Регулятор скорости двигателя постоянного тока

 Наиболее простой метод регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM). Суть этого метода заключается в том, что напряжение питания подается на двигатель в виде импульсов. При этом частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться.

   ШИМ сигнал характеризуется таким параметром как коэффициент заполнения или Duty cycle. Это величина обратная скважности и равна отношению длительности импульса к его периоду.

D = (t/T) * 100%

   На рисунках ниже изображены ШИМ сигналы с различными коэффициентами заполнения.

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

   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.

   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. 

   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. 

   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.  

 
   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:

F = 1.44/(R1*C1), [Гц]

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.

   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.

   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.

Регулирование скорости вращения коллекторного двигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока и мотор-редукторы, созданные на их основе, нуждаются в надежной системе управления скоростью вращения вала. Простым и удобным методом решения проблемы является применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Способ основан на преобразовании постоянного напряжения в импульсное. При этом управление частотой вращения осуществляют путем изменения длительности подающегося импульса.

Например, по такому же принципу используют ШИМ схему в осветительных приборах для регулировки яркости свечения светодиодных ламп. Так как у светодиода небольшое время затухания частота работы устройства регулирования имеет большое значение. Качественные приборы должны полностью исключать мерцание при пониженной яркости свечения.

Управление двигателями постоянного тока методом ШИМ стало возможным благодаря силе инерции. После прекращения подачи напряжения на обмотки вал электродвигателя останавливается не сразу, продолжая движение по инерции. Путем кратковременной подачи напряжения с определенным периодом можно добиться плавного регулирования скорости вращения вала. При этом главным регулирующим параметром является размер паузы между импульсами.

Применение устройства управления для двигателя постоянного тока

Этот метод управления двигателем постоянного тока позволяет плавно изменять скорость вращения вала в широких пределах. ШИМ делает возможным изменение параметров работы двигателя в автоматическом режиме в соответствии с установленными данными. Необходимую информацию регулятор оборотов коллекторного двигателя получает от пользователя или специального датчика, который определяет, температуру, скорость вращения или любой другой параметр. Например, в воздушных системах охлаждения регулятор оборотов изменяет скорость вращения вентилятора на основе данных, полученных от датчика температуры. Это позволяет автоматически замедлять скорость потока воздуха при низкой температуре и увеличивать при высокой.

Схема управления коллекторным двигателем постоянного тока

Простую схему управления
двигателем постоянного тока можно собирать из полевого транзистора. Он играет роль электронного ключа, который переключает схему питания двигателя после подачи напряжения на базу. Электронный ключ остается открытым на время, соответствующее длительности импульса.

ШИМ сигнал характеризуют коэффициентом заполнения, который равен обратной величие скважности. Коэффициент заполнения равен отношению продолжительности импульса к периоду его подачи. Скорость движения вала двигателя будет пропорциональна значению коэффициента заполнения. Поэтому, если частота ШИМ сигнала слишком низкая для обеспечения стабильной работы, то вал двигателя будет вращаться заметными рывками. Чтобы гарантировать плавное регулирование и стабильную работу частота должна превышать сотни герц.

Оптимальные значения частоты ШИМ сигнала

Частота может варьироваться в широких пределах от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Благодаря емкостной нагрузке происходит сглаживание импульсов. В итоге на двигатель подается «постоянное» напряжение средней величины в зависимости от параметров управляющей системы. Например, если двигатель получает питание от сети напряжением 10В, и к нему подключить регулятор с длительностью импульса равной половине периода подачи, то эффект будет таким же, как при подаче 5В на двигатель напрямую.

Сложности при ШИМ регулировании скорости двигателя постоянного тока

ШИМ является популярным методом регулирования аналоговым напряжением в различных схемах. При использовании этого способа регулирования пользователь может столкнуться с непредсказуемым поведением двигателя. Например, вал может начать вращение в обратную сторону. Это происходит при низких емкостных нагрузках. В коллекторных двигателях в процессе работы происходит постоянное переключение обмоток якоря. Когда подключают регулятор, начинает происходить отключение и включение питание с определенной частотой. Дополнительная коммутация в сочетании с коллекторной может привести к проблемам с эксплуатацией двигателя. Поэтому устройства управления с ШИМ регулированием двигателя должны быть тщательно продуманы и проработаны.

Также причиной нестабильной работы электродвигателя может стать факт влияния силы тока на скорость вращения ротора, которая находится в зависимости от уровня приложенного напряжения. Проблемы могут возникнуть при эксплуатации двигателей на малой скорости по отношению к номинальному значению.

Например, у пользователя есть двигатель, который при номинальном напряжение вращает ротор со скоростью 10об/сек. Чтобы понизить скорость до 1 об/сек недостаточно просто снизить напряжение до 1В. Подобрать подходящее значение подаваемого напряжения сложно и если пользователю и удастся, то при незначительном изменении условий эксплуатации скорость снова изменится.

Решением проблемы является применение системы автоматического регулирования или кратковременное включение электродвигателя на полную мощность. Движение ротора будет происходить рывками, но при правильно подобранной частоте и длительности подаваемых импульсов можно сделать вращение более стабильным. Так, добиваются устойчивого движения вала электродвигателя с любой скоростью, которая не будет меняться в зависимости от нагрузки.

Реализация ШИМ

Многие модели современных ПЛК контроллеров предоставляют возможность организации ШИМ. Но иногда доступных каналов оказывается недостаточно и приходится использовать программу обработки прерывай.

Алгоритм реализации ШИМ:

1. В начале каждого импульса ставим единицу и ждем повышения значения до заданного уровня.
2. Сбрасываем линию на ноль.

Длительность импульса легче отследить с определенной периодичностью или ступенями. Например, десять регулировочных ступеней соответствуют 10% от максимального значения. Прежде всего необходимо определиться с частотой импульсов и количеств ступеней регулирования. Далее, умножают полученные значения. Результат произведения даст необходимую частоту прерываний таймера.

При желании можно выбрать подходящую частоту таймера или количество ступеней регулирования и путем расчетов находят необходимую частоту импульсов.

Так же по теме регулирования скорости коллекторного двигателя предлагаем статью «Управление коллекторным двигателем постоянного тока методом ШИМ»

Регулятор скорости двигателя постоянного тока серии 150

Регулятор скорости двигателя постоянного тока серии 150 | Дротики

be_ixf;ym_202303 d_24; ct_50
Значок со стрелкой внизФлаг СШАЗначок телефона

Новинка!
НОВАЯ закрытая серия Digital Pot 150 доступна уже сейчас**

Просмотр вариантов покупки продукта >

Серия 150D от Dart Controls устанавливает новый стандарт конструкции привода SCR. Серия 150D была разработана специально для OEM-производителей со стандартными функциями и удобными опциями, необходимыми для большинства приложений. Кроме того, серия 150D — это привод, разработанный с расчетом на будущее — платформа для разработки, которая вскоре будет включать в себя новые функции, которых нет больше нигде на рынке. Серия 150D — лучший выбор для новых и существующих приложений: она напрямую заменит другие приводы на рынке без изменения монтажных размеров или подключения проводки.

Современная электроника для поверхностного монтажа представляет собой гибкую и быстродействующую схему с высокой удельной мощностью при небольшой занимаемой площади. Настраиваемая конструкция Dart HP устраняет необходимость управления неуклюжими резисторами HP. В модели с открытым шасси доступны две клеммы для проводки — лепестковая клемма (стандартная) и клеммная колодка европейского типа. Варианты предохранителей позволяют предохранить линию переменного тока, якорь двигателя или и то, и другое; все на усмотрение пользователя. Для OEM-производителей с продажами за пределами США некоторые модели предлагают 9Выход 0 В постоянного тока с напряжением питания 120 или 240 В переменного тока. Печатная плата была разработана для добавления компонентов для поддержки одной или нескольких фиксированных скоростей с использованием переключающего входа. Гнезда для печатных плат позволяют разрабатывать специальные пользовательские опции, которые могут потребоваться OEM-производителям. Светодиоды, установленные на плате, проверяют наличие напряжения питания, а также то, находится ли привод в состоянии перегрузки по току.

Вспомогательный радиатор -HSK удваивает мощность HP при использовании более крупных двигателей. Важная особенность -HSK заключается в том, что он использует ту же схему монтажных отверстий, что и базовый элемент управления, со скромной площадью 4,25 x 4,25 дюйма.

Позвоните в Dart Controls, чтобы бесплатно и без обязательств заказать образец серии 150D. Наши специалисты по применению всегда готовы обсудить ваши конкретные потребности в приводе.

Просмотр вариантов покупки продукта >

153D Digital Pot Control — особенности и преимущества

Определение и настройка тримпота

• Каталог продукции
• Цифровое управление потенциометром — серия 153D-PB
• Листовка с последовательным интерфейсом Modbus
• Руководство пользователя интерфейса Modbus
• Карта регистров интерфейса Modbus
• Руководство по эксплуатации модели шасси
• Прилагаемое руководство по эксплуатации
• Файлы CAD/. stp
•  Примечания к приложению

• Соответствует RoHS
• C-UL-США
• Декларация о соответствии CE

Запросить бесплатную помощь по применению

Заявка на поддержку >

Загрузите наш последний полный каталог продуктов

Скачать сейчас >

Клиенты выбирают Dart для управления скоростью двигателя. Будь то SCR постоянного тока, переменный ток, ШИМ низкого напряжения, бесщеточный постоянный ток, цифровые регуляторы скорости, цифровые регуляторы скорости или датчики скорости, продукты Dart не имеют себе равных.

Свяжитесь с нами

• 5000 W. 106th Street
  Zionsville, IN 46077
• 317.873.5211
• 317.873.1105
• [email protected]

Быстрые ссылки

Продажи и поддержка317. 873.5211

Copyright © Dart Controls, 2023. Все права защищены.
| Дизайн: IHS Website Solutions

Мы ждем вас.

Какой проект вы имеете в виду?

Так много вариантов на выбор.

Регуляторы постоянного тока — Bodine Electric

Перейти к основному содержанию

Имя *
Адрес электронной почты *
Компания
Почтовый индекс *

Продукт
Предмет *
Сообщение *

Главная > Продукция > Блоки управления постоянного тока

Регуляторы скорости

Bodine PMDC преобразуют сетевую мощность переменного тока в необходимый выходной постоянный ток, необходимый для привода двигателей постоянного тока и мотор-редукторов. Мы предлагаем фильтрованные и нефильтрованные силиконовые управляемые выпрямители (SCR) и фильтрованные регуляторы скорости постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).