосредственно близости к ним.
Силовой модуль, куда входят резисторы R11-R15, транзисторы VT4-VT7, диод VD2 изготавливается отдельно с тщательным соблюдением требований к силовым
устройствам. А диод VD2 вообще рекомендую ставить вблизи электродвигателя или на его клеммы, снабдив небольшим радиатором с площадью пластин 30-50 кв.см.

     Обратите внимание на подвод токосьемных проводников. После запаивания транзисторов и резисторов, надо уделить особое внимание
прокладке электрических проводов. Необходимо проложить медные жилы непосредственно до выводов транзисторов. И чем толще, тем лучше. Удельные сопротивления
припоя и меди различаются почти в десять раз. Поэтому в силовых цепях на припой как на проводник электричества расчитывать не следует. Он создает значительное
падение напряжения, что является причиной неравномерной загрузки силовых транзисторов и как следствие ведет к проблемам с качественной работой всего
устройства в целом.
Чтобы не быть голословным приведу удельные сопротивления: медь — 0.0175 Ом*мм2/м, припой — 0.167 Ом*мм2/м (олово-0.115, свинец-0.221)

      Управляющий сигнал к силовому блоку подвести витым проводом и в центр сборки, а еще лучше для каждого транзистора свою витую пару, но это уже как
идеальный вариант.

      Демпферный диод VD3 можно установить как в силовом блоке (если есть место) так и непосредственно на электродвигатель, либо по пути
прокладки силовых кабелей.

      Возможно для кого-то представит интерес следующая схема устройства регулятора. Она несколько проще, но имеется недостаток в виде
не полного регулирования мощности. Это связано с тем, что ключи имеют паузу (Dead time) для предотвращения сквозных токов в работе двухтактных каскадов. Это
не позволяет использовать несколько последних процентов мощности нагрузки. Фотография осциллограммы наглядно показывает этот факт.

     Устройтва не имеют собственной защиты от перегрузок и коротких замыканий, поэтому используйте амперметр для контроля тока
в нагрузке.

      На базе вышеуказанной схемы разработано устройтво с защитой по току в нагрузке.

      Используя опыт изготовления ШИМ регуляторов двигателей постоянного тока для электромобилей, наш украинский коллега из п.Долина Иваново-Франковской области Александр Сорочка
разработал и собрал действующий контроллер для электродвигателя. (кликнуть по рисунку для открытия в отдельном окне)

     Схема разрабатывалась с помощью программы Splan v5. 0, печатная плата программой SprintLayOut v4.0. Их легко найти на просторах Интернета.
Программы также можно скачать здесь на сайте в разделе «Архивы». Они легко и быстро осваиваются в работе даже начинающими.

     Для удобства работы с документацией предлагается возможность скачать
исходные файлы СХЕМЫ и ЧЕРТЕЖА платы. Не лишне сообщить, что чертеж последней печатной
платы возможно применить для изготовления всех устройств представленных в статье, просто некоторые соединения выполнить перемычками через
имеющиеся отверстия в плате.

     Для управления драйвером (ШИМ регулятором) традиционно применяю датчик положения дроссельной заслонки типа 39.3855 от ВАЗовских автомобилей.
Он устроен не совсем так как хотелось бы. Была попытка разобрать его и усовершенствовать. Разобрать удалось, но усовершенствовать не представляется возможным.
Может быть кому-то удастся это сделать. Вот его конструкция (по контуру крышки залит компаунд, он легко колется резаком):





     После сборки крышечку залить селиконовым герметиком, излишки удалить до высыхания.

Вернуться в раздел электроники, к другим схемам ШИМ


Как сделать схему регулятора скорости двигателя постоянного тока

Перейти к содержимому

от Afzal Rehmani

8 122 просмотра

Управление направлением и скоростью (об/мин) для двигателей переменного/постоянного тока может быть достигнуто различными методами. Очень важно иметь возможность контролировать скорость и направление приводов постоянного тока в таких отраслях, как текстильная, механическая и электрическая, для ряда производственных процессов. В этой статье мы рассмотрим, как легко спроектировать ШИМ-контроллер двигателя постоянного тока с микросхемой таймера NE555, используя и небольшое количество других компонентов.

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это метод аналогового управления, с помощью которого мы можем генерировать переменный прямоугольный сигнал, быстро включая и выключая питание любого электронного устройства. Среднее напряжение зависит от скважности сигнала. Здесь микросхема точного таймера NE555 работает в нестабильном режиме, чтобы генерировать автономный ШИМ-сигнал. Вы можете прочитать нашу предыдущую статью о нестабильных мультивибраторах, чтобы узнать больше об их работе.

PCBWay обязуется удовлетворять потребности своих клиентов из разных отраслей в отношении качества, доставки, экономической эффективности и любых других требований. Как один из самых опытных производителей печатных плат в Китае. Они гордятся тем, что являются вашими лучшими деловыми партнерами, а также хорошими друзьями во всех аспектах ваших потребностей в печатных платах.

5$ Прототип печатной платы

https://www.youtube.com/watch?v=rIMQaCewrjY&t=77s

Аппаратные компоненты

Для сборки этого проекта вам потребуются следующие детали

S. No Component Value Qty
1) DC Motor 12V/6000 – 10000RPM 1
2) PWM DC Motor Controller PCB PCBWay 1
3) Timer IC NE555 1
4) Darlington Transistor TIP122/NPN 1
5) Potentiometer 100K 1
6) Diode 1N4007 3
7) Capacitors 100nF 2
8) Resistors 1K 2
9) Soldering Iron 45W – 65W 1
10) Soldering Wire with Flux 1
11) DC Battery 12V 1
12) Battery Clips 1
13) Soldering Stand 1
14) Джампер -провода Согласно необходимости

0025

Схема работает следующим образом: микросхема таймера 555 настроена на работу в нестабильном мультивибраторном режиме, генерирующем прямоугольную волну (ШИМ). Потенциометр 100К используется для управления периодом рабочего цикла таймеров 555, эффективно контролируя скорость двигателя. Клемма управления микросхемы таймера подключена к конденсатору емкостью 100 нФ для устранения внешнего шума на клемме. Контакт 4 сброса с активным низким уровнем подключен к Vcc схемы, чтобы предотвратить нежелательный сброс выхода.

Если двигатель, которым вы хотите управлять, превышает номинальный выходной ток стока/истока таймера 555, равный 200 мА, вы можете использовать пару транзисторов Дарлингтона/МОП-транзистор (TIP122) для управления двигателем постоянного тока, так как он может выдерживать токи до 5 А. Кроме того, используйте обратноходовой диод (1N4007) параллельно двигателю, чтобы предотвратить скачки напряжения.

Похожие сообщения:

3 Объяснение простых схем контроллера скорости двигателя постоянного тока

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

Здесь представлены 3 простые в сборке схемы регулятора скорости для двигателей постоянного тока, одна с использованием MOSFET IRF540, вторая с использованием IC 555 и третья концепция с IC 556 с обработкой крутящего момента.

Содержимое

Очень крутая и простая схема регулятора скорости двигателя постоянного тока может быть построена с использованием всего одного MOSFET, резистора и потенциометра, как показано ниже:

Использование повторителя эмиттера BJT видно, что MOSFET настроен как повторитель источника или общий режим стока, чтобы узнать больше об этой конфигурации, вы можете обратиться к этому сообщению, в котором обсуждается версия BJT, тем не менее, принцип работы остается прежним.

В приведенной выше конструкции контроллера двигателя постоянного тока регулировка потенциометра создает переменную разность потенциалов на затворе MOSFET, а исток MOSFET просто следует за значением этой разности потенциалов и соответствующим образом регулирует напряжение на двигателе.

Это означает, что источник всегда будет отставать от напряжения затвора на 4 или 5 В и изменяться вверх/вниз в зависимости от этой разницы, представляя переменное напряжение от 2 В до 7 В на двигателе.

Когда напряжение затвора составляет около 7 В, вывод истока будет подавать на двигатель минимум 2 В, вызывая очень медленное вращение двигателя, а 7 В будет доступно на выводе истока, когда регулировка потенциометра генерирует полные 12 В на затворе. мосфета.

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

Это происходит из-за того, что разница между затвором и истоком MOSFET всегда должна быть около 5 В, чтобы MOSFET работал оптимально.

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

Вместо MOSFET можно также использовать биполярный транзистор, и фактически биполярный транзистор обеспечит более высокий диапазон регулирования от 1 до 12 В на двигателе.

Демонстрационное видео

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.

Добавление светодиодных индикаторов

Вы можете добавить светодиоды параллельно двигателю для быстрой индикации скорости. Светодиоды должны иметь разные характеристики прямого падения напряжения, как у нас для красных, оранжевых, желтых и зеленых светодиодов. Из-за увеличения номинальных значений прямого напряжения светодиодов они постепенно последовательно загораются по мере увеличения напряжения на двигателе, что также указывает на скорость двигателя

Эту идею успешно опробовал один из заядлых читателей этого блога. На следующих изображениях прототипа показано, как это было сделано:

Использование полевого МОП-транзистора в качестве мощного потенциометра

На следующем рисунке ниже показана очень простая схема регулятора скорости двигателя постоянного тока, в которой полевой МОП-транзистор используется в качестве мощного потенциометра (реостата). Схема предназначена для работы с двигателями постоянного тока на 12 В, потребляющими пиковый ток менее 5 ампер.

Питание от сети переменного тока подается через выключатель S1 на первичную обмотку разделительно-понижающего трансформатора T1. Схема двухтактного выпрямителя двухполупериодного выпрямления D1 и D2 выпрямляет выходной сигнал T1, а результирующий нефильтрованный выходной сигнал постоянного тока в определенной степени сглаживается конденсатором C1 для получения относительно постоянного потенциала постоянного тока.

На этом выходе постоянного тока может быть значительный уровень пульсаций, однако в данном приложении это не имеет значения. Tr1 обеспечивает питание нагрузки и смещается через цепь резистивного делителя, состоящую из R1, VR1 и R2.

Напряжение смещения затвора, подаваемое на Tr1, может оказаться недостаточным для того, чтобы полевой МОП-транзистор мог нормально работать с движком VR1 в конце его вращения, и двигатель не будет работать. Перемещение движка VR1 к противоположному концу его вращения позволяет постоянно увеличивать смещение на Tr1, что приводит к неуклонному уменьшению сопротивления стока к истоку.

Из-за этого мощность, подаваемая на двигатель, увеличивается вместе со скоростью двигателя, пока Tr1 не достигнет насыщения (когда двигатель работает на полной скорости). Таким образом, VR1 можно использовать для изменения скорости двигателя от минимальной до максимальной.

C2 отфильтровывает любые шумы сети или другие электрические помехи, которые в противном случае могли бы быть уловлены цепью затвора с высоким импедансом Tr1, предотвращая снижение скорости двигателя до нуля. D3 — это защитный диод, который подавляет любые чрезмерные скачки обратного напряжения, которые могут возникнуть в результате чрезмерной индуктивной нагрузки двигателя.

Конструкцию простого контроллера скорости двигателя, использующего ШИМ, можно понять следующим образом:
Первоначально, когда на схему подается питание, триггерный контакт находится в низком логическом положении, поскольку конденсатор C1 не заряжен.

Вышеупомянутые условия инициируют колебательный цикл, в результате чего на выходе устанавливается высокий логический уровень.
Высокий выход теперь заставляет конденсатор заряжаться через D2.

При достижении уровня напряжения, составляющего 2/3 напряжения питания, срабатывает контакт №6, который является порогом срабатывания микросхемы.
В момент срабатывания контакта №6 контакты №3 и №7 возвращаются к низкому логическому уровню.

При низком уровне на контакте №3 конденсатор C1 снова начинает разряжаться через D1, и когда напряжение на C1 падает ниже уровня, составляющего 1/3 напряжения питания, контакты №3 и №7 снова становятся высокими, вызывая цикл следовать и продолжать повторять.

Интересно отметить, что C1 имеет два дискретно установленных пути для процесса зарядки и разрядки через диоды D1, D2 и через плечи сопротивления, установленные потенциометром соответственно.

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

Однако, поскольку периоды времени зарядки или разрядки зависят от значения сопротивления, встречающегося на их пути, потенциометр дискретно устанавливает эти периоды времени в соответствии со своими настройками.

Поскольку периоды заряда и разряда напрямую связаны с выходным рабочим циклом, он меняется в зависимости от регулировки потенциометра, придавая форму предполагаемым переменным ШИМ-импульсам на выходе.

Среднее значение соотношения метка/пробел дает выход ШИМ, который, в свою очередь, управляет скоростью двигателя постоянного тока.

Импульсы ШИМ подаются на затвор MOSFET, который реагирует и регулирует ток подключенного двигателя в ответ на настройку потенциометра.

Уровень тока через двигатель определяет его скорость и, таким образом, реализует эффект управления через потенциометр.

Частота выходного сигнала ИС может быть рассчитана по формуле:

F = 1,44(VR1*C1)

МОП-транзистор можно выбрать в соответствии с требованиями или током нагрузки.

Принципиальную схему предлагаемого регулятора скорости двигателя постоянного тока можно увидеть ниже:

Прототип:

Видеотестирование Доказательство:

управление скоростью двигателя постоянного тока. Как вы можете убедиться, хотя лампочка отлично реагирует на ШИМ и меняет свою интенсивность от минимального свечения до максимально слабого, двигатель не работает.

Сначала двигатель не реагирует на узкие ШИМ, а запускается рывками после того, как ШИМ настроены на значительно большую ширину импульса.

Это не означает, что в цепи есть проблемы, это связано с тем, что якорь двигателя постоянного тока плотно удерживается между парой магнитов. Чтобы инициировать запуск, якорь должен совершить скачкообразное вращение через два полюса магнита, что невозможно при медленном и мягком движении. Он должен начинаться с толчка.

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

Тем не менее, доведение вращения до состояния едва движущегося медленного может быть невозможным по той же причине, что описана выше.

Я изо всех сил старался улучшить отклик и добиться максимально медленного ШИМ-управления, внеся несколько изменений в первую диаграмму, как показано ниже: прикрепляется или связывается с грузом через шестерни или систему шкивов.

Это может произойти из-за того, что нагрузка будет действовать как демпфер и поможет обеспечить контролируемое движение при более медленной регулировке скорости.

Еще одна простая схема ШИМ-контроллера двигателя постоянного тока

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

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

Кроме того, на очень низких скоростях из-за недостаточного крутящего момента двигатель может заглохнуть.

Еще одним серьезным недостатком является то, что в этих схемах нет функции реверса двигателя.

Предлагаемая схема полностью свободна от вышеперечисленных недостатков и способна генерировать и поддерживать высокие уровни крутящего момента даже на самых низких возможных скоростях.

Работа схемы

Прежде чем мы обсудим предлагаемую схему ШИМ-контроллера двигателя, мы также хотели бы изучить более простую альтернативу, которая не так эффективна. Тем не менее, его можно считать достаточно хорошим, пока нагрузка на двигатель не высока и пока скорость не снижена до минимального уровня.

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

Возвращаясь к предложенной схеме контроллера скорости с высоким крутящим моментом, здесь мы использовали две ИС 555 вместо одной или, скорее, одну ИС 556, которая содержит две ИС 555 в одном корпусе.

Принципиальная схема

Основные характеристики

Вкратце предлагаемый контроллер двигателя постоянного тока включает следующие интересные функции:

Скорость может плавно изменяться от нуля до максимума без остановки.

Крутящий момент никогда не зависит от уровней скорости и остается постоянным даже при минимальных уровнях скорости.

Вращение двигателя может быть перевернуто или реверсировано в течение доли секунды.

Скорость регулируется в обоих направлениях вращения двигателя.

Две микросхемы 555 выполняют две отдельные функции. Одна секция сконфигурирована как нестабильный мультивибратор, генерирующий прямоугольные импульсы с частотой 100 Гц, которые подаются 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 коллекторном плече.

Это создает пилообразное напряжение на вышеупомянутом конденсаторе, которое сравнивается внутри микросхемы 556 с образцом напряжения, приложенного извне по показанной схеме выводов.

Внешнее пробное напряжение может быть получено от простой цепи питания переменного напряжения 0–12 В.

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

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

Перечень деталей

  • R1, R2, R6 = 1 кОм,
  • R3 = 150 кОм,
  • R4, R5 = 150 Ом,
  • R7, R8, R9, R10 = 470 Ом, 90
  • С2, С3 = 0,01 мкФ,
  • C4 = 1UF/25VT1,
  • T2 = TIP122,
  • T3, T4 = TIP127
  • T5 = BC557,
  • T6, T7 = BC547,
  • — D7 = BC547,
  • — D7 = BC547,
  • IC1 = 556,
  • S1 = тумблер SPDT

Приведенная выше схема была вдохновлена ​​следующей схемой драйвера двигателя, которая была давно опубликована в индийском журнале elektor electronic.

Управление крутящим моментом двигателя с помощью ИС 555

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

Улучшенный крутящий момент на низкой скорости с помощью КМОП-ШИМ-управления

Несмотря на то, что схема контроллера скорости с одним полевым МОП-транзистором, описанная в начале статьи, включает в себя преимущество простоты, у нее может быть несколько недостатков. Один из них заключается в том, что в полевом МОП-транзисторе существует значительный уровень рассеяния, особенно когда скорость двигателя регулируется примерно на 50 процентов от оптимальной. Однако это может быть, конечно, не серьезной проблемой, и просто требует установки умеренно большого радиатора на MOSFET.

Гораздо более серьезной проблемой является то, что двигатель может заглохнуть, как только этот тип линейного контроллера будет настроен на любые более низкие скорости. Это связано с тем, что MOSFET в этой ситуации имеет относительно высокое сопротивление, что обеспечивает вход питания со значительно высоким выходным сопротивлением.

Когда нагрузка на двигатель увеличивается, он пытается потреблять чрезмерный ток питания, но это приводит к большему падению напряжения на транзисторе и более низкому напряжению питания на двигателе. В результате мощность, подаваемая на двигатель, существенно не меняется, а скорее уменьшается. Из-за этого мотор имеет склонность глохнуть. Кроме того, существует обратная реакция, при которой снижение нагрузки на двигатель снижает потребление тока, что приводит к большему напряжению питания и значительному увеличению скорости двигателя.

Используя контроллер, который подает импульсный ШИМ-сигнал на двигатель, вы можете значительно улучшить управление скоростью двигателя.

Улучшенный крутящий момент с помощью КМОП-ШИМ-управления скоростью

Один из методов реализации этого, который используется здесь, состоит в том, чтобы иметь схему, которая обеспечивает фиксированную длительность выходного импульса при изменении частоты импульсов для изменения скорости двигателя. Низкая частота создает длинные промежутки между импульсами и подает на двигатель относительно небольшую мощность.

При увеличении частоты заметных промежутков между импульсами нет, и двигатель получает почти постоянный сигнал. Это приводит к высокой средней мощности двигателя, который работает на полной скорости. Преимущество этой системы заключается в том, что когда двигатель работает в импульсном режиме, он, по существу, получает полную мощность во время периодов включения импульсов и может потреблять большой ток питания, если этого действительно требует нагрузка на двигатель.

В результате двигатель питается последовательностью сильных импульсов, которые не допускают остановки и обеспечивают повышенный крутящий момент даже на пониженных скоростях.

На следующем рисунке показана принципиальная схема импульсного регулятора скорости двигателя постоянного тока. Здесь T1, D1, D2 и C1 получают достаточный источник постоянного тока от сети переменного тока. Tr1 подключен последовательно с двигателем, но его затвор получает выходной сигнал от схемы нестабильного мультивибратора.

Эта ШИМ-схема построена с использованием двух из четырех вентилей КМОП-устройства 4001, которые используются в нестабильных КМОП-схемах довольно традиционной конструкции.

Можно увидеть пару времязадающих резисторов, подключенных между выходом затвора 1 и соединением R1 и C2, что отличается от традиционной конструкции ШИМ. VR1 и R2 — это два резистора, а также направляющие диоды D3 и D4, соединенные последовательно с выходом логического элемента И-НЕ 1.

Два диода гарантируют, что R2 работает как времязадающий резистор всякий раз, когда выход нестабильного устройства высок, а VR1 работает как времязадающий резистор, когда выход низкий.

Период выходных импульсов постоянен, так как R2 имеет заданное значение. Интервал между ними можно изменить, варьируя VR1. Это значение будет почти равно нулю при настройке на минимальное сопротивление. Соотношение выходных меток больше десяти к одному при максимальном сопротивлении. Таким образом,

VR1 можно настроить для создания желаемой скорости двигателя с эффективным крутящим моментом, при этом самая низкая скорость достигается при полном сопротивлении, а самая высокая скорость достигается при нулевом сопротивлении.

Прецизионное управление двигателем с использованием одного операционного усилителя

Чрезвычайно усовершенствованное или сложное управление двигателем постоянного тока. Двигатель может быть достигнут с использованием операционного усилителя и тахогенератора. Операционный усилитель выполнен в виде переключателя, чувствительного к напряжению. В схеме, показанной ниже, как только выходное напряжение тахогенератора становится ниже заданного опорного напряжения, переключающий транзистор включается, и на двигатель подается 100% мощность.

Переключение операционного усилителя произойдет всего за пару милливольт вокруг опорного напряжения. Вам понадобится двойной источник питания, который может быть просто стабилизирован стабилитроном.

Этот контроллер двигателя обеспечивает бесступенчатую регулировку диапазона без каких-либо механических проблем.

Выходной сигнал операционного усилителя составляет всего +/- 10 % от уровня питающих шин, таким образом, используя повторитель с двойным эмиттером, можно управлять огромными скоростями двигателя.

Опорное напряжение может быть зафиксировано с помощью термисторов, LDR и т. д. Экспериментальная установка, показанная на принципиальной схеме, использовала операционный усилитель RCA 3047A и двигатель 0,25 Вт 6 В в качестве тахогенератора, который генерировал около 4 В при 13000 об/мин для предполагаемой обратной связи.

Дополнительные схемы :

ШИМ-управление двигателем с использованием только биполярных транзисторов

Следующая схема также использует принцип ШИМ для желаемого управления скоростью двигателя, однако она не зависит от каких-либо интегральных схем или интегральных схем, а использует только обычные биполярные транзисторы. для реализации. Я взял это со страницы старого журнала.

Цепи управления двигателем с использованием LM3524

ИС LM3524 представляет собой специализированную схему ШИМ-контроллера, которая позволяет нам настраивать очень полезные и точные схемы управления скоростью двигателя, как описано ниже:

На приведенной выше схеме показана базовая схема управления двигателем ШИМ с использованием ИС LM3524. В конструкцию дополнительно включено управление с обратной связью на базе датчиков через микросхему LM2907.

Небольшой магнит прикреплен к валу двигателя, так что во время вращения магнит проходит близко к трансформатору приемной катушки с железным сердечником. Механизм заставляет вращающийся магнит индуцировать резкий электрический импульс в катушке датчика, который используется LM2907 в качестве триггерного входа и соответствующим образом обрабатывается как управляющий импульс обратной связи для микросхемы LM3524.

Система обратной связи гарантирует, что заданная скорость никогда не отклонится от заданного значения, обеспечивая точный контроль скорости.


Опубликовано

в

от

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *