Машины постоянного тока | Символы УГО для Visio

2. Главная
3. Библиотеки Visio
4. Схема электрическая принципиальная.
5. Состав
6. Машины постоянного тока.

Трафареты Visio:

Трафарет Visio Машины постоянного тока.

Состав трафарета Visio Машины постоянного тока.

Фигура Visio	Условное обозначение
	Электродвигатель постоянного тока, форма 1. Дополнительные элементы: с постоянным магнитом.
	Электродвигатель постоянного тока, форма 2 Дополнительные элементы: с постоянным магнитом.
	Электродвигатель постоянного тока. Дополнительные элементы: с постоянным магнитом, защитный провод заземления, заземление корпуса.
	Электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения. Дополнительные элементы: заземление корпуса.
	Электродвигатель постоянного тока параллельного возбуждения.
	Электродвигатель постоянного тока смешанного возбуждения.
	Генератор постоянного тока с постоянным магнитом.
	Генератор смешанного возбуждения постоянного тока.

Отдельные элементы электрических машин постоянного тока.

Фигура Visio	Условное обозначение
	Щетка на контактном кольце или коммутаторе.
	Символ постоянного тока.
	Термистор встроенный.
	Постоянный магнит.
	Обмотка независимого возбуждения: постоянного тока, переменного тока.
	Якорь.
	Обмотка вспомогательного полюса по продольной оси.
	Обмотка вспомогательного полюса по поперечной оси.
	Обмотка компенсационная.
	Обмотка добавочного полюса.
	Обмотка последовательного возбуждения.
	Обмотка параллельного возбуждения.
	Обмотка независимого возбуждения.
	Потенциометр, включенный по схеме реостата.
	Потенциометр.
	Резистор с подвижным контактом (реостат), форма 1.
	Резистор с подвижным контактом (реостат), форма 2.
	Регулируемый резистор (реостат).
	Резистор.

Используя отдельные элементы электрических машин, можно начертить другие условные обозначения, например двигатель постоянного тока с элементами регулирования (рис. 1)

Рис. 1. Двигатель постоянного тока с элементами регулирования.

• Назад

• Вперед

Принцип Действия Двигателя Постоянного Тока: Что Нужно Знать

Мощный двигатель постоянного тока

Тема нашей сегодняшней статьи — принцип действия электродвигателя постоянного тока. Если вы бываете на нашем сайте, то наверняка уже знаете, что эту тему мы решили раскрыть более полно и понемногу разбираем все разновидности электромотором и электрогенераторов.

Постоянный ток известен человечеству вот уже где-то 200 лет, эффективно применять его научились немного позже, а вот сегодня трудно себе представить деятельность человека, где бы энергия не применялась. Приблизительно таким же образом происходила и эволюция электрических двигателей.

Содержание

• Немного истории и теории
  • Основные принципы функционирования
• Строение двигателя
  • Продолжение теории
  • Строение электромотора постоянного тока
  • Особенности коллекторных двигателей
  • Альтернатива коллекторному двигателю
• Управление двигателем постоянного тока

Немного истории и теории

Первые электрические двигатели

Бурное развитие электротехники не прекращается с момента зарождения этого направления в физике. Первыми разработками, связанными с электрическими моторами, были работы многих ученых в 20-х годах 19-го столетия. Изобретали всяких мастей пытались соорудить механические машины, способные превращать электрическую энергию в кинетическую.

• Особую значимость имеют исследования М. Фарадея, который в 1821 году, проводя эксперименты по взаимодействию тока и разных проводников, выяснил, что проводник может вращаться внутри магнитного поля, ровно как вокруг проводника может вращаться и магнит.
• Второй этап развития занял более значительный отрезок времени от 1830-х до 1860-х годов. Теперь, кода основные принципы преобразования энергии человеку были известны, он пытался создать наиболее эффективную конструкцию двигателя с вращающимся якорем.
• В 1833 году американский изобретатель и по совместительству кузнец Томас Девенпорт смог построить первый роторный двигатель, работающий на постоянном токе, и сконструировать модель поезда, приводимую им в движение. На свою электрическую машину он получил патент спустя 4 года.

Б.С. Якоби

• В 1834 году Борис Семенович Якоби, русско-немецкий физик и изобретатель, создает первый в мире электродвигатель постоянного тока, в котором смог таки реализовать основной принцип работы таких машин, применяемый и сегодня – с постоянно вращающейся частью.
• В 1838 году, 13 сентября был произведен пуск настоящей лодки по Неве с 12-ю пассажирами на борту – так происходили полевые испытания двигателя Якоби. Лодка двигалась со скоростью 3 км\ч против течения. Привод двигателя был соединен с лопастными колесами по бокам, как на пароходах того времени. Электрический ток подавался к агрегату от батареи содержащей 320 гальванических элементов.

Лодка с лопастными колесами

Результатом проведенных испытаний стала возможность формирования основных принципов дальнейшего развития электромоторов:

• Во-первых, стало ясно, что расширение сферы их применения напрямую зависит от удешевления способов получения электрической энергии – требовался надежный и недорогой генератор, а не дорогостоящие на тот момент гальванические батареи.
• Во-вторых, требовалось создать достаточно компактные двигатели, которые бы, однако, обладали большим коэффициентом полезного действия.
• И в третьих – были очевидны преимущества двигателей с вращающимися неоднополюсными якорями, с постоянным вращающимся моментом.

Работа шунтового генератора

Затем наступает третий этап развития электромоторов, который ознаменован открытием явления самовозбуждения двигателя электрического тока, после чего был сформирован принцип обратимости таких машин, то есть двигатель может быть генератором, и наоборот. Теперь для того чтобы запитать двигатель начали применять недорогие генераторы тока, что в принципе делается и сегодня.

Интересно знать! Любая электрическая сеть подключена к электростанции, вырабатывающей ток. Сама станция, по сути, и есть набор мощнейших генераторов, приводимых в движение разными способами: течение реки, энергия ветра, ядерные реакции и прочее. Исключение составляют, разве что, фотоэлементы в солнечных батареях, но это уже другая, дорогая, пока не нашедшая достаточного распространения история.

Вид современной конструкции электродвигатель приобрел в далеком 1886 году, после чего в него вносились только доработки и усовершенствования.

Основные принципы функционирования

Двигатели постоянного тока и принцип действия: вспоминаем школьные уроки физики

В основу любого электрического двигателя положен принцип магнитного притягивания и отталкивания. В качестве эксперимента можете провести такой простейший опыт.

• Внутрь магнитного поля нужно поместить проводник, по которому нужно пропустить электрический ток.
• Для этого удобнее всего пользоваться магнитом в форме подковы, а в качестве проводника подойдет медная проволока подключенная концами к батарейке.
• В результате опыта вы увидите, что проволоку вытолкнет из области действия постоянного магнита. Почему это происходит?
• Дело в том, что при прохождении тока через проводник, вокруг последнего создается электромагнитное поле, которое вступает во взаимодействие с уже имеющимся, от постоянного магнита. Как результат этого взаимодействия, мы видим механическое движение проводника.
• Если говорить более подробно, то выглядит это так. Когда круговое поле проводника вступает во взаимодействие с постоянным от магнита, то сила магнитного поля с одной стороны возрастает, а с другой уменьшается, из-за чего провод выталкивает из области действия магнита под углом 90 градусов.

Занимательная физика

• Направление, в котором вытолкнет проводник можно установить по правилу левой руки, которое применимо только к электродвигателям. Правило гласит следующее – левую руку нужно поместить в магнитное поле так, чтобы его силовые линии входили в нее с ладони, а 4 пальца были направлены по ходу движения положительных зарядов, тогда отведенный в сторону большой палец покажет направление воздействующей на проводник движущей силы.

Эти простые принципы двигателя постоянного тока применяется и поныне. Однако в современных агрегатах вместо постоянных магнитов применяют электрические, а рамки заменяют сложные системы обмоток.

Строение двигателя

Двигатель постоянного тока и устройство

Давайте теперь более подробно разберем, как устроен двигатель постоянного тока, какие в нем имеются детали и как они взаимодействуют друг с другом.

Продолжение теории

Принцип и устройство двигателя постоянного тока

Сконструировать простейший двигатель постоянного тока вы легко сможете своими руками. Инструкция такова, что достаточно соорудить прямоугольную рамку из проводника, способную вращаться вокруг центральной оси.

• Рамка помещается в магнитное поле, после чего на ее концы подается постоянное напряжение, от той же батарейки.
• Так только по рамке начинает течь ток, она приходит в движение, пока не займет горизонтальное положение, называемое нейтральным или «мертвым», когда воздействие поля на проводник равно нулю.
• По идее, рамка должна остановиться, но этого не произойдет, так как она пройдет «мертвую» точку по инерции, а значит, электродвижущие силы снова начнут возрастать. Но из-за того, что ток теперь течет в обратном направлении относительно магнитного поля, будет наблюдать сильный эффект торможения, что несопоставимо с нормальной работой двигателя.
• Чтобы процесс протекал нормально нужно предусмотреть такую конструкцию подключения рамки к питанию, при которой в момент прохождения тока через нулевую точку будет происходить переключение полюсов, а значит, относительно магнитного поля ток потечет в прежнем направлении.

В качестве такого устройства применяется коллектор, состоящий их изолированных пластин, но давайте поговорим о нем чуть позже.

В виде альтернативы можно изготовить такую рамку, что показана на фото выше. Ее отличие в том, что по двум контурам рамки ток протекает в одном направлении, что позволяет избавиться от коллектора, однако такой электромотор крайне неэффективен, из-за постоянно воздействующих тормозящих сил.

Получив вращение ротора, к нему можно приладить привод и дать сопоставимую мощности двигателя нагрузку, получая тем самым работающую модель.

Строение электромотора постоянного тока

Каково устройство электродвигателя постоянного тока

Итак, переходим к строению двигателей:

• Статор или индуктор – неподвижная часть двигателя, представляющая собой деталь, создающую постоянное электромагнитное поле. Состоит статор из сердечника, выполненного из тонколистовой стали (из пластин определенного профиля набирается деталь нужного размера) и обмотки.

Принцип действия и устройство двигателя постоянного тока: статор

• Обмотка укладывается в пазы сердечника определенным образом, формируя основные и добавочные магнитные полюса, естественно, при включении в сеть.
• Обмотка возбуждения находится на главных полюсах, тогда как на добавочных она служит для улучшения коммутации – увеличивает эффективность мотора, его КПД.

Якорь двигателя постоянного тока

• Ротор двигателя, являющийся тут якорем, тоже имеет похожее строение, но отличает его, прежде всего то, то данный узел двигателя является подвижным. Именно он заменяет вращающуюся рамку из примеров, рассмотренных выше.
• Витки обмотки якоря изолированы друг от друга и соединяются с контактными пластинами коллектора, через которые и подается питание.
• Все части ротора закреплены на металлическом валу, который является центральной осью вращения двигателя. К нему же и подключается привод, передающий крутящий момент на внешние механизмы.

Вид коллектора

• Коллектор (полосатый цилиндр, насаженный на вал) соединен с питающей сетью через щетки, которые выполняются чаще всего из графита. Вообще строение коллектора таково, что контактные пластины также изолированы, что позволяет эффективно менять направление тока в цепи, чтобы избегать торможения двигателя.
• Сами щетки имеют скользящий контакт с пластинами коллектора, и удерживаются в одном положении при помощи щеткодержателей. Поддерживать постоянное напряжение контакта (а ведь мы знаем, что щетки истираются и истончаются) помогают пружины.

Графитовые щетки

• Щетки соединены медными проводами с питающей сетью. Дальше начинается внешняя схема электропитания и управления, о которой мы поговорим немного позже.

Валовый подшипник качения

• Следом за коллектором на валу располагается подшипник качения, обеспечивающий плавное вращение. Сверху он защищен специальным полимерным кольцом, защищающим его от пыли.

Совет! Одной из частых поломок электрических двигателей, является выход из строя подшипника. Если вовремя не заменить этот небольшой элемент конструкции, то запросто можно спалить весь двигатель.

• С обратной стороны обмотки, на том же валу, располагается крыльчатка, поток воздуха от которой эффективно охлаждает двигатель.
• Следом за крыльчаткой обычно крепится привод, отличающийся параметрами, в зависимости от назначения агрегата, в котором двигатель постоянного тока установлен.

В принципе, на этом все. Как видите, конструкция достаточно проста, и что немаловажно, очень эффективна.

Особенности коллекторных двигателей

Перфоратор в разрезе: такие двигатели универсальны и могут работать как от постоянного, так и от переменного тока, но только при соответствующем подключении

Вообще коллекторный двигатель – это действительно хорошее устройство. Такие агрегаты легчайшим образом поддаются регулировке. Повысить, опустить обороты – не проблема.  Дать четкий крутящий момент или жесткую механическую характеристику – запросто.

Однако, несмотря на ряд неоспоримых преимуществ, двигатель имеет повышенную сложность сборки, относительно двигателей переменного тока с самовозбуждающимся ротором или других бесколлекторных агрегатов, а также меньшую надежность. И вся загвоздка состоит в этом самом коллекторе.

• Этот узел достаточно дорог, а цена его ремонта иной раз сопоставима с новой деталью, если вообще возможность восстановления имеется.
• Он забивается при работе токопроводящей пылью, что со временем может стать причиной выхода из строя всего двигателя.
• Коллектор искрит, создавая при этом помехи, а при высокой нагрузке так и вовсе может полыхнуть, создавая круговой огонь. В таком случае его закоротит дугой, что несовместимо с жизнью двигателя.

Выше мы уже сказали, что его задача менять направление тока в витках обмотки, а теперь хотим разобрать вопрос подробнее.

Все гениальное просто

• Итак, по сути, данная часть ротора служит выпрямителем тока, то есть переменный ток становится, проходя через него, постоянным, что справедливо для генераторов, или меняет направление тока, если речь идет о двигателях.
• В случае рассмотренного выше примера с вращающейся в магнитном поле рамкой, требовался коллектор, состоящий из двух изолированных полуколец.
• Концы рамки подключаются к разным полукольцам, что не позволяет цепи накоротко замкнуться.
• Как мы помним, коллектор контактирует с щетками, которые установлены таким образом, чтобы они одновременно не контактировали друг с другом и меняли полукольца при прохождении рамкой нулевой точки.

Работа коллектора

Все предельно просто, однако такие двигатели и генераторы не могут быть нормальной мощности в силу конструктива. В результате якорь стали делать с множеством витков, чтобы активные проводники всегда находились максимально близко к полюсам магнита, ведь, вспоминая закон электромагнитной индукции, становится ясно, что именно это положение самое эффективное.

Раз увеличивается количество витков, значит, требуется разбить коллектор на большее число частей, что собственно и является причиной сложности изготовления и дороговизны этого элемента.

Альтернатива коллекторному двигателю

Бесщеточный двигатель постоянного тока

В электронике уже давно царит век полупроводников, что позволяет изготавливать надежные и компактные микросхемы. Так зачем же мы до сих пор пользуемся коллекторными двигателями? А действительно?

• Инженеры тоже не оставили вопрос незамеченным. В результате коллектор сменили силовые ключи, дополнительно в конструкции появились датчики, регистрирующие текущее положение ротора, чтобы система автоматически определяла момент переключения обмотки.
• Как мы помним, нет никакой разницы, двигается ли магнит относительно проводника, либо же это происходит наоборот. Поэтому якорем становится статор, а на роторе располагается постоянный магнит или простейшая обмотка, соединенная с питанием через контактные кольца, который вращать внутри конструкции намного проще.

Контактные кольца в простейшем генераторе переменного тока

• Строение контактных колец чем-то напоминает коллектор, однако они намного надежнее и изготавливать их в условиях производства проще.

В итоге получился новый тип двигателя, а именно бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Устройству доступны те же преимущества, что и коллекторному двигателю, но от надоедливого коллектора мы избавляется.

Однако такие двигатели применяются только в дорогих аппаратах, тогда как простая техника, например соковыжималка или тот же перфоратор будут рентабельнее в производстве, если ставить на них уже классические коллекторные модели двигателей.

Управление двигателем постоянного тока

Принципиальная электрическая схема управления электродвигателями постоянного тока с реверсом

Итак, как вы уже поняли, основной принцип работы двигателя постоянного тока заключается в инвертировании направления тока в якорной цепи, иначе бы возникало торможение, приводящее к стопорению мотора. Таким образом, реализуется вращение мотора в одну сторону, но такой режим не единственный, и двигатель можно заставить вращаться в обратном направлении.

Для этого достаточно поменять направление тока в возбуждающей обмотке, или сменить местами щетки, через которые подается питание на обмотку ротора.

Совет! Если сделать одновременно обе эти манипуляции, то с двигателем ничего не произойдет, и он продолжит вращаться в том же направлении, что и ранее.

Однако это не все моменты, которые требуется регулировать в таком двигателе. Когда вам требуется четко управлять оборотами такого агрегата, или организовать специальный режим управления оборотами, помимо тумблеров и переключателей в схему управления включаются более сложные элементы.

Система управления может быть по-настоящему сложной

• При этом следует учитывать следующие недостатки коллекторных двигателей: низкий момент на малых оборотах вращения двигателя, из-за чего приборам требуется редуктор, что удорожает и усложняет конструкцию; генерация сильных помех; ну и низкая надежность коллектора, про что мы писали выше.
• Также в расчет берется то, что потребление тока и скорость вращения вала зависят и от механической нагрузки на валу.
• Итак, основной параметр, определяющий скорость вращения вала – это подаваемое напряжение на обмотку, поэтому, следуя логике, для управления этим параметром применяются устройства, регулирующие выходное напряжение.

Схемы управления двигателем на базе интегральной микросхемы LM317

• Такими устройствами являются регулируемые стабилизаторы напряжения. На сегодняшний день целесообразнее использовать дешевые компенсационные интегральные стабилизаторы, типа LM Схема управления с таким устройством показана на схеме выше.

Компактный стабилизатор

• Схема довольно примитивная, но, кажется, достаточно простой, а главное эффективной и недорогой. Мы видим, что ограничение выходного напряжения регулируется дополнительным резистором, обозначенным как Rlim, расчет сопротивления которого имеется в спецификации. При этом стоит понимать, что он ухудшает характеристику всей схемы, как стабилизатора.
• Мы видим, что представлено два варианты схемы, какая из них будет показывать себя лучше? Вариант «а» выдает линейную характеристику удобного регулирования, благодаря чему очень популярен.
• Вариант «б», наоборот», характеристику имеет нелинейную. Фактическая разница будет заметна при выходе из строя переменного резистора: в первом случае мы получим максимальную скорость вращения, а во втором – наоборот, минимальную.

Не будем больше углубляться в дебри, так как статья у нас по большей части ознакомительная. Мы разобрали принципы действия двигателей постоянного тока, а это уже что-то. Если вопрос вас заинтересовал, то обязательно просмотрите следующее видео. А на этом мы прощаемся с вами! Всего хорошего!

Схема регулятора скорости двигателя постоянного тока — Базовые проекты

Часто возникает необходимость уменьшить яркость светодиода, светодиодной ленты или управлять скоростью двигателя постоянного тока. Мы можем сделать простой диммер постоянного тока, используя микросхему NE555 и еще несколько компонентов. Используя эту схему, вы можете эффективно управлять яркостью светодиодных лент или скоростью двигателя постоянного тока. Вы можете подумать, что мы можем использовать потенциометр для этой цели. Это нормально для маломощных приложений. Но в приложениях, где требуется большая мощность, таких как светодиодная лента или двигатель постоянного тока. Будет потрачено много энергии в виде тепла, потому что потенциометр — это не что иное, как резистор. Вот почему мы создадим схему регулятора скорости двигателя постоянного тока или схему диммера постоянного тока, используя микросхему таймера 555 для эффективного снижения напряжения любого источника напряжения.

Мы можем использовать функцию ШИМ микросхемы 555 для уменьшения напряжения постоянного тока. Но сначала давайте посмотрим, что такое ШИМ?

Содержание

ШИМ: Введение

В цифровой электронике мы используем ШИМ для достижения различных уровней напряжения. Потому что цифровая электроника использует 0 и фиксированное напряжение для обозначения 0 и 1. Она может переключаться только между 0 и 1, но не может оставаться где-то посередине. Поэтому мы используем технику ШИМ для достижения различных уровней напряжения в цифровой электронике.

ШИМ расшифровывается как «широтно-импульсная модуляция». В ШИМ мы быстро переключаем любую цепь между 0 вольт и высоким напряжением (пусть 5 вольт). Изменяя периоды времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ», мы можем получить разные напряжения, а время «ВКЛ» и «ВЫКЛ» называется рабочим циклом. Например, если мы переключаемся между 0 вольт и 5 вольт, а время включения равно времени выключения, тогда рабочий цикл будет 50%, а напряжение будет 2,5 вольта. Давайте поймем это графически.

Где:

               VCC = напряжение в состоянии ON

T _ВКЛ = Время ВКЛ

               T _ВЫКЛ = Время ВЫКЛ

               T _Итого = Общий период времени 90 003

Если рабочий цикл равен 50%, а напряжение VCC равно 5 В, то среднее напряжение будет

В _AVG = 5 вольт × 50 % = 2,5 вольт

Если рабочий цикл равен 25 %, а напряжение VCC равно 12 вольт, то среднее напряжение будет

В _AVG = 12 вольт × 25 % = 3 вольта

Принципиальная схема для постоянного тока регулятор скорости двигателя или диммер постоянного тока с использованием 555 IC

Схема, показанная ниже, способна генерировать сигнал ШИМ в диапазоне от 0 до 100 %.

Компоненты, используемые в этой схеме:

Компоненты	Ссылка на Amazon для Индии	Ссылка на Amazon для других стран
ИС таймера NE555	https://amzn. to/3AmxZcI	https://amzn.to/3AlKmG1
два резистора (1k)	https://amzn.to/3qZwXAB	https://amzn.to/3GU5Qfw
один потенциометр (500k)	https://amzn.to/3IwjBSf	https://amzn.to/3qSv3BI
два диода (1N4001) 9 0064	https://amzn.to/ 3AolkpH	https://amzn.to/3tPHvnI
два конденсатора (0,1 мкФ и 0,01 мкФ)	https://amzn.to/3qP4AVq	https://amzn.to/3GMf xN7
один транзистор (BD131 или BD139)	https://amzn.to/3fOxgYs	https://amzn.to/3qQmnvB
источник питания и лампочка, которую мы пытаемся приглушить.

Микросхема 555 в этой схеме находится в нестабильном режиме. Он переключается между 0 вольт и 12 вольт. Мы можем изменить его рабочий цикл с помощью потенциометра. Транзистор BD131 используется для управления мощной нагрузкой в ​​качестве ключа, поскольку транзистор 555 не способен выдавать большой ток.

Потенциометр: введение

Потенциометру не хватает делителя напряжения с тремя выводами. Один из них мы используем для подачи питания, второй — клемма заземления, а с третьей клеммы мы получаем переменное напряжение.

Перемещая ручку, мы можем изменить сопротивление и, следовательно, выходное напряжение.

Структура потенциометра

Вот структура потенциометра. Его VCC и земля подключены к слою графита, а VOUT (средний вывод) подключен к движку, положение которого можно изменить с помощью ручки. Как известно, сопротивление каждого проводника прямо пропорционально его длине. Таким образом, графит также будет иметь сопротивление на единицу длины. Поэтому, если мы подключим к нему источник напряжения, на разных длинах будут разные напряжения. Перемещая ручку, мы подключаем стеклоочиститель к различным положениям графитового слоя, и таким образом мы получаем разные напряжения от V _ВЫХОД .

Работа схемы регулятора скорости двигателя постоянного тока

Чтобы понять работу ШИМ-генератора 555, давайте заменим потенциометр двумя резисторами в конфигурации делителя напряжения.

Какой будет вывод микросхемы 555, это зависит от напряжения на контактах 2 и 6. Оба контакта в этой цепи короткие, поэтому напряжение на обоих будет таким же, как и напряжение на конденсаторе.

На приведенном выше рисунке видно, что источник питания микросхемы 555 внутренне разделен на 2 части с помощью 3 резисторов по 5 кОм. Вот почему мы называем эту микросхему таймера IC 555. Предположим, что мы запитали микросхему от 5-вольтового источника. Затем он будет разделен на две части. В точке «а» напряжение будет составлять две трети напряжения питания, которое составляет 3,333 вольта в случае питания 5 вольт. А в точке «b» напряжение будет составлять одну треть от напряжения питания, которое в нашем случае составляет 1,667 вольт.

Точки «a» и «b» подключены к компаратору comp1 и comp2 соответственно. Неинвертирующий вывод comp1 подключен к пороговому выводу микросхемы 555, а инвертирующий вывод подключен к узлу «a». Это означает, что если напряжение на пороговом выводе выше 3,33 вольта, то выход comp1 будет высоким, в противном случае он будет низким.

Инвертирующий вывод comp2 подключен к триггерному выводу 555 IC, а неинвертирующий вывод подключен к узлу «b». Это означает, что если напряжение на выводе триггера ниже 1,67 вольт, то выходной сигнал comp2 будет высоким, в противном случае он будет низким.

В цепи диммера контакты порога и триггера закорочены и подключены к конденсатору С1, поэтому, если напряжение на конденсаторе выше двух третей напряжения питания, выход отключится, а если ниже одной трети напряжения питания, то выход включится.

Теперь, если время зарядки и время разрядки конденсатора различаются, мы можем генерировать сигнал ШИМ. Для этого в этой схеме используются два диода. Теперь, если мы посмотрим на схему, мы сможем понять, что конденсатор заряжается через R1 и R3 и разряжается через R4 (вывод 7 является разрядным). Изменяя номиналы резисторов R3 и R4, можно изменить время заряда и разряда конденсатора). Вот почему был использован потенциометр.

Внимание:- Не закорачивайте резистор R1 для идеального 0 или 100% рабочего цикла. Потому что контакт 7 подключается напрямую к земле через транзистор Q1 в период выключения. Таким образом, вы можете закоротить источник питания. Вы можете увидеть внутреннюю структуру микросхемы таймера NE555.

Как сделать схему регулятора скорости двигателя постоянного тока (50 В, 15 А)

Всем привет! сегодня мы собираемся построить схему регулятора скорости двигателя постоянного тока, способную управлять двигателем постоянного тока 50 В, 15 А. Принципиальная схема, работа и компоненты, используемые при создании этого проекта, подробно объясняются. Это самый полный регулятор скорости двигателя постоянного тока, который вы найдете в Интернете.

Вы можете посмотреть это видео для рабочей части проекта

[arve url=»https://www. youtube.com/watch?v=VFlRUC7L3gI» maxwidth=»555″ aspect_ratio=»4:3″ / ]

Технические характеристики этого регулятора скорости двигателя постоянного тока:

• Этот регулятор скорости принимает входное напряжение от от 6 до 50 В .
• МАКС. выходной ток составляет 15 А при использовании надлежащего радиатора,
• Имеют защиту от перенапряжения затвора и
• Защиту от обратного хода или скачков напряжения.

После подключения требуемого входа напряжения и двигателя к выходной клемме скорость двигателя можно увеличить или уменьшить с помощью потенциометра.

Содержание

1. Технические характеристики данного регулятора скорости двигателя постоянного тока:
2. Схема контроллера скорости двигателя постоянного тока
3. Требуемые компоненты:
4. Упрощение схемы регулятора скорости двигателя постоянного тока
   • КОММУТАЦИОННАЯ ЦЕПЬ
   • ЦЕПЬ ГЕНЕРАТОРА ШИМ
   • ЦЕПЬ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
5. Как работает эта схема регулятора скорости?
6. Контроллер скорости двигателя постоянного тока в действии
7. Важные моменты

Схема контроллера скорости двигателя постоянного тока

Схема контроллера скорости двигателя постоянного тока

Требуемые компоненты:

90 169  LM317 Регулятор напряжения
•  555 Таймер
•  IRF3205S n -канальный Mosfet
• Конденсатор 330 мкФ (63 В)
• Конденсатор 220 мкФ (63 В)
• Конденсатор 47 мкФ (63 В)
• Керамические конденсаторы 10 нФ X 3
• Резисторы 1 кОм X 2
• Резистор 330 Ом
• Резистор 6,2 кОм

9016 9 Резистор 100 Ом

• 1n4007 диоды X 3
• 16 А диод Шоттки
• 100 кОм потенциометр
• 33 Ом резистор
• 10 В стабилитрон

Упрощение схемы регулятора скорости двигателя постоянного тока

Сначала эта схема может кажется очень сложным, поэтому давайте упростим его. Эта схема разделена на три основные части:

Регулятор напряжения или понижающий преобразователь

ШИМ-генератор.

Схема переключения.

Теперь давайте разберем каждую часть по отдельности. Я использую настольный блок питания для питания схемы. И установите напряжение около 12 В в качестве входного напряжения для регулятора скорости. Я использую осциллограф для анализа сигналов.

Для лучшего понимания я сначала пройдусь по схеме переключения:

КОММУТАЦИОННАЯ ЦЕПЬ

Коммутационная схема контроллера скорости двигателя постоянного тока

Коммутационная схема используется для включения и выключения выхода на очень высокой частоте. Здесь Mosfet используется для выполнения этой работы.

МОП-транзистор может переключать высокое выходное напряжение между его стоком и истоком, если на его затвор подается пороговое напряжение. Это пороговое напряжение, как правило, очень меньше, чем напряжение, которое Mosfet способен переключать, или напряжение между его стоком и истоком.

Также по мере того, как напряжение на затворе МОП-транзистора превышает пороговое напряжение затвора, все больше и больше тока протекает через сток к истоку.

Предостережение здесь : Пороговое напряжение — это напряжение, при котором МОП-транзистор начинает немного проводить. Чтобы полевой МОП-транзистор работал достаточно, чтобы управлять значительной нагрузкой, ему также требуется некоторое дополнительное напряжение.

Таким образом, если двигатель постоянного тока подключен между затвором и истоком MOSFET, напряжением на нем и, следовательно, скоростью можно управлять, контролируя напряжение на затворе. А для этого нам нужно переменное напряжение на воротах. А вот и ШИМ-генератор спешит на помощь.

ЦЕПЬ ГЕНЕРАТОРА ШИМ

Цепь генератора ШИМ контроллера скорости двигателя постоянного тока

Требуемое переменное напряжение на затворе может быть легко обеспечено с помощью напряжения ШИМ. ШИМ или широтно-импульсная модуляция — это метод, используемый для получения любого напряжения от 0 до максимума входного напряжения. Это достигается коммутацией входного напряжения с определенной частотой и определенной скважностью.

Предположим, у нас есть входное напряжение 5В. Это может быть либо 5 В, либо 0. Теперь, если его включать и выключать с очень высокой частотой, мы получаем прямоугольную форму волны.

Допустим, время включения составляет 50 % от общего времени. Эти 50% называются рабочим циклом волны ШИМ, что дает нам конечное напряжение 2,5 вольта. По мере увеличения этого времени включения или рабочего цикла общее напряжение увеличивается.

И когда рабочий цикл достигает 100%, мы получаем 5 вольт на выходе. Точно так же, когда он равен 0%, мы получаем 0 вольт на выходе. Это называется ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, поскольку мы модулируем ширину импульса для получения переменного напряжения.

Узнайте больше о ШИМ здесь: ШИМ в деталях

Форма волны ШИМ

Схема регулятора скорости здесь генерирует волну ШИМ с помощью таймера 555 IC . Эта ИС обеспечивает требуемое переменное напряжение на затворе MOSFET, работая в нестабильном режиме.

Теперь существует определенный предел входного напряжения ИС, который наверняка меньше предела напряжения этого регулятора скорости.

Следовательно, чтобы обеспечить подходящее рабочее напряжение для ИС таймера 555, используется схема регулятора напряжения, которая обеспечивает фиксированное напряжение для ИС. 9Для этой цели в этой схеме используется регулятор напряжения 0013 LM317 .

ЦЕПЬ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Цепь регулятора напряжения регулятора скорости двигателя постоянного тока

В данном случае используется регулятор напряжения LM317. Он обеспечивает переменное напряжение от 1,25 до 37 вольт. Он используется здесь из-за его нескольких преимуществ по сравнению с другими регуляторами напряжения, такими как Программируемое выходное напряжение , Высокий выходной ток , лучшая линия и регулировка нагрузки.

Узнайте больше о регуляторах напряжения здесь: Регуляторы напряжения в деталях

Как работает эта схема регулятора скорости?

Конденсатор 330 мкФ подключается к клеммам входного питания для сглаживания постоянного тока. За ним следует последовательно резистор 330 Ом с конденсатором 47 мкФ , образующим фильтр нижних частот, который затем питает регулятор напряжения LM317.

Этот регулятор напряжения программируется с помощью двух резисторов (R3 и R2) , чтобы дать постоянное напряжение 9 вольт.

Стоит отметить, что для получения этого выхода 9 В падение напряжения должно быть больше 2,5 В или входное напряжение должно быть не менее 11,5 В. Чтобы получить выходное напряжение, отличное от этого, вы должны изменить значения этих резисторов в соответствии с частотной формулой, указанной в техническом описании.

Загрузите техническое описание LM317 отсюда: техническое описание LM317

Здесь R2 равен 6,2k, а R1 равен 1k. С г. Яприл. находится в диапазоне мкА, просто игнорируйте его здесь. Это дает нам выходное напряжение 9 вольт. Затем эти 9 вольт питают таймер 555 . Здесь мы используем таймер 555 в нестабильном режиме или в качестве ШИМ-генератора.

PWM Напряжение, генерируемое таймером 555

№ контакта. 1 микросхемы заземлен. 2 и 6 соединены вместе, аналогично 4 и 8. Конденсатор 220 мкФ сглаживает поступающие 9 вольт.

Сейчас, Резистор 1K , 2 диода 1N4007 , потенциометр 100k и конденсатор 10 нФ образуют RC-цепь зарядки-разрядки, вызывая ШИМ-выход на третьем выводе таймера 555.

Этот выход ШИМ управляет затвором MOSFET. Если вы хотите узнать больше о таймере 555 и о том, как он генерирует волну ШИМ, я предлагаю вам просмотреть множество отличных статей, доступных в Интернете.

Узнайте больше о 555 таймерах здесь: 555 Таймер подробно

Некоторые проекты таймеров 555 с подробным объяснением: 555 Проекты таймеров

RC-цепь зарядки-разрядки

Наиболее важным аспектом волны ШИМ является ее частота, и вот формула частоты таймера 555 для нее. Вы также можете рассчитать частоту выхода ШИМ с помощью онлайн-калькуляторов.

вычислители частоты: калькулятор частоты таймера 555

Размещение значение R1 (1 кОм), емкость (около 7 нФ из-за допуска и других факторов) и значение потенциометра, которое составляет примерно 91 кОм в моем случае в формуле дает нам частоту 1100Гц.

Конечно, это не точно из-за нескольких других факторов, влияющих на схему. Фактическая частота составляет 1,3 кГц, что является почти постоянной величиной от 0 до 100% рабочего цикла выхода ШИМ.

Этот выход ШИМ управляет затвором MOSFET , подключенным через резистор 33 Ом. IRF3205S может выдерживать ток до 110 ампер при правильной системе охлаждения и достаточном напряжении затвора. Ограничение напряжения между стоком и истоком составляет максимум 55 В. тогда как напряжение от затвора до источника составляет максимум 20 В.

Исток полевого МОП-транзистора заземлен, а сток подключен к одной клемме выхода, а другая клемма к 12 В. Таким образом, двигатель подключается между + ve источника питания 12 В и стоком MOSFET .

Теперь для защиты МОП-транзистора от скачков напряжения, вызванных двигателем, диод Шоттки подключается параллельно двигателю или между стоком и плюсом источника питания 12 В.

Узнайте больше об обратноходовых диодах здесь: Основы обратноходовых диодов

Диоды Шоттки, как правило, предпочтительны для обратноходовых диодов, поскольку они имеют наименьшее прямое падение (~0,2 В, а не >0,7 В для малых токов) и способны быстро реагировать на обратное смещение (при повторном включении катушки индуктивности) или Другими словами, диод Шоттки имеет мгновенное обратное время восстановления, поэтому подходит для высокочастотных применений.

Контроллер скорости двигателя постоянного тока в действии

Контроллер скорости двигателя постоянного тока в действии

Потенциометр управляет скоростью двигателя.