בקרת מהירות מנוע עם MOSFET

יש הרבה יישומים של MOSFET מהמגזר התעשייתי ועד למכשירי חשמל ביתיים כמו בקרת מהירות מנוע, עמעום אור, הגברה והחלפת אותות אלקטרוניים בתוך מכשירים אלקטרוניים, כמהפך, מגבר בתדר גבוה ועוד רבים. בדרך כלל, אלה זמינים בגדלים שונים כדי להתאים לצרכים שונים של פרויקטים אלקטרוניים. MOSFETs משמשים בכל פעם שאנו צריכים לשלוט במתחים וזרמים גדולים עם אות קטן. מאמר זה מספק מידע קצר על אחד מיישומי MOSFET כמו כיצד לעצב א בקרת מהירות מנוע עם MOSFET .

בקרת מהירות מנוע עם MOSFET

בחברה המודרנית, בקרת המהירות של מנועים חשמליים נמצאת בכל מקום מכיוון שהיא משמעותית עבור מכונות שונות. התפקוד הנדרש והביצועים של מנועים חשמליים הם רחבי טווח. כאשר אנו מתמקדים בחלק בקרת המהירות של המנוע, בקרת המהירות של מנועי צעד וסרוו יכולה להיעשות על ידי רכבת פולסים ואילו בקרת מהירות DC ומנוע אינדוקציה ללא מברשות יכולה להתבצע עם מתח DC או נגד חיצוני. כיום בתעשיות רבות, מנועים חשמליים משמשים כמקור כוח הכרחי. אבל, בקרת מהירות המנוע הכרחית מכיוון שהיא משפיעה ישירות על פעולת המכונה, איכותה ותוצאת העבודה.

הכוונה העיקרית של זה היא לתכנן מעגל עבור שליטה על מהירות מנוע DC עם MOSFET. MOSFET הוא סוג של טרנזיסטור, המשמש להגברה או החלפת מתחים בתוך מעגלים. סוג ה-MOSFET המשמש במעגל זה הוא מצב שיפור MOSFET שפועל רק במצב שיפור. זה אומר שהטרנזיסטור הזה יכובה בכל פעם שלא יסופק מתח למסוף השער והוא יופעל בכל פעם שסופק מתח. אז הופך את הטרנזיסטור לאידיאלי לשימוש כמו מתג לשליטה במנוע DC.

מנוע DC משמש ביישומים שונים כמו רובוטים, מכשירי חשמל, צעצועים וכו'. לכן ביישומים רבים של מנוע DC, בקרת מהירות וכיוון המנוע חיונית. כאן אנו הולכים להסביר כיצד לתכנן בקר מנוע DC פשוט עם MOSFET.

רכיבים נדרשים:

הרכיבים הדרושים לייצור בקר מנוע DC זה כוללים סוללת 12V, 100K פוטנציומטר , IRF540N E-MOSFET, מנוע DC ומתג.

חיבורים:

החיבורים של בקרת מהירות מנוע DC זה עם IRF540N EMOSFET תעקוב אחרינו;

מסוף השער IRF540 E-MOSFET מחובר לפוטנציומטר, מסוף המקור מחובר לחוט החיובי של המנוע, ומסוף הניקוז של ה-MOSFET מחובר למסוף החיובי של הסוללה באמצעות מתג.

החוט השלילי של המנוע מחובר למסוף השלילי של הסוללה.

מסוף היציאה של הפוטנציומטר מחובר למסוף השער של MOSFET, GND מחובר למסוף השלילי של הסוללה דרך חוט שלילי של המנוע, ופין VCC מחובר למסוף החיובי של הסוללה דרך מסוף ניקוז של MOSFET ולהחליף.

עובד

ברגע שהמתג 'S' נסגר, אספקת המתח במסוף שער MOSFET גורם לאספקת הזרם ממסוף הניקוז (D) למקור (S). לאחר מכן הזרם מתחיל לזרום בכל מנוע ה-DC והמנוע מתחיל להסתובב. ניתן לווסת בפשטות את סכום הזרם המסופק למנוע DC על ידי כוונון הפוטנציומטר, לאחר מכן הוא משנה את המתח המופעל במסוף השער של ה-MOSFET. אז נוכל לשלוט במהירות של מנוע DC על ידי שליטה במתח במסוף השער ב-MOSFET. כדי להגביר את מהירות מנוע ה-DC, עלינו להגביר את המתח המופעל במסוף השער של ה-MOSFET.

כאן, מעגל בקר מנוע DC מבוסס IRF540N MOSFET תוכנן לשלוט במהירות של המנוע . מעגל זה פשוט מאוד לתכנון באמצעות MOSFET ופוטנציומטר. אנו יכולים לשלוט במהירות המנוע על ידי שליטה פשוטה במתח המופעל במסוף השער של ה-MOSFET.

היתרונות של MOSFETs לבקרת מהירות מנוע:

טרנזיסטורים ממלאים תפקיד מהותי במעגלי בקרת מהירות מנוע, ו-MOSFET (טרנזיסטורי מתכת-תחמוצת-חצי מוליכים שדה-אפקט) מועדפים לרוב על פני סוגים אחרים של טרנזיסטורים כמו BJTs (טרנזיסטורי צומת דו-קוטבית) ו-IGBT (טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד) מכמה סיבות. . במאמר זה, נחקור את היתרונות והיישומים של שימוש ב-MOSFETs לבקרת מהירות מנוע על פני טרנזיסטורים אחרים.

• יעילות גבוהה :
  • MOSFETs מציגים התנגדות הפעלה נמוכה מאוד (RDS(on)), מה שמוביל לפיזור הספק מינימלי ויעילות גבוהה במעגלי בקרת מנוע.
  • יעילות גבוהה זו פירושה שפחות חום נוצר, מה שמפחית את הצורך במערכות קירור משוכללות, מה שהופך את MOSFETs למתאים ליישומים בעלי הספק גבוה.
• מהירות מיתוג מהירה :
  • למכשירי MOSFET יש מהירות מיתוג מהירה מאוד, בדרך כלל בטווח הננו-שניות.
  • תגובה מהירה זו מאפשרת שליטה מדויקת במהירות ובכיוון המנוע, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים בהם נדרשים שינויים מהירים.
• כוח כונן שער נמוך :
  • MOSFETs דורשים כוח כונן שער מינימלי כדי לעבור בין מצבי ההפעלה והכיבוי שלהם.
  • מאפיין זה ממזער את ההספק הדרוש לשליטה בטרנזיסטור, וכתוצאה מכך מערכות בקרת מנוע חסכוניות באנרגיה.
• אין צורך בזרם שער :
  • שלא כמו BJTs, MOSFETs אינם דורשים זרם שער רציף כדי להישאר במצב מופעל, מה שמפחית את צריכת החשמל של מעגל הבקרה.
  • זה יתרון במיוחד ביישומים המופעלים על ידי סוללה שבהם יעילות האנרגיה היא קריטית.
• סובלנות לטמפרטורה :
  • MOSFETs יכולים לפעול על פני טווח טמפרטורות רחב, מה שהופך אותם למתאימים הן לסביבות קרות וחמות.
  • תכונה זו היא בעלת ערך ביישומים כגון מערכות רכב ומכונות תעשייתיות.
• EMI מופחת :
  • MOSFETs מייצרים פחות הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) בהשוואה ל-BJTs ו-IGBTs.
  • זה חיוני ביישומים שבהם EMI יכול להפריע להתקנים או מערכות אלקטרוניות בקרבת מקום.

יישומים של בקרת מהירות מנוע עם MOSFETs:

• רכבים חשמליים (EV) וכלי רכב היברידיים :
  • MOSFETs נמצאים בשימוש נפוץ במערכות בקרת המנוע של כלי רכב חשמליים והיברידיים.
  • הם מציעים שליטה יעילה ומדויקת על המנועים החשמליים, התורמים לשיפור ביצועי הרכב וטווח הנסיעה.
• אוטומציה תעשייתית :
  • בתעשיות, בקרת מהירות מנוע מבוססת MOSFET משמשת עבור מסועים, זרועות רובוטיות ומערכות אוטומטיות אחרות.
  • מהירות המעבר המהירה של MOSFETs מבטיחה שליטה מדויקת ומגיבה בתהליכי ייצור.
• מכשירי חשמל לבית :
  • MOSFETs נמצאים במכשירי חשמל ביתיים כמו מכונות כביסה, מזגנים ומאווררים לבקרת מהירות המנוע.
  • היעילות שלהם וייצור החום הנמוך הופכים אותם לאידיאליים עבור מכשירים חסכוניים באנרגיה.
• מערכות HVAC :
  • מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר (HVAC) משתמשות במנועי MOSFET לשליטה במהירות המנועים במאווררים ובמדחסים.
  • זה תורם לחיסכון באנרגיה וויסות טמפרטורה מדויק.
• הנעת מזל'ט :
  • מזל'טים דורשים בקרת מהירות מנוע יעילה כדי לשמור על יציבות ויכולת תמרון.
  • MOSFETs מועדפים במעגלי בקרת מנועי מזל'ט בשל משקלם הנמוך ויעילותם הגבוהה.
• מערכות קירור למחשב :
  • MOSFETs משמשים במאווררי קירור של מחשב כדי להתאים את מהירות המאוורר על סמך טמפרטורה, מה שמבטיח ביצועי קירור אופטימליים עם מינימום רעש.
• רכבות וקטרים ​​חשמליים :
  • MOSFETs משמשים במערכות בקרת המנוע של רכבות חשמליות וקטרים ​​כדי לווסת מהירות וכיוון ביעילות.
• מערכות אנרגיה מתחדשת :
  • טורבינות רוח ומערכות מעקב סולאריות משתמשות במנועי MOSFET כדי לשלוט במהירות המנועים, ולמטב את ייצור האנרגיה.

לסיכום, MOSFETs מציעים יתרונות רבים לבקרת מהירות המנוע, כולל יעילות גבוהה, מהירות מיתוג מהירה, דרישות כוח נמוכות של כונן שער ו-EMI מופחת. יתרונות אלו הופכים אותם לבחירה המועדפת במגוון רחב של יישומים, מרכבים חשמליים ואוטומציה תעשייתית ועד למכשירי חשמל ביתיים ומערכות אנרגיה מתחדשת. הרבגוניות והאמינות של MOSFETs הופכים אותם לאבן יסוד בטכנולוגיית בקרת המנוע המודרנית.