""

Регулирование скорости 12в двигателя при помощи шим

Содержание

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.

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.

Motor Control

Motor Control Circuits

Страницы

ШИМ-регулятор

ШИМ-регуляторы все работоспособны , проверил их работу с помощью двигателя от шуруповёрта.
Снял видео –

129 комментариев:

Частота ШИМа около 40 КГц?

Честно говоря уже точно не помню, в районе 10 – 15 кГц

мска слаба . если кто частоту повышает и уберает свист .то пт 2шт непотянетнужна раскачка пред выход то можно тогда снимать и токи большие для электро велло .

Накидал на макетке схему 1, питание 12,5В, подключил 12В моторчик от шуруповёрта.
1. Обороты изменяются, НО на любых оборотах можно остановить двигатель рукой. Что не так?
2. На низких оборотах свистит, а именно низкие, до 300 нужны. Как убрать свист?
3. При 12,5В питании и 12В моторчике могу ибойтись без стабилизатора?

1. Не хватает мощности блока питания скорей всего.
2. Да, свистит. Как убрать не знаю, но можно попытаться частоту менять конденсатором С1.
3. Можно

Можно подавать на вход любое напряжение или только 12 вольт?

В приведённых схемах напряжение можно подавать до 25-30 вольт, это напряжение ограничено максимально допустимым входным для стабилизатора 7809.

Добрый день! Ссылки на печатные платы у вас не работают.

Проверил – вроде всё работает.

Я конечно извиняюсь но не одна ссылка не открывается.Я уже отключил все расширения и антивирусник.

Все открылось в другом браузере.

Что бы убрать свист нужно конденсатор c1 поставить на 220 pf (проверено на собранной схеме)

здравствуйте, а для двигателя на 48вольт что можете посоветовать?

В общем , схема такая-же. Только надо правильно запитать схему управления на NE555, а также взять подходящие по току и напряжению полевой транзистор и диод.

Здравствуйте! Собрал схему на 5 ампер. Все регулируется и есть легкий свист как у вас. Скажите, пожалуйста, должно ли меняться напряжение на выходе (на клеммах двигателя) при регулировке или нет?

Конечно, будет меняться. Если измерять тестером на постоянке – то напряжение на двигателе будет изменятся от нуля до напряжения питания. Примерно

Спасибо! Очень признателен! Отличный сайт!

Здравствуйте! скажите на схеме между диодом d1 и переменным резистором стоит резистор 1к на печатке же его нет! Это сделано специально?

Да, вы внимательны, но это не принципиально – в сторону максимума убрано ограничение.

здравствуйте не подскажете что может быть собрал схему на 5 ампер подключил в нагрузку мощный кулер но он работает не стабильно, начинает набирать обороты и сбрасывает и снова набирает и сбасывает и так работает с цикличностью

Наверно не хватает мощности блоку питания – чем запитываете кулер?

Все разобрался! Объясню может кому пригодится! Запитывал мощный кулер с током потребления 3,5 А, кулер 4-х пиновый, порыскал по форумам оказалось что для управления такими кулерами не хватает только двух проводов питания нужен управляющий провод (синий)! Подключил так, плюс и минус от блока питания а синий провод питается от стока IRF540

Где купить готовый ШИМ на шуруповёрт

http://got.by/vr019 -можно тут купить

Спасибо а он точно при низких оборотах не потеряет тягу?

Нужен такой как на видео.

Я их делал только для видео и у меня остался ещё на 10 А. Напишите мне на почту roshansky@mail.ru

В Китае можно купить –
http://ali.pub/3zl5i

можно в китае заказать
могу дать ссылку

На печатной плате, между 1 и 8 ножкой стоит конденсатор. На схеме его нет. На фото ШИМ 5 А, он четко виден. Скажите пожалуйста номинал этого конденсатора. Про R2 уже прочитал в комментариях.

Это не принципиально – дополнительно 0.1 мкф по питанию микросхемы.

здравствуйте необходимо инвертировать управление по плюсу,помогите со схемой.

Не схеме нет, а на плате есть резистор со входа + на вход стабилизатора. Для чего? Номинал?

Это просто перемычка – 0 ом

Первую схемку накидал на макетке год назад – работала, правда свистела.

Сегодня протравил Вашу, спаял – не работает. Двигатель от шуруповёрта дёргается, но не крутится. На выходе БП 12В напряжение в такт дёрганью мотора просаживается до 0.
Подключил вместо моторчика лампу 12В 21 Вт – при любом (кроме одного крайнего) положении переменника лампочка ритмично два раза раскаляет нить до красна (но не светится), затем, на третий такт, вспыхивает и горит ярко. Регулировка не работает.
БП китайский 12В 5А тянет автолампу 12В 55А. Пробовал заменить его на 14В АКБ от шуруповёрта – там уж ТОЧНО ток порядочный – тоже самое. Провода между БП, ШИМ и двигателем 2,5мм2 10 см. Переменник припаян на проводах 5 см.

Конденсатор С1 поставил 220 pf.

Добавлю – речь про 5А схему.

Эта схема проверена и много раз. Посмотрите осциллографом что у вас на 3 выходе NE555. Должны быть чёткие прямоугольные импульсы и скважность должна изменяться когда мы крутим переменный резистор. Может быть кондёр С1 маловат, попробуйте запаять больше – 1000 пФ
И какая у вас частота ШИМ получается?

Заработала. Оказалась неисправной микросхема из магазина. Бывает.

Большое спасибо Максим Тишкову за совет по изменению конденсатора – теперь не свистит.

. то ли я в лыжи обутый то ли схема так себе .

Мне для работы нужна лабораторная мешалка, компактная, мешать от 100 мл до 3 литров. 99 % времени обороты 250 об/мин. Вытравил плату, спаял. БП – с Али 12В 5А. Мотор – от шуруповёрта на 12В, магазин “Радио”.
На таких оборотах вращение НЕРАВНОМЕРНОЕ, мешалка время от времени останавливается (а я должен быть уверен, что она мешает, пока я другими делами занят. ). ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ от ЛЁГКОГО прикосновения пальца к валу.

Читайте также:  Замена проводки в частном доме

Вот https://yadi.sk/d/Tdlv-Lky3MN6am ссылка на фото – общий вид и компоновка. Жёлто-зелёные провода – ПВЗ-2,5.

МОИ ИЗМЕНЕНИЯ в схеме:
1. Чтобы увеличение оборотов мотора происходило при вращении переменника ПО часовой стрелке, поменял местами крайние провода переменника.
2. Чтобы ограничить максимальную частоту вращения, на одну из крайних ножек повесил сопротивление 70кОм*3=210кОм
3. Чтобы не свистела при работе – С1 – 220 пФ.

ВОПРОСЫ:
1. Почему нестабильное вращение на малых оборотах?
2. Почему вращение останавливается “силой мысли”?

ЗЫ Заказал на Али ШИМ за 180 рублей. Посылка уже в Москве, посмотрю как он держит МАЛЫЕ обороты.

ЗЫЫ Мой старенький осцил после 5 лет в гараже приказал долго жить 🙁 Посмотреть импульсы нечем 🙁

Т.е. мне бы регулировку 0-1000 об/мин с нелинейной зависимостью (переменник В?)

Чтобы держали стабильно малые обороты при изменяющейся нагрузке нужна обратная связь по оборотам. Как вариант – контроллер ( например Ардуино) – выход ШИМ – обратная связь от таходатчика ( например датчик Холла ) – программа которая поддерживает обороты двигателя. Силовая часть стандартная.

Неверно выразился-получил бесполезный совет. Сам виноват.

Наливаю воду в стакан, опускаю мешалку, выставляю на глаз 250 об/мин. Мешалка вращается, обороты, на глаз, стабильны, всё в порядке. Нагрузка НЕИЗМЕННАЯ – вода!
Затем, НЕ периодично (от нескольких десятков секунд до нескольких минут) ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ.

Как В ЭТОЙ схеме обеспечить:
1. Стабильную работу на оборотах от 150?
2. Ограничить максимальные 1000-15000?

поправка обороты 1000-1500, а не 15 000

Как купить ваш ШИМ регулятор
+79894400534

Я в общем делал эти ШИМы только для видео и сам я из Беларуси. Аналогичные можно купить в Китае, по ценам с ними конкурировать невозможно.

сколько соит заказ 1 плати в украину? И есть ли ваше прещдставительство в киеве?

Ещё раз повторю – Я в общем делал эти ШИМы только для видео и сам я из Беларуси. Аналогичные можно купить в Китае, по ценам с ними конкурировать невозможно.

Добрый день! Как известно, чем выше частота шим тем сильнее греется мосфет. Мне нужен простой шим с питанием 5-24В, т.к. в качестве нагрузки будет нагревательный элемент, но очень мощный, до 50А. Подскажите как понизить частоту до 30-100Гц, только заменой конденсатора С1 на более ёмкий? Какая емкость нужна?
Заранее огромное спасибо!

Да, чтобы понизить частоту ШИМ – надо увеличить ёмкость конденсатора С1. Попробуйте поставить 0.1 мкФ ( или 0.01 мкФ ), можно подобрать экспериментально, а можно воспользоваться онлайн калькулятором NE555 – задайте поиск и вы увидите. Есть также программы для расчёта схем на NE555 – они тоже все бесплатные и их можно скачать.

Подскажите еще, пожалуйста, переменный резистор принципиально на 100кОм и стабилизатор на 9В? Если резистор на 50кОм и стаб на 12В еще нужно что-то менять?

ProVariator.RU

Эта самодельная схема может быть использована в качестве регулятора скорости для двигателя постоянного тока 12 В с номинальным током до 5 А или как диммер для 12 В галогенных и светодиодных ламп мощностью до 50 Вт. Управление идёт с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при частоте следования импульсов около 200 Гц. Естественно частоту можно при необходимости изменить, подобрав по максимальной стабильности и КПД.

Схема ШИМ регулятора для мотора 12 В

В схеме используется Таймер 7555 для создания переменной ширины импульсов около 200 Гц. Он управляет транзистором Q3 (через транзисторы Q1 — Q2), который контролирует скорость электро двигателя или ламп освещения.

Похожие новости

Всем привет, наверно многие радиолюбители, также как и я, имеют не одно хобби, а несколько. Помимо конструирования электронных устройств занимаюсь фотографией, съемкой видео на DSLR камеру, и видео монтажом. Мне, как видеографу, был необходим слайдер для видео съемки, и для начала вкратце объясню, что это такое. Ниже на фото показан фабричный слайдер.

Слайдер предназначен для видеосъемки на фотоаппараты и видеокамеры. Он являются аналогом рельсовой системы, которая используется в широкоформатном кино. С его помощью создается плавное перемещение камеры вокруг снимаемого объекта. Другим очень сильным эффектом, который можно использовать при работе со слайдером, — это возможность приблизиться или удалиться от объекта съемки. На следующем фото изображен двигатель, который выбрал для изготовления слайдера.

В качестве привода слайдера используется двигатель постоянного тока с питанием 12 вольт. В интернете была найдена схема регулятора для двигателя, который перемещает каретку слайдера. На следующем фото индикатор включения на светодиоде, тумблер, управляющий реверсом и выключатель питания.

При работе такого устройства важно, чтоб была плавная регулировка скорости, плюс легкое включение реверса двигателя. Скорость вращения вала двигателя, в случае применения нашего регулятора, плавно регулируется вращением ручки переменного резистора на 5 кОм. Возможно, не только я один из пользователей этого сайта увлекаюсь фотографией, и кто-то ещё захочет повторить это устройство, желающие могут скачать в конце статьи архив со схемой и печатной платой регулятора. На следующем рисунке приведена принципиальная схема регулятора для двигателя:

Видео работы

Для плавности увеличения и уменьшения скорости вращения вала существует специальный прибор —регулятор оборотов электродвигателя 220в. Стабильная эксплуатация, отсутствие перебоев напряжения, долгий срок службы — преимущества использования регулятора оборотов двигателя на 220, 12 и 24 вольт.

Для чего нужен частотный преобразователь оборотов

Контроллеры оборотов входят в структуру многих приборов, так как они обеспечивают точность электрического управления. Это позволяет регулировать обороты в нужную величину.

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока используется во многих промышленных и бытовых областях. Например:

Выбираем устройство

  1. Для коллекторных электродвигателей распространены векторные контроллеры, но скалярные являются надёжнее.
  2. Важным критерием выбора является мощность. Она должна соответствовать допустимой на используемом агрегате. А лучше превышать для безопасной работы системы.
  3. Напряжение должно быть в допустимых широких диапазонах.
  4. Основное предназначение регулятора преобразовывать частоту, поэтому данный аспект необходимо выбрать соответственно техническим требованиям.
  5. Ещё необходимо обратить внимание на срок службы, размеры, количество входов.
  • двигатель переменного тока природный контроллер;
  • привод;
  • дополнительные элементы.

Прибор может быть куплен в специализированных точках продажи, а можно сделать самому.

Схема регулятора оборотов вращения переменного тока

Существует универсальный прибор 12в для бесколлекторных двигателей.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Схема состоит из двух частей—логической и силовой. Микроконтроллер расположен на микросхеме. Эта схема характерна для мощного двигателя. Уникальность регулятора заключается в применении с различными видами двигателей. Питание схем раздельное, драйверам ключей требуется питание 12В.

Прибор триак

Когда конденсатор достигает предельного порога напряжения 12в или 24в, срабатывает ключ. Симистр переходит в открытое состояние. При переходе напряжения сети через ноль, симистр запирается, далее конденсатор даёт отрицательный заряд.

Распространённые регулятор тиристор, обладающие простой схемой работы.

Тиристор, работает в сети переменного тока.

К источнику напряжения 24 вольт. Принцип действия заключаются в заряде конденсатора и запертом тиристоре, а при достижении конденсатором напряжения, тиристор посылает ток на нагрузку.

Сигналы, поступающие на вход системы, образуют обратную связь. Подробнее рассмотрим с помощью микросхемы.

Микросхема TDA 1085

Своими руками можно сделать прибор для гриндера, токарного станка по дереву, точила, бетономешалки, соломорезки, газонокосилки, дровокола и многого другого.

При сборе регулятора правильно выбирать резистор. Так как при большом резисторе, на старте могут быть рывки, а при маленьком резисторе компенсация будет недостаточной.

Регуляторы оборотов вращения однофазных и трехфазных двигателей 24, 12 вольт представляют собой функциональное и ценное устройство, как в быту, так и в промышленности.

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

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

Функции и основные характеристики

Одноканальный регулятор для мотора

Конструкция устройства

Принцип работы

Материалы и детали

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.

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).

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!

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.

Принцип работы

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.

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

Процесс сборки

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 .

Читайте также:  Как защитить домашнюю электропроводку стабилизатором напряжения

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

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока схема на 12 вольт

Двигатель подключен в цепь к полевому транзистору который управляется широтно-импульсной модуляцией осуществляемой на микросхеме таймере NE555, поэтому и схема получилась такой простой.

ШИМ регулятор реализован с помощью обычного генератора импульсов на нестабильном мультивибраторе, генерирующий импульсы с частотой следования 50 Гц и построенного на популярном таймере NE555. Сигналы поступающие с мультивибратора создают поле смещения на затворе полевого транзистора. Длительность положительного импульса настраивается при помощи переменного сопротивления R2. Чем выше длительность положительного импульса поступающего на затвор полевого транзистора, тем большая мощность подается на электродвигатель постоянного тока. И на оборот чем меньше длительность импульса, тем слабее вращается электродвигатель. Эта схема прекрасно работает от аккумуляторной батареи на 12 вольт.

Регулирование оборотов двигателя постоянного тока схема на 6 вольт

Регулировка оборотов в этой схеме достигается подачей на электромотор импульсов напряжения, различной длительности. Для этих целей используются ШИМ (широтно-импульсные модуляторы). В данном случае широтно-импульсное регулирование обеспечивается микроконтроллер PIC. Для управления скоростью вращения двигателя используются две кнопки SB1 и SB2, «Больше» и «Меньше». Изменять скорость вращенияможно только при нажатом тумблере «Пуск». Длительность импульса при этом изменяется, в процентном отношении к периоду, от 30 — 100%.

Устройство собрано на печатной плате размерами 61×52мм. Скачать рисунок печатной платы и файл прошивки можно по ссылке выше. (Смотри в архиве папку 027-el )

ШИМ-регулятор оборотов электродвигателей коллекторного типа

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем. Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы, речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков. Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов. Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.

Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.

На рис.3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор выполнен на интегральном таймере NE555. Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555 подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.4., поможет решить эту проблему.

Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя – R6. Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б – КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324. Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным. Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.

Схема регулятора скорости бесколлекторного двигателя (ESC)

Схема условно разделена на две части: левая – микроконтроллер с логикой, правая – силовая часть. Силовую часть можно модифицировать для работы с двигателями другой мощности или с другим питающим напряжением.

Контроллер – ATMEGA168. Гурманы могут сказать, что хватило бы и ATMEGA88, а AT90PWM3 – это было бы “вааще по феншую”. Первый регулятор я как раз делал “по феншую”. Если у Вас есть возможность применять AT90PWM3 – это будет наиболее подходящий выбор. Но для моих задумок решительно не хватало 8 килобайт памяти. Поэтому я применил микроконтроллер ATMEGA168.

Эта схема задумывалась как испытательный стенд. На котором предполагалось создать универсальный настраиваемый регулятор для работы с различными “калибрами” бесколлекторных двигателей: как с датчиками, так и без датчиков положения. В этой статье я опишу схему и принцип работы прошивки регулятора для управления бесколлекторными двигателями с датчиками Холла и без датчиков.

Схема регулятора

Питание

ШИМ и сигналы для ключей

Обратная связь (контроль напряжения фаз двигателя)

Датчики Холла

Измерения аналоговых сигналов

На вход ADC3(PC3) поступает аналоговый сигнал от датчика тока. Датчик тока ACS756SA. Это датчик тока на основе эффекта Холла. Преимущество этого датчика в том, что он не использует шунт, а значит, имеет внутреннее сопротивление близкое к нулю, поэтому на нем не происходит тепловыделения. Кроме того, выход датчика аналоговый в пределах 5В, поэтому без каких-либо преобразований подается на вход АЦП микроконтроллера, что упрощает схему. Если потребуется датчик с большим диапазоном измерения тока, Вы просто заменяете существующий датчик новым, абсолютно не изменяя схему.

Если Вам хочется использовать шунт с последующей схемой усиления, согласования – пожалуйста.

Задающие сигналы

Кроме того, есть вход RC сигнала, который повсеместно используется в дистанционно управляемых моделях. Выбор управляющего входа и его калибровка выполняется в программных настройках регулятора.

UART интерфейс

Прочее

Светодиод, сигнализирующий о состоянии регулятора, подключен к выводу PD4.

Силовая часть

Ключи нужно выбирать в зависимости от максимального тока и напряжения питания двигателя (выбору ключей и драйверов будет посвящена отдельная статья). На схеме обозначены IR540, в реальности использовались K3069. K3069 рассчитаны на напряжение 60В и ток 75А. Это явный перебор, но мне они достались даром в большом количестве (желаю и Вам такого счастья).

Конденсатор С19 включается параллельно питающей батареи. Чем больше его емкость – тем лучше. Этот конденсатор защищает батарею от бросков тока и ключи от значительной просадки напряжения. При отсутствии этого конденсатора Вам обеспечены как минимум проблемы с ключами. Если подключать батарею сразу к VD – может проскакивать искра. Искрогасящий резистор R32 используется в момент подключения к питающей батарее. Сразу подключаем “” батареи, затем подаем “+” на контакт Antispark. Ток течет через резистор и плавно заряжает конденсатор С19. Через несколько секунд, подключаем контакт батареи к VD. При питании 12В можно Antispark не делать.

Возможности прошивки

  • возможность управлять двигателями с датчиками и без;
  • для бездатчикового двигателя три вида старта: без определения первоначального положения; с определением первоначального положения; комбинированный;
  • настройка угла опережения фазы для бездатчикового двигателя с шагом 1 градус;
  • возможность использовать один из двух задающих входов: 1-аналоговый, 2-RC;
  • калибровка входных сигналов;
  • реверс двигателя;
  • настройка регулятора по порту UART и получение данных от регулятора во время работы (обороты, ток, напряжение батареи);
  • частота ШИМ 16, 32 КГц.
  • настройка уровня ШИМ сигнала для старта двигателя;
  • контроль напряжения батарей. Два порога: ограничение и отсечка. При снижении напряжения батареи до порога ограничения обороты двигателя понижаются. При снижении ниже порога отсечки происходит полная остановка;
  • контроль тока двигателя. Два порога: ограничение и отсечка;
  • настраиваемый демпфер задающего сигнала;
  • настройка Dead time для ключей

Работа регулятора

Включение

После включения двигатель издает 1 короткий сигнал (если звук не отключен), включается и постоянно светится светодиод. Регулятор готов к работе.

Для запуска двигателя следует увеличивать величину задающего сигнала. В случае использования задающего потенциометра, запуск двигателя начнется при достижении задающего напряжения уровня примерно 0.14 В. При необходимости можно выполнить калибровку входного сигнала, что позволяет использовать раные диапазоны управляющих напряжений. По умолчанию настроен демпфер задающего сигнала. При резком скачке задающего сигнала обороты двигателя будут расти плавно. Демпфер имеет несимметричную характеристику. Сброс оборотов происходит без задержки. При необходимости демпфер можно настроить или вовсе отключить.

Запуск

При опрокидывании двигателя или механическом заклинивании ротора срабатывает защита, и регулятор пытается перезапустить двигатель.

Запуск двигателя с датчиками Холла также выполняется с применением настроек для старта двигателя. Т.е. если для запуска двигателя с датчиками дать полный газ, то регулятор подаст напряжение, которое указано в настройках для старта. И только после того, как двигатель начнет вращаться, будет подано полное напряжение. Это несколько нестандартно для двигателя с датчиками, поскольку такие двигатели в основном применяются как тяговые, а в данном случае достичь максимального крутящего момента на старте, возможно, будет сложно. Тем не менее, в данном регуляторе присутствует такая особенность, которая защищает двигатель и регулятор от выхода со строя при механическом заклинивании двигателя.

Во время работы регулятор выдает данные об оборотах двигателя, токе, напряжении батарей через порт UART в формате:

Читайте также:  Монтаж наружной проводки в трубах

Данные выдаются с периодичностью примерно 1 секунда. Скорость передачи по порту 9600.

Настройка регулятора

Переход регулятора в режим настройки происходит при включении регулятора, когда задающий сигнал потенциометра больше нуля. Т.е. Для перевода регулятора в режим настройки следует повернуть ручку задающего потенциометра, после чего включить регулятор. В терминале появится приглашение в виде символа “>“. После чего можно вводить команды.

Регулятор воспринимает следующие команды (в разных версиях прошивки набор настроек и команд может отличаться):

h – вывод списка команд; ? – вывод настроек; c – калибровка задающего сигнала; d – сброс настроек к заводским настройкам.

команда “?” выводит в терминал список всех доступных настроек и их значение. Например: Изменить нужную настройку можно командой следующего формата:

pwm.start=15

Если команда была дана корректно, настройка будет применена и сохранена. Проверить текущие настройки после их изменения можно командой “?“.

Измерения аналоговых сигналов (напряжение, ток) выполняются с помощью АЦП микроконтроллера. АЦП работает в 8-ми битном режиме. Точность измерения занижена намеренно для обеспечения приемлемой скорости преобразования аналогового сигнала. Соответственно, все аналоговые величины регулятор выдает в виде 8-ми битного числа, т.е. от 0 до 255.

Список настроек, их описание:

ПараметрОписаниеЗначение
motor.typeТип мотора0-Sensorless; 1-Sensored
motor.magnetsКол.во магнитов в роторе двигателя. Изпользуется только для расчета оборотов двигателя.0..255, шт.
motor.angleУгол опережения фазы. Используется только для Sensorless двигателей.0..30, градусов
motor.start.typeТип старта. Используется только для Sensorless двигателей.0-без определения положения ротора; 1-с определением положения ротора; 2-комбинированный;
motor.start.timeВремя старта.0..255, мс
pwmЧастота PWM16, 32, КГц
pwm.startЗначение PWM (%) для старта двигателя.0..50 %
pwm.minЗначение минимального значения PWM (%), при котором двигатель вращается.0..30 %
voltage.limitНапряжение батареи, при котором следует ограничивать мощность, подаваемую на двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255*
voltage.cutoffНапряжение батареи, при котором следует выключать двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255*
current.limitТок, при котором следует ограничивать мощность, подаваемую на двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255**
current.cutoffТок, при котором следует выключать двигатель. Указывается в показаниях ADC.0..255**
system.soundВключить/выключить звуковой сигнал, издаваемый двигателем0-выключен; 1-включен;
system.inputЗадающий сигнал0-потенциометр; 1-RC сигнал;
system.damperДемпфирование входного сигнала0..255, условные единицы
system.deadtimeЗначение Dead Time для ключей в микросекундах0..2, мкс

* – числовое значение 8-ми битного аналого цифрового преобразователя. Рассчитывается по формуле: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5 Где: U – напряжение в Вольтах; R5, R6 – сопротивление резисторов делителя в Омах.

** – числовое значение 8-ми битного аналого цифрового преобразователя. Рассчитывается по формуле: ADC = U*255/5 Где: U – напряжение датчика тока в Вольтах, соответствующее требуемому току.

Фьюзы микроконтроллера должны быть выставлены на работу с внешним кварцем. Строка для программирования фьюзов с помощью AVRDUDE:

-U lfuse:w:0xFF:m -U hfuse:w:0xDC:m

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Двигатели постоянного тока и управление ими с помощью широтно-импульсной модуляции. Часть 2.

В первой части мы под общим ракурсом рассмотрели, что такое коллекторные двигатели постоянного тока, и как ими управляют с помощью модулированных по широте сигналов. Теперь самое время рассмотреть на довольно простом примере, как все это работает на практике.

Как-то понадобилось мне запустить движок Д21 У3. Это ДПТ средней мощности с независимым возбуждением. Вот его основные электрические параметры:

– номинальная мощность 4,5 кВт

– номинальное напряжение 220 В

– номинальный ток 26 А

– скорость 1030 оборотов в минуту.

В качестве силовых ключей были выбраны MOSFET -транзисторы IRF 644, хотя сначала выбор пал на мощные IGBT IRG4PC50 с напряжением 600 В и током 39 А. Но поскольку согласно технологическому процессу не требовалась высокая скорость и работа двигателя под большими токами, то с экономической точки зрения MOSFET типа IRF 644 с напряжением 250 В и током 14 А оказался куда выгоднее (либо четыре штуки IRF 644 за 32 рубля, либо столько же IRG4PC50 за 180 рублей, думаю, разница есть). В общем, при выборе оборудования нужно всегда учитывать различные условия тех.процесса, и при разработке критически важных приложений (если в случае аварии могут пострадать люди или дорогостоящее оборудование), следует выбирать элементы с запасом по параметрам, например, IRG4PC50 был бы хорошим выбором, а в случае систем с ограниченным бюджетом можно проанализировать «потолок» требуемых параметров и взять оптимальные с экономической точки зрения вещи. Но даже в этом случае нужно обязательно предусматривать защиты (по превышению напряжения, тока).

Для того, чтобы подавать на затворы транзисторов правильное напряжение в правильном порядке необходимы драйверы, на входы которых через опторазвязку будут поступать управляющие импульсы с контроллера. Драйверы IRS 21094 и двухканальные оптопары HCPL -2231 оказались вполне подходящими для данной задачки. Схему с их участием можно увидеть на рисунке 1.

Рисунок 1 – принципиальная схема системы ШИМ-управления ДПТ

Подробного описания принципа работы здесь заслуживают полумостовые драйверы. Полумостовые они потому, что имеют два канала – HO , управляющий затвором транзистора верхнего плеча и LO , управляющий затвором транзистора нижнего плеча. Зачем нужны вообще драйверы подобного рода? Разве нельзя просто подавать с управляющего устройства на транзисторы нужные импульсы? Для транзистора, что находится внизу, может быть и можно. Но для того, что уютно расположился в верхнем плече, нужно смещение управляющего напряжение на приличное количество вольт. Данный драйвер позволяет довести это напряжение ( VB ) до 625 В, «накачав» его через диод. Землей для верхнего плеча здесь будет являться ( VS ), относительно которой и будут подаваться управляющие импульсы. Землю же для нижнего плеча будет определять вывод COM .

Со стороны информационной системы драйвер имеет два входа для управляющих сигналов – IN и SD . Диаграмма зависимости выходных сигналов от входных приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – пояснение принципа работы драйвера IRS21094

Во-первых, мы видим, что драйвер обеспечивает невозможность одновременной подачи импульсов на HO и LO , и это хорошо, иначе образовалась бы закоротка и, возможно, получился бы небольшой праздничный фейерверк. Теперь о том, как конкретно управляют выходом входы IN и SD . SD решает всё – не будет логической «1» на этом контакте, значит не будет ничего и на выводах HO и LO . Если же на SD будет «1», а на IN будет «0», то на нижнее плечо будет подан импульс. Но если IN будет в состоянии «1», то импульс отправится на верхнее плечо. Внимательно проанализировав рисунок, всё станет понятно.

В обвязке драйвера также следует упомянуть резистор, подключаемый к выводу DT . Он необходим для установки «мертвого» времени, то есть промежутка, в котором гарантированно не будут подаваться импульсы, что позволит избежать одновременного открытия плечей моста, приводящего транзисторы в скоропостижной смерти. Этот резистор может отсутствовать (закоротка на землю), что гарантирует минимальное «мертвое» время 540 нс, максимальное время 5 мкс обеспечивается при 200 КОм.

Учитывая всё вышесказанное, можно изобразить диаграмму управляющих импульсов по входу и выходу драйверов, из которой будет ясен принцип программирования контроллера и работы устройства в целом.

На диаграмме показаны случаи движения в обоих направлениях с торможением и остановом в каждом случае.

Итак, теперь как это запрограммировать? Ниже будет приведен код, написанный на языке C для МК dsPIC 30 F 6014 A и реализующий диаграмму рисунка 3. Из него выкинуто все лишнее, связанное с инициализацией контроллера и прочими вспомогательными элементами. Данный код подойдет практически к любому контроллеру, так как в целях масштабируемости (планировался переход на более простые восьмиразрядники) здесь не используются модули ШИМ, а синтезируются сигналы требуемой ширины «вручную» с помощью прерываний. Это снижает требование к микроконтроллеру, у которого может быть меньше четырех ШИМ-выводов или вовсе их может не быть.

Краткий пересказ алгоритма таков… С панели оператора, системы регулирования или откуда-либо еще поступает сигнал задания, который записывается в переменную Uz_pwm. Чтобы величина задания не превышала определенного максимального уровня, нужно предусмотреть ограничение как для работы в положительной полярности, так и в отрицательной (у меня эти величины 2000 и -2000, соответственно, при этом период таймера равен 0x07FF). Затем поведение программы зависит от того, какой полярности было подано задание, или вообще не подано (т.е. задание в нуле). Рассмотрим случай прихода положительного сигнала задания. С помощью конструкции switch – case «переключаем» переменную Phs_p_pwm1. Изначально она должна равняться 0, и в этом случае для порядка обнуляем «переключалки» других состояний: отрицательного задания Phs_n_pwm1 и задания в нуле Phs_z_pwm1. Здесь же обнуляем рабочий таймер (в данном случае TMR 2), разрешаем от него прерывания и включаем его.

Выводы драйверов сидят на порту D в такой последовательности: IN 1 – нулевой бит, SD 1 – первый, IN 2 – второй и SD 2 – третий бит. Для формирования первого импульса в соответствии с рисунком 3 в порт запишем b 1011 (0x0B). Затем присвоим Phs_p_pwm1 значение 1, чтобы дальше перейти на условие, которое присваивает порту b 1111 (0x0F) при значении TMR2 больше или равном текущему заданию на ШИМ, что в итоге «закончит» этот импульс. Далее делаем Phs_p_pwm1 = 2 для перехода на следующий этап, который будет находиться в обработчике прерываний. В нем по окончанию счета таймера при заданном периоде в случае, если Phs_p_pwm1==2, на порт выдаем b 1011 (0x0B), что начнет новый импульс, и Phs_p_pwm1 приравняем этапу номер 3, который будет уже в основном цикле программы.

В случае Phs_p_pwm1=3 на порт выводим b 1010 (0 x 0 A ), это гасит очередной импульс, и задаем этап №4 (Phs_p_pwm1 = 4), который снова ищем в обработчике. Здесь мы снова генерируем импульс ( PORTD =0x0B) и возвращаемся в основную программу, приравняв Phs_p_pwm1=1 для того, чтобы цикл формирования импульсов начался заново. Алгоритм работы в отрицательной полярности выполняется аналогичным образом с поправкой на выходные значения порта D .

Теперь все описанное изобразим в виде кода. Часть, выполняемая в основном цикле программы:

Обработчик прерывания по таймеру:

Вот такой простой ШИМ-генератор из одного таймера.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
×
×
Adblock
detector