3 Einfache Schaltkreise des DC-Motordrehzahlreglers erklärt

3 Einfache Schaltkreise des DC-Motordrehzahlreglers erklärt

Eine Schaltung, die es einem Benutzer ermöglicht, die Drehzahl eines angeschlossenen Motors durch Drehen eines angeschlossenen Potentiometers linear zu steuern, wird als Motordrehzahlreglerschaltung bezeichnet.

Hier werden 3 einfach zu bauende Drehzahlreglerschaltungen für Gleichstrommotoren vorgestellt, eine mit MOSFET IRF540, eine mit IC 555 und die dritte mit IC 556 mit Drehmomentverarbeitung.



Design Nr. 1: Mosfet-basierter DC-Motordrehzahlregler

Eine sehr coole und einfache Drehzahlreglerschaltung für Gleichstrommotoren kann mit nur einem einzigen Mosfet, einem Widerstand und einem Topf aufgebaut werden, wie unten gezeigt:



Drehzahlregelung des Gleichstrommotors mit einem einzelnen Mosfet mit gemeinsamem Drain-Modus

Verwenden eines BJT-Emitterfolgers

Motordrehzahlregelung mit BJT-Emitterfolgerschaltung

Wie zu sehen ist, ist der Mosfet als Source-Follower oder allgemeiner Drain-Modus eingerichtet, um mehr über diese Konfiguration zu erfahren Siehe diesen Beitrag , in dem eine BJT-Version diskutiert wird, bleibt das Arbeitsprinzip jedoch dasselbe.



Bei dem obigen Entwurf einer Gleichstrommotorsteuerung erzeugt die Topfeinstellung eine variierende Potentialdifferenz über dem Gate des Mosfets, und der Quellenstift des Mosfets folgt einfach dem Wert dieser Potentialdifferenz und passt die Spannung über dem Motor entsprechend an.

Dies bedeutet, dass die Quelle immer 4 oder 5 V hinter der Gate-Spannung zurückbleibt und mit dieser Differenz nach oben / unten variiert, was eine variierende Spannung zwischen 2 V und 7 V über dem Motor darstellt.

Wenn die Gate-Spannung etwa 7 V beträgt, liefert der Source-Pin die minimalen 2 V an den Motor, was zu einem sehr langsamen Durchdrehen des Motors führt, und 7 V stehen über den Source-Pin zur Verfügung, wenn die Poti-Einstellung die vollen 12 V über das Gate des Gates erzeugt Mosfet.



Hier können wir deutlich sehen, dass der Mosfet-Quell-Pin dem Gate und damit dem Namensquellen-Follower zu folgen scheint.

Dies geschieht, weil der Unterschied zwischen dem Gate und dem Source-Pin des Mosfets immer etwa 5 V betragen muss, damit der Mosfet optimal leiten kann.

Wie auch immer, die obige Konfiguration hilft dabei, eine reibungslose Drehzahlregelung am Motor zu erzwingen, und das Design könnte recht billig gebaut werden.

Ein BJT könnte auch anstelle des Mosfets verwendet werden, und tatsächlich würde ein BJT einen höheren Regelbereich von etwa 1 V bis 12 V über den Motor erzeugen.

Video-Demo

https://youtu.be/W762NTuQ19g

Wenn es darum geht, die Motordrehzahl gleichmäßig und effizient zu steuern, wird eine PWM-basierte Steuerung zur idealen Option. Hier erfahren Sie mehr über eine einfache Schaltung zur Implementierung dieser Operation.

Design Nr. 2: PWM-Gleichstrommotorsteuerung mit IC 555

Der Aufbau eines einfachen Motordrehzahlreglers unter Verwendung von PWM kann wie folgt verstanden werden:
Zu Beginn, wenn die Schaltung mit Strom versorgt wird, befindet sich der Triggerstift in einer logisch niedrigen Position, da der Kondensator C1 nicht geladen ist.

Die obigen Bedingungen initiieren den Oszillationszyklus, wodurch der Ausgang auf ein logisch hohes Niveau geändert wird.
Ein hoher Ausgang zwingt den Kondensator nun zum Laden über D2.

Bei Erreichen eines Spannungspegels, der 2/3 der Versorgung beträgt, wird Pin 6, der die Schwelle der IC-Trigger darstellt, ausgelöst.
In dem Moment, in dem Pin 6 ausgelöst wird, werden Pin 3 und Pin 7 auf logisch niedrig zurückgesetzt.

Wenn Pin 3 niedrig ist, beginnt C1 erneut über D1 zu entladen. Wenn die Spannung an C1 unter den Pegel fällt, der 1/3 der Versorgungsspannung beträgt, werden Pin 3 und Pin 7 wieder hoch, wodurch der Zyklus folgt und weiter wiederholen.

Es ist interessant festzustellen, dass C1 zwei diskret festgelegte Pfade für den Lade- und Entladevorgang über die Dioden D1, D2 und durch die vom Topf eingestellten Widerstandsarme aufweist.

Dies bedeutet, dass die Summe der Widerstände, auf die C1 beim Laden und Entladen trifft, unabhängig von der Einstellung des Potis gleich bleibt. Daher bleibt die Wellenlänge des Ausgangsimpulses immer gleich.

Da jedoch die Lade- oder Entladezeiträume von dem Widerstandswert abhängen, der auf ihren Pfaden angetroffen wird, stellt der Topf diese Zeiträume diskret gemäß seinen Einstellungen ein.

Da die Lade- und Entladezeiträume direkt mit dem Ausgangs-Arbeitszyklus verbunden sind, variieren sie entsprechend der Einstellung des Topfes und geben den beabsichtigten variierenden PWM-Impulsen am Ausgang Form.

Das durchschnittliche Ergebnis des Mark / Space-Verhältnisses ergibt den PWM-Ausgang, der wiederum die Gleichstromdrehzahl des Motors steuert.

Die PWM-Impulse werden dem Gate eines Mosfets zugeführt, das als Reaktion auf die Einstellung des Topfes reagiert und den angeschlossenen Motorstrom steuert.

Der Strompegel durch den Motor entscheidet über die Drehzahl und setzt somit den Steuereffekt über den Topf um.

Die Frequenz der Ausgabe vom IC kann mit der Formel berechnet werden:

F = 1,44 (VR1 · C1)

Der Mosfet kann je nach Anforderung oder Laststrom ausgewählt werden.

Das Schaltbild des vorgeschlagenen Drehzahlreglers des Gleichstrommotors ist unten zu sehen:

Potentiometer-basierter Gleichstrommotor-Drehzahlregler IC 555

Prototyp:

Praktisches Prototypbild eines Drehzahlreglers für Gleichstrommotoren

Videotest Beweis:

https://youtu.be/M-F7MWcSiFY

Im obigen Videoclip können wir sehen, wie das IC 555-basierte Design zur Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors verwendet wird. Wie Sie vielleicht sehen, funktioniert die Glühbirne zwar perfekt als Reaktion auf die PWMs und variiert ihre Intensität von minimalem Glühen bis maximalem Tief, der Motor jedoch nicht.

Der Motor reagiert zunächst nicht auf die schmalen PWMs, sondern beginnt mit einem Ruck, nachdem die PWMs auf deutlich höhere Impulsbreiten eingestellt wurden.

Dies bedeutet nicht, dass die Schaltung Probleme hat, sondern weil der Anker des Gleichstrommotors fest zwischen zwei Magneten gehalten wird. Um einen Start einzuleiten, muss der Anker seine Drehung über die beiden Pole des Magneten springen, was mit einer langsamen und sanften Bewegung nicht möglich ist. Es muss mit einem Schub beginnen.

Genau aus diesem Grund erfordert der Motor zunächst höhere Einstellungen für die PWM. Sobald die Drehung eingeleitet wird, gewinnt der Anker etwas kinetische Energie, und jetzt wird das Erreichen einer langsameren Drehzahl durch engere PWMs möglich.

Dennoch kann es aus demselben Grund wie oben erläutert unmöglich sein, die Rotation in einen sich kaum bewegenden langsamen Zustand zu bringen.

Ich habe mein Bestes getan, um die Reaktion zu verbessern und eine möglichst langsame PWM-Steuerung zu erreichen, indem ich im ersten Diagramm einige Änderungen vorgenommen habe, wie unten gezeigt:

modifizierter PWM-DC-Motorsteuerkreis

Allerdings könnte der Motor bei langsameren Pegeln eine bessere Kontrolle zeigen, wenn der Motor mit einer Last über Zahnräder oder Riemenscheibensysteme befestigt oder festgeschnallt ist.

Dies kann passieren, weil die Last als Dämpfer fungiert und dazu beiträgt, während der langsameren Geschwindigkeitsanpassungen eine kontrollierte Bewegung bereitzustellen.

Design Nr. 3: Verwenden von IC 556 zur erweiterten Geschwindigkeitsregelung

Variation der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors scheint nicht so schwierig zu sein und Sie finden möglicherweise viele Schaltkreise dafür.

Diese Schaltkreise garantieren jedoch keine konstanten Drehmomente bei niedrigeren Motordrehzahlen, was die Funktion ziemlich ineffizient macht.

Darüber hinaus neigt der Motor bei sehr niedrigen Drehzahlen aufgrund eines unzureichenden Drehmoments zum Abwürgen.

Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist, dass diese Schaltkreise keine Motorumkehrfunktion enthalten.

Die vorgeschlagene Schaltung ist völlig frei von den oben genannten Mängeln und kann selbst bei niedrigstmöglichen Drehzahlen hohe Drehmomente erzeugen und aufrechterhalten.

Schaltungsbetrieb

Bevor wir die vorgeschlagene PWM-Motorsteuerschaltung diskutieren, möchten wir auch die einfachere Alternative kennenlernen, die nicht so effizient ist. Trotzdem kann es als ziemlich gut angesehen werden, solange die Last über dem Motor nicht hoch ist und solange die Drehzahl nicht auf ein Minimum reduziert wird.

Die Abbildung zeigt, wie ein einzelner 556-IC zur Steuerung der Drehzahl eines angeschlossenen Motors verwendet werden kann. Wir werden nicht auf die Details eingehen. Der einzige bemerkenswerte Nachteil dieser Konfiguration besteht darin, dass das Drehmoment direkt proportional zur Drehzahl des Motors ist.

Um auf das vorgeschlagene Schaltungsdesign für Drehzahlregler mit hohem Drehmoment zurückzukommen, haben wir hier zwei 555-ICs anstelle eines oder vielmehr eines einzelnen IC 556 verwendet, der zwei 555-ICs in einem Gehäuse enthält.

Schaltplan

Haupteigenschaften

Kurz das vorgeschlagene Gleichstrommotorsteuerung enthält die folgenden interessanten Funktionen:

Die Geschwindigkeit kann kontinuierlich von null bis maximal variiert werden, ohne zu blockieren.

Das Drehmoment wird niemals von den Geschwindigkeitsstufen beeinflusst und bleibt auch bei minimalen Drehzahlen konstant.

Die Motordrehung kann innerhalb von Sekundenbruchteilen umgedreht oder umgekehrt werden.

Die Drehzahl ist in beiden Richtungen der Motordrehung variabel.

Die Zwei 555 ICs sind mit zwei getrennten Funktionen belegt. Ein Abschnitt ist als astabiler Multivibrator konfiguriert, der 100-Hz-Rechteckwellentakte erzeugt, die dem vorhergehenden 555-Abschnitt innerhalb des Gehäuses zugeführt werden.

Die obige Frequenz ist für die Bestimmung der Frequenz der PWM verantwortlich.

Der Transistor BC 557 wird als Konstantstromquelle verwendet, die den angrenzenden Kondensator an seinem Kollektorarm geladen hält.

Dies entwickelt eine Sägezahnspannung über dem obigen Kondensator, die innerhalb des 556 IC mit der Probenspannung verglichen wird, die extern über die gezeigte Pinbelegung angelegt wird.

Die extern angelegte Abtastspannung kann aus einem einfachen Stromversorgungskreis mit variabler Spannung von 0 bis 12 V abgeleitet werden.

Diese an den 556 IC angelegte variierende Spannung wird verwendet, um die PWM der Impulse am Ausgang zu variieren, und wird schließlich für die Drehzahlregelung des angeschlossenen Motors verwendet.

Der Schalter S1 wird verwendet, um die Motorrichtung bei Bedarf sofort umzukehren.

Liste der Einzelteile

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

Die obige Schaltung wurde von der folgenden Motortreiberschaltung inspiriert, die vor langer Zeit in der Zeitschrift elecktor electronic India veröffentlicht wurde.

Steuern des Motordrehmoments mit IC 555

Verwendung von 2 IC 555 zur Erzielung einer hervorragenden Drehzahlregelung bei Gleichstrommotoren

Das erste Motorsteuerungsdiagramm kann durch Verwendung eines DPDT-Schalters für den Motorumkehrbetrieb und durch Verwendung eines Emitterfolgertransistors für die Geschwindigkeitssteuerungsimplementierung erheblich vereinfacht werden, wie unten gezeigt:

Schaltung des Motordrehzahlreglers mit DPDT-Schaltern

Präzisionsmotorsteuerung mit einem einzelnen Operationsverstärker

Eine äußerst raffinierte oder komplizierte Steuerung eines Gleichstroms. Der Motor könnte unter Verwendung eines Operationsverstärkers und eines Tachogenerators erreicht werden. Der Operationsverstärker ist als spannungsempfindlicher Schalter montiert. In der unten gezeigten Schaltung wird der Schalttransistor eingeschaltet, sobald der Ausgang des Tachogenerators niedriger als die voreingestellte Referenzspannung ist, und der Motor wird mit 100% Leistung versorgt.

Die Schaltwirkung des Operationsverstärkers würde in nur wenigen Millivolt um die Referenzspannung erfolgen. Sie benötigen ein doppeltes Netzteil, das möglicherweise nur zenerstabilisiert ist.

Diese Motorsteuerung ermöglicht eine stufenlos einstellbare Reichweite, ohne dass mechanische Probleme auftreten.

Der Operationsverstärkerausgang beträgt nur +/- 10% des Versorgungsschienenpegels, so dass bei Verwendung eines Doppelemitterfolgers große Motordrehzahlen gesteuert werden könnten.

Die Referenzspannung könnte durch Thermistoren oder einen LDR usw. festgelegt werden. Der im Schaltplan angegebene Versuchsaufbau verwendete einen RCA 3047A-Operationsverstärker und einen 0,25-W-6-V-Motor als Tachogenerator, der etwa 4 V bei 13000 U / min für erzeugte das beabsichtigte Feedback.




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