вашего сайта -->

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Общие сведения

Электродвигатели переменного тока получили широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности человека, а именно — модели асинхронного типа.

Основное назначение двигателя как электрической машины — трансформация электрической энергии в механическую.

Асинхронный в переводе означает неодновременный, так как частота вращения ротора отличается от частоты переменного напряжения (U) в статоре. Существует две разновидности асинхронных двигателей по типу питания:

Однофазные применяются для домашних бытовых нужд, а трехфазные используются на производстве. В трехфазных асинхронных двигателях (далее ТАД) используются два вида роторов:

Замкнутые составляют около 95% от всех применяемых двигателей и обладают значительной мощностью (от 250 Вт и выше). Фазный тип конструктивно отличается от АД, но применяется достаточно редко по сравнению с первым. Ротор представляет собой стальную фигуру цилиндрической формы, которая помещается внутрь статора, причем на его поверхность напрессован сердечник.

Короткозамкнутый и фазный роторы

Впаянные или залитые в поверхность сердечника и накоротко замкнутые с торцов двумя кольцами высокопроводящие медные (для машин большой мощности) или алюминиевые стержни (для машин меньшей мощности) играют роль электромагнитов с полюсами, обращенными к статору. Стержни обмотки не имеют какой-либо изоляции, так как напряжение в такой обмотке нулевое.

Более часто используемый для стержней двигателей средней мощности алюминий отличается малой плотностью и высокой электропроводностью.

Для уменьшения высших гармоник электродвижущей силы (ЭДС) и исключения пульсации магнитного поля стержни ротора имеют определенным образом рассчитанный угол наклона относительно оси вращения. Если используется электромотор маленькой мощности, то пазы представляют собой закрытые конструкции, которые отделяют ротор от зазора с целью увеличения индуктивной составляющей сопротивления.

Ротор в виде фазного исполнения или типа характеризуются обмоткой, концы ее соединены по типу «звезда» и присоединены к контактным кольцам (на валу), по которым скользят графитовые щетки. Для устранения вихревых токов поверхность обмоток покрывается оксидной пленкой.

Кроме того, в цепь обмотки ротора добавляется резистор, позволяющий изменять активное сопротивление (R) роторной цепи для уменьшения значений пусковых токов (Iп). Пусковые токи отрицательно влияют на электрическую и механическую части электромотора.

Переменные резисторы, используемые для регулирования Iп:

  1. Металлические или ступенчатые с ручным переключением.
  2. Жидкостные (за счет погружения на глубину электродов).

Щетки, выполненные из графита, изнашиваются, и некоторые модели оборудованы короткозамкнутым конструктивным исполнением, которое поднимает щетки и замыкает кольца после запуска мотора. АД с фазным ротором являются более гибкими в плане регулирования Iп.

Конструктивные особенности

Асинхронный двигатель не имеет выраженных полюсов в отличие от электромотора постоянного тока. Число полюсов определяется количеством катушек в обмотках неподвижной части (статор) и способом соединения.

В асинхронной машине с 4-мя катушками проходит магнитный поток. Статор выполняется из листов спецстали (электротехническая сталь), сводящих к нулю вихревые токи, при которых происходит значительный нагрев обмоток.

Он приводит к массовому межвитковому замыканию.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Железняк или сердечник ротора напрессовывается непосредственно на вал. Между ротором и статором существует минимальный воздушный зазор. Обмотка ротора выполняется в виде «беличьей клетки» и сделана из медных или алюминиевых стержней.

В электромоторах мощностью до 100 кВт применяется алюминий, обладающий незначительной плотностью — для заливки в пазы сердечника ротора. Но несмотря на такое устройство, двигатели этого типа греются.

Для решения этой проблемы используются вентиляторы для принудительного охлаждения, которые насаживаются на вал. Эти двигатели просты и надежны. Однако двигатели потребляют при пуске большой ток, в 7 раз больше номинального.

Из-за этого они имеют низкий пусковой момент, так как большая часть энергии электричества идет на нагрев обмоток.

Электромоторы, у которых повышенный момент пуска, отличаются от обыкновенных асинхронных конструкцией ротора. Ротор изготавливается в виде двойной «беличьей клетки». Эти модели имеют сходство с фазными типами изготовления ротора.

Он состоит из внутренней и наружной «беличьих клеток», причем наружная является пусковой и обладает большим активным и малым реактивным R. Наружная обладает незначительным активным и высоким реактивным R.

При увеличении частоты вращения I переключается на внутреннюю клетку и работает в виде короткозамкнутого ротора.

Принцип работы

При протекании I по статорной обмотке в каждой из них создается магнитный поток (Ф). Эти Ф сдвинуты на 120 градусов относительно друг друга. Полученный Ф является вращающимся, создающим электродвижущую силу (ЭДС) в алюминиевых или медных проводниках.

В результате этого и создается пусковой магнитный момент электромотора, и ротор начинает вращаться. Этот процесс называется еще в некоторых источниках скольжением (S), показывающим разность частоты n1 электромагнитного поля стартера, которое становится больше, чем частота, полученная при вращении ротора n2.

Вычисляется в процентах и имеет вид: S = ((n1-n2)/n1) * 100%.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Методы настройки оборотов

Для предотвращения отрицательного влияния во время пуска нужно уменьшить обороты электродвигателя 220 в или 380 в. Существует несколько способов достижения этой цели:

  1. Изменение значения R цепи ротора.
  2. Изменение U в обмотке статора.
  3. Изменение частоты U.
  4. Переключение полюсов.

При изменении значения R роторной части при помощи дополнительных резисторов приводит к снижению частоты вращения, но в результате этого уменьшается мощность. Следовательно, получается значительная потеря электроэнергии. Этот тип регулирования следует применять для фазного ротора.

При изменении значений U на статорной катушке возможно механическое или электрическое управление частотой вращения ротора. В этом случае используется регулятор U.

Использование такого способа позволяет применять его только при вентиляторном характере нагрузки (например, регулятор оборотов вентилятора 220в).

Для всех остальных случаев применяют трехфазные автоматические трансформаторы, позволяющие плавно изменять значения U, или тиристорные регуляторы.

Исходя из формулы зависимости частоты вращения от частоты питающего U можно производить регулирование количества оборотов ротора. Частота вращающегося магнитного поля статора вычисляется по формуле: Nст = 60 * f /p (f — частота тока питающей сети, p — число пар полюсов).

Этот способ обеспечивает возможность плавного регулирования частоты вращения роторной части. Для получения высокого коэффициента полезного действия нужно изменять частоту и U. Этот способ является оптимальным для двигателей с короткозамкнутым ротором, так как потери мощности минимальны.

Существует два метода изменения количества пар полюсов:

  1. В статор (в пазы) нужно уложить 2 обмотки с различным числом p.
  2. Обмотка состоит из двух частей, соединенных параллельно или последовательно.

Основным недостатком этого метода является поддержание ступенчатого характера изменения частоты электромотора с короткозамкнутым ротором.

Виды и критерии выбора

Для выбора регулятора нужно руководствоваться определенными характеристиками для конкретного случая. Среди всех критериев можно выбрать следующие:

  1. Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольтПо типу управления. Для двигателей коллекторного типа применяются регуляторы с векторной или скалярной системой управления.
  2. Мощность является основным параметром, от которого нужно отталкиваться.
  3. По диапазону U.
  4. По диапазону частот. Нужно выбирать модель, которая соответствует требованиям пользователя для конкретного случая.
  5. Прочие характеристики, в которые включены гарантия, габариты, комплектация.

Кроме того, регулятор подбирается мощнее, чем сам электродвигатель по формуле: Pрег = 1,3 * Pдвиг (Pрег, Pдвиг — мощность регулятора и двигателя соответственно). Его нужно выбирать на разные диапазоны U, так как универсальность играет важную роль.

Устройство на тиристорах

В этой модели, представленной на схеме 1, применяются 2 тиристора, включенных встречно-параллельно, хотя их можно заменить одним симистором.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Схема 1 — Тиристорная регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

Эта схема производит регулирование с помощью открытия или закрытия тиристоров (симистора) при фазовом переходе через нейтраль. Для корректного управления коллекторным двигателем применяют следующие способы модификации схемы 1:

  1. Установка защитных LRC-цепей, состоящих из конденсаторов, резисторов и дросселей.
  2. Добавление на входе емкости.
  3. Использование тиристоров или симистора, ток которых превышает номинальное значение силы тока двигателя в диапазоне от 3..8 раз.
Читайте также:  Как определить жесткость пружины формула по физике

Этот тип регуляторов имеет достоинства и недостатки. К первым относятся низкая стоимость, маленький вес и габариты. Ко вторым следует отнести следующие:

  • применение для моторов небольшой мощности;
  • происходит шум и рывки мотора;
  • при использовании схемы на симисторах происходит попадание постоянного U на двигатель.

Этот тип регулятора ставится в вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины и электродрели . Отлично выполняет свои функции, несмотря на недостатки.

Транзисторный тип

Еще одним названием регулятора транзисторного типа является автотрансформатор или ШИМ-регулятор (схема 2). Он изменяет номинал U по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при помощи выходного каскада, в котором применяются транзисторы типа IGBT.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Схема 2 — Транзисторный ШИМ-регулятор оборотов.

Коммутация транзисторов происходит с высокой частотой и благодаря этому можно изменить ширину импульсов. Следовательно, при этом изменится и значение U. Чем длиннее импульс и короче паузы, тем выше значение U и наоборот. Положительные аспекты применения этой разновидности следующие:

  1. Незначительный вес прибора при низких габаритах.
  2. Довольно низкая стоимость.
  3. При низких оборотах отсутствие шума.
  4. Управление за счет низких значений U (0..12 В).

Основной недостаток применения заключается в том, что расстояние до электромотора должно быть не более 4 метров.

Регулирование за счет частоты

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

  1. Специализированные однофазные.
  2. Трехфазные без конденсатора.

Для регулирования оборотов используется конденсатор, включенный с обмотками однофазного двигателя (схема 3). Этот преобразователь частоты (ПЧ) имеет емкостное R, которое зависит от частоты протекающего переменного тока. Выходной каскад такого ПЧ выполнен на IGBT-транзисторах.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Схема 3 — Частотный регулятор оборотов.

У специализированного ПЧ есть свои преимущества и недостатки. Преимуществами являются следующие:

  1. Управление АД без участия человека.
  2. Стабильность.
  3. Дополнительные возможности.

Существует возможность управлять работой электромотора при определенных условиях, а также защита от перегрузок и токов КЗ. Кроме того, возможно расширять функционал при помощи подключения цифровых датчиков, мониторинга параметров работы и использования PID-регулятора. К минусам можно отнести ограничения при управлении частотой и довольно высокую стоимость.

Для трехфазных АД применяются также устройства регулирования частоты (схема 4). Регулятор имеет на выходе три фазы для подключения электромотора.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Схема 4 — ПЧ для трехфазного двигателя.

У этого варианта тоже есть свои сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие: низкую стоимость, выбор мощности, широкий диапазон частотной регуляции, а также все преимущества однофазных преобразователей частоты. Среди всех отрицательных сторон можно выделить основные: предварительный подбор и нагрев при пуске.

Изготовление своими руками

Если нет возможности, а также желания приобретать регулятор заводского типа, то можно собрать его своими руками. Хотя регуляторы типа » tda1085 » зарекомендовали себя очень хорошо.

Для этого нужно детально ознакомиться с теорией и приступить к практике. Очень популярны схемы симисторного исполнения, в частности регулятор оборотов асинхронного двигателя 220в (схема 5). Сделать его несложно.

Он собирается на симисторе ВТ138, хорошо подходящем для этих целей.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Схема 5 — Простой регулятор оборотов на симисторе.

Этот регулятор может быть использован и для регулировки оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт, так как является довольно простым и универсальным. Обороты регулируются благодаря изменению параметров Р1, определяющему фазу входящего сигнала, который открывает переход симистора.

Принцип работы прост. При запуске двигателя происходит его затормаживание, индуктивность изменятся в меньшую сторону и способствует увеличению U в цепи «R2—>P1—>C2». При разряде С2 симистор открывается в течение некоторого времени.

Существует еще одна схема. Она работает немного по-другому: путем обеспечения хода энергии обратного типа, которое является оптимально выгодным. В схему включен довольно мощный тиристор.

  • Схема 6 — Устройство тиристорного регулятора.
  • Схема состоит из генератора сигнала управления, усилителя, тиристора и участка цепи, выполняющего функции стабилизатора вращения ротора.

Наиболее универсальной схемой является регулятор на симисторе и динисторе (схема 7). Он способен плавно убавить скорость вращения вала, задать реверс двигателю (изменить направление вращения) и понизить пусковой ток.

Принцип работы схемы:

  1. С1 заряжается до U пробоя динистора D1 через R2.
  2. D1 при пробитии открывает переход симистора D2, который отвечает за управление нагрузкой.

​Напряжение при нагрузке прямо пропорционально зависит от частотной составляющей при открытии D2, зависящего от R2. Схема применяется в пылесосах.

Она содержит универсальное электронное управление, а также способность простого подключения питания 380 В. Все детали следует расположить на печатной плате, изготовленной по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ).

Подробно с этой технологии изготовления плат можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, при выборе регулятора оборотов электродвигателя возможна покупка заводского или изготовление своими руками. Самодельный регулятор сделать достаточно просто, так как при понимании принципа действия устройства можно с легкостью собрать его. Кроме того, следует соблюдать правила безопасности при осуществлении монтажа деталей и при работе с электричеством.

Регулятор оборотов двигателя 12 в

Во многих электронных схемах используются системы активного охлаждения с вентиляторами. Чаще всего их моторы управляются микроконтроллером или другой специализированной микросхемой, а скорость вращения регулируется с помощью ШИМ. Такое решение характеризуется не слишком хорошей плавностью работы, может привести к нестабильной работе вентилятора, а кроме того, создает много помех.

Для потребностей высококачественной аудиотехники разработан аналоговый регулятор оборотов вентилятора. Схема пригодится при строительстве усилителей НЧ с активной системой охлаждения и позволяет выполнить плавную регулировку оборотов вентиляторов в зависимости от температуры.

Производительность и мощность зависит в основном от выходного транзистора, тесты проводились с выходными токами до 2 А, что позволяет подключить даже несколько больших вентиляторов на 12 В. Естественно можно применить это устройство и для управления обычными моторами постоянного тока, при необходимости повысив питающее напряжение.

Хотя для совсем уже мощных двигателей придётся задействовать системы плавного пуска tehprivod.su/katalog/ustroystva-plavnogo-puska

Принципиальная схема регулятора оборотов мотора

Схема состоит из двух частей: дифференциального усилителя и стабилизатора напряжения. Первая часть занимается измерением температуры и обеспечивает напряжение, пропорциональное температуре, когда она превышает установленный порог. Это напряжение является управляющим для стабилизатора напряжения, выход которого контролирует питание вентиляторов.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Схема регулятора оборотов электродвигателя постоянного тока приведена на рисунке. Основа — компаратор U2 (LM393), работающий в этой конфигурации как обычный операционный усилитель.

Первая его часть U2A работает как усилитель дифференциальный, чьи условия работы определяют резисторы R4-R5 (47k) и R6-R7 (220k).

Конденсатор C10 (22pF) улучшает стабильность усилителя, а R12 (10k) подтягивает выход компаратора к плюсу питания.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

На один из входов дифференциального усилителя подается напряжение, которое образуется через делитель, состоящий из R2 (6,8k), R3 (680 Ом) и PR1 (500 Ом), и фильтруется с помощью C4 (100nF). На второй вход этого усилителя поступает напряжение с датчика температуры, который в данном случае один из разъемов транзистора T1 (BD139), поляризованный небольшим током с помощью R1 (6,8k).

Конденсатор C2 (100nF) был добавлен, чтобы фильтровать напряжение с датчика температуры. Полярность датчика и делителя опорного напряжения задает стабилизатор U1 (78L05) вместе с конденсаторами C1 (1000uF/16V), C3 (100nF) и C5 (47uF/25V), предоставляя стабилизированное напряжение 5 В.

Читайте также:  Скос кромок под сварку

Компаратор U2B работает как классический усилитель ошибки. Он сравнивает напряжение с выхода дифференциального усилителя с выходным напряжением с помощью цепочки R10 (3,3k), R11 (47 Ом) и PR2 (200 Ом). Исполнительным элементом стабилизатора является транзистор T2 (IRF5305), база которого управляется делителем R8 (10k) и R9 (5,1k).

Конденсатор C6 (1uF) и C7 (22pF) и C9 (10nF) улучшают стабильность петли обратной связи. Конденсатор C8 (1000uF/16V) фильтрует выходное напряжение, он имеет значительное влияние на стабильность системы. Разъемом выхода — AR2 (TB2), а разъем питания — AR1 (TB2).

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Благодаря применению выходного транзистора с низким сопротивлением в открытом состоянии, схема обладает очень малым падением напряжения — порядка 50 мВ при выходном токе 1 А, что не требует блока питания с более высоким напряжением для управления вентиляторами, работающие на 12 В.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

В большинстве случаев в роли U2 можно применить популярный операционный усилитель LM358, правда несколько ухудшив выходные параметры.

Сборка регулятора

Монтаж следует начинать с установки двух перемычек, затем должны быть установлены все резисторы и мелкие керамические конденсаторы.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Далее устанавливаем переменные резисторы, стабилизатор и все разъемы, заканчивая большими электролитическими конденсаторами. Транзисторы T1 и T2 оставляем на самый конец.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

В большинстве случаев оба эти элемента будут установлены снизу платы на ножках, изогнутых под углом 90 градусов. Такая укладка позволит их прикрутить непосредственно к радиатору (обязательно использовать изоляционные прокладки).

   Форум

   Форум по обсуждению материала Регулятор оборотов двигателя 12 в

ПРОВОДНИКИ И ИЗОЛЯТОРЫ Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт
SMD ПРЕДОХРАНИТЕЛИ Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Шим регулятор оборотов: схема модуля управления мотором

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока проще всего организовать с помощью ШИМ регулятора. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, в английском языке это называется PWM — Pulse Width Modulation. Теорию я подробно объяснять не буду, информации полно в интернете.

Шим регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока рассчитанного на напряжение 12 в

Своими словами — если у нас есть двигатель постоянного тока на 12 вольт — то мы можем регулировать обороты двигателя изменяя напряжение питания.

Изменяя напряжение питания от нуля до 12 вольт будут изменятся обороты двигателя от нуля до максимальных.

В случае с ШИМ регулятором мы будем изменять скважность импульсов от 0 до 100% и это будет эквивалентно изменению напряжения питания двигателя и соответственно будут изменятся обороты двигателя.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Рассмотрим первый ШИМ регулятор на 5 ампер. Есть такая самая любимая микросхема всех радиолюбителей — это таймер NE555 ( или советский аналог КР1006ВИ). Вот на этой микросхеме и собран ШИМ регулятор.

Кроме таймера здесь я использую стабилизатор на 9 вольт LM7809, мощный полевой транзистор с N-каналом IRF540, сдвоенный диод Шоттки, а также другие мелкие детали.

Схема по которой собран этот регулятор всем известна и очень популярна.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт
Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 5A

В более мощном исполнении я применяю просто параллельное включение нескольких полевых транзисторов IRF540 и более мощный сдвоенный диод Шоттки. В остальном всё аналогично.

  • Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт
  • Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт
  • Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт
    Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 10A

Подключение ШИМ регулятора очень простое. Вы видите 4 клеммы — две клеммы для подачи питания (+) и (-), и две клеммы для подключения мотора (M+) и (M-).

[adsens]

Шим регулятор 12в на 555

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Представляем простую конструкцию регулятора мощности, схема которого построена на таймере 555, работающем в режиме ШИМ. Транзисторы IRF3205 являются управляемыми элементами, причем транзисторы соединены параллельно для уменьшения сопротивления и лучшего рассеивания тепла.

Схема ШИМ на 12 В для ламп

Напряжение от трансформатора выпрямляется мостом на 50 А, установленным на радиаторе. Подается оно далее на стабилизатор 8 В, а затем в схему управления. Устройство должно было работать с несколькими галогенками 12 В 50 Вт.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Кстати, вы можете хорошо уменьшить нагрев транзисторов снизив частоту коммутации – на это стоит обратить внимание.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

При полной яркости будет ток в нагрузке около 25 А. Так что уделите особое внимание винтовым соединительным разъемам. Кабели сечением 1,5 мм2 тоже недостаточны для такого большого тока.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Конечно, затворы лучше переключать напряжением около 10 – 12 В (не более 15 В для безопасности МОП-транзисторов), чем 6 В, хотя бы для того чтобы быть уверенным в их насыщении во включенном состоянии.

А более высокое напряжение также означает более быструю перезагрузку затворов, что приводит к более короткому переходному времени, а это снижает потери мощности на них.

Если они не насыщаются, то тепло, генерируемое на них с высокой рабочей мощностью, заставит транзисторы сильно греться.

Чтобы поднять управляющее напряжение, достаточно подключить R3 напрямую к источнику питания, а не к стабилизатору. Чтобы ускорить переключение, предлагаем конденсатор 0.1 мкФ поставить параллельно с R2 и, если необходимо, дополнительно в ряд перед этим параллельным соединением резистор, чтобы минимизировать токи при разряде конденсатора.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Вместо резистора R3 ещё лучше ставить резисторы 5-10 Ом в затворах mosfet и использовать более мощные биполярные транзисторы, например семейства BD136 – BD140 соответствующих типов проводимости.

Полезное:  Портативный усилитель для наушников

Упрощенный ШИМ 12V регулятор постоянного тока

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Для регуляторов оборотов мотора постоянного тока можно использовать эту, показанную выше схему. Здесь нет необходимости использовать управляющие транзисторы. Mosfet могут быть подключены параллельно, добавив один 30-ти омный резистор к затвору каждого транзистора. Плату можете скачать в архиве.

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

   На рисунках ниже изображены ШИМ сигналы с различными коэффициентами заполнения.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

      При таком методе управления скорость вращения двигателя будет пропорциональна коэффициенту заполнения ШИМ сигнала. 

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.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

   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. 

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

   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. 

  • Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

     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:

  1. F = 1.44/(R1*C1), [Гц]
Читайте также:  Склерозное поражение замыкательных пластин позвоночника

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.

  • Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

   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.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

У вас недостаточно прав для комментирования.

Как сделать простой ШИМ контроллер для электродвигателя 12в своими руками

Один мой знакомый подал мне идею сделать электровелосипед своими руками. Поначалу задумка мне показалась странной, но потом я вник и даже загорелся. На финальном этапе сборки у меня уже почти всё было готово, оставался лишь ШИМ регулятор. Почему-то его я тоже захотел сделать сам. Результатом вполне доволен, поэтому дальше расскажу вам то, как своими руками сделать ШИМ контроллер для электродвигателя.

Про ШИМ регулятор

ШИМ (PWM) регулятор широкого применения – устройство, разработанное для плавного включения, выключения и регулировки мощности, оборотов, яркости и другого.

Ранее для регулировки оборотов электродвигателей изменяли питающее напряжение. Однако в современной электротехнике от этого отказались. Теперь регулировка происходит путём подачи на электромотор импульсов тока, которые имеют разную длительность. Что и делают ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы, которые в последнее время становятся всё более и более популярными.

Схемы ШИМ контроллеров универсальны – подойдут и для регулировки яркости ламп, и для регулировки скорости оборотов мотора да хоть для регулирования силы тока в зарядном устройстве.

Сфера применения ШИМ регуляторов очень велика.

Обзор на плату

Собранная плата самодельного ШИМ регулятора:

  • Управление платы ручное и осуществляется переменным резистором или внешним напряжением в диапазонах:
  • 0,45 В – устройство выключено, коэффициент заполнения – 0%
  • 0,5/3,5 В – плавное регулирование, коэффициент заполнения от 0,1% до 99,9%
  • 3,6 В – устройство включено, коэффициент заполнения – 100%
  • Устройство работает при постоянном напряжении от 10 до 28 Вольт.
  • Максимальное напряжение ограничено максимально допустимым напряжением силовых ключей, а также обратным напряжением мощного диода в нагрузке, при отдельном от дополнительного источника питания управления на 15 В.
  • Советую при напряжение не доходящим до 15 Вольт не устанавливать стабилизатор.
  • Вместо него лучше подойдёт какой-нибудь диод или обычная перемычка.
  • Если же напряжение от 15 до 28 Вольт, то стоит установить линейный (например, 7815) или импульсный стабилизатор в виде готового модуля на MP2307, при этом необходимо выставить на нём напряжение 15 Вольт.
  • Заказать их можно на всё том же Алиэкспрессе.
  • При необходимости вы можете регулировать частоту плавно переменным резистором.
  • Для этого нужно подключить его на плату вместо перемычки.

Схема самодельного контроллера

Данная схема содержит минимальное количество компонентов в обвязках микросхем:

  1. Основной контроллер ШИМ от 0% до 100%, что будет управлять всей мощностью в нагрузке, собран на микросхеме TL494.
  2. При этом варианте включения компенсируется внутреннее смещение для формирования мертвого времени.
  3. При коммутации больших токов возникают сильные помехи.
  4. Изолированный источник питания +15 Вольт -12 Вольт с дополнительной защитой от перегрузок собран на микросхеме NE555.
  5. Основной задаче является регулирование вторичных напряжений путём изменения частоты.
  6. В зависимости от нагрузки он работает на частоте в диапазоне 120-480 кГц.
  7. В случае перегрузки ширина импульса, а также частота, уменьшается.
  8. Если же нагрузка отсутствует, на трансформаторе плюсовое плечо стремится к 25 вольтам, а минусовое напряжение уменьшается, пока не достигнет нуля.
  9. Если на трансформаторе отсутствует нагрузка, то либо драйвер не подключён, либо холостой ход.
  10. Для снижения помех и нагрузки на провода, отсекая реактивную энергию, следует установить обратный диод нагрузки в непосредственной близости к самой нагрузке.
  11. В этом случае вы можете использовать проводники, чьё сечение меньше, чем у тех, что использовались при установке диода на удалении от нагрузки.

Тестирование контроллера

  • Одним способом применения данного контроллера является плавное регулирование оборотов электродвигателя.
  • При этом можно не удалять штатную дискретную схему регулировки оборотов – она остаётся, не нарушается и продолжает работать.
  • Схема подключается лишь тремя проводами: плюс на 12 Вольт, масса и провод самого электродвигателя.
  • Также плату можно использовать для замены переключателя и гасящего резистора в родной схеме.
  • Первым делом при тестировании убедитесь, что все детали на своём месте и надёжно закреплены.
  • Дальше изготовленный ШИМ регулятор для двигателя электровелосипеда должен быть одновременно подключён и к аккумулятору, и к мотору велосипеда, что будет приводить его в движение.
  • Используйте набор ячеек литиевых батарей, номинальное напряжение которые составляет 80 Вольт (такие батареи как раз используются в электровелосипедах).
  • Поворачивая потенциометр по часовой стрелке, двигатель вашего велосипеда постепенно начнёт вращаться, а его скорость увеличиваться пропорционально вращению ручки.
  • Если всё в порядке, то ваш самодельный ШИМ контроллер собран правильно.

Рекомендую следующее видео, в котором автор изготавливает ШИМ регулятор своими руками:

Как итог..

ШИМ регулятор своими руками готов. Собрать его не составит особого труда для любого, кто хоть немного разбирается в радиотехнике.

Я собирал свой контроллер для использования в электродвигателе электровелосипеда, однако он может использоваться не только в двигателях.

Это универсальное устройство – подойдёт и для настройки яркости ламп, и скорости оборотов мотора, и силы тока в зарядном устройстве.

Напишите в х, как вы считаете насколько надёжны ШИМ-регуляторы с Алиэкспресс?

Ссылка на основную публикацию