Regulator napona za 12V DC motor. Snažan PWM regulator. Zašto vam je potreban frekventni pretvarač?
Najjednostavniji način kontrole brzine rotacije DC motora temelji se na korištenju modulacije širine impulsa (PWM ili PWM). Suština ove metode je da se napon napajanja dovodi do motora u obliku impulsa. U ovom slučaju, brzina ponavljanja pulsa ostaje konstantna, ali njihovo trajanje može varirati.
PWM signal karakterizira takav parametar kao što je radni ciklus ili radni ciklus. Ovo je recipročna vrijednost radnog ciklusa i jednaka je omjeru trajanja impulsa i njegovog perioda.
D = (t/T) * 100%
Slike ispod prikazuju PWM signale sa različitim radnim ciklusima.
Sa ovom metodom upravljanja, brzina rotacije motora će biti proporcionalna radnom ciklusu PWM signala.
Jednostavni upravljački krug motora DC
Najjednostavniji upravljački krug DC motora sastoji se od tranzistora s efektom polja, čija se kapija napaja PWM signalom. Tranzistor u ovom krugu djeluje kao elektronski prekidač koji prebacuje jedan od terminala motora na masu. Tranzistor se otvara u trenutku trajanja impulsa.
Kako će se motor ponašati kada se ovako upali? Ako je frekvencija PWM signala niska (nekoliko Hz), motor će se trzavo okretati. Ovo će biti posebno uočljivo sa malim ciklusom rada PWM signala.
Na frekvenciji od stotina Hz, motor će se stalno okretati i njegova brzina rotacije će se mijenjati proporcionalno radnom ciklusu. Grubo govoreći, motor će "percipirati" prosječnu vrijednost energije koja mu se isporučuje.
Krug za generiranje PWM signala
Postoji mnogo kola za generisanje PWM signala. Jedan od najjednostavnijih je sklop baziran na 555 tajmeru. Zahtijeva minimum komponenti, ne zahtijeva podešavanje i može se sastaviti za jedan sat.
Napon napajanja VCC kola može biti u rasponu od 5 - 16 Volti. Gotovo sve diode mogu se koristiti kao diode VD1 - VD3.
Ako ste zainteresirani za razumijevanje kako ovaj sklop radi, trebate pogledati blok dijagram 555 tajmera. Tajmer se sastoji od djelitelja napona, dva komparatora, flip-flopa, prekidača otvorenog kolektora i izlaznog bafera.
Pinovi za napajanje (VCC) i reset su povezani na napajanje plus, recimo +5 V, a pin za uzemljenje (GND) na minus. Otvoreni kolektor tranzistora (DISC pin) je spojen na pozitivno napajanje preko otpornika i iz njega se uklanja PWM signal. pin CONT se ne koristi na njega; Pinovi komparatora THRES i TRIG su kombinovani i povezani u RC kolo koje se sastoji od promjenljivog otpornika, dvije diode i kondenzatora. Srednji pin promjenljivog otpornika spojen je na OUT pin. Ekstremni terminali otpornika povezani su preko dioda na kondenzator, koji je drugim terminalom spojen na masu. Zahvaljujući ovom uključivanju dioda, kondenzator se puni kroz jedan dio promjenjivog otpornika i prazni kroz drugi.
Kada je napajanje uključeno, OUT pin je na niskom logičkom nivou, tada će pinovi THRES i TRIG, zahvaljujući VD2 diodi, također biti na niskom nivou. Gornji komparator će prebaciti izlaz na nulu, a donji na jedan. Izlaz okidača će biti postavljen na nulu (jer ima inverter na izlazu), tranzistorski prekidač će se zatvoriti, a OUT pin će biti postavljen na visoki nivo (jer ima inverter na ulazu). Zatim će se kondenzator C3 početi puniti kroz diodu VD1. Kada se napuni do određenog nivoa, donji komparator će se prebaciti na nulu, a zatim će gornji komparator prebaciti izlaz na jedan. Izlaz okidača će biti postavljen na nivo jedinice, tranzistorski prekidač će se otvoriti, a OUT pin će biti postavljen na niski nivo. Kondenzator C3 će se početi prazniti kroz diodu VD2 sve dok se potpuno ne isprazni i komparatori prebace okidač u drugo stanje. Ciklus će se zatim ponoviti.
Približna frekvencija PWM signala generiranog ovim krugom može se izračunati korištenjem sljedeće formule:
F = 1,44/(R1*C1), [Hz]
gdje je R1 u omima, C1 u faradima.
Sa vrijednostima navedenim u dijagramu iznad, frekvencija PWM signala će biti jednaka:
F = 1,44/(50000*0,0000001) = 288 Hz.
PWM DC regulator brzine motora
Kombinirajmo dva gore predstavljena kruga i dobićemo jednostavan krug kontrolera brzine motora DC, koji se može koristiti za kontrolu brzine motora igračke, robota, mikro bušilice, itd.
VT1 je tranzistor sa efektom polja n tipa sposoban da izdrži maksimalnu struju motora pri datom naponu i opterećenju osovine. VCC1 je od 5 do 16 V, VCC2 je veći ili jednak VCC1.
Umjesto tranzistora s efektom polja, možete koristiti bipolarni npn tranzistor, Darlington tranzistor ili opto-relej odgovarajuće snage.
Svaki moderni električni alat ili kućanski aparat koristi komutatorski motor. To je zbog njihove svestranosti, odnosno mogućnosti rada i na naizmjeničnom i na jednosmjernom naponu. Još jedna prednost je efikasan startni moment.
Međutim, velika brzina komutatorskog motora ne odgovara svim korisnicima. Za nesmetan početak i mogućnost promjene brzine rotacije, izmišljen je regulator, koji je sasvim moguće napraviti vlastitim rukama.
Princip rada i vrste komutatorskih motora
Svaki elektromotor se sastoji od komutatora, statora, rotora i četkica. Princip njegovog rada je prilično jednostavan:
Pored standardnog uređaja, tu su i:
Regulatorni uređaj
U svijetu postoji mnogo shema takvih uređaja. Ipak, svi se mogu podijeliti u 2 grupe: standardni i modificirani proizvodi.
Standardni uređaj
Tipične proizvode odlikuje jednostavnost izrade idinistora i dobra pouzdanost pri promjeni brzine motora. U pravilu se takvi modeli temelje na tiristorskim regulatorima. Princip rada takvih shema je prilično jednostavan:
Tako se podešava brzina komutatorskog motora. U većini slučajeva, slična shema se koristi u stranim usisivačima za kućanstvo. Međutim, trebate znati da takav regulator brzine nema povratnu informaciju. Stoga, kada se opterećenje promijeni, morat ćete podesiti brzinu elektromotora.
Promijenjene šeme
Naravno, standardni uređaj odgovara mnogim ljubiteljima regulatora brzine da se "kopaju" po elektronici. Međutim, bez napretka i poboljšanja proizvoda, mi bismo i dalje živjeli u kamenom dobu. Stoga se stalno izmišljaju zanimljivije sheme koje mnogi proizvođači rado koriste.
Najčešće korišteni su reostat i integralni regulatori. Kao što naziv govori, prva opcija je bazirana na reostatskom kolu. U drugom slučaju koristi se integralni tajmer.
Reostatski su efikasni u promjeni broja okretaja komutatorskog motora. Visoka efikasnost je zahvaljujući tranzistorima snage, koji preuzimaju dio napona. Tako se smanjuje protok struje i motor radi sa manje napora.
Video: uređaj za kontrolu brzine sa održavanjem snage
Glavni nedostatak ove sheme je velika količina proizvedene topline. Stoga, za nesmetan rad, regulator mora biti stalno hlađen. Štaviše, hlađenje uređaja mora biti intenzivno.
Drugačiji pristup je implementiran u integralnom regulatoru, gdje je integralni tajmer odgovoran za opterećenje. U pravilu se u takvim krugovima koriste tranzistori gotovo svih vrsta. To je zbog činjenice da sadrži mikrokolo s velikim vrijednostima izlazne struje.
Ako je opterećenje manje od 0,1 ampera, tada sav napon ide direktno u mikrokrug, zaobilazeći tranzistore. Međutim, za efikasan rad regulatora potrebno je da na kapiji postoji napon od 12V. Stoga, električni krug i sam napon napajanja moraju odgovarati ovom rasponu.
Pregled tipičnih kola
Možete regulirati rotaciju osovine elektromotora male snage tako što ćete serijski spojiti strujni otpornik br. Međutim, ova opcija ima vrlo nisku efikasnost i nemogućnost glatke promjene brzine. Da biste izbjegli takvu smetnju, trebali biste razmotriti nekoliko regulatornih krugova koji se najčešće koriste.
Kao što znate, PWM ima konstantnu amplitudu impulsa. Osim toga, amplituda je identična naponu napajanja. Posljedično, električni motor se neće zaustaviti čak ni pri malim brzinama.
Druga opcija je slična prvoj. Jedina razlika je u tome što se kao glavni oscilator koristi operacioni pojačavač. Ova komponenta ima frekvenciju od 500 Hz i proizvodi impulse trokutastog oblika. Podešavanje se također vrši pomoću varijabilnog otpornika.
Kako sami napraviti
Ako ne želite da trošite novac na kupovinu gotovog uređaja, možete ga napraviti sami. Na ovaj način ne samo da možete uštedjeti novac, već i steći korisno iskustvo. Dakle, za izradu tiristorskog regulatora trebat će vam:
- lemilica (za provjeru funkcionalnosti);
- žice;
- tiristor, kondenzatori i otpornici;
- shema.
Kao što se može vidjeti iz dijagrama, regulator kontrolira samo 1 poluperiod. Međutim, za testiranje performansi na običnom lemilu, to će biti sasvim dovoljno.
Ako nemate dovoljno znanja da dešifrujete dijagram, možete se upoznati s tekstualnom verzijom:
Upotreba regulatora omogućava ekonomičniju upotrebu elektromotora. U određenim situacijama takav se uređaj može napraviti samostalno. Međutim, za ozbiljnije svrhe (na primjer, praćenje opreme za grijanje), bolje je kupiti gotov model. Srećom, na tržištu postoji širok izbor ovakvih proizvoda, a cijena im je prilično pristupačna.
Za glatko povećanje i smanjenje brzine rotacije osovine postoji poseban uređaj - regulator brzine elektromotora od 220 V. Stabilan rad, bez prekida napona, dug radni vijek - prednosti korištenja regulatora brzine motora za 220, 12 i 24 volta.
- Područje primjene
- Odabir uređaja
- IF uređaj
- Vrste uređaja
- Triac uređaj
Zašto vam je potreban frekventni pretvarač?
Funkcija regulatora je da invertuje napon od 12, 24 volta, osiguravajući nesmetan start i zaustavljanje koristeći modulaciju širine impulsa.
Regulatori brzine uključeni su u strukturu mnogih uređaja, jer osiguravaju točnost električnog upravljanja. Ovo vam omogućava da podesite brzinu na željenu količinu.
Područje primjene
DC regulator brzine motora koristi se u mnogim industrijskim i domaćim aplikacijama. Na primjer:
- kompleks grijanja;
- Pogoni opreme;
- aparat za zavarivanje;
- električne peći;
- usisivači;
- Šivaće mašine;
- mašine za pranje veša.
Odabir uređaja
Da biste odabrali efikasan regulator, potrebno je uzeti u obzir karakteristike uređaja i njegovu namjenu.
- Vektorski kontroleri su uobičajeni za komutatorske motore, ali su skalarni kontroleri pouzdaniji.
- Važan kriterij odabira je snaga. Mora odgovarati dozvoljenom na jedinici koja se koristi. Bolje je prekoračiti za siguran rad sistema.
- Napon mora biti u prihvatljivim širokim rasponima.
- Osnovna namjena regulatora je pretvaranje frekvencije, tako da se ovaj aspekt mora odabrati u skladu sa tehničkim zahtjevima.
- Također morate obratiti pažnju na vijek trajanja, dimenzije, broj ulaza.
IF uređaj
- AC motor prirodni regulator;
- pogonska jedinica;
- dodatni elementi.
Šema strujnog kruga 12 V regulatora brzine motora prikazana je na slici. Brzina se podešava pomoću potenciometra. Ako se na ulaz primaju impulsi s frekvencijom od 8 kHz, tada će napon napajanja biti 12 volti.
Uređaj se može kupiti na specijaliziranim prodajnim mjestima, a možete ga i sami izraditi.
Prilikom pokretanja trofaznog motora punom snagom, struja se prenosi, akcija se ponavlja oko 7 puta. Struja savija namotaje motora, stvarajući toplotu tokom dužeg vremenskog perioda. Pretvarač je pretvarač koji omogućava konverziju energije. Napon ulazi u regulator, gdje se 220 volti ispravlja pomoću diode koja se nalazi na ulazu. Zatim se struja filtrira kroz 2 kondenzatora. PWM se generiše. Zatim se impulsni signal prenosi od namotaja motora do određene sinusoide.
Postoji univerzalni uređaj od 12V za motore bez četkica.
Kako biste uštedjeli na računima za struju, naši čitatelji preporučuju Electricity Saving Box. Mjesečne uplate će biti 30-50% manje nego prije korištenja štednje. Uklanja reaktivnu komponentu iz mreže, što rezultira smanjenjem opterećenja i, kao posljedicom, potrošnje struje. Električni uređaji troše manje električne energije i smanjuju se troškovi.
Kolo se sastoji od dva dijela - logičkog i energetskog. Mikrokontroler se nalazi na čipu. Ova shema je tipična za snažan motor. Jedinstvenost regulatora leži u njegovoj upotrebi sa različitim tipovima motora. Krugovi se napajaju zasebno;
Vrste uređaja
Triac uređaj
Triac uređaj se koristi za kontrolu osvjetljenja, snage grijaćih elemenata i brzine rotacije.
Kolo kontrolera zasnovano na trijaku sadrži minimum dijelova prikazanih na slici, gdje je C1 kondenzator, R1 je prvi otpornik, R2 je drugi otpornik.
Koristeći pretvarač, snaga se regulira promjenom vremena otvorenog trijaka. Ako je zatvoren, kondenzator se puni opterećenjem i otpornicima. Jedan otpornik kontrolira količinu struje, a drugi regulira brzinu punjenja.
Kada kondenzator dostigne prag maksimalnog napona od 12V ili 24V, prekidač se aktivira. Triac prelazi u otvoreno stanje. Kada mrežni napon prođe kroz nulu, trijak je zaključan, a zatim kondenzator daje negativan naboj.
Pretvarači na elektronske ključeve
Uobičajeni tiristorski regulatori sa jednostavnim radnim krugom.
Tiristor, radi u mreži naizmjenične struje.
Zasebna vrsta je stabilizator izmjeničnog napona. Stabilizator sadrži transformator sa brojnim namotajima.
Na izvor napona od 24 volta. Princip rada je punjenje kondenzatora i zaključanog tiristora, a kada kondenzator dostigne napon, tiristor šalje struju na opterećenje.
Proporcionalni signalni proces
Signali koji pristižu na sistemski ulaz formiraju povratnu informaciju. Pogledajmo bliže pomoću mikrokola.
TDA 1085 čip na slici iznad pruža povratnu kontrolu motora od 12V, 24V bez gubitka snage. Obavezno je sadržavati tahometar, koji daje povratnu informaciju od motora do upravljačke ploče. Signal stabilizacijskog senzora ide u mikrokrug, koji prenosi zadatak na elemente napajanja - da dodaju napon na motor. Kada je osovina opterećena, ploča povećava napon i povećava se snaga. Otpuštanjem osovine napetost se smanjuje. Broj okretaja će biti konstantan, ali se obrtni moment neće mijenjati. Frekvencija se kontroliše u širokom opsegu. Takav motor od 12, 24 volti ugrađen je u mašine za pranje veša.
Svojim rukama možete napraviti uređaj za brusilicu, tokarilicu za drvo, šiljilo, mješalicu za beton, rezač slame, kosilicu, cjepač drva i još mnogo toga.
Industrijski regulatori, koji se sastoje od 12, 24 voltnih regulatora, punjeni su smolom i stoga se ne mogu popraviti. Stoga se 12V uređaj često izrađuje samostalno. Jednostavna opcija koja koristi U2008B čip. Regulator koristi strujnu povratnu informaciju ili meki start. Ako se koristi potonji, potrebni su elementi C1, R4, kratkospojnik X1 nije potreban, ali s povratnom spregom, obrnuto.
Prilikom sastavljanja regulatora odaberite pravi otpornik. Budući da s velikim otpornikom može doći do trzaja u startu, a s malim otpornikom kompenzacija će biti nedovoljna.
Bitan! Prilikom podešavanja regulatora napajanja, morate imati na umu da su svi dijelovi uređaja povezani na AC mrežu, tako da se moraju pridržavati sigurnosnih mjera opreza!
Regulatori brzine za jednofazne i trofazne motore od 24, 12 volti su funkcionalan i vrijedan uređaj, kako u svakodnevnom životu tako i u industriji.
Podešavanje broja obrtaja elektromotora u savremenoj elektronskoj tehnici postiže se ne promenom napona napajanja, kao što je to ranije urađeno, već dovođenjem strujnih impulsa različitog trajanja na elektromotor. U ove svrhe se koristi PWM, koji je nedavno postao veoma popularan ( moduliran širinom impulsa) regulatori. Krug je univerzalan - također kontrolira brzinu motora, svjetlinu lampi i struju u punjaču.
Krug PWM regulatora
Gornji dijagram radi odlično, u prilogu.
Bez mijenjanja strujnog kruga, napon se može podići na 16 volti. Postavite tranzistor ovisno o snazi opterećenja.
Može se sklopiti PWM regulator i prema ovom električnom kolu, sa konvencionalnim bipolarnim tranzistorom:
A ako je potrebno, umjesto kompozitnog tranzistora KT827, instalirajte IRFZ44N s efektom polja, s otpornikom R1 - 47k. Polevik bez radijatora se ne zagrijava pri opterećenju do 7 ampera.
Rad PWM kontrolera
Tajmer na NE555 čipu prati napon na kondenzatoru C1, koji je uklonjen sa THR pina. Čim dostigne maksimum, otvara se unutrašnji tranzistor. Što kratko spaja DIS pin na masu. U ovom slučaju, logička nula se pojavljuje na izlazu OUT. Kondenzator se počinje prazniti kroz DIS i kada napon na njemu postane nula, sistem će se prebaciti u suprotno stanje - na izlazu 1 tranzistor je zatvoren. Kondenzator se ponovo počinje puniti i sve se ponavlja.
Naelektrisanje kondenzatora C1 ide putem: “R2->nadlaktica R1 ->D2”, a pražnjenje duž putanje: D1 -> donja ruka R1 -> DIS. Kada rotiramo promjenjivi otpornik R1, mijenjamo omjer otpora gornjeg i donjeg kraka. Što, shodno tome, mijenja omjer dužine pulsa i pauze. Frekvencija se uglavnom postavlja kondenzatorom C1 i također neznatno ovisi o vrijednosti otpora R1. Promjenom omjera otpora punjenja i pražnjenja mijenjamo radni ciklus. Otpornik R3 osigurava da se izlaz povuče na visoki nivo - tako da postoji izlaz otvorenog kolektora. Koji nije u stanju samostalno postaviti visok nivo.
Možete koristiti bilo koje diode, kondenzatore približno iste vrijednosti kao na dijagramu. Odstupanja unutar jednog reda veličine ne utječu značajno na rad uređaja. Na 4,7 nanofarada postavljenih u C1, na primjer, frekvencija pada na 18 kHz, ali je gotovo nečujna.
Ako se nakon sastavljanja kruga upravljački tranzistor ključa zagrije, najvjerojatnije se ne otvara u potpunosti. To jest, postoji veliki pad napona na tranzistoru (djelimično je otvoren) i struja teče kroz njega. Kao rezultat toga, mnogo energije se troši za grijanje. Preporučljivo je paralelno sklopiti krug na izlazu s velikim kondenzatorima, inače će pjevati i biti loše reguliran. Da biste izbjegli zviždanje, odaberite C1, zviždanje često dolazi od njega. Općenito, opseg primjene je vrlo širok, njegova upotreba kao regulatora svjetline za LED lampe velike snage, LED trake i reflektore će biti posebno obećavajuća, ali o tome sljedeći put. Ovaj članak je napisan uz podršku eara, ur5rnp, stalker68.
Regulatorno kolo bazirano na modulaciji širine impulsa, ili jednostavno, može se koristiti za promjenu brzine 12-voltnog DC motora. Regulacija brzine osovine pomoću PWM-a daje veće performanse od jednostavnog mijenjanja istosmjernog napona koji se dovodi do motora.
Podloška regulatora brzine motora
Motor je povezan na tranzistor sa efektom polja VT1, kojim upravlja PWM multivibrator baziran na popularnom tajmeru NE555. Zbog primjene, shema kontrole brzine pokazala se prilično jednostavnom.
Kao što je već rečeno, regulator brzine motora napravljen pomoću jednostavnog generatora impulsa generiranog nestabilnim multivibratorom sa frekvencijom od 50 Hz napravljenim na NE555 tajmeru. Signali sa izlaza multivibratora daju pristranost kapiji MOSFET tranzistora.
Trajanje pozitivnog impulsa može se podesiti promjenjivim otpornikom R2. Što je veća širina pozitivnog impulsa koji ulazi u kapiju MOSFET tranzistora, to se više snage dovodi do DC motora. I obrnuto, što je njegova širina uža, to se manje snage prenosi i, kao rezultat toga, smanjenje broj obrtaja motora. Ovaj krug može raditi iz izvora napajanja od 12 volti.
Karakteristike tranzistora VT1 (BUZ11):
- Tip tranzistora: MOSFET
- Polaritet: N
- Maksimalna disipacija snage (W): 75
- Maksimalni dozvoljeni napon drejn-izvor (V): 50
- Maksimalni dozvoljeni napon gejt-izvor (V): 20
- Maksimalna dozvoljena trajna struja odvoda (A): 30
