شرح 3 دوائر بسيطة للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر

الدائرة التي تمكن المستخدم من التحكم خطيًا في سرعة محرك متصل عن طريق تدوير مقياس جهد متصل يسمى دائرة التحكم في سرعة المحرك.

يتم تقديم 3 دوائر تحكم في السرعة سهلة البناء لمحركات التيار المستمر ، واحدة تستخدم MOSFET IRF540 ، والثانية تستخدم IC 555 والمفهوم الثالث مع IC 556 الذي يتميز بمعالجة عزم الدوران.

تصميم رقم 1: جهاز تحكم في سرعة محرك DC قائم على Mosfet

يمكن إنشاء دائرة تحكم في سرعة محرك DC رائعة وسهلة للغاية باستخدام موسفيت واحد ومقاوم ووعاء ، كما هو موضح أدناه:

استخدام تابع BJT Emitter

كما يتضح ، فإن mosfet مزور كمتابع مصدر أو وضع استنزاف شائع ، لمعرفة المزيد حول هذا التكوين ، يمكنك الرجوع إلى هذا المنصب ، الذي يناقش إصدار BJT ، ومع ذلك يظل مبدأ العمل كما هو.

في تصميم وحدة التحكم في محرك التيار المستمر أعلاه ، يُحدث تعديل الوعاء فرقًا متغيرًا في الجهد عبر بوابة mosfet ، ويتبع دبوس المصدر الخاص بـ mosfet ببساطة قيمة هذا الاختلاف في الجهد ويضبط الجهد عبر المحرك وفقًا لذلك.

هذا يعني أن المصدر سيكون دائمًا متخلفًا 4 أو 5 فولت خلف جهد البوابة ويتغير لأعلى / لأسفل مع هذا الاختلاف ، مما يؤدي إلى اختلاف الجهد بين 2 فولت و 7 فولت عبر المحرك.

عندما يكون جهد البوابة حوالي 7 فولت ، سيوفر دبوس المصدر الحد الأدنى 2 فولت للمحرك مما يتسبب في دوران بطيء للغاية على المحرك ، وستتوفر 7 فولت عبر دبوس المصدر عندما يولد ضبط الوعاء الجهد 12 فولت الكامل عبر بوابة موسفيت.

هنا يمكننا أن نرى بوضوح أن دبوس مصدر mosfet يبدو أنه 'يتبع' البوابة ومن ثم اسم تابع المصدر.

يحدث هذا لأن الاختلاف بين البوابة ودبوس المصدر في mosfet يجب أن يكون دائمًا حوالي 5 فولت ، من أجل تمكين mosfet من العمل على النحو الأمثل.

على أي حال ، فإن التكوين أعلاه يساعد على فرض تحكم سلس في السرعة على المحرك ، ويمكن بناء التصميم بسعر رخيص جدًا.

يمكن أيضًا استخدام BJT بدلاً من mosfet ، وفي الواقع فإن BJT سينتج نطاق تحكم أعلى من حوالي 1 فولت إلى 12 فولت عبر المحرك.

فيديو تجريبي

عندما يتعلق الأمر بالتحكم في سرعة المحرك بشكل موحد وفعال ، تصبح وحدة التحكم القائمة على PWM الخيار المثالي ، هنا سوف نتعلم المزيد ، فيما يتعلق بدائرة بسيطة لتنفيذ هذه العملية.

تصميم رقم 2: التحكم في محرك PWM DC مع IC 555

يمكن فهم تصميم وحدة تحكم بسيطة في سرعة المحرك باستخدام PWM على النحو التالي:
في البداية عندما يتم تشغيل الدائرة ، يكون دبوس المشغل في وضع منطقي منخفض لأن المكثف C1 غير مشحون.

تبدأ الشروط المذكورة أعلاه دورة التذبذب ، مما يجعل الناتج يتغير إلى ارتفاع منطقي.
يجبر الناتج المرتفع الآن المكثف على الشحن عبر D2.

عند الوصول إلى مستوى الجهد الذي يمثل 2/3 من الإمداد ، يكون رقم التعريف الشخصي 6 هو عتبة مشغلات IC.
مشغلات اللحظة رقم 6 ، الدبوس رقم 3 والدبوس 7 يعود إلى المنطق المنخفض.

مع وجود الدبوس رقم 3 عند مستوى منخفض ، يبدأ C1 مرة أخرى في التفريغ عبر D1 ، وعندما ينخفض ​​الجهد عبر C1 إلى ما دون المستوى الذي يمثل 1/3 من جهد الإمداد ، يصبح الدبوس رقم 3 والدبوس رقم 7 مرتفعًا مرة أخرى ، مما يتسبب في متابعة الدورة واستمر في التكرار.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن C1 لها مساران محددان بشكل منفصل لعملية الشحن والتفريغ عبر الثنائيات D1 و D2 ومن خلال أذرع المقاومة التي حددها الوعاء على التوالي.

هذا يعني أن مجموع المقاومة التي واجهتها C1 أثناء الشحن والتفريغ يظل كما هو بغض النظر عن كيفية ضبط الوعاء ، وبالتالي يظل الطول الموجي لنبض الإخراج كما هو.

ومع ذلك ، نظرًا لأن فترات الشحن أو التفريغ تعتمد على قيمة المقاومة التي تمت مواجهتها في مساراتها ، فإن الوعاء يحدد بشكل منفصل هذه الفترات الزمنية وفقًا لتعديلاته.

نظرًا لأن فترات الشحن والتفريغ مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بدورة عمل الإخراج ، فإنها تختلف وفقًا لتعديل الوعاء ، مما يعطي شكلًا لنبضات PWM المتغيرة المقصودة عند الإخراج.

تؤدي النتيجة المتوسطة لنسبة العلامة / المساحة إلى إخراج PWM والذي بدوره يتحكم في سرعة التيار المستمر للمحرك.

يتم تغذية نبضات PWM إلى بوابة mosfet التي تتفاعل وتتحكم في تيار المحرك المتصل استجابة لإعداد الوعاء.

يحدد المستوى الحالي من خلال المحرك سرعته وبالتالي ينفذ تأثير التحكم عبر الوعاء.

يمكن حساب تردد الإخراج من IC بالصيغة:

F = 1.44 (VR1 * C1)

يمكن اختيار mosfet حسب المتطلبات أو تيار الحمل.

يمكن رؤية مخطط الدائرة لوحدة التحكم في سرعة محرك التيار المستمر أدناه:

النموذج المبدئي:

إثبات اختبار الفيديو:

في مقطع الفيديو أعلاه ، يمكننا أن نرى كيف يتم استخدام التصميم المعتمد على IC 555 للتحكم في سرعة محرك التيار المستمر. كما قد تلاحظ ، على الرغم من أن المصباح يعمل بشكل مثالي استجابة لمؤشرات PWM ويختلف شدته من الحد الأدنى من التوهج إلى الحد الأقصى للوهج المنخفض ، فإن المحرك لا يعمل.

لا يستجيب المحرك مبدئيًا لـ PWMs الضيقة ، بدلاً من ذلك يبدأ بنفضة بعد تعديل PWMs لعرض نبضات أعلى بكثير.

هذا لا يعني أن الدائرة بها مشاكل ، لأن المحرك DC مثبت بين زوج من المغناطيس بإحكام. لبدء التشغيل ، يجب أن يقفز المحرك في دورانه عبر قطبي المغناطيس وهو ما لا يمكن أن يحدث بحركة بطيئة ولطيفة. يجب أن تبدأ بدافع.

هذا هو بالضبط السبب في أن المحرك يتطلب في البداية تعديلات أعلى لـ PWM وبمجرد بدء الدوران ، يكتسب المحرك بعض الطاقة الحركية والآن يصبح تحقيق سرعة أبطأ ممكنًا من خلال PWM أضيق.

ومع ذلك ، فإن الحصول على الدوران إلى حالة بطيئة الحركة بالكاد يمكن أن يكون مستحيلًا للسبب نفسه كما هو موضح أعلاه.

لقد بذلت قصارى جهدي لتحسين الاستجابة وتحقيق أبطأ تحكم ممكن في PWM من خلال إجراء بعض التعديلات في الرسم التخطيطي الأول كما هو موضح أدناه:

بعد قولي هذا ، يمكن للمحرك أن يُظهر تحكمًا أفضل عند المستويات الأبطأ إذا كان المحرك متصلًا أو مربوطًا بحمل من خلال التروس أو نظام البكرة.

قد يحدث هذا لأن الحمل سيكون بمثابة المثبط ويساعد على توفير حركة محكومة أثناء تعديلات السرعة البطيئة.

تصميم رقم 3: استخدام IC 556 للتحكم المحسن في السرعة

متفاوتة سرعة محرك DC قد يبدو أنه ليس صعبًا وقد تجد الكثير من الدوائر لذلك.

ومع ذلك ، فإن هذه الدوائر لا تضمن مستويات ثابتة من عزم الدوران عند السرعات المنخفضة للمحرك ، مما يجعل الأداء غير فعال تمامًا.

علاوة على ذلك ، عند السرعات المنخفضة جدًا بسبب عدم كفاية عزم الدوران ، يميل المحرك إلى التوقف.

عيب خطير آخر هو أنه لا توجد ميزة عكس المحرك المضمنة في هذه الدوائر.

الدائرة المقترحة خالية تمامًا من أوجه القصور المذكورة أعلاه وقادرة على توليد مستويات عزم دوران عالية والحفاظ عليها حتى عند أدنى السرعات الممكنة.

تشغيل الدائرة

قبل أن نناقش دائرة تحكم المحرك PWM المقترحة ، نود أيضًا أن نتعلم البديل الأبسط الذي لا يكون فعالًا. ومع ذلك ، يمكن اعتباره جيدًا بشكل معقول طالما أن الحمل فوق المحرك ليس مرتفعًا ، وطالما لم يتم تقليل السرعة إلى أدنى المستويات.

يوضح الشكل كيف يمكن استخدام 556 IC واحدًا للتحكم في سرعة المحرك المتصل ، ولن ندخل في التفاصيل ، والعيب الملحوظ الوحيد لهذا التكوين هو أن عزم الدوران يتناسب طرديًا مع سرعة المحرك.

وبالعودة إلى التصميم المقترح لدائرة التحكم في سرعة عزم الدوران العالية ، فقد استخدمنا هنا اثنين 555 دائرة متكاملة بدلاً من واحدة أو بالأحرى IC 556 واحدة تحتوي على وحدتي IC 555 في حزمة واحدة.

مخطط الرسم البياني

الخصائص الرئيسية

باختصار المقترح تحكم محرك DC يتضمن الميزات الشيقة التالية:

يمكن تغيير السرعة بشكل مستمر من الصفر إلى الحد الأقصى ، دون توقف.

لا يتأثر عزم الدوران أبدًا بمستويات السرعة ويظل ثابتًا حتى عند مستويات السرعة الدنيا.

يمكن قلب دوران المحرك أو عكسه خلال جزء من الثانية.

السرعة متغيرة في كلا اتجاهي دوران المحرك.

الاثنان 555 المرحلية مع وظيفتين منفصلتين. يتم تكوين أحد الأقسام باعتباره جهاز هزاز متعدد مستقر يولد ساعات بموجة مربعة تبلغ 100 هرتز يتم تغذيتها إلى القسم السابق 555 داخل الحزمة.

التردد أعلاه مسؤول عن تحديد تردد PWM.

يستخدم الترانزستور BC 557 كمصدر تيار مستمر يحافظ على المكثف المجاور في ذراع التجميع مشحونًا.

يؤدي هذا إلى تطوير جهد سن المنشار عبر المكثف أعلاه ، والذي تتم مقارنته داخل 556 IC مع جهد العينة المطبق خارجيًا فوق المسمار الموضح.

يمكن اشتقاق جهد العينة المطبق خارجيًا من دائرة إمداد طاقة بسيطة ذات جهد متغير 0-12 فولت.

يتم استخدام هذا الجهد المتغير المطبق على 556 IC لتغيير PWM للنبضات عند الإخراج والذي يتم استخدامه في النهاية لتنظيم سرعة المحرك المتصل.

يستخدم المفتاح S1 لعكس اتجاه المحرك فورًا كلما لزم الأمر.

قائمة الاجزاء

• R1 ، R2 ، R6 = 1 ك ،
• R3 = 150 ك ،
• R4 ، R5 = 150 أوم ،
• R7 ، R8 ، R9 ، R10 = 470 أوم ،
• C1 = 0.1 فائق التوهج ،
• C2, C3 = 0.01uF,
• C4 = 1 فائق التوهج / 25VT1 ،
• T2 = TIP122,
• T3 ، T4 = TIP127
• T5 = BC557,
• T6, T7 = BC547,
• D1 - D4 = 1N5408 ،
• Z1 = 4V7 400 ميجاوات
• IC1 = 556 ،
• S1 = مفتاح تبديل SPDT

الدائرة المذكورة أعلاه مستوحاة من دائرة سائق المحرك التالية والتي تم نشرها منذ فترة طويلة في مجلة elecktor الإلكترونية الهندية.

التحكم في عزم دوران المحرك باستخدام IC 555

يمكن تبسيط أول مخطط للتحكم في المحرك كثيرًا باستخدام مفتاح DPDT لعملية انعكاس المحرك ، وباستخدام ترانزستور تابع للباعث لتنفيذ التحكم في السرعة ، كما هو موضح أدناه:

تحكم دقيق في المحرك باستخدام أمبير تشغيل أحادي

تحكم دقيق للغاية أو معقد في تيار مستمر. يمكن تحقيق المحرك باستخدام جهاز op-amp ومولد tacho. تم تجهيز جهاز op-amp كمفتاح حساس للجهد. في الدائرة الموضحة أدناه ، بمجرد أن يكون خرج مولد التاكو أقل من الجهد المرجعي المحدد مسبقًا ، يتم تشغيل ترانزستور التبديل وسيتم توفير الطاقة بنسبة 100 ٪ للمحرك.

سيحدث تبديل عمل المرجع في بضع ملي فولت فقط حول الجهد المرجعي. ستحتاج إلى مصدر طاقة مزدوج ، والذي قد يكون مجرد زينر مستقر.

تتيح وحدة التحكم في المحرك هذه نطاقًا قابلًا للتعديل بشكل لا نهائي دون التسبب في أي شكل من أشكال المتاعب الميكانيكية.

ناتج المرجع أمبير هو فقط +/- 10٪ من مستوى قضبان الإمداد ، وبالتالي يمكن التحكم في سرعات المحرك الهائلة باستخدام جهاز إرسال مزدوج.

يمكن تثبيت الجهد المرجعي من خلال الثرمستورات ، أو LDR وما إلى ذلك. الإعداد التجريبي المشار إليه في الرسم البياني للدائرة يستخدم RCA 3047A op amp ، ومحرك 0.25W 6V كمولد tacho الذي يولد حوالي 4 فولت عند 13000 دورة في الدقيقة ردود الفعل المقصودة.