Регулировка оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт

Содержание

Схема регулятора основанного на широтно-импульсной модуляции или просто ШИМ, может быть использована для изменения оборотов двигателя постоянного тока на 12 вольт. Регулирование частоты вращения вала при помощи ШИМ дает большую производительность, чем при использовании простого изменения постоянного напряжения подаваемого на двигатель.

Двигатель подключен к полевому транзистору VT1, который управляется ШИМ мультивибратором, построенным на популярном таймере NE555. Из-за применения таймера NE555 схема регулирования оборотов получилась достаточно простой.

Как уже было сказано выше, шим регулятор оборотов двигателя выполнен с помощью простого генератора импульсов вырабатываемого нестабильным мультивибратором с частотой 50 Гц выполненного на таймере NE555. Сигналы с выхода мультивибратора обеспечивают смещение на затворе MOSFET транзистора.

Длительность положительного импульса можно регулировать переменным резистором R2. Чем больше ширина положительного импульса поступающего на затвор MOSFET транзистора, тем больше мощность поступает на двигатель постоянного тока. И наоборот чем уже ширина его, тем меньше мощности передается и как следствие понижаются обороты двигателя. Данная схема может работать от источника питания в 12 вольт.

Характеристики транзистора VT1 ( BUZ11):

Тип транзистора: MOSFET
Полярность: N
Максимальная рассеиваемая мощность (Вт): 75
Предельно допустимое напряжение сток-исток (В): 50
Предельно допустимое напряжение затвор-исток (В): 20
Максимально допустимый постоянный ток стока (А): 30
Сопротивление сток-исток открытого транзистора (мОм) : 40

Регулятор оборотов коллекторного двигателя постоянного тока.

Также были опробованы следующие применения при соответствующем источнике питания:
— Управлением регулирования скорости вращения других полярных двигателей.
— Диммирования ламп накаливания или светодиодных лент .
— Также возможно управлять мощностью нагревательных элементов (терморегулятор паяльника и др.).

Собственно схема:
Управление регулятором осуществляется через контроллер ЧПУ.

Здесь надо обратить внимание на максимальное напряжение управляемого мотора. Т.к. максимальное напряжение на выходе регулятора может превышать необходимый уровень для управляемого двигателя.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока

В качестве силового транзистора работает IGBT-транзистор FGA25N120ANTD. Для нормальной работы этому транзистору нужен драйвер «раскачки», т.к. за ними надо было ехать на другой край города драйвер был сделан из транзисторов разной проводимости Т1 — BC547, Т2 — BF423 (какие были). Запитан драйвер 12 вольтами через DC/DC преобразователь от контроллера ЧПУ.
От самоиндукции двигателя был установлен быстродействующий диод RHRP3060.

Т.к. китайский мотор «шумит» в сеть, попробовал заземление корпуса самого двигателя — картину не изменило. По этому был установил сетевой фильтр со сгоревшего блока питания, картина улучшилась. Рядом стоящий монитор перестал рябить.

После проб и экспериментов была разведена печатная плата:

То что получилось:

Немного поигравшись были спалены транзистор и токоведущие дорожки. Транзистор был заменен, а дорожки промаяны и добавлена жила из 0,5мм2 провода.

Gerber и разводка в формате eagle7.7 — ТУТ

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.

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.

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.

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.

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).

Функции и основные характеристики

Ток нагрузки одноканального (фото. 1) и двухканального (фото. 2) регуляторов не превышает 1,5 А. Поэтому для повышения нагрузочной способности производят замену транзистора КТ815А на КТ972А. Нумерация выводов для этих транзисторов совпадает (э-к-б). Но модель КТ972А работоспособна с токами до 4А.

Одноканальный регулятор для мотора

Устройство управляет одним мотором, питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт.

Конструкция устройства

Основные элементы конструкции регулятора представлены на фото. 3. Устройство состоит из пяти компонентов: два резистор переменного сопротивления с сопротивлением 10 кОм (№1) и 1 кОм (№2), транзистор модели КТ815А (№3), пара двухсекционных винтовых клеммника на выход для подключения мотора (№4) и вход для подключения батарейки (№5).

Примечание 1. Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

Принцип работы

Порядок работы регулятора мотора описывает электросхема (рис. 1). С учетом полярности на разъем ХТ1 подают постоянное напряжение. Лампочку или мотор подключают к разъему ХТ2. На входе включают переменный резистор R1, вращение его ручки изменяет потенциал на среднем выходе в противовес минусу батарейки. Через токоограничитель R2 произведено подключение среднего выхода к базовому выводу транзистора VT1. При этом транзистор включен по схеме регулярного тока. Положительный потенциал на базовом выходе увеличивается при перемещении вверх среднего вывода от плавного вращения ручки переменного резистора. Происходит увеличение тока, которое обусловлено снижением сопротивления перехода коллектор-эмитттер в транзисторе VT1. Потенциал будет уменьшаться, если ситуация будет обратной.

Материалы и детали

Необходима печатная плата размером 20х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита (допустимая толщина 1-1,5 мм). В таблице 1 приведен список радиокомпонентов.

Примечание 2. Необходимый для устройства переменный резистор может быть любого производства, важно соблюсти для него значения сопротивления тока указанные в таблице 1.

Примечание 3. Для регулировки токов выше 1,5А транзистор КТ815Г заменяют на более мощный КТ972А (с максимальным током 4А). При этом рисунок печатной платы менять не требуется, так как распределение выводов у обоих транзисторов идентично.

Процесс сборки

Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл termo1), а монтажный чертеж (файл montag1) – на белом листе офисной (формат А4).

Далее чертеж монтажной платы (№1 на фото. 4) наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы (№2 на фото. 4). Необходимо сделать отверстия (№3 на фото. 14) на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпадать. На фото.5 показана цоколёвка транзистора КТ815.

Вход и выход клеммников-разъемов маркируют белым цветом . Через клипсу к клеммнику подключается источник напряжения. Полностью собранный одноканальный регулятор отображен на фото. Источник питания (батарея 9 вольт) подключается на финальном этапе сборки. Теперь можно регулировать скорость вращения вала с помощью мотора, для этого нужно плавно вращать ручку регулировки переменного резистора.

Для тестирования устройства необходимо из архива распечатать чертеж диска. Далее нужно наклеить этот чертеж (№1) на плотную и тонкую картонную бумагу (№2 ). Затем с помощью ножниц вырезается диск (№3).

Полученную заготовку переворачивают (№1 ) и к центру крепят квадрат черной изоленты (№2) для лучшего сцепления поверхности вала мотора с диском. Нужно сделать отверстие (№3) как указано на изображении. Затем диск устанавливают на вал мотора и можно приступать к испытаниям. Одноканальный регулятор мотора готов!

ШИМ регулятор мощности двигателя постоянного тока на ATtiny45

Генераторы с широтно-импульсной модуляцией — ШИМ представляют собой разновидность цифро-аналоговых преобразователей со специфическими свойствами. Приведенная ниже схема является именно таким генератором ШИМ, и хотя он полностью цифровой, но управляется аналоговым способом, с помощью потенциометра.

Представленное устройство является регулятором мощности и направления вращения двигателя постоянного тока, но прекрасно работает и как регулятор мощности, например, лампочки. Элементы C1…C4 и L1 фильтруют напряжение питания. Это чрезвычайно важно для систем с импульсным силовым каскадом. Стабилизатор IC3 вместе с C5 и C6 подает 5 В на операционные усилители IC2. Элементы C5 и C9 обеспечивают сброс системы при включении питания.

Транзисторы Т5 и Т6 совместно с элементами R2, R7…R9 регулируют уровни напряжения на входах схемы IC1, они являются драйверами выходных транзисторов. Работой устройства управляет хорошо оснащенный микроконтроллер ATtiny45 в маленьком корпусе с восьмью ножками. Основная задача программы настроить внутренний таймер микроконтроллера как генератор ШИМ, в котором скважность пропорциональна напряжению на входе аналого-цифрового преобразователя, встроенного в IC2. Рабочая частота генератора ШИМ составляет около 500 Гц для первого режима и около 250 Гц для режимов 2 и 3.

Устройство управляется с помощью потенциометра POT1 и кнопки S1. Кратковременное нажатие кнопки приводит к немедленному отключению выходного напряжения и переходу в режим ожидания, о чем свидетельствует мигание светодиода. Повторное кратковременное нажатие возобновляет работу в том режиме, в котором она была прервана. Об этом сигнализирует постоянное свечение диода. Удерживание кнопки меняет режим работы в зависимости от положения потенциометра, о чем сигнализирует многократное мигание диода.

Каждое изменение режима работы вызывает переход в режим ожидания, поэтому мы должны подтвердить изменение режима повторным нажатием кнопки или для режимов 2 и 3, повернув ползунок потенциометра в ноль. Если потенциометр находится в среднем положении, будет активирован первый режим, в котором среднее положение является нулевым состоянием, напряжения на выходах нет. Поворот вправо приводит к тому, что на выход подается сигнал ШИМ с базовой поляризацией, т.е. выход A плюс питание, а выход B минус и заполнение, пропорциональное углу поворота. Поворот влево вызывает тот же эффект, но с обратной полярностью, т.е. выход A — минус питание, а выход B — плюс.

При подключенном двигателе это заставляет вращаться двигатель сначала в одном направлении, а затем в противоположном направлении, при этом нейтральная точка находится в середине шкалы. Удерживание кнопки при нахождении потенциометра в правом или левом положении или слегка отклоненном от центрального положения переключает режимы 2 или 3 в зависимости от положения ползунка. Работа в этих режимах позволяет регулировать уровень заполнения ШИМ-сигнала только для одной выходной полярности, но в полном диапазоне вращения потенциометра.

Это позволяет точно регулировать мощность двигателя без изменения направления вращения. Также в устройстве реализована функция плавного пуска — при выходе из дежурного режима наполнение ШИМ-сигнала не сразу достигает установленного значения, а постепенно увеличивается до него. Это приводит к плавному пуску двигателя и снижению пускового тока. Длительность работы функции плавного пуска можно установить, зажав кнопку и включив питание устройства. Об этом сигнализирует многократное мигание диода.

Это время будет пропорционально положению потенциометра, при максимальном отклонении оно будет составлять около 5 секунд. Устройство запоминает режим работы и время плавного запуска после отключения питания, поэтому достаточно разовой настройки. Также в устройстве реализована функция плавного пуска — при выходе из дежурного режима наполнение ШИМ-сигнала не сразу достигает установленного значения, а постепенно увеличивается до него. Это приводит к плавному пуску двигателя и снижению пускового тока.

Стоит отметить, что регулирующим параметром является напряжение от потенциометра, но может быть и напряжение от другого источника (цепи). Таким образом, мы можем получить эффект ШИМ-модуляции, вызванный другим переменным сигналом. Подключив простую RC-цепь вместо центрального контакта потенциометра, мы можем создать лампу с медленным затемнением или более яркой лампой или даже эффект затемнения одной лампы и затем увеличения яркости другой.

Система исправно работает при напряжении до 20 В, однако данное значение не следует превышать, так как это повредит IC1. Благодаря импульсному режиму на выходных транзисторах выделяется небольшое количество тепла. Для работы автомобильной лампочки 12 В/45 Вт дополнительный радиатор не требовался. Ток нагрузки 4 А — это значение, при котором было испытано устройство, но максимальный ток транзисторов силового каскада намного выше, и после использования подходящего радиатора и увеличения диаметра нескольких дорожек, например, путем лужения можно проводить испытания с более высокими токами. Печатная плата представлена на следующем фото.

Для удобства рассмотрим перечень элементов отдельным списком.

РЕЗИСТОРЫ:

R3, R4, R11, R12 — 10Ом;
R13 — 560Ом;
R2, R7, R8, R9 — 4,7кОм;
R5 — 10кОм.

КОНДЕНСАТОРЫ:

C1 — 470 мкФ/35В;
C2, C5, C7 — 100нФ МКТ;
С3, С6 — 100 мкФ/25 В;
C4 — керамика 100нФ;
C8 — 10нФ МКТ;
C9 — 10 мкФ/25 В;
C10, C11 — керамика 10нФ.

ПОЛУПРОВОДНИКИ:

Т1, Т2 — BUZ11;
Т3, Т4 — IRF9530;
Т5, Т6 — BC547;
IC1 — CD4069;
IC2 — ATtiny45;
IC3 — 78L05;
LED1 — желтый светодиод 5 мм.

ПРОЧИЕ ЭЛЕМЕНТЫ:

POT1 — 10кОм, потенциометр;
L1 — дроссель 1мГн;
S1 – микропереключатель;
Разъемы ZAC, MOTOR — ARK2;
Панельки для микросхем — DIL8, DIL14.

ШИМ контроллер скорости двигателя постоянного тока. Управление 4-pin вентилятором занедорого

Понадобилось мне устройство, регулирующее обороты мощного серверного вентилятора на 12 вольт (120×120). Обычные компьютерные вентиляторы не годились под мои цели, так как имеют слабый обдув.
При подаче 12 вольт, вентилятор весьма сильно дует и шумит, так, что если его положить на стол, он подлетает, для меня такая мощность потока избыточна. Вертушка имеет 4 пина, следовательно есть вероятность, что оборотами можно управлять, несмотря на отзывы, что ШИМ управление на этой модели не работает. Вспомнил, что в закромах имелась такая платка ШИМ-регулятора. Попытаемся пристроить её под наши цели.

Это МИКРООБЗОР, здесь не будет теории и схем, здесь будет только решение задачи, так как я его не нашел в интернетах.

Такого рода товар уже обозревали, потому не буду писать то же самое, суть в другом…
Здесь информация по управлению вентиляторами, кому интересно.

Внешний вид устройства:

В интернетах есть картинка такого рода (так НЕ делать!):

Подключив таким образом обороты регулируются, но в весьма узком диапазоне, ближе к максимальным.
Так же пробовал подключить питание вентилятора на (M+) и (M-) выходы платки, обороты не регулировались вовсе, дул на максималках. Данные способы считаю не подходящими для 4-хпиновой вертушки.

Внимание! Теперь правильное подключение:

Нормальный ШИМ сигнал идет с микросхемы NE555 на затвор мосфета, через резистор, отсюда его и следует подключать к синему проводу вентилятора.
В итоге, вентилятор крутится, обороты регулируются нормально. Есть нюанс, если платка выйдет из строя, думаю, что станет дуть на максимальных оборотах. Буду рад конструктивным замечаниям в комментах.

Планирую купить +42 Добавить в избранное Обзор понравился +84 +118