Giải thích 3 mạch điều khiển tốc độ động cơ DC đơn giản

Hãy Thử Công Cụ CủA Chúng Tôi Để LoạI Bỏ Các VấN Đề





Một mạch cho phép người dùng điều khiển tuyến tính tốc độ của động cơ được kết nối bằng cách quay một chiết áp đi kèm được gọi là mạch điều khiển tốc độ động cơ.

3 mạch điều khiển tốc độ dễ xây dựng cho động cơ DC được trình bày ở đây, một sử dụng MOSFET IRF540, thứ hai sử dụng IC 555 và khái niệm thứ ba với IC 556 có tính năng xử lý mô-men xoắn.



Thiết kế # 1: Bộ điều khiển tốc độ động cơ DC dựa trên Mosfet

Một mạch điều khiển tốc độ động cơ DC rất mát mẻ và dễ dàng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng chỉ một mosfet, một điện trở và một cái nồi, như hình dưới đây:

Điều khiển tốc độ động cơ DC với mosfet đơn với chế độ xả chung

Sử dụng người theo dõi BJT Emitter



điều khiển tốc độ động cơ bằng cách sử dụng mạch theo bộ phát BJT

Như có thể thấy MOSFET được gian lận như một người theo dõi nguồn hoặc một chế độ thoát phổ biến, để tìm hiểu thêm về cấu hình này, bạn có thể tham khảo bài đăng này , thảo luận về một phiên bản BJT, tuy nhiên, nguyên tắc làm việc vẫn giống nhau.

Trong thiết kế bộ điều khiển động cơ DC ở trên, việc điều chỉnh nồi tạo ra sự khác biệt điện thế khác nhau qua cổng của mosfet và chân nguồn của mosfet chỉ đơn giản theo giá trị của sự khác biệt tiềm năng này và điều chỉnh điện áp trên động cơ cho phù hợp.

Nó ngụ ý rằng nguồn sẽ luôn trễ hơn 4 hoặc 5V so với điện áp cổng và thay đổi lên / xuống với sự khác biệt này, thể hiện điện áp thay đổi giữa 2V và 7V trên động cơ.

Khi điện áp cổng vào khoảng 7V, chân nguồn sẽ cung cấp tối thiểu 2V cho động cơ gây ra hiện tượng quay rất chậm trên động cơ, và 7V sẽ có trên chân nguồn khi điều chỉnh nồi tạo ra đầy đủ 12V trên cổng của mosfet.

Ở đây chúng ta có thể thấy rõ ràng rằng chân nguồn mosfet dường như đang 'đi theo' cổng và do đó có tên là người theo dõi nguồn.

Điều này xảy ra vì sự khác biệt giữa cổng và chân nguồn của mosfet phải luôn ở khoảng 5V, để cho phép mosfet dẫn điện tối ưu.

Dù sao, cấu hình trên giúp thực thi điều khiển tốc độ trơn tru trên động cơ và thiết kế có thể được chế tạo khá rẻ.

Một BJT cũng có thể được sử dụng thay cho mosfet, và trên thực tế, một BJT sẽ tạo ra dải điều khiển cao hơn khoảng 1V đến 12V trên động cơ.

Video Demo

https://youtu.be/W762NTuQ19g

Khi nói đến việc điều khiển tốc độ động cơ một cách đồng nhất và hiệu quả, bộ điều khiển dựa trên PWM trở thành lựa chọn lý tưởng, ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về một mạch đơn giản để thực hiện hoạt động này.

Thiết kế # 2: Điều khiển động cơ DC PWM với IC 555

Thiết kế của một bộ điều khiển tốc độ động cơ đơn giản sử dụng PWM có thể được hiểu như sau:
Ban đầu khi mạch được cấp điện, chân kích hoạt ở vị trí thấp logic vì tụ C1 không được sạc.

Các điều kiện trên bắt đầu chu kỳ dao động, làm cho đầu ra thay đổi mức logic cao.
Một đầu ra cao bây giờ buộc tụ điện sạc qua D2.

Khi đạt đến mức điện áp bằng 2/3 nguồn cung cấp, chân số 6 là ngưỡng kích hoạt IC.
Thời điểm chân số 6 kích hoạt, chân số 3 và chân số 7 trở về mức logic thấp.

Với chân số 3 ở mức thấp, C1 lại bắt đầu phóng điện qua D1 và khi điện áp trên C1 giảm xuống dưới mức 1/3 điện áp nguồn cung cấp, chân số 3 và chân số 7 lại trở thành mức cao, khiến chu kỳ tiếp tục và tiếp tục lặp lại.

Có một điều thú vị là C1 có hai đường dẫn được thiết lập riêng biệt cho quá trình sạc và phóng điện qua các điốt D1, D2 và qua các cánh tay kháng được thiết lập bởi nồi tương ứng.

Nó có nghĩa là tổng các điện trở mà C1 gặp phải trong khi sạc và xả vẫn bằng nhau cho dù nồi được đặt như thế nào, do đó bước sóng của xung đặt ra luôn giữ nguyên.

Tuy nhiên, vì khoảng thời gian sạc hoặc xả phụ thuộc vào giá trị điện trở gặp phải trong các đường dẫn của chúng, nồi đặt riêng các khoảng thời gian này theo các điều chỉnh của nó.

Vì khoảng thời gian sạc và xả được kết nối trực tiếp với chu kỳ nhiệm vụ đầu ra, nó thay đổi tùy theo sự điều chỉnh của nồi, tạo ra dạng xung PWM thay đổi dự kiến ​​ở đầu ra.

Kết quả trung bình của tỷ lệ dấu / khoảng trống làm tăng đầu ra PWM, từ đó điều khiển tốc độ DC của động cơ.

Các xung PWM được đưa đến cổng của một mosfet để phản ứng và điều khiển dòng động cơ được kết nối để đáp ứng với cài đặt của nồi.

Mức dòng điện qua động cơ quyết định tốc độ của nó và do đó thực hiện hiệu ứng điều khiển thông qua nồi.

Tần số của đầu ra từ IC có thể được tính theo công thức:

F = 1,44 (VR1 * C1)

MOSFET có thể được chọn theo yêu cầu hoặc dòng tải.

Sơ đồ mạch của bộ điều khiển tốc độ động cơ DC được đề xuất có thể được nhìn thấy dưới đây:

Bộ điều khiển tốc độ động cơ DC dựa trên chiết áp IC 555

Nguyên mẫu:

Hình ảnh nguyên mẫu bộ điều khiển tốc độ động cơ DC thực tế

Bằng chứng kiểm tra video:

https://youtu.be/M-F7MWcSiFY

Trong video clip trên, chúng ta có thể thấy cách thiết kế dựa trên IC 555 được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ DC. Như bạn có thể chứng kiến, mặc dù bóng đèn hoạt động hoàn hảo theo PWMs và thay đổi cường độ từ mức phát sáng tối thiểu đến mức thấp nhất, nhưng động cơ thì không.

Động cơ ban đầu không phản ứng với PWM hẹp, thay vào đó bắt đầu với một cú giật sau khi PWM được điều chỉnh để có độ rộng xung cao hơn đáng kể.

Điều này không có nghĩa là mạch có vấn đề, đó là do phần ứng của động cơ DC được giữ chặt giữa một cặp nam châm. Để bắt đầu khởi động phần ứng phải nhảy chuyển động quay của nó qua hai cực của nam châm, điều này không thể xảy ra với chuyển động chậm và nhẹ nhàng. Nó phải bắt đầu bằng một lực đẩy.

Đó chính xác là lý do tại sao ban đầu động cơ yêu cầu điều chỉnh cao hơn đối với PWM và khi bắt đầu quay, phần ứng nhận được một số động năng và bây giờ việc đạt được tốc độ chậm hơn trở nên khả thi thông qua các PWM hẹp hơn.

Tuy nhiên, việc xoay vòng sang trạng thái hầu như không chuyển động chậm có thể là không thể vì lý do tương tự như đã giải thích ở trên.

Tôi đã cố gắng hết sức để cải thiện phản hồi và đạt được điều khiển PWM chậm nhất có thể bằng cách thực hiện một số sửa đổi trong sơ đồ đầu tiên như hình dưới đây:

sửa đổi mạch điều khiển động cơ DC pwm

Có thể nói, động cơ có thể kiểm soát tốt hơn ở các cấp độ chậm hơn nếu động cơ được gắn hoặc mắc tải thông qua hệ thống bánh răng hoặc ròng rọc.

Điều này có thể xảy ra vì tải trọng sẽ hoạt động như một van điều tiết và giúp cung cấp chuyển động có kiểm soát trong quá trình điều chỉnh tốc độ chậm hơn.

Thiết kế # 3: Sử dụng IC 556 để Kiểm soát tốc độ nâng cao

Thay đổi vận tốc động cơ DC có vẻ không quá khó và bạn có thể tìm thấy nhiều mạch cho nó.

Tuy nhiên, các mạch này không đảm bảo mức mô-men xoắn nhất quán ở tốc độ động cơ thấp hơn, làm cho hoạt động khá kém hiệu quả.

Hơn nữa ở tốc độ rất thấp do không đủ mô-men xoắn, động cơ có xu hướng bị khựng.

Một nhược điểm nghiêm trọng khác là không có tính năng đảo chiều động cơ đi kèm với các mạch này.

Mạch đề xuất hoàn toàn không có những thiếu sót trên và có thể tạo ra và duy trì mức mô-men xoắn cao ngay cả ở tốc độ thấp nhất có thể.

Hoạt động mạch

Trước khi thảo luận về mạch điều khiển động cơ PWM được đề xuất, chúng ta cũng muốn tìm hiểu giải pháp thay thế đơn giản hơn nhưng không hiệu quả như vậy. Tuy nhiên, nó có thể được coi là hợp lý miễn là tải trên động cơ không cao, và miễn là tốc độ không giảm xuống mức tối thiểu.

Hình cho thấy cách một IC 556 duy nhất có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ được kết nối, chúng tôi sẽ không đi vào chi tiết, nhược điểm đáng chú ý duy nhất của cấu hình này là mô-men xoắn tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ.

Trở lại với thiết kế mạch điều khiển tốc độ mô-men xoắn cao được đề xuất, ở đây chúng tôi đã sử dụng hai IC 555 thay vì một hoặc đúng hơn là một IC 556 chứa hai IC 555 trong một gói.

Sơ đồ mạch

Những đặc điểm chính

Tóm tắt đề xuất Bộ điều khiển động cơ DC bao gồm các tính năng thú vị sau:

Tốc độ có thể thay đổi liên tục ngay từ 0 đến tối đa, không bị dừng.

Mô-men xoắn không bao giờ bị ảnh hưởng bởi các cấp tốc độ và không đổi ngay cả ở cấp tốc độ tối thiểu.

Vòng quay của động cơ có thể được lật hoặc đảo ngược trong vòng một phần giây.

Tốc độ có thể thay đổi theo cả hai chiều quay của động cơ.

Cả hai 555 IC được giao với hai chức năng riêng biệt. Một phần được định cấu hình như một bộ điều khiển đa nhịp linh hoạt tạo ra đồng hồ sóng vuông 100 Hz được cấp cho phần trước 555 bên trong gói.

Tần số trên chịu trách nhiệm xác định tần số của PWM.

Bóng bán dẫn BC 557 được sử dụng như một nguồn dòng điện không đổi giữ cho tụ điện liền kề ở cánh tay thu của nó được sạc.

Điều này tạo ra một điện áp răng cưa trên tụ điện trên, được so sánh bên trong IC 556 với điện áp mẫu được đặt bên ngoài qua chân cắm được hiển thị.

Điện áp mẫu áp dụng bên ngoài có thể được lấy từ một mạch cung cấp điện áp biến đổi 0-12V đơn giản.

Điện áp thay đổi này áp dụng cho IC 556 được sử dụng để thay đổi PWM của các xung ở đầu ra và cuối cùng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của động cơ được kết nối.

Công tắc S1 được sử dụng để đảo ngược hướng động cơ ngay lập tức bất cứ khi nào cần thiết.

Danh sách các bộ phận

  • R1, R2, R6 = 1K,
  • R3 = 150 nghìn,
  • R4, R5 = 150 Ohms,
  • R7, R8, R9, R10 = 470 Ohms,
  • 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 = Công tắc bật tắt SPDT

Mạch trên được lấy cảm hứng từ mạch điều khiển động cơ sau đây đã được đăng trên tạp chí elecktor Electronic India.

Điều khiển mô-men xoắn động cơ sử dụng IC 555

sử dụng 2 IC 555 để đạt được điều khiển tốc độ vượt trội trên động cơ DC

Sơ đồ điều khiển động cơ đầu tiên có thể được đơn giản hóa nhiều bằng cách sử dụng công tắc DPDT cho hoạt động đảo chiều động cơ và bằng cách sử dụng bóng bán dẫn theo bộ phát để thực hiện điều khiển tốc độ, như hình dưới đây:

Mạch điều khiển tốc độ động cơ sử dụng công tắc DPDT

Điều khiển động cơ chính xác bằng cách sử dụng một bộ khuếch đại Op đơn

Một kiểm soát cực kỳ tinh vi hoặc phức tạp của một điện một chiều động cơ có thể đạt được bằng cách sử dụng một op-amp và một máy phát tacho. Op-amp được thiết kế như một công tắc nhạy cảm với điện áp. Trong mạch minh họa bên dưới, ngay khi đầu ra của bộ tạo tacho thấp hơn điện áp tham chiếu đặt trước, bóng bán dẫn chuyển mạch được BẬT và 100% điện sẽ được cung cấp cho động cơ.

Hành động chuyển đổi của op amp sẽ xảy ra chỉ trong vài milivôn xung quanh điện áp tham chiếu. Bạn sẽ cần một nguồn điện kép, có thể chỉ là ổn định zener.

Bộ điều khiển động cơ này cho phép phạm vi điều chỉnh vô hạn mà không liên quan đến bất kỳ hình thức phức tạp cơ học nào.

Đầu ra amp op chỉ bằng +/- 10% mức đường ray cung cấp, do đó có thể kiểm soát được việc sử dụng bộ phát đôi theo tốc độ động cơ lớn.

Điện áp tham chiếu có thể được cố định thông qua nhiệt điện trở hoặc LDR, v.v. Thiết lập thử nghiệm được chỉ ra trong sơ đồ mạch sử dụng một amp op RCA 3047A và một động cơ 0,25W 6V làm máy phát tacho tạo ra khoảng 4V ở 13000 vòng / phút cho phản hồi dự định.




Trước: 3 mạch Joule Thief tốt nhất Tiếp theo: Mạch đếm còi của nồi áp suất