Схема стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока

Регулятор скорости для двигателей постоянного тока с защитой от перегрузки

Всем здравствуйте. Как известно наиболее выгодным способом управления скоростью двигателей постоянного тока, является широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В отличие от более простого управления путем изменения напряжения питания, двигателями можно управлять практически с нулевой скорости, и особенно на низких скоростях двигатели с ШИМ-управлением имеют значительно более высокий крутящий момент. Очень простую и универсальную схему управления небольшими двигателями постоянного тока можно увидеть на приведенной схеме.

В основе схемы, классический таймер NE555. С помощью потенциометра P1 с диодами D1, D2 и резистором R1 можно установить чередование выходного напряжения в соотношении 1:99. При частоте около 60 Гц, выходной сигнал регулируется в диапазоне от 0 до 99%. Оставшийся 1%, при этом выход выключается в каждый период, имеет особое значение, которое будет объяснено ниже. Можно просто купить регулятор которые можно посмотреть.

При проектировании схем управления двигателями постоянного тока необходимо предусмотреть защиту от короткого замыкания на выходе (или перегрузки двигателя). Чаще всего это решается путем последовательного подключения измерительного резистора к двигателю. Когда ток увеличивается выше допустимого предела, падение напряжения на резисторе также увеличивается, и соответствующая электроника ограничивает ток через переключающий элемент.

В связи с этим используется другой метод обнаружения превышения максимально допустимого тока. Предполагается, что на переходе C-E переключающего транзистора происходит падение напряжения, которое увеличивается с увеличением тока. Следовательно, если мы измеряем напряжение UCE, мы также можем определить величину протекающего по нему тока. Это измерение менее точное, чем измерение падения напряжения на резисторе, поскольку зависимость напряжения UCE от протекающего тока больше зависит от температуры перехода, но оно прекрасно подходит для необходимости установки ограничения тока.

Выход таймера NE555 (вывод 3) подается через резистор R2 и диоды D3 и D4 на переключающий транзистор T2. Резистор R4 обеспечивает безопасное и быстрое закрытие транзистора. Диод D5 защищает транзистор от наведенных скачков напряжения в двигателе, а конденсатор C4 фильтрует возможные помехи. Как уже упоминалось, схема защиты по току определяет напряжение на переходе С-E транзистора T2.

Подстроечный резистор P2 подключен к коллектору транзистора T2, с центрального вывода которого на транзистор T1 подается напряжение. Пара транзисторов T1 и T3, по сути, представляет собой как управляющий тиристор. После срабатывания транзистора T1 и, следовательно, T3 схема остается закрытой даже после отключения напряжения переключения до тех пор, пока напряжение питания не упадет ниже определенного предела, при котором оба транзистора не закрываются.

Следовательно, если максимально установленный ток нагрузки превышается в течение одного периода, транзистор T1, а затем также T3 открываются, и управление переключающего транзистора блокируется. К концу периода переключающий транзистор останется закрытым. Поскольку существует определенное остаточное напряжение (около 1В) на транзисторах T1 и T3 даже в закрытом состоянии, диоды D3 и D4 подключены к базе T2, так что напряжение, оставшееся на T2, безопасно закрывает транзистор.

Читайте также:  Мицубиси паджеро пинин какое масло для двигателя

По этой причине выходной транзистор должен оставаться закрытым не менее 1% в каждый период, чтобы пара T1 и T3 снова закрылась. У этой цепи есть еще одна особенность. В открытом состоянии напряжение на коллекторе T2 настолько велико, что сразу после прихода положительного импульса на T2 пара T1, T3 и T2 не откроется немедленно, им не будет времени для открытия.

Поэтому используется вывод 7 таймера NE555. Он находится в той же фазе, что и вывод 3, но оборудован транзистором с открытым коллектором. Поскольку UCE транзистора на выходе 7 IC1 меньше, чем U BE T1, необходимого для открытия транзистора T1, он остается закрытым в течение времени, необходимого для открытия транзистора T2 и, таким образом, падения напряжения на его базе коллекторе T1. Регулятор питается от 12 В переменного тока, подключенного к клеммной колодке K2. Напряжение переменного тока выпрямляется диодным мостом D6 и фильтруется конденсатором C3.

При желании можно воспользоваться готовыми регуляторами, которые доступны в продаже к примеру можно посмотреть ниже.

Регулятор скорости для двигателя постоянного тока выполнен на двухсторонней печатной плате размером 60х35 мм. Расположение компонентов на печатной плате, а также разводка показано на рисунках ниже.

Источник

Схема регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока – для новичков в радиоделе

Традиционная схема стабилизатора частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока в переносных кассетных магнитофонах, реализованная на двух транзисторах или на транзисторной микросборке и одном транзисторе, применяется нашей промышленностью уже более 15 лет в неизменном виде Современные радиоэлементы позволяют построить более простые в схемотехническом отношении стабилизаторы частоты вращения, но обладающие более совершенными характеристиками

Рис 331 Схема стабилизатора

В предлагаемом варианте стабилизатора использовано всего шесть радиоэлементов (не считая электродвигателя), но удалось добиться более высокой стабильности работы при изменении температуры окружающей среды и напряжения источника питания Диапазон питающих напряжений для данной схемы составляет 6..20 В При необходимости сместить диапазон регулирования скорости в область малых оборотов вала электродвигателя следует изменить полярность включения стабилитрона или заменить его другим, с меньшим напряжением стабилизации

Величина сопротивления резистора R3 зависит от сопротивления цепи якоря (Rя) применяемого двигателя н примерно равна 1,5 Rя Вместо микросхемы К140УД6 проверялась работа К140УД7 Транзистор КТ815А можно заменить транзисторами КТ815 и КТ817 с любым буквенным индексом Подстроечный резистор R1 типа CП5-2

П ЛЕОНЕНКО, г Кемерово, Радио

Как и в предыдущей главе, начнём рассказ с рассмотрения работы схемы

У коллекторных двигателей постоянного тока скорость вращения вала определяется, как правило, напряжением на двигателе Напряжение на двигателе и потребляемый им ток определят некоторое эквивалентное сопротивление, которое будет отличаться от измеренного омметром сопротивления обмотки двигателя Если у вас есть конкретный моторчик, для которого вы намерены создать схему стабилизации, то можно провести измерения и определиться с параметрами моделирования Если нет, то можно выбрать их «наугад», а позже привести к конкретному виду

С распределения напряжений в схеме и начнём

Обозначение резисторов на схеме ниже я не сохранил Двигатель заменил резистором R2 И, поскольку программа позволяет добавить много измерительных приборов, в количестве вольтметров я себя не ограничивал

Читайте также:  Как узнать расточен двигатель или нет

Рис 332 Распределение напряжений в схеме

Рабочее напряжение стабилитрона КС133А – это 33В Если напряжение на двигателе стало больше, возрастает ток через стабилитрон, увеличивается падение напряжения на резисторе R2 При этом напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы транзистора VT1 и уменьшению напряжения на эмиттере транзистора, а, следовательно, на двигателе При уменьшении напряжения процессы проходят в обратном направлении Изменяя напряжение питания, можно получить следующие результаты:

Рис 333 Напряжения на двигателе при разных напряжениях питания

Напряжение на двигателе, измеряемое вольтметром Pr1 изменяется незначительно при существенном изменении напряжения питания

Эквивалентное сопротивление двигателя (ток через моторчик) будет зависеть от нагрузки на валу двигателя Ток будет возрастать с возрастанием нагрузки Возрастающий ток увеличит падение напряжения на резисторе R1 Что увеличит падение напряжения на резисторе R4 и приведёт к увеличению напряжения на выходе операционного усилителя, то есть, к увеличению напряжения на двигателе А это, в свою очередь, должно увеличить скорость вращения вала, замедлившегося от увеличения нагрузки на валу Увеличение нагрузки на валу я буду моделировать уменьшением сопротивления R2 с 30 до 20 Ом

Рис 334 Изменение напряжения на двигателе при изменении нагрузки

Резисторы R1 и R2 мы можем рассматривать как резисторы отрицательной обратной связи, а резисторы R5 и R4 как резисторы положительной обратной связи Отрицательная обратная связь должна следить за напряжением на двигателе при изменении питающего напряжения, а положительная менять напряжение на двигателе при изменении нагрузки на валу

Разобрав на модели работу схемы, постараемся реализовать подобную или похожую схему на микроконтроллере Вновь скажу, что менять операционный усилитель на микроконтроллер, я особенного смысла не вижу Но считаю, что полезно это выполнить хотя бы за компьютером

Итак Микроконтроллер устройство в своей основе цифровое Поэтому можно использовать такой принцип регулировки напряжения на двигателе:

Как и в других случаях с переменным напряжением, напряжение на двигателе будет действующим В данном случае средним за период колебаний

Уменьшая длительность импульса с высоким уровнем напряжения, увеличив при этом длительность импульса с низким уровнем напряжения, мы получим уменьшение среднего напряжения И наоборот

Такой принцип регулирования напряжения на двигателе наилучшим образом подходит для цифрового устройства

Конечно, как и в случае аналогового управления, схема пополнится управляющим транзистором

Рис 335 Принцип регулировки напряжения на коллекторном двигателе

Воспроизвести такое напряжение с помощью программы не составляет труда Мы собирали такую программу для генератора прямоугольных импульсов Ту часть аналоговой схемы, которая следит за напряжением питания, можно пока оставить без внимания: микроконтроллер лучше питать стабилизированным напряжением

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Источник

Простая схема управления двигателем постоянного тока

Простейшая схема управления двигателем постоянного тока состоит из полевого транзистора, на затвор которого подается ШИМ сигнал. Транзистор в данной схеме выполняет роль электронного ключа, коммутирующего один из выводов двигателя на землю. Транзистор открывается на момент длительности импульса.

Как будет вести себя двигатель в таком включении? Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при маленьком коэффициенте заполнения ШИМ сигнала.
При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет изменяться пропорционально коэффициенту заполнения. Грубо говоря, двигатель будет «воспринимать» среднее значение подводимой к нему энергии.

Читайте также:  Тюнинг двигателя фольксваген abs

Схема для генерации ШИМ сигнала

Существует много схем для генерации ШИМ сигнала. Одна из самых простых — это схема на основе 555-го таймера. Она требует минимум компонентов, не нуждается в настройке и собирается за один час.

Напряжение питания схемы VCC может быть в диапазоне 5 — 16 Вольт. В качестве диодов VD1 — VD3 можно взять практически любые диоды.

Если интересно разобраться, как работает эта схема, нужно обратиться к блок схеме 555-го таймера. Таймер состоит из делителя напряжения, двух компараторов, триггера, ключа с открытым коллектором и выходного буфера.

Вывод питания (VCC) и сброса (Reset) у нас заведены на плюс питания, допустим, +5 В, а земляной (GND) на минус. Открытый коллектор транзистора (вывод DISCH) подтянут к плюсу питания через резистор и с него снимается ШИМ сигнал. Вывод CONT не используется, к нему подключен конденсатор. Выводы компараторов THRES и TRIG объединены и подключены к RC цепочке, состоящей из переменного резистора, двух диодов и конденсатора. Средний вывод переменного резистора подключен к выводу OUT. Крайние выводы резистора подключены через диоды к конденсатору, который вторым выводом подключен к земле. Благодаря такому включению диодов, конденсатор заряжается через одну часть переменного резистора, а разряжается через другую.

В момент включения питания на выводе OUT низкий логический уровень, тогда на выводах THRES и TRIG, благодаря диоду VD2, тоже будет низкий уровень. Верхний компаратор переключит выход в ноль, а нижний в единицу. На выходе триггера установится нулевой уровень (потому что у него инвертор на выходе), транзисторный ключ закроется, а на выводе OUT установиться высокий уровень (потому что у него на инвертор на входе). Далее конденсатор С3 начнет заряжаться через диод VD1. Когда она зарядится до определенного уровня, нижний компаратор переключится в ноль, а затем верхний компаратор переключит выход в единицу. На выходе триггера установится единичный уровень, транзисторный ключ откроется, а на выводе OUT установится низкий уровень. Конденсатор C3 начнет разряжаться через диод VD2, до тех пор, пока полностью не разрядится и компараторы не переключат триггер в другое состояние. Далее цикл будет повторяться.

Приблизительную частоту ШИМ сигнала, формируемого этой схемой, можно рассчитать по следующей формуле:

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 288 Гц.

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Объединим две представленные выше схемы, и мы получим простую схему регулятора оборотов двигателя постоянного тока, которую можно применить для управления оборотами двигателя игрушки, робота, микродрели и т.д.

VT1 — полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1.

Вместо полевого транзистора можно использовать биполярный n-p-n транзистор, транзистор дарлингтона, оптореле соответствующей мощности.

Источник

Adblock
detector