3 semplici circuiti di controllo della velocità del motore CC spiegati

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Un circuito che consente a un utente di controllare linearmente la velocità di un motore collegato ruotando un potenziometro collegato è chiamato circuito di controllo della velocità del motore.

Qui vengono presentati 3 circuiti di controllo della velocità facili da costruire per motori CC, uno che utilizza MOSFET IRF540, il secondo che utilizza IC 555 e il terzo concetto con IC 556 con elaborazione della coppia.



Design n. 1: regolatore di velocità del motore CC basato su Mosfet

Un circuito di controllo della velocità del motore CC molto interessante e facile potrebbe essere costruito utilizzando un solo mosfet, un resistore e un potenziometro, come mostrato di seguito:

Controllo della velocità del motore CC con singolo mosfet con modalità di drenaggio comune

Utilizzo di un inseguitore di emettitore BJT



controllo della velocità del motore utilizzando il circuito inseguitore di emettitore BJT

Come si può vedere il mosfet è truccato come un source follower o una modalità di drain comune, per saperne di più su questa configurazione potresti fare riferimento a questo post , che discute una versione BJT, tuttavia il principio di funzionamento rimane lo stesso.

Nel design del controller del motore CC sopra, la regolazione del potenziometro crea una differenza di potenziale variabile attraverso il gate del mosfet e il pin sorgente del mosfet segue semplicemente il valore di questa differenza di potenziale e regola di conseguenza la tensione attraverso il motore.

Ciò implica che la sorgente sarà sempre 4 o 5V in ritardo rispetto alla tensione di gate e varierà su / giù con questa differenza, presentando una tensione variabile tra 2V e 7V attraverso il motore.

Quando la tensione del gate è di circa 7 V, il pin sorgente fornirà il minimo di 2 V al motore provocando una rotazione molto lenta del motore e 7 V saranno disponibili sul pin sorgente quando la regolazione del potenziometro genera tutti i 12V attraverso il gate del mosfet.

Qui possiamo vedere chiaramente che il pin sorgente del mosfet sembra 'seguire' il gate e quindi il nome source follower.

Ciò accade perché la differenza tra il gate e il pin source del mosfet deve essere sempre intorno ai 5V, per consentire al mosfet di condurre in modo ottimale.

Ad ogni modo, la configurazione di cui sopra aiuta a imporre un controllo della velocità regolare sul motore e il design potrebbe essere costruito in modo abbastanza economico.

Un BJT potrebbe essere utilizzato anche al posto del mosfet, e in effetti un BJT produrrebbe un intervallo di controllo più elevato da circa 1 V a 12V attraverso il motore.

Demo video

https://youtu.be/W762NTuQ19g

Quando si tratta di controllare la velocità del motore in modo uniforme ed efficiente, un controller basato su PWM diventa l'opzione ideale, qui impareremo di più, riguardo a un semplice circuito per implementare questa operazione.

Design # 2: controllo motore CC PWM con IC 555

Il progetto di un semplice regolatore di velocità del motore che utilizza PWM può essere inteso come segue:
Inizialmente, quando il circuito è alimentato, il perno di attivazione è in una posizione logica bassa poiché il condensatore C1 non è carico.

Le condizioni di cui sopra avvia il ciclo di oscillazione, facendo cambiare l'uscita ad una logica alta.
Un'uscita elevata ora forza il condensatore a caricarsi tramite D2.

Al raggiungimento di un livello di tensione pari ai 2/3 dell'alimentazione, il pin # 6 che è la soglia dell'IC si innesca.
Nel momento in cui il pin # 6 si attiva, il pin # 3 e il pin # 7 ritorna al livello logico basso.

Con il pin n. 3 in basso, C1 inizia di nuovo a scaricarsi tramite D1 e quando la tensione su C1 scende al di sotto del livello che è 1/3 della tensione di alimentazione, il pin n. 3 e il pin n. 7 diventano nuovamente alti, facendo seguire il ciclo e continua a ripetere.

È interessante notare che C1 ha due percorsi discretamente impostati per il processo di carica e scarica rispettivamente attraverso i diodi D1, D2 e ​​attraverso i bracci di resistenza impostati dalla pentola.

Significa che la somma delle resistenze incontrate da C1 durante la carica e la scarica rimane la stessa indipendentemente da come è impostato il potenziometro, quindi la lunghezza d'onda dell'impulso di uscita rimane sempre la stessa.

Tuttavia, poiché i periodi di tempo di carica o scarica dipendono dal valore di resistenza incontrato nei loro percorsi, il vaso imposta discretamente questi periodi di tempo in base alle sue regolazioni.

Poiché i periodi di tempo di carica e scarica sono direttamente collegati al ciclo di lavoro in uscita, variano in base alla regolazione del potenziometro, dando forma agli impulsi PWM variabili previsti in uscita.

Il risultato medio del rapporto mark / space dà origine all'uscita PWM che a sua volta controlla la velocità DC del motore.

Gli impulsi PWM vengono inviati al gate di un mosfet che reagisce e controlla la corrente del motore collegato in risposta all'impostazione del potenziometro.

Il livello di corrente attraverso il motore decide la velocità e quindi implementa l'effetto di controllo tramite la pentola.

La frequenza dell'uscita dall'IC può essere calcolata con la formula:

F = 1,44 (VR1 * C1)

Il mosfet può essere selezionato secondo il requisito o la corrente di carico.

Di seguito è riportato lo schema elettrico del regolatore di velocità del motore CC proposto:

Regolatore di velocità del motore CC basato su potenziometro IC 555

Prototipo:

immagine prototipo pratica del regolatore di velocità del motore CC

Prova di test video:

https://youtu.be/M-F7MWcSiFY

Nel video clip sopra possiamo vedere come il design basato su IC 555 viene utilizzato per controllare la velocità di un motore CC. Come puoi vedere, sebbene la lampadina funzioni perfettamente in risposta ai PWM e varia la sua intensità dal bagliore minimo al massimo basso, il motore no.

Il motore inizialmente non risponde ai PWM stretti, piuttosto inizia con uno strappo dopo che i PWM sono stati regolati su larghezze di impulso significativamente più elevate.

Ciò non significa che il circuito abbia problemi, è perché l'armatura del motore CC è tenuta saldamente tra una coppia di magneti. Per avviare una partenza l'armatura deve saltare la sua rotazione attraverso i due poli del magnete, cosa che non può avvenire con un movimento lento e delicato. Deve iniziare con una spinta.

Questo è esattamente il motivo per cui il motore inizialmente richiede regolazioni più elevate per il PWM e una volta avviata la rotazione l'armatura guadagna un po 'di energia cinetica e ora raggiungere una velocità inferiore diventa fattibile attraverso PWM più stretti.

Tuttavia, portare la rotazione a uno stato lento a malapena può essere impossibile per lo stesso motivo spiegato sopra.

Ho fatto del mio meglio per migliorare la risposta e ottenere un controllo PWM più lento possibile apportando alcune modifiche nel primo diagramma come mostrato di seguito:

circuito di controllo del motore DC pwm modificato

Detto questo, il motore potrebbe mostrare un controllo migliore ai livelli più lenti se il motore è attaccato o fissato con un carico tramite ingranaggi o sistema di pulegge.

Ciò può accadere perché il carico fungerà da ammortizzatore e contribuirà a fornire un movimento controllato durante le regolazioni della velocità più lenta.

Design n. 3: utilizzo di IC 556 per un maggiore controllo della velocità

Variazione della velocità di un motore CC può sembrare non così difficile e potresti trovare molti circuiti per questo.

Tuttavia questi circuiti non garantiscono livelli di coppia costanti a velocità del motore inferiori, rendendo il funzionamento piuttosto inefficiente.

Inoltre a velocità molto basse a causa di una coppia insufficiente, il motore tende allo stallo.

Un altro grave inconveniente è che in questi circuiti non è inclusa alcuna funzione di inversione del motore.

Il circuito proposto è del tutto esente dai suddetti inconvenienti ed è in grado di generare e sostenere elevati livelli di coppia anche alle più basse velocità possibili.

Funzionamento del circuito

Prima di discutere il circuito del controller del motore PWM proposto, vorremmo anche imparare l'alternativa più semplice che non è così efficiente. Tuttavia, può essere considerato ragionevolmente buono purché il carico sul motore non sia elevato e purché la velocità non sia ridotta ai livelli minimi.

La figura mostra come un singolo IC 556 possa essere impiegato per controllare la velocità di un motore collegato, non entreremo nei dettagli, l'unico inconveniente notevole di questa configurazione è che la coppia è direttamente proporzionale alla velocità del motore.

Tornando al progetto di circuito del regolatore di velocità a coppia elevata proposto, qui abbiamo utilizzato due circuiti integrati 555 invece di uno o piuttosto un singolo IC 556 che contiene due circuiti integrati 555 in un unico pacchetto.

Schema elettrico

Caratteristiche principali

Brevemente la proposta Controller per motore CC include le seguenti caratteristiche interessanti:

La velocità può essere variata continuamente da zero al massimo, senza stallo.

La coppia non è mai influenzata dai livelli di velocità e rimane costante anche ai livelli di velocità minima.

La rotazione del motore può essere capovolta o invertita in una frazione di secondo.

La velocità è variabile in entrambi i sensi di rotazione del motore.

Il due 555 CI sono assegnati con due funzioni separate. Una sezione si configura come un multivibratore astabile che genera clock a onda quadra da 100 Hz che viene alimentato alla precedente sezione 555 all'interno del pacchetto.

La frequenza di cui sopra è responsabile della determinazione della frequenza del PWM.

Il transistor BC 557 viene utilizzato come sorgente di corrente costante che mantiene carico il condensatore adiacente sul suo braccio collettore.

Questo sviluppa una tensione a dente di sega attraverso il condensatore di cui sopra, che viene confrontata all'interno del 556 IC con la tensione del campione applicata esternamente sul pin-out mostrato.

La tensione di campionamento applicata esternamente può essere derivata da un semplice circuito di alimentazione a tensione variabile 0-12V.

Questa tensione variabile applicata al 556 IC viene utilizzata per variare il PWM degli impulsi in uscita e che alla fine viene utilizzata per la regolazione della velocità del motore collegato.

L'interruttore S1 viene utilizzato per invertire istantaneamente la direzione del motore quando necessario.

Elenco delle parti

  • R1, R2, R6 = 1K,
  • R3 = 150 K,
  • R4, R5 = 150 Ohm,
  • R7, R8, R9, R10 = 470 Ohm,
  • C1 = 0,1uF,
  • C2, C3 = 0,01 uF,
  • C4 = 1uF / 25VT1,
  • T2 = TIP122,
  • T3, T4 = TIP127
  • T5 = BC557,
  • T6, T7 = BC547,
  • D1 --- D4 = 1N5408,
  • Z1 = 4V7 400mW
  • IC1 = 556,
  • S1 = interruttore a levetta SPDT

Il circuito sopra è stato ispirato dal seguente circuito del driver del motore che è stato pubblicato molto tempo fa nella rivista elecktor electronic India.

Controllo della coppia del motore mediante IC 555

utilizzando 2 IC 555 per ottenere un controllo della velocità eccezionale sui motori CC

Il primo schema di controllo del motore può essere molto semplificato utilizzando un interruttore DPDT per l'operazione di inversione del motore e utilizzando un transistor inseguitore di emettitore per l'implementazione del controllo della velocità, come mostrato di seguito:

Circuito del regolatore di velocità del motore che utilizza interruttori DPDT

Controllo motore di precisione utilizzando un singolo amplificatore operazionale

Un controllo estremamente raffinato o complesso di una c.c. motore potrebbe essere realizzato utilizzando un amplificatore operazionale e un generatore tachimetrico. L'amplificatore operazionale è configurato come un interruttore sensibile alla tensione. Nel circuito mostrato di seguito, non appena l'uscita del generatore tachimetrico è inferiore alla tensione di riferimento preimpostata, il transistor di commutazione viene attivato e il motore viene alimentato al 100%.

L'azione di commutazione dell'amplificatore operazionale avverrebbe in un paio di millivolt attorno alla tensione di riferimento. Avrai bisogno di un doppio alimentatore, che potrebbe essere solo stabilizzato zener.

Questo controller del motore consente una gamma infinitamente regolabile senza coinvolgere alcuna forma di problemi meccanici.

L'uscita dell'amplificatore operazionale è solo +/- 10% del livello dei binari di alimentazione, quindi utilizzando un doppio seguitore di emettitore è possibile controllare enormi velocità del motore.

La tensione di riferimento poteva essere fissata tramite termistori, o un LDR ecc. L'impostazione sperimentale indicata nello schema circuitale utilizzava un amplificatore operazionale RCA 3047A, e un motore da 0,25 W 6 V come generatore tachimetrico che generava circa 4 V a 13000 rpm per il feedback previsto.




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