3 מעגלי בקר מהירות DC פשוטים מוסברים

מעגל המאפשר למשתמש לשלוט באופן ליניארי במהירות של מנוע מחובר על ידי סיבוב פוטנציומטר מחובר נקרא מעגל בקר מהירות מנוע.

מוצגים כאן 3 מעגלי בקרת מהירות קלים לבניית מנועי DC, אחד באמצעות MOSFET IRF540, שני באמצעות IC 555 והקונספט השלישי עם IC 556 המציע עיבוד מומנט.

עיצוב מס '1: בקר מהירות מנוע DC מבוסס Mosfet

ניתן לבנות מעגל בקר מהירות מנוע DC מגניב וקל מאוד באמצעות מוספט יחיד, נגד וסיר, כמוצג להלן:

באמצעות חסיד פולט BJT

כפי שניתן לראות, ה- mosfet הוא מחובר לחסיד מקור או כמצב ניקוז נפוץ, כדי ללמוד עוד על תצורה זו, עיין בהודעה זו , הדן בגרסת BJT, בכל זאת עקרון העבודה נשאר זהה.

בתכנון בקר מנוע DC לעיל, התאמת הסיר יוצרת הפרש פוטנציאל משתנה על פני השער של המוספט, וסיכת המקור של המוספט פשוט עוקבת אחר ערך הפרש הפוטנציאל הזה ומתאימה את המתח על פני המנוע בהתאם.

זה מרמז שהמקור יהיה תמיד 4 או 5 וולט מאחורי מתח השער וישתנו מעלה / מטה עם הבדל זה, ויציג מתח משתנה בין 2V ל 7V על פני המנוע.

כאשר מתח השער הוא סביב 7 וולט, פין המקור יספק את המינימום 2 וולט למנוע וגורם לסיבוב איטי מאוד על המנוע, ו 7 וולט יהיה זמין על פני פין המקור כאשר התאמת הסיר מייצרת את מלוא 12 וולט על פני השער של mosfet.

כאן אנו יכולים לראות בבירור כי נראה שסיכת המקור של Mosfet 'עוקבת' אחרי השער ומכאן גם חסיד מקור השם.

זה קורה מכיוון שההבדל בין השער לסיכת המקור של המוספט חייב להיות תמיד סביב 5V, על מנת לאפשר למוספט להתנהל בצורה מיטבית.

בכל מקרה, התצורה שלעיל עוזרת לאכוף בקרת מהירות חלקה על המנוע, והעיצוב יכול להיות בנוי די בזול.

ניתן להשתמש ב- BJT גם במקום ה- mosfet, ולמעשה BJT ייצר טווח בקרה גבוה יותר של בין 1V ל- 12V על פני המנוע.

הדגמת וידאו

כשמדובר בשליטה על מהירות המנוע בצורה אחידה ויעילה, בקר מבוסס PWM הופך לאופציה האידיאלית, כאן נלמד עוד, לגבי מעגל פשוט ליישום פעולה זו.

תכנון מס '2: בקרת מנוע PWM DC עם IC 555

ניתן להבין את התכנון של בקר מהירות מנוע פשוט המשתמש ב- PWM:
בתחילה כאשר המעגל מופעל, פין ההדק נמצא במצב לוגי נמוך מכיוון שהקבל C1 אינו טעון.

התנאים שלעיל יוזמים את מחזור התנודה, מה שהופך את תפוקת השינוי לגיונית.
תפוקה גבוהה מאלצת כעת את הקבל להיטען דרך D2.

בהגעה לרמת מתח שהיא 2/3 מהאספקה, סיכה מס '6 שהיא סף הפעלת ה- IC.
הרגע שמסיכה מספר 6 מפעילה, סיכה מס '3 וסיכה מס' 7 חוזרת ללוגיקה נמוכה.

כאשר סיכה 3 נמוכה, C1 שוב מתחיל להתפרק באמצעות D1, וכאשר המתח על פני C1 יורד מתחת לרמה שהיא 1/3 ממתח האספקה, סיכה # 3 וסיכה 7 שוב הופכות גבוהות, מה שגורם למעגל לעקוב והמשיך לחזור.

מעניין לציין כי ל- C1 שני מסלולים מוגדרים באופן דיסקרטי לתהליך טעינה ופריקה דרך הדיודות D1, D2 ודרך זרועות ההתנגדות שהוגדרו על ידי הסיר בהתאמה.

פירוש הדבר שסכום ההתנגדויות שנתקל ב- C1 בעת טעינה ופריקה נשאר זהה ולא משנה כיצד מוגדר הסיר, ולכן אורך הגל של הדופק המוצא תמיד נשאר זהה.

עם זאת, מכיוון שהטעינה או פרקי הזמן לפריקה תלויים בערך ההתנגדות הנתקל בנתיביהם, הסיר מגדיר באופן דיסקרטי את פרקי הזמן הללו בהתאם להתאמות שלו.

מכיוון שתקופות זמן הטעינה והפריקה קשורות ישירות למחזור חובת הפלט, היא משתנה בהתאם לכוונון הסיר, מה שמספק צורות לפולסי PWM המשתנים המיועדים ביציאה.

התוצאה הממוצעת של יחס הסימן / רווח מולידה את תפוקת ה- PWM השולטת בתורו על מהירות DC של המנוע.

פעימות ה- PWM מוזנות לשער של מוספט המגיב ושולט בזרם המנוע המחובר בתגובה להגדרת הסיר.

הרמה הנוכחית דרך המנוע מחליטה על מהירותה וכך מיישמת את האפקט השולט באמצעות הסיר.

ניתן לחשב את תדירות הפלט מה- IC באמצעות הנוסחה:

F = 1.44 (VR1 * C1)

ניתן לבחור את mosfet בהתאם לדרישה או לזרם העומס.

ניתן לראות את תרשים המעגל של בקר מהירות המנוע DC המוצע:

אב טיפוס:

הוכחת בדיקת וידאו:

בסרטון הווידאו לעיל אנו יכולים לראות כיצד נעשה שימוש בעיצוב מבוסס IC 555 לבקרת מהירות של מנוע DC. כפי שאתה עשוי להיות עד, למרות שהנורה פועלת בצורה מושלמת בתגובה ל- PWM ומשתנה בעוצמתה ממינימום זוהר לנמוך ביותר, המנוע אינו עושה זאת.

המנוע בתחילה אינו מגיב ל- PWM הצר, אלא מתחיל עם אידיוט לאחר התאמת ה- PWM לרוחבי הדופק הגבוהים משמעותית.

זה לא אומר שבמעגל יש בעיות, זה בגלל האבזור של מנוע DC מוחזק בחוזקה בין זוג מגנטים. כדי להתחיל התחלה על האבזור לקפוץ את סיבובו על פני שני קטבי המגנט אשר אינם יכולים לקרות בתנועה איטית ועדינה. זה צריך ליזום בדחף.

זו בדיוק הסיבה שבגללה המנוע בתחילה דורש התאמות גבוהות יותר עבור ה- PWM וברגע שהסיבוב מתחיל, האבזור צובר אנרגיה קינטית מסוימת וכעת השגת מהירות איטית יותר הופכת ליתכנה באמצעות PWMs צרים יותר.

עם זאת, עדיין, אי אפשר להגיע לסיבוב למצב איטי שנע בקושי בגלל אותה סיבה כפי שהוסבר לעיל.

ניסיתי בכל כוחי לשפר את התגובה ולהשיג שליטה איטית ביותר ב- PWM על ידי ביצוע מספר שינויים בתרשים הראשון כמוצג להלן:

עם זאת, המנוע יכול להראות שליטה טובה יותר ברמות האטיות יותר אם המנוע מחובר או קשור בעזרת עומס דרך הילוכים או מערכת גלגלת.

זה עשוי לקרות מכיוון שהעומס ישמש כבלם ויעזור לספק תנועה מבוקרת במהלך כיווני המהירות האיטיים יותר.

תכנון מס '3: שימוש ב- IC 556 לבקרת מהירות משופרת

משתנה מהירות מנוע DC יכול להיות שנראה לא כל כך קשה ואתה עלול למצוא הרבה מעגלים עבור זה.

עם זאת מעגלים אלה אינם מבטיחים רמות מומנט עקביות במהירויות מנוע נמוכות יותר, מה שהופך את התפקוד ליעיל למדי.

יתר על כן במהירויות נמוכות מאוד בגלל מומנט לא מספיק, המנוע נוטה להיתקע.

חסרון רציני נוסף הוא, כי אין תכונת היפוך מנוע כלולה במעגלים אלה.

המעגל המוצע נקי לחלוטין מהחסרונות הנ'ל ומסוגל לייצר ולקיים רמות מומנט גבוהות גם במהירויות הנמוכות ביותר האפשריות.

מבצע מעגל

לפני שנדון במעגל בקר המנוע PWM המוצע, נרצה גם ללמוד את החלופה הפשוטה יותר שאינה יעילה כל כך. עם זאת, זה עשוי להיחשב טוב למדי כל עוד העומס על המנוע אינו גבוה, וכל עוד המהירות לא מופחתת לרמות מינימום.

האיור מראה כיצד ניתן להשתמש ב- IC יחיד 556 לבקרת מהירות של מנוע מחובר, לא ניכנס לפרטים, החיסרון הבולט היחיד בתצורה זו הוא שהמומנט הוא פרופורציונלי ישירות למהירות המנוע.

אם נחזור לתכנון המעגל הבקר המהיר המומנט הגבוה, כאן השתמשנו בשני 555 ICs במקום אחד או יותר נכון IC 556 יחיד המכיל שני 555 ICs בחבילה אחת.

תרשים מעגלים

תכונות עיקריות

בקצרה המוצע בקר מנוע DC כולל את התכונות המעניינות הבאות:

ניתן לשנות את המהירות ברציפות מאפס למקסימום, מבלי להיתקע.

המומנט לעולם אינו מושפע מרמות המהירות ונשאר קבוע גם ברמות המהירות המינימליות.

ניתן לסובב או להפוך את סיבוב המנוע בתוך שבריר שנייה.

המהירות משתנה בשני הכיוונים של סיבוב המנוע.

השניים 555 ICs מוקצות עם שתי פונקציות נפרדות. קטע אחד מוגדר כמולטיברטור מדהים המייצר שעוני גל מרובע של 100 הרץ אשר מוזר לקטע 555 הקודם בתוך החבילה.

התדר הנ'ל אחראי לקביעת תדירות ה- PWM.

הטרנזיסטור BC 557 משמש כמקור זרם קבוע השומר על הקבל הסמוך בזרוע האספן שלו טעון.

זה מפתח מתח שן מסור על פני הקבל הנ'ל, אשר מושווה בתוך 556 IC עם מתח הדגימה המופעל באופן חיצוני מעל הפין החוצה המוצג.

מתח הדגימה חל חיצוני יכול להיגזר ממעגל אספקת חשמל מתח משתנה 0-12V פשוט.

מתח משתנה זה המופעל על 556 IC משמש כדי לשנות את ה- PWM של הפולסים בפלט, ובסופו של דבר משמש לויסות המהירות של המנוע המחובר.

המתג S1 משמש כדי להפוך את כיוון המנוע באופן מיידי בכל צורך.

רשימת חלקים

• R1, R2, R6 = 1K,
• R3 = 150K,
• R4, R5 = 150 אוהם,
• R7, R8, R9, R10 = 470 אוהם,
• C1 = 0.1 uF,
• 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 = מתג למתג SPDT

המעגל הנ'ל נכתב בהשראת המעגל הבא של נהגי המנוע שהתפרסם זה מכבר במגזין אלקטרוני הודו.

שליטה על מומנט המנוע באמצעות IC 555

ניתן לפשט את דיאגרמת בקרת המנוע הראשונה באמצעות מתג DPDT להפעלת היפוך המנוע ובאמצעות טרנזיסטור עוקב פולט ליישום בקרת המהירות, כמוצג להלן:

בקרת מנוע מדויקת באמצעות מגבר בודד

שליטה מעודנת או מורכבת ביותר ב- DC. ניתן היה להשיג מנוע תוך שימוש במגבר-על ובמחולל טאצ'ו. המגבר האופטי מותקן כמתג רגיש למתח. במעגל המוצג להלן, ברגע שהפלט של מחולל הטאצ'ו ​​נמוך ממתח הייחוס הקבוע מראש, טרנזיסטור המיתוג יופעל ויהיה מנוע של 100%.

פעולת החלפה של מגבר ה- OP תתרחש בעוד כמה מילי-וולט סביב מתח הייחוס. תזדקק לאספקת חשמל כפולה, שעשויה להיות מיוצבת רק על ידי זנר.

בקר מנוע זה מאפשר טווח מתכוונן לאין ערוך מבלי לערב כל סוג של טרדות מכניות.

תפוקת המגבר אופ היא רק +/- 10% מרמת מסילות האספקה, ובכך ניתן יהיה לשלוט על חסיד פולט כפול.

ניתן לתקן את מתח הייחוס באמצעות תרמיסטורים, או LDR וכו '. ההתקנה הניסיונית המצוינת בתרשים המעגל עשתה שימוש במגבר אופציונלי RCA 3047A, ובמנוע 0.25W 6V כמחולל טכו שהפיק סביב 4V ב 13000 סל'ד המשוב המיועד.