Мощные регуляторы оборотов двигателя постоянного тока

Регулятор скорости двигателя постоянного тока 12 Вольт

В первую очередь всем здоровья :).

Необходим регулятор оборотов для двигателя постоянного тока? Собрать такой регулятор вполне возможно всего на одной отечественной микросхеме со вспомогательным мощным полевым транзистором.
Устройство рассчитано на питание от 12 Вольт постоянного напряжения, двигатель так же должен быть рассчитан на рабочее напряжение 12 Вольт. Регулировка оборотов осуществляется широтно-импульсным методом, в качестве генератора используются два логических элемента микросхемы К561ЛН2. Генератор вырабатывает импульсы порядка 15 кГц и устроен таким образом, что переменным резистором R1 можно менять длительность генерируемых импульсов, соответственно появляется возможность регулировать обороты двигателя. С выхода генератора импульсы поступают в буферный каскад, который представляет из себя четыре параллельно включенные логические элементы. К выходу буферного каскада напрямую подключен затвор мощного полевого транзистора IRF3205, нагрузкой которого и будет двигатель. R1 конструктивно совмещен с выключателем, который отключает генератор от буферного каскада, который подтянут через резистор R4 к положительной шине питания, таким образом при отключении выключателя на выходе буферного каскада формируется низкий уровень напряжения, который надёжно запирает полевой транзистор. Сама схема постоянно подключена к питающему напряжению и потребляет буквально микротоки, чтото около 2-5 мкА. Для надёжности в схеме применен фильтр по питанию на VD3R5C2 для микросхемы К561ЛН2, чтобы исключить попадание создаваемых двигателем помех в её цепь питания. Работоспособность схемы сохраняется в диапазоне питающих напряжений от 9 до 15 Вольт. Максимальный коммутируемый ток зависит от примененного полевого транзистора.

Источник

ШИМ регулятор двигателя постоянного тока

Всем здравствуйте. Импульсные регуляторы скорости обычно используются для управления двигателями постоянного тока. Преимущество импульсного управления перед линейным управлением заключается в снижении потерь мощности на собственное регулирование и, кроме того, в сохранении крутящего момента двигателя.

При линейном управлении ток или напряжение, при которых подается питание на двигатель, ограничены, в то время как «теряется» на силовом элементе контроллера. Это рассеивание мощности, которое может достигать нескольких ватт даже с небольшими двигателями. И это одна из самых больших проблем линейного управления, потому что даже 10Вт представляют собой значительное выделяющее тепло на управляющем элементе.

Импульсные контроллеры в основном можно разделить на простые и с обратной связью. Обратная связь используется для стабилизации скорости. Это выгодно, когда необходимо обеспечить постоянную скорость двигателя независимо от его нагрузки или необходимо установить определенную скорость. В рассматриваемой схеме будет достаточно простого регулятора для небольших двигателей.

Первым каскадом схемы управления скоростью является нестабильный мультивибратор, построенный наг половине таймера 556. Это не что иное, как два известных независимых, много раз описанных таймеров 555. Время зарядки задается R1 + R2 и емкостью C1, только R2 применяется вне конденсатора во время разряда. С компонентами в соответствии на схеме генератор генерирует частоту 30,1 Гц.

По приходу фронта управляющего импульса на вход T начинается заряд конденсатора C3 через резистор R3. Во время зарядки выход находится в состоянии высокого логического уровня и тем самым открывает транзистор T1. Таким образом, двигатель постоянного тока, запускается импульсами длительностью около 0,8 мс и частотой 30,1 Гц. Однако это применимо только в том случае, если не используются другие цепи. Хотя сейчас много готовой продукции продается регуляторов ознакомится можно ниже.

Управление скоростью происходит таким образом, что импульсы меняют скважность. Следовательно, это широтно-импульсная модуляция управления двигателем с ограничением минимальной длины импульса, так что двигатель не получает импульсов меньше, чем достаточно для его работы.

Читайте также:  Такты работы дизельного двигателя схема

Как известно, заряд и разряд синхронизирующего конденсатора происходит при штатном включении нестабильного мультивибратора (одновибратор) в диапазоне от 1/3 до 2/3 напряжения питания, в нашем случае от состояния полного разряда до 2/3 напряжения питания. Эти уровни контролируются двумя компараторами, которые получают свои опорные напряжения от трех резисторов, последовательно включенных между источником питания и землей. Схема стабилизатора питания регулятора на рисунке.

Резисторы имеют номинал 3 × 5 кОм в нормальном биполярном исполнении. Для версии C-MOS это значение установлено на 3 × 100 кОм, чтобы снизить потребление. Верхнее опорное напряжение, то есть 2/3 от напряжения питания, выводятся как IN и обычно используются для фильтрации. В нашем случае это напряжение подается на делитель, образованный подстроечным резистором P1, потенциометром P2 и резистором R5. Это создает два делителя, соединенных параллельно, и в результате верхний уровень смещается в зависимости от положения потенциометра.

Чем ниже это значение, тем раньше заканчивается заряд синхронизирующего конденсатора и, следовательно, тем короче выходные положительные импульсы, и наоборот. При использовании таймеров C-MOS схема также будет работать, только характер регулирования немного изменится, потому что сопротивления потенциометра и подстроечного резистора больше не будут применяться параллельно, а будут «принудительно» передавать свое напряжение непосредственно на вход IN.

Неинвертирующий вход компаратора IO2 подключен к потенциометру, инвертирующий вход имеет включен в делитель R6 / R7. Открытый коллектор выходного транзистора компаратора подключен к входу сброса одновибратор IO1B. Если бегунок потенциометра находится в таком положении, что его напряжение выше, чем напряжение, поступающее с делителя R6 / R7, выходной транзистор компаратора закрыт, и на нулевом входе IO1B имеется положительное напряжение с резистора R9.

Если напряжение с коллектора падает ниже уровня инвертирующего входа, компаратор переворачивается, его выходной транзистор открывается, и напряжение на нулевом входе IO1B близко к нулю. Это приводит к блокировке мультивибратора. Напряжение на инвертирующем входе компаратора также зависит от резистора обратной связи (R8), который вводит определенный гистерезис, поэтому на бегунке потенциометра требуется немного более высокое напряжение, чем было достаточно для блокировки.

Частью схемы также является уже упомянутый подстроечный резистор P1, который определяет диапазон регулирования потенциометра P2. Источник постоянного тока контроллера может находиться в диапазоне от 12В до примерно 24В. Компаратор и таймеры не зависят от напряжения, они будут хорошо работать при любом напряжении, но в этом случае, когда речь идет об импульсах для двигателя, вводится стабилизация, которая работает на более высоких напряжений. Монтаж контроллера выполнен на односторонней печатной плате.

Источник

Подборка схем регулятора оборотов двигателя постоянного тока

Производить регулировку скорости вращения вала коллекторного электродвигателя, имеющего малую мощность, можно подсоединяя последовательно в электроцепь его питания резистор. Но данный вариант создает очень низкий КПД, и к тому же отсутствует возможность осуществлять плавное изменение скорости вращения.

Основное, что этот способ временами приводит к полной остановке электродвигателя при низком напряжении питания. Регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока, описанные в данной статье, не имеют эти недостатки. Данные схемы можно с успехом применять и для изменения яркости свечения ламп накаливания на 12 вольт.

Описание 4 схем регуляторов оборотов электродвигателя

Первая схема

На транзисторе VT1 (однопереходном) реализован генератор пилообразного напряжения (частота 150 Гц). Операционный усилитель DA1 играет роль компаратора, создающего ШИМ на базе транзистора VT2. В результате получается ШИМ регулятор оборотов двигателя.

Изменяют скорость вращения переменным резистором R5, который меняет длительность импульсов. Так как, амплитуда ШИМ импульсов постоянна и равна напряжению питания электродвигателя, то он никогда не останавливается даже при очень малой скорости вращения.

Вторая схема

Она схожа с предыдущей, но в роли задающего генератора применен операционный усилитель DA1 (К140УД7).

Этот ОУ функционирует как генератор напряжения вырабатывающий импульсы треугольной формы и имеющий частоту 500 Гц. Переменным резистором R7 выставляют частоту вращения электродвигателя.

Третья схема

Она своеобразная, построена на она на популярном таймере NE555. Задающий генератор действует с частотой 500 Гц. Ширина импульсов, а следовательно, и частоту вращения двигателя возможно изменять от 2 % до 98 %.

Читайте также:  Чем отмыть масляные отложения в двигателе

Слабым местом во всех вышеприведенных схемах является, то что в них нет элемента стабилизации частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на валу двигателя постоянного тока. Разрешить эту проблему можно с помощью следующей схемы:

Как и большинство похожих регуляторов, схема этого регулятора имеет задающий генератор напряжения, вырабатывающий импульсы треугольной формы, частота которых 2 кГц. Вся специфика схемы — присутствие положительной обратной связи (ПОС) сквозь элементы R12,R11,VD1,C2, DA1.4, стабилизирующей частоту вращения вала электродвигателя при увеличении или уменьшении нагрузки.

При налаживании схемы с определенным двигателем, сопротивлением R12 выбирают такую глубину ПОС, при которой еще не случаются автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки.

Детали регуляторов вращения электродвигателей

В данных схемах возможно применить следующие замены радиодеталей: транзистор КТ817Б — КТ815, КТ805; КТ117А возможно поменять КТ117Б-Г или 2N2646; Операционный усилитель К140УД7 на К140УД6, КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 — С555, КР1006ВИ1; микросхему TL074 — TL064, TL084, LM324.

При использовании более мощной нагрузки, ключевой транзистор КТ817 возможно поменять мощным полевым транзистором, например, IRF3905 или ему подобный.

Источник

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

На простых механизмах удобно устанавливать аналоговые регуляторы тока. К примеру, они могут изменить скорость вращения вала мотора. С технической стороны выполнить такой регулятор просто (потребуется установка одного транзистора). Применим для регулировки независимой скорости моторов в робототехнике и источниках питания. Наиболее распространены два варианта регуляторов: одноканальные и двухканальные.

Видео №1 . Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео №2. Увеличение скорости кручения вала мотора при работе одноканального регулятора. Рост числа оборотов от минимального до максимального значения при вращении ручки переменного резистора.

Видео №3 . Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Видео №4. Напряжение на выходе регулятора измерено цифровым мультиметром. Полученное значение равно напряжению батарейки, от которого отняли 0,6 вольт (разница возникает из-за падения напряжения на переходе транзистора). При использовании батарейки в 9,55 вольт, фиксируется изменение от 0 до 8,9 вольт.

Функции и основные характеристики

Ток нагрузки одноканального (фото. 1) и двухканального (фото. 2) регуляторов не превышает 1,5 А. Поэтому для повышения нагрузочной способности производят замену транзистора КТ815А на КТ972А. Нумерация выводов для этих транзисторов совпадает (э-к-б). Но модель КТ972А работоспособна с токами до 4А.

Одноканальный регулятор для мотора

Устройство управляет одним мотором, питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт.

Конструкция устройства

Основные элементы конструкции регулятора представлены на фото. 3. Устройство состоит из пяти компонентов: два резистор переменного сопротивления с сопротивлением 10 кОм (№1) и 1 кОм (№2), транзистор модели КТ815А (№3), пара двухсекционных винтовых клеммника на выход для подключения мотора (№4) и вход для подключения батарейки (№5).

Примечание 1. Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

Принцип работы

Порядок работы регулятора мотора описывает электросхема (рис. 1). С учетом полярности на разъем ХТ1 подают постоянное напряжение. Лампочку или мотор подключают к разъему ХТ2. На входе включают переменный резистор R1, вращение его ручки изменяет потенциал на среднем выходе в противовес минусу батарейки. Через токоограничитель R2 произведено подключение среднего выхода к базовому выводу транзистора VT1. При этом транзистор включен по схеме регулярного тока. Положительный потенциал на базовом выходе увеличивается при перемещении вверх среднего вывода от плавного вращения ручки переменного резистора. Происходит увеличение тока, которое обусловлено снижением сопротивления перехода коллектор-эмитттер в транзисторе VT1. Потенциал будет уменьшаться, если ситуация будет обратной.

Принципиальная электрическая схема

Материалы и детали

Необходима печатная плата размером 20х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита (допустимая толщина 1-1,5 мм). В таблице 1 приведен список радиокомпонентов.

Примечание 2. Необходимый для устройства переменный резистор может быть любого производства, важно соблюсти для него значения сопротивления тока указанные в таблице 1.

Примечание 3. Для регулировки токов выше 1,5А транзистор КТ815Г заменяют на более мощный КТ972А (с максимальным током 4А). При этом рисунок печатной платы менять не требуется, так как распределение выводов у обоих транзисторов идентично.

Процесс сборки

Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл termo1), а монтажный чертеж (файл montag1) – на белом листе офисной (формат А4).

Читайте также:  Как собрать двигатель для муравья

Далее чертеж монтажной платы (№1 на фото. 4) наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы (№2 на фото. 4). Необходимо сделать отверстия (№3 на фото. 14) на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпадать. На фото.5 показана цоколёвка транзистора КТ815.

Вход и выход клеммников-разъемов маркируют белым цветом . Через клипсу к клеммнику подключается источник напряжения. Полностью собранный одноканальный регулятор отображен на фото. Источник питания (батарея 9 вольт) подключается на финальном этапе сборки. Теперь можно регулировать скорость вращения вала с помощью мотора, для этого нужно плавно вращать ручку регулировки переменного резистора.

Для тестирования устройства необходимо из архива распечатать чертеж диска. Далее нужно наклеить этот чертеж (№1) на плотную и тонкую картонную бумагу (№2 ). Затем с помощью ножниц вырезается диск (№3).

Полученную заготовку переворачивают (№1 ) и к центру крепят квадрат черной изоленты (№2) для лучшего сцепления поверхности вала мотора с диском. Нужно сделать отверстие (№3) как указано на изображении. Затем диск устанавливают на вал мотора и можно приступать к испытаниям. Одноканальный регулятор мотора готов!

Двухканальный регулятор для мотора

Используется для независимого управления парой моторов одновременно. Питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт. Ток нагрузки рассчитан до 1,5А на каждый канал.

Конструкция устройства

Основные компоненты конструкции представлены на фото.10 и включают: два подстроечных резистора для регулировки 2-го канала (№1) и 1-го канала (№2), три двухсекционных винтовых клеммника для выхода на 2-ой мотор (№3), для выхода на 1-ый мотор (№4) и для входа (№5).

Примечание.1 Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

Принцип работы

Схема двухканального регулятора идентична электрической схеме одноканального регулятора. Состоит из двух частей (рис.2). Основное отличие: резистор переменного сопротивления замен на подстроечный резистор. Скорость вращения валов устанавливается заранее.

Примечание.2. Для оперативной регулировки скорости кручения моторов подстроечные резисторы заменяют с помощью монтажного провода с резисторами переменного сопротивления с показателями сопротивлений, указанными на схеме.

Материалы и детали

Понадобится печатная плата размером 30х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. В таблице 2 приведен список радиокомпонентов.

Процесс сборки

После скачивания архивного файла, размещенного в конце статьи, нужно разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора для термоперевода (файл termo2), а монтажный чертеж (файл montag2) – на белом листе офисной (формат А4).

Чертеж монтажной платы наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы . Формируют отверстия на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпасть. Производится цоколёвка транзистора КТ815. Для проверки нужно временно соединить монтажным проводом входы 1 и 2 .

Любой из входов подключают к полюсу источника питания (в примере показана батарейка 9 вольт). Минус источника питания при этом крепят к центру клеммника. Важно помнить: черный провод «-», а красный «+».

Моторы должны быть подключены к двум клеммникам, также необходимо установить нужную скорость. После успешных испытаний нужно удалить временное соединение входов и установить устройство на модель робота. Двухканальный регулятор мотора готов!

В АРХИВЕ представленные необходимые схемы и чертежи для работы. Эмиттеры транзисторов помечены красными стрелками.

Источник

Adblock
detector