Il post spiega un controller per motore CC che presenta una compensazione di coppia costante per consentire al motore di funzionare a una velocità costante indipendentemente dal carico su di esso.
Svantaggio dei normali regolatori di velocità
Uno svantaggio della maggior parte dei semplici regolatori di velocità forniscono al motore solo una tensione costante predeterminata. Di conseguenza la velocità non rimane costante e varia con il carico del motore, per assenza di compensazione di coppia.
Ad esempio in un modellino di treno, con semplici controller la velocità del treno diminuisce gradualmente per le pendenze in salita e accelera mentre si scende.
Pertanto, per i modelli addestrati, la regolazione del potenziometro per mantenere una velocità del motore selezionata devia anch'essa a seconda del carico che il motore può tirare.
Il circuito del controller della velocità del motore a coppia costante spiegato in questo articolo elimina questo problema monitorando la velocità del motore e mantenendola costante per un'impostazione di controllo predeterminata, indipendentemente dal carico sul motore.
Il circuito può essere applicato nella maggior parte dei modelli che utilizzano un motore a magneti permanenti CC.
Calcolo del fattore Back EMF
La tensione ai terminali del motore comprende un paio di fattori, la parte posteriore e.m.f. prodotto dal motore e la tensione è caduta attraverso la resistenza dell'indotto.
Il retro e.m.f. generato dall'avvolgimento del motore è normalmente proporzionale alla velocità del motore, il che significa che la velocità del motore potrebbe essere monitorata misurando questo contenuto di back emf. Ma il problema principale è isolare e rilevare la parte posteriore e.m.f. dalla tensione della resistenza di armatura.
Supponendo che un resistore separato sia collegato in serie al motore, considerando che una singola corrente comune passa attraverso questo resistore e anche attraverso la resistenza di armatura, la caduta di tensione tra i due resistori in serie potrebbe essere equivalente alla caduta attraverso la resistenza di armatura.
In realtà, si può presumere che quando questi due valori di resistenza sono identici, anche le due grandezze di tensione su ciascuno dei resistori saranno simili. Con questi dati, può essere possibile dedurre la caduta di tensione di R3 dalla tensione del motore e ottenere il valore di ritorno e.m.f richiesto per l'elaborazione.
Elaborazione Back EMF per coppia costante
Il circuito proposto monitora continuamente la parte posteriore e.m.f. e di conseguenza regola la corrente del motore per garantire che, per un'impostazione di controllo potenziometrica assegnata, la forza motrice posteriore, insieme alla velocità del motore, venga mantenuta ad una coppia costante.
Per rendere più semplice la descrizione del circuito si ritiene che P2 sia regolato e mantenuto nella sua posizione centrale, e la resistenza R3 sia scelta come equivalente al valore di resistenza dell'indotto del motore.
Calcolo della tensione del motore
La tensione del motore può essere calcolata sommando le e.m.f. Va con la caduta di tensione sulla resistenza interna del motore Vr.
Considerando che R3 abbassa una tensione Vr, la tensione di uscita Vo sarà pari a Va + 2 V.
La tensione all'ingresso invertente (-) di IC1 sarà Va + Vr, e quella all'ingresso non invertente (+) sarà Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2
Poiché le due grandezze di tensione sopra dovrebbero essere uguali, organizziamo l'equazione sopra come:
Va + Vr = Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2
Semplificando questa equazione si ottiene Va = Vi.
L'equazione sopra indica che il dorso e.m.f. del motore è mantenuto costantemente allo stesso livello della tensione di controllo. Ciò consente al motore di funzionare con una velocità e una coppia costanti per qualsiasi impostazione specificata della regolazione della velocità P1.
P2 è incluso per compensare il livello di differenza che può esistere tra la resistenza R3 e la resistenza dell'armatura. Lo esegue regolando l'ampiezza del feedback positivo sull'amplificatore operazionale di ingresso non invertente.
L'amplificatore operazionale LM3140 confronta sostanzialmente la tensione sviluppata attraverso l'armatura del motore con l'equivalente della back emf attraverso il motore e regola il potenziale di base del T1 2N3055.
T1 configurato come file emettitore seguace regola la velocità del motore in base al suo potenziale di base. Aumenta la tensione ai capi del motore quando l'amplificatore operazionale rileva un back emf più alto, con conseguente aumento della velocità del motore e viceversa.
T1 dovrebbe essere montato su un dissipatore di calore adatto per un corretto funzionamento.
Come impostare il circuito
L'impostazione del circuito del regolatore di velocità del motore a coppia costante viene eseguita regolando P2 con il motore con carico variabile finché il motore non raggiunge una coppia costante indipendentemente dalle condizioni di carico.
Quando si applica il circuito per modellini di treni, bisogna fare attenzione a non girare troppo P2 verso P1 che potrebbe provocare il rallentamento del treno in miniatura, e viceversa P2 non deve essere girato troppo nella direzione opposta, il che potrebbe provocare la velocità del treno aumenta effettivamente durante la salita su una salita.
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