Известно множество вариантов микросхем, используемых для управления двигателем, включая ТLЕ4205 и L298D, а также стандартные электромагнитные реле, но перечисленные выше способы относятся к категории самых доступных.

Управление шаговым двигателем

Для управления двигателем шагового типа необходима подача постоянного напряжения на обмоточную часть с соблюдением максимально точной последовательности, благодаря чему обеспечивается точность угла осевого поворота.

При наличии постоянных магнитов

Шаговые двигатели, имеющие постоянные магниты, чаще всего применяются в бытовых приборах, но могут встречаться в устройствах промышленного типа. Доступные по стоимости двигатели обладают низким крутящим моментом и низкой скоростью вращения, благодаря чему прекрасно подходят для компьютеров.

Управление шаговым двигателем

Изготовление двигателей шагового типа на основе постоянных магнитов не отличается сложностью и экономически целесообразно только при больших объемах производства, а ограниченность использования обусловлена относительной инертностью и неприемлемостью применения в условиях точного временного позиционирования.

При наличии переменного магнитного сопротивления

Шагового типа двигатели, имеющие переменное магнитное сопротивление в условиях отсутствия стабильного магнита, характеризуются свободным роторным вращением без крутящего вращения остаточного типа.

Гибридный вариант

Вариант характеризуется очень удачным сочетанием принципа работы моторов с переменными и постоянными магнитами.

Значительное количество двигателей гибридного типа отличается классическим двухфазным строением.

Заключение

Необходимость выполнять изменение полярности напряжения может возникать в процессе управления двигателем или при использовании схемы мостового преобразователя напряжения. В этом случае ключи чаще всего представлены реле, полевыми и биполярными транзисторами, а также H-мостами, встраиваемыми в микросхему.

Управление двигателем постоянного тока с помощью Raspberry Pi: схема и программа

В предыдущей статье мы рассмотрели использование ШИМ в Raspberry Pi, а в данной статье мы рассмотрим подключение электродвигателя постоянного тока к плате Raspberry Pi и управление скоростью его вращения с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции).

Схема расположения контактов ввода/вывода (GPIO) на плате Raspberry Pi 2 показана на следующем рисунке. Более подробно об этих контактах вы можете прочитать в статье про мигание светодиода с помощью Raspberry Pi.

Каждый из 17 универсальных контактов ввода/вывода (GPIO) может выдерживать ток до 15mA. А суммарный ток от всех контактов ввода/вывода не должен превышать 50mA – таким образом, в среднем на каждый контакт будет приходиться ток примерно 3mA.

Также на плате Raspberry Pi присутствуют силовые контакты +5V (Pin 2 & 4) и +3.3V (Pin 1 & 17), от которых можно запитывать различные датчики. Шина электропитания с данных контактов подключена параллельно шине питания процессора, поэтому если по шине питания данных силовых контактов будет протекать большой ток, то он будет оказывать влияние на работу процессора. Поэтому на плате есть предохранитель, который сработает если вы подключите к силовым контактам слишком мощную нагрузку. С шины питания контактов +3.3V можно безопасно забирать ток величиной до 100mA – в этом проекте для нас это будет важно, потому что к этим контактам мы будем подключать электродвигатель постоянного тока. Соответственно, к данным контактам мы можем подключить только сравнительно маломощный двигатель, если же вы хотите управлять с помощью платы Raspberry Pi более мощным двигателем, то для него придется использовать отдельный источник питания.

Необходимые компоненты

1. Плата Raspberry Pi 2 Model B или другая аналогичная (купить на AliExpress).
2. Резистор 220 Ом или 1 кОм – 3 шт. (купить на AliExpress).
3. Маломощный двигатель постоянного тока (Small DC Motor).
4. Кнопка – 2 шт.
5. Транзистор 2N2222 (купить на AliExpress).
6. Диод 1N4007 (купить на AliExpress).
7. Конденсатор 1000 мкФ (купить на AliExpress).
8. Макетная плата.
9. Соединительные провода.

Схема проекта

Схема подключения двигателя постоянного тока к плате Raspberry Pi представлена на следующем рисунке.

Как уже было рассмотрено ранее, один контакт платы Raspberry Pi не может работать с током более 15mA и, поскольку двигатель постоянного тока потребляет ток более 15mA, то сигнал ШИМ, формируемый Raspberry Pi, нельзя непосредственно подавать на двигатель, так как это может привести к необратимому повреждению платы. Поэтому в качестве переключающего устройства мы в нашей схеме используем NPN транзистор 2N2222. Этот транзистор под действием ШИМ с платы Raspberry Pi управляет переключением тока, достаточного для работы двигателя. Также учтите то, что неправильное подключение транзистора может также привести к тяжелому повреждению платы.

Двигатель постоянного тока обладает индуктивностью, что может привести к выбросам напряжения, которые могут сильно нагревать (повредить) транзистор, поэтому в схеме мы используем диод 1N4007 чтобы обеспечить защиту транзистора от этих выбросов напряжения.

Также, чтобы уменьшить флуктуации напряжения, в схеме мы подключили конденсатор емкостью 1000 мФ параллельно подаваемому напряжению питания.

Объяснение программы для Raspberry Pi

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

После того, как все необходимые соединения в схеме сделаны, мы можем подать питание на Raspberry Pi и после загрузки ее операционной системы можно начать писать программу в ней на Python. Подробнее о том, как это можно сделать, можно прочитать в статье про мигание светодиода с помощью Raspberry Pi.

В программе нам первым делом необходимо подключить (импортировать) библиотеку для работы с контактами ввода/вывода. Также мы импортируем эту библиотеку RPi.GPIO под именем “IO” (то есть переименовываем ее для использования в программе), то есть далее в программе всегда, когда мы захотим обратиться к контактам ввода/вывода, мы будем использовать слово ‘IO’.

Иногда контакты ввода/вывода (GPIO pins), которые мы собираемся использовать в программе, могут выполнять другие функции. В этом случае во время исполнения программы мы будем получать предупреждения (warnings). Следующей командой мы укажем плате Raspberry Pi на то, чтобы она игнорировала эти предупреждения и продолжала исполнение программы.

Мы можем обращаться к контактам ввода/вывода (GPIO pins) платы Raspberry Pi используя либо номер контакта на плате, либо его функциональный номер. В представленной выше распиновке контактов ввода/вывода можно увидеть, к примеру, что обозначение GPIO19 соответствует контакту PIN 35. То есть в зависимости от того, какой способ обращения к контактам мы выбрали, мы можем обращаться к рассмотренному контакту либо по номеру ‘35’, либо по номеру ‘19’. В данном проекте мы выберем способ обращения к контактам по их функциональным номерам, поэтому используем следующую команду:

Далее мы сконфигурируем контакт GPIO13 в качестве цифрового выхода поскольку на этом контакте мы будем формировать сигнал ШИМ (широтно-импульсной модуляции).

После конфигурации контакта в качестве цифрового выхода нам необходимо настроить его как выходной контакт формирования ШИМ.

p = IO.PWM(output channel , frequency of PWM signal)

Представленная команда определяет канал для формирования ШИМ и устанавливает частоту формируемого ШИМ сигнала. В качестве канала ШИМ в нашем проекте мы будем использовать контакт GPIO13, а в качестве частоты ШИМ сигнала мы зададим значение 100.

Но ШИМ-контакт не начнет работать, пока не будет вызвана функция start(). Ее параметр – это исходное значение коэффициента заполнения (duty cycle).

Далее в программе мы будем проверять состояние контакта GPIO26. Если на этом контакте уровень low, то мы выполним действия, относящиеся к этому оператору IF. Если же на этом контакте уровень high, то действия внутри оператора IF выполняться не будут.

if(IO.input(26) == False):

Затем в программе мы будем использовать команду «While 1:» – она будет формировать бесконечный цикл. Внутри этого цикла все команды будут исполняться непрерывно.

Для управления скоростью вращения двигателя постоянного тока у нас в схеме используются две кнопки: с помощью первой кнопки мы увеличиваем коэффициент заполнения ШИМ и, следовательно, увеличиваем скорость вращения двигателя, а с помощью второй — уменьшаем коэффициент заполнения ШИМ и, следовательно, уменьшаем скорость вращения двигателя. Таким образом, мы будем управлять скоростью вращения двигателя с помощью платы Raspberry Pi.

Также на нашем сайте вы можете посмотреть проекты управления двигателем постоянного тока с помощью платы Arduino и с помощью микроконтроллера AVR.

Исходный код программы

Комментарии поясняют смысл отдельных команд в программе.

import RPi.GPIO as IO # подключение библиотеки для работы с контактами ввода/вывода import time # подключение библиотеки для работы с задержками IO.setwarnings(False) # отключаем показ любых предупреждений x=0 # переменная целого типа (integer) в которой мы будем хранить значения коэффициента заполнения (duty cycle) ШИМ IO.setmode (IO.BCM) # мы будем программировать контакты GPIO по их функциональным номерам (BCM), то есть мы будем обращаться к PIN35 как ‘GPIO19’ IO.setup(13,IO.OUT) # инициализируем GPIO13 в качестве цифрового выхода IO.setup(19,IO.IN) # инициализируем GPIO19 в качестве цифрового входа IO.setup(26,IO.IN) # инициализируем GPIO26 в качестве цифрового входа p = IO.PWM(13,100) # настраиваем GPIO13 в качестве ШИМ выхода с частотой ШИМ сигнала 100 Гц p.start(0) # начинаем формирование ШИМ сигнала с коэффициентом заполнения 0% while 1: # бесконечный цикл p.ChangeDutyCycle(x) # изменяем коэффициент заполнения ШИМ if(IO.input(26) == False): # если кнопка 1 нажата if(x<50): x=x+1 # инкрементируем x на 1 если x<50 time.sleep(0.2) # задержка на 200ms if(IO.input(19) == False): # если кнопка 2 нажата if(x>0): x=x-1 # декрементируем x на 1 если x>0 time.sleep(0.2) # задержка на 200ms

Видео, демонстрирующее работу проекта

Motor Control: ШИМ-регулятор

   Рассмотрим первый ШИМ-регулятор на 5 ампер. Есть такая самая любимая микросхема всех радиолюбителей — это таймер NE555 ( или советский аналог КР1006ВИ). Вот на этой микросхеме и собран ШИМ-регулятор. Кроме таймера здесь я использую стабилизатор на 9 вольт LM7809 , мощный полевой транзистор с N-каналом IRF540, сдвоенный диод Шоттки, а также другие мелкие детали. Схема по которой собран этот регулятор всем известна и очень популярна. 

   В более мощном исполнении я применяю просто параллельное включение нескольких полевых транзисторов IRF540 и более мощный сдвоенный диод Шоттки. В остальном всё аналогично.

Разработал нормальные платы по этим схемам и снял 2 новых видео.  

Ссылки для заказа таких плат на сайте pcbway 

Звуковая функция ограничена 200 символами

Схема управления электродвигателем постоянного тока 12в. Самостоятельное изготовление регулятора оборотов электродвигателя

Эта самодельная схема может быть использована в качестве регулятора скорости для двигателя постоянного тока 12 В с номинальным током до 5 А или как диммер для 12 В галогенных и светодиодных ламп мощностью до 50 Вт. Управление идёт с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при частоте следования импульсов около 200 Гц. Естественно частоту можно при необходимости изменить, подобрав по максимальной стабильности и КПД.

Схема ШИМ регулятора для мотора 12 В

В схеме используется Таймер 7555 для создания переменной ширины импульсов около 200 Гц. Он управляет транзистором Q3 (через транзисторы Q1 — Q2), который контролирует скорость электро двигателя или ламп освещения.

ШИМ контроллер на 12 вольт

Схема регулятора оборотов минидрели

Всем привет, наверно многие радиолюбители, также как и я, имеют не одно хобби, а несколько. Помимо конструирования электронных устройств занимаюсь фотографией, съемкой видео на DSLR камеру, и видео монтажом. Мне, как видеографу, был необходим слайдер для видео съемки, и для начала вкратце объясню, что это такое. Ниже на фото показан фабричный слайдер.

Слайдер предназначен для видеосъемки на фотоаппараты и видеокамеры. Он являются аналогом рельсовой системы, которая используется в широкоформатном кино. С его помощью создается плавное перемещение камеры вокруг снимаемого объекта. Другим очень сильным эффектом, который можно использовать при работе со слайдером, — это возможность приблизиться или удалиться от объекта съемки. На следующем фото изображен двигатель, который выбрал для изготовления слайдера.

В качестве привода слайдера используется двигатель постоянного тока с питанием 12 вольт. В интернете была найдена схема регулятора для двигателя, который перемещает каретку слайдера. На следующем фото индикатор включения на светодиоде, тумблер, управляющий реверсом и выключатель питания.

При работе такого устройства важно, чтоб была плавная регулировка скорости, плюс легкое включение реверса двигателя. Скорость вращения вала двигателя, в случае применения нашего регулятора, плавно регулируется вращением ручки переменного резистора на 5 кОм. Возможно, не только я один из пользователей этого сайта увлекаюсь фотографией, и кто-то ещё захочет повторить это устройство, желающие могут скачать в конце статьи архив со схемой и печатной платой регулятора. На следующем рисунке приведена принципиальная схема регулятора для двигателя:

Видео работы

Для плавности увеличения и уменьшения скорости вращения вала существует специальный прибор -регулятор оборотов электродвигателя 220в. Стабильная эксплуатация, отсутствие перебоев напряжения, долгий срок службы — преимущества использования регулятора оборотов двигателя на 220, 12 и 24 вольт.

Контроллеры оборотов входят в структуру многих приборов, так как они обеспечивают точность электрического управления. Это позволяет регулировать обороты в нужную величину.

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока используется во многих промышленных и бытовых областях. Например:

1. Для коллекторных электродвигателей распространены векторные контроллеры, но скалярные являются надёжнее.
2. Важным критерием выбора является мощность. Она должна соответствовать допустимой на используемом агрегате. А лучше превышать для безопасной работы системы.
3. Напряжение должно быть в допустимых широких диапазонах.
4. Основное предназначение регулятора преобразовывать частоту, поэтому данный аспект необходимо выбрать соответственно техническим требованиям.
5. Ещё необходимо обратить внимание на срок службы, размеры, количество входов.

• двигатель переменного тока природный контроллер;
• привод;
• дополнительные элементы.

Прибор может быть куплен в специализированных точках продажи, а можно сделать самому.

Схема регулятора оборотов вращения переменного тока

Существует универсальный прибор 12в для бесколлекторных двигателей.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Схема состоит из двух частей-логической и силовой. Микроконтроллер расположен на микросхеме. Эта схема характерна для мощного двигателя. Уникальность регулятора заключается в применении с различными видами двигателей. Питание схем раздельное, драйверам ключей требуется питание 12В.

Схема контроллера на симисторе содержит минимум деталей, изображенных на рисунке, где С1 — конденсатор, R1 — первый резистор, R2 — второй резистор.

Когда конденсатор достигает предельного порога напряжения 12в или 24в, срабатывает ключ. Симистр переходит в открытое состояние. При переходе напряжения сети через ноль, симистр запирается, далее конденсатор даёт отрицательный заряд.

Распространённые регулятор тиристор, обладающие простой схемой работы.

Тиристор, работает в сети переменного тока.

К источнику напряжения 24 вольт. Принцип действия заключаются в заряде конденсатора и запертом тиристоре, а при достижении конденсатором напряжения, тиристор посылает ток на нагрузку.

Сигналы, поступающие на вход системы, образуют обратную связь. Подробнее рассмотрим с помощью микросхемы.

Микросхема TDA 1085

Своими руками можно сделать прибор для гриндера, токарного станка по дереву, точила, бетономешалки, соломорезки, газонокосилки, дровокола и многого другого.

При сборе регулятора правильно выбирать резистор. Так как при большом резисторе, на старте могут быть рывки, а при маленьком резисторе компенсация будет недостаточной.

Регуляторы оборотов вращения однофазных и трехфазных двигателей 24, 12 вольт представляют собой функциональное и ценное устройство, как в быту, так и в промышленности.

Видео № 1. Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео № 3. Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Функции и основные характеристики

Одноканальный регулятор для мотора

Конструкция устройства

Принцип работы

Материалы и детали

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.

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).

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!

Используется для независимого управления парой моторов одновременно. Питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт. Ток нагрузки рассчитан до 1,5А на каждый канал.

Принцип работы

Примечание.2. Для оперативной регулировки скорости кручения моторов подстроечные резисторы заменяют с помощью монтажного провода с резисторами переменного сопротивления с показателями сопротивлений, указанными на схеме.

Понадобится печатная плата размером 30×30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. В таблице 2 приведен список радиокомпонентов.

Процесс сборки

Чертеж монтажной платы наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы. Формируют отверстия на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпасть. Производится цоколёвка транзистора КТ815. Для проверки нужно временно соединить монтажным проводом входы 1 и 2 .

В АРХИВЕ представленные необходимые схемы и чертежи для работы. Эмиттеры транзисторов помечены красными стрелками.

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока схема на 12 вольт

Двигатель подключен в цепь к полевому транзистору который управляется широтно-импульсной модуляцией осуществляемой на микросхеме таймере NE555, поэтому и схема получилась такой простой.

ШИМ регулятор реализован с помощью обычного генератора импульсов на нестабильном мультивибраторе, генерирующий импульсы с частотой следования 50 Гц и построенного на популярном таймере NE555. Сигналы поступающие с мультивибратора создают поле смещения на затворе полевого транзистора. Длительность положительного импульса настраивается при помощи переменного сопротивления R2. Чем выше длительность положительного импульса поступающего на затвор полевого транзистора, тем большая мощность подается на электродвигатель постоянного тока. И на оборот чем меньше длительность импульса, тем слабее вращается электродвигатель. Эта схема прекрасно работает от аккумуляторной батареи на 12 вольт.

Регулирование оборотов двигателя постоянного тока схема на 6 вольт

Регулировка оборотов в этой схеме достигается подачей на электромотор импульсов напряжения, различной длительности. Для этих целей используются ШИМ (широтно-импульсные модуляторы). В данном случае широтно-импульсное регулирование обеспечивается микроконтроллер PIC. Для управления скоростью вращения двигателя используются две кнопки SB1 и SB2, «Больше» и «Меньше». Изменять скорость вращенияможно только при нажатом тумблере «Пуск». Длительность импульса при этом изменяется, в процентном отношении к периоду, от 30 — 100%.

Устройство собрано на печатной плате размерами 61×52мм. Скачать рисунок печатной платы и файл прошивки можно по ссылке выше. (Смотри в архиве папку 027-el )

Плавная работа двигателя, без рывков и скачков мощности – это залог его долговечности. Для контроля этих показателей используется регулятор оборотов электродвигателя на 220В, 12 В и 24 В, все эти частотники можно изготовить своими руками или купить уже готовый агрегат.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

1. Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
4. Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

1. Двигателя переменного тока;
2. Главного контроллера привода;
3. Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

1. Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
2. Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
3. Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
4. Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
5. По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

На простых механизмах удобно устанавливать аналоговые регуляторы тока. К примеру, они могут изменить скорость вращения вала мотора. С технической стороны выполнить такой регулятор просто (потребуется установка одного транзистора). Применим для регулировки независимой скорости моторов в робототехнике и источниках питания. Наиболее распространены два варианта регуляторов: одноканальные и двухканальные.

Видео №1 . Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео №2. Увеличение скорости кручения вала мотора при работе одноканального регулятора. Рост числа оборотов от минимального до максимального значения при вращении ручки переменного резистора.

Видео №3 . Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Видео №4. Напряжение на выходе регулятора измерено цифровым мультиметром. Полученное значение равно напряжению батарейки, от которого отняли 0,6 вольт (разница возникает из-за падения напряжения на переходе транзистора). При использовании батарейки в 9,55 вольт, фиксируется изменение от 0 до 8,9 вольт.

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.

1. 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.

1. 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.

1. 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.

1. Процесс сборки

Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл ), а монтажный чертеж (файл ) – 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!

Двухканальный регулятор для мотора

Используется для независимого управления парой моторов одновременно. Питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт. Ток нагрузки рассчитан до 1,5А на каждый канал.

1. Конструкция устройства

Основные компоненты конструкции представлены на фото.10 и включают: два подстроечных резистора для регулировки 2-го канала (№1) и 1-го канала (№2), три двухсекционных винтовых клеммника для выхода на 2-ой мотор (№3), для выхода на 1-ый мотор (№4) и для входа (№5).

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

1. Принцип работы

Схема двухканального регулятора идентична электрической схеме одноканального регулятора. Состоит из двух частей (рис.2). Основное отличие: резистор переменного сопротивления замен на подстроечный резистор. Скорость вращения валов устанавливается заранее.

Примечание.2. Для оперативной регулировки скорости кручения моторов подстроечные резисторы заменяют с помощью монтажного провода с резисторами переменного сопротивления с показателями сопротивлений, указанными на схеме.

1. Материалы и детали

Понадобится печатная плата размером 30х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. В таблице 2 приведен список радиокомпонентов.

1. Процесс сборки

После скачивания архивного файла, размещенного в конце статьи, нужно разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора для термоперевода (файл termo2), а монтажный чертеж (файл montag2) – на белом листе офисной (формат А4).

Чертеж монтажной платы наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы. Формируют отверстия на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпасть. Производится цоколёвка транзистора КТ815. Для проверки нужно временно соединить монтажным проводом входы 1 и 2 .

Любой из входов подключают к полюсу источника питания (в примере показана батарейка 9 вольт). Минус источника питания при этом крепят к центру клеммника. Важно помнить: черный провод «-», а красный «+».

Моторы должны быть подключены к двум клеммникам, также необходимо установить нужную скорость. После успешных испытаний нужно удалить временное соединение входов и установить устройство на модель робота. Двухканальный регулятор мотора готов!

В представленные необходимые схемы и чертежи для работы. Эмиттеры транзисторов помечены красными стрелками.

На основе мощного симистора BT138-600, можно собрать схему регулятора скорости вращения двигателя переменного тока. Эта схема предназначена для регулирования скорости вращения электродвигателей сверлильных машин, вентиляторов, пылесосов, болгарок и др. Скорость двигателя можно регулировать путем изменения сопротивления потенциометра P1. Параметр P1 определяет фазу запускающего импульса, который открывает симистор. Схема также выполняет функцию стабилизации, которая поддерживает скорость двигателя даже при большой его нагрузке.

Например, когда мотор сверлильного станка тормозит из-за повышенного сопротивления металла, ЭДС двигателя также уменьшается. Это приводит к увеличению напряжения в R2-P1 и C3 вызывая более продолжительное открывание симистора, и скорость соответственно увеличивается.

Регулятор для двигателя постоянного тока

Наиболее простой и популярный метод регулировки скорости вращения электродвигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM ). При этом напряжение питания подается на мотор в виде импульсов. Частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться — так меняется и скорость (мощность).

Для генерации ШИМ сигнала можно взять схему на основе микросхемы NE555. Самая простая схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока показана на рисунке:

Здесь 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. Частоту ШИМ сигнала можно рассчитать по 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) = 290 Гц.

Стоит отметить, что даже современные устройства , в том числе и высокой мощности управления, используют в своей основе именно такие схемы. Естественно с использованием более мощных элементов, выдерживающих большие токи.

Схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока работает на принципах широтно-импульсной модуляции и применяется для изменения оборотов двигателя постоянного тока на 12 вольт. Регулирование частоты вращения вала двигателя при помощи широтно-импульсной модуляции дает больший КПД, чем при применение простого изменения постоянного напряжения подаваемого на двигатель, хотя эти схемы мы тоже рассмотрим

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока схема на 12 вольт

Двигатель подключен в цепь к полевому транзистору который управляется широтно-импульсной модуляцией осуществляемой на микросхеме таймере NE555, поэтому и схема получилась такой простой.

ШИМ регулятор реализован с помощью обычного генератора импульсов на нестабильном мультивибраторе, генерирующий импульсы с частотой следования 50 Гц и построенного на популярном таймере NE555. Сигналы поступающие с мультивибратора создают поле смещения на затворе полевого транзистора. Длительность положительного импульса настраивается при помощи переменного сопротивления R2. Чем выше длительность положительного импульса поступающего на затвор полевого транзистора, тем большая мощность подается на электродвигатель постоянного тока. И на оборот чем меньше длительность импульса, тем слабее вращается электродвигатель. Эта схема прекрасно работает от аккумуляторной батареи на 12 вольт.

Регулирование оборотов двигателя постоянного тока схема на 6 вольт

Скорость 6 вольтового моторчика можно регулируется в пределах 5-95%

Регулятор оборотов двигателя на PIC-контроллере

Регулировка оборотов в этой схеме достигается подачей на электромотор импульсов напряжения, различной длительности. Для этих целей используются ШИМ (широтно-импульсные модуляторы). В данном случае широтно-импульсное регулирование обеспечивается микроконтроллер PIC. Для управления скоростью вращения двигателя используются две кнопки SB1 и SB2, «Больше» и «Меньше». Изменять скорость вращенияможно только при нажатом тумблере «Пуск». Длительность импульса при этом изменяется, в процентном отношении к периоду, от 30 — 100%.

В качестве стабилизатора напряжения микроконтроллера PIC16F628A, используется трехвыводной стабилизатор КР1158ЕН5В, имеющий низкое падение напряжение «вход-выход», всего около 0,6В. Максимальное входное напряжение — 30В. Все это позволяет применять двигатели с напряжением от 6В до 27В. В роли силового ключа используется составной транзистор КТ829А который желательно установить на радиатор.

Устройство собрано на печатной плате размерами 61 х 52мм. Скачать рисунок печатной платы и файл прошивки можно по ссылке выше. (Смотри в архиве папку 027-el )

Эта самодельная схема может быть использована в качестве регулятора скорости для двигателя постоянного тока 12 В с номинальным током до 5 А или как диммер для 12 В галогенных и светодиодных ламп мощностью до 50 Вт. Управление идёт с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при частоте следования импульсов около 200 Гц. Естественно частоту можно при необходимости изменить, подобрав по максимальной стабильности и КПД.

Большинство подобных конструкций собирается по гораздо более простой схеме. Здесь же представляем более усовершенствованный вариант, который использует таймер 7555, драйвер на биполярных транзисторах и мощный полевой MOSFET. Такая схематика обеспечивает улучшенное регулирование скорости и работает в широком диапазоне нагрузки. Это действительно очень эффективная схема и стоимость её деталей при покупке для самостоятельной сборки довольно низкая.

Схема ШИМ регулятора для мотора 12 В

В схеме используется Таймер 7555 для создания переменной ширины импульсов около 200 Гц. Он управляет транзистором Q3 (через транзисторы Q1 — Q2), который контролирует скорость электро двигателя или ламп освещения.

Есть много применений для этой схемы, которые будут питаться от 12 В: электродвигатели, вентиляторы или лампы. Использовать её можно в автомобилях, лодках и электротранспортных средствах, в моделях железных дорог и так далее.

Светодиодные лампы на 12 В, например LED ленты, тоже можно смело сюда подключать. Все знают, что светодиодные лампы гораздо более эффективны, чем галогенные или накаливания, они прослужит намного дольше. А если надо — питайте ШИМ-контроллер от 24 и более вольт, так как сама микросхема с буферным каскадом имеют стабилизатор питания.

Регулятор скорости двигателя переменного тока

ШИМ контроллер на 12 вольт

Драйвер регулятора постоянного тока полумостовой

Схема регулятора оборотов минидрели

Для плавности увеличения и уменьшения скорости вращения вала существует специальный прибор –регулятор оборотов электродвигателя 220в. Стабильная эксплуатация, отсутствие перебоев напряжения, долгий срок службы – преимущества использования регулятора оборотов двигателя на 220, 12 и 24 вольт.

• Для чего нужен частотный преобразователь оборотов
• Область применения
• Выбираем устройство
• Устройство ПЧ
• Виды устройств
• • Процесс пропорциональных сигналов

Функция регулятора в инвертировании напряжения 12, 24 вольт, обеспечение плавности пуска и остановки с использованием широтно-импульсной модуляции.

Контроллеры оборотов входят в структуру многих приборов, так как они обеспечивают точность электрического управления. Это позволяет регулировать обороты в нужную величину.

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока используется во многих промышленных и бытовых областях. Например:

• отопительный комплекс;
• приводы оборудования;
• сварочный аппарат;
• электрические печи;
• пылесосы;
• швейные машинки;
• стиральные машины.

Для того чтобы подобрать эффективный регулятор необходимо учитывать характеристики прибора, особенности назначения.

1. Для коллекторных электродвигателей распространены векторные контроллеры, но скалярные являются надёжнее.
2. Важным критерием выбора является мощность. Она должна соответствовать допустимой на используемом агрегате. А лучше превышать для безопасной работы системы.
3. Напряжение должно быть в допустимых широких диапазонах.
4. Основное предназначение регулятора преобразовывать частоту, поэтому данный аспект необходимо выбрать соответственно техническим требованиям.
5. Ещё необходимо обратить внимание на срок службы, размеры, количество входов.

• двигатель переменного тока природный контроллер;
• привод;
• дополнительные элементы.

Схема контроллера оборотов вращения двигателя 12 в изображена на рисунке. Обороты регулируются с помощью потенциометра. Если на вход поступают импульсы с частотой 8 кГц, то напряжение питания будет 12 вольт.

Прибор может быть куплен в специализированных точках продажи, а можно сделать самому.

Схема регулятора оборотов вращения переменного тока

При пуске трехфазного двигателя на всю мощность, передаётся ток, действие повторяется около 7 раз. Сила тока сгибает обмотки двигателя, образуется тепло, на протяжении долгого времени. Преобразователь представляет собой инвертор, обеспечивающий превращение энергии. Напряжение поступает в регулятор, где происходит выпрямления 220 вольт с помощью диода, расположенного на входе. Затем происходит фильтрация тока посредством 2 конденсатора. Образуется ШИМ. Далее импульсный сигнал передаётся от обмоток двигателя к определённой синусоиде.

Существует универсальный прибор 12в для бесколлекторных двигателей.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Схема состоит из двух частей–логической и силовой. Микроконтроллер расположен на микросхеме. Эта схема характерна для мощного двигателя. Уникальность регулятора заключается в применении с различными видами двигателей. Питание схем раздельное, драйверам ключей требуется питание 12В.

Устройство симистр (триак) используется для регулирования освещением, мощностью нагревательных элементов, скоростью вращения.

Схема контроллера на симисторе содержит минимум деталей, изображенных на рисунке, где С1 – конденсатор, R1 – первый резистор, R2 – второй резистор.

С помощью преобразователя регулируется мощность методом изменения времени открытого симистора. Если он закрыт, конденсатор заряжается посредством нагрузки и резисторов. Один резистор контролирует величину тока, а второй регулирует скорость заряда.

Когда конденсатор достигает предельного порога напряжения 12в или 24в, срабатывает ключ. Симистр переходит в открытое состояние. При переходе напряжения сети через ноль, симистр запирается, далее конденсатор даёт отрицательный заряд.

Распространённые регулятор тиристор, обладающие простой схемой работы.

Тиристор, работает в сети переменного тока.

Отдельным видом является стабилизатор напряжения переменного тока. Стабилизатор содержит трансформатор с многочисленными обмотками.

Схема стабилизатора постоянного тока

Зарядное устройство 24 вольт на тиристоре

К источнику напряжения 24 вольт. Принцип действия заключаются в заряде конденсатора и запертом тиристоре, а при достижении конденсатором напряжения, тиристор посылает ток на нагрузку.

Сигналы, поступающие на вход системы, образуют обратную связь. Подробнее рассмотрим с помощью микросхемы.

Микросхема TDA 1085

Микросхема TDA 1085, изображенная выше, обеспечивает управление электродвигателем 12в, 24в обратной связью без потерь мощности. Обязательным является содержание таходатчика, обеспечивающего обратную связь двигателя с платой регулирования. Сигнал стаходатчика идёт на микросхему, которая передаёт силовым элементам задачу – добавить напряжение на мотор. При нагрузке на вал, плата прибавляет напряжение, а мощность увеличивается. Отпуская вал, напряжение уменьшается. Обороты будут постоянными, а силовой момент не изменится. Частота управляется в большом диапазоне. Такой двигатель 12, 24 вольт устанавливается в стиральные машины.

Своими руками можно сделать прибор для гриндера, токарного станка по дереву, точила, бетономешалки, соломорезки, газонокосилки, дровокола и многого другого.

Промышленные регуляторы, состоящие из контроллеров 12, 24 вольт, заливаются смолой, поэтому ремонту не подлежат. Поэтому часто изготавливается прибор 12в самостоятельно. Несложный вариант с использованием микросхемы U2008B. В регуляторе используется обратная связь по току или плавный пуск. В случае использования последнего необходимы элементы C1, R4, перемычка X1 не нужна, а при обратной связи наоборот.

При сборе регулятора правильно выбирать резистор. Так как при большом резисторе, на старте могут быть рывки, а при маленьком резисторе компенсация будет недостаточной.

Важно! При регулировке контроллера мощности нужно помнить, что все детали устройства подключены к сети переменного тока, поэтому необходимо соблюдать меры безопасности!

Регуляторы оборотов вращения однофазных и трехфазных двигателей 24, 12 вольт представляют собой функциональное и ценное устройство, как в быту, так и в промышленности.

СХЕМА РЕГУЛЯТОРА ОБОРОТОВ ДВИГАТЕЛЯ

Регулятор для двигателя переменного тока

На основе мощного симистора BT138-600, можно собрать схему регулятора скорости вращения двигателя переменного тока. Эта схема предназначена для регулирования скорости вращения электродвигателей сверлильных машин, вентиляторов, пылесосов, болгарок и др. Скорость двигателя можно регулировать путем изменения сопротивления потенциометра P1. Параметр P1 определяет фазу запускающего импульса, который открывает симистор. Схема также выполняет функцию стабилизации, которая поддерживает скорость двигателя даже при большой его нагрузке.

Принципиальная схема регулятора электромотора переменного питания

Например, когда мотор сверлильного станка тормозит из-за повышенного сопротивления металла, ЭДС двигателя также уменьшается. Это приводит к увеличению напряжения в R2-P1 и C3 вызывая более продолжительное открывание симистора, и скорость соответственно увеличивается.

Регулятор для двигателя постоянного тока

Наиболее простой и популярный метод регулировки скорости вращения электродвигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM ). При этом напряжение питания подается на мотор в виде импульсов. Частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться — так меняется и скорость (мощность).

Для генерации ШИМ сигнала можно взять схему на основе микросхемы NE555. Самая простая схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока показана на рисунке:

Принципиальная схема регулятора электромотора постоянного питания

Здесь 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. Частоту ШИМ сигнала можно рассчитать по формуле:

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 290 Гц.

Стоит отметить, что даже современные устройства, в том числе и высокой мощности управления, используют в своей основе именно такие схемы. Естественно с использованием более мощных элементов, выдерживающих большие токи.

Широкое применение таймер 555 находит в устройствах регулирования, например, в ШИМ — регуляторах оборотов двигателей постоянного тока.

Все, кто когда — либо пользовался аккумуляторным шуруповертом, наверняка слышали писк, исходящий изнутри. Это свистят обмотки двигателя под воздействием импульсного напряжения, порождаемого системой ШИМ.

Другим способом регулировать обороты двигателя, подключенного к аккумулятору, просто неприлично, хотя вполне возможно. Например, просто последовательно с двигателем подключить мощный реостат, или использовать регулируемый линейный стабилизатор напряжения с большим радиатором.

Вариант ШИМ — регулятора на основе таймера 555 показан на рисунке 1.

Схема достаточно проста и базируется все на мультивибраторе, правда переделанном в генератор импульсов с регулируемой скважностью, которая зависит от соотношения скорости заряда и разряда конденсатора C1.

Заряд конденсатора происходит по цепи: +12V, R1, D1, левая часть резистора P1, C1, GND. А разряжается конденсатор по цепи: верхняя обкладка C1, правая часть резистора P1, диод D2, вывод 7 таймера, нижняя обкладка C1. Вращением движка резистора P1 можно изменять соотношение сопротивлений его левой и правой части, а следовательно время заряда и разряда конденсатора C1, и как следствие скважность импульсов.

Рисунок 1. Схема ШИМ — регулятора на таймере 555

Схема эта настолько популярна, что выпускается уже в виде набора, что и показано на последующих рисунках.

Рисунок 2. Принципиальная схема набора ШИМ — регулятора.

Здесь же показаны временные диаграммы, но, к сожалению, не показаны номиналы деталей. Их можно подсмотреть на рисунке 1, для чего он, собственно, здесь и показан. Вместо биполярного транзистора TR1 без переделки схемы можно применить мощный полевой, что позволит увеличить мощность нагрузки.

Кстати, на этой схеме появился еще один элемент — диод D4. Его назначение в том, чтобы предотвратить разряд времязадающего конденсатора C1 через источник питания и нагрузку — двигатель. Тем самым достигается стабилизация работы частоты ШИМ.

Кстати, с помощью подобных схем можно управлять не только оборотами двигателя постоянного тока, но и просто активной нагрузкой — лампой накаливания или каким-либо нагревательным элементом.

Рисунок 3. Печатная плата набора ШИМ — регулятора.

Если приложить немного труда, то вполне возможно такую воссоздать, используя одну из программ для рисования печатных плат. Хотя, учитывая немногочисленность деталей, один экземпляр будет проще собрать навесным монтажом.

Рисунок 4. Внешний вид набора ШИМ — регулятора.

Правда, уже собранный фирменный набор, смотрится достаточно симпатично.

Вот тут, возможно, кто-то задаст вопрос: «Нагрузка в этих регуляторах подключена между +12В и коллектором выходного транзистора. А как быть, например, в автомобиле, ведь там все уже подключено к массе, корпусу, автомобиля?»

Да, против массы не попрешь, тут можно только рекомендовать переместить транзисторный ключ в разрыв «плюсового9raquo; провода. Возможный вариант подобной схемы показан на рисунке 5.

На рисунке 6 показан отдельно выходной каскад на транзисторе MOSFET. Сток транзистора подключен к +12В аккумулятора, затвор просто «висит9raquo; в воздухе (что не рекомендуется), в цепь истока включена нагрузка, в нашем случае лампочка. Такой рисунок показан просто для объяснения, как работает MOSFET транзистор.

Для того, чтобы MOSFET транзистор открыть, достаточно относительно истока подать на затвор положительное напряжение. В этом случае лампочка зажжется в полный накал и будет светить до тех пор, пока транзистор не будет закрыт.

На этом рисунке проще всего закрыть транзистор, замкнув накоротко затвор с истоком. И такое вот замыкание вручную для проверки транзистора вполне пригодно, но в реальной схеме, тем более импульсной придется добавить еще несколько деталей, как показано на рисунке 5.

Как было сказано выше, для открывания MOSFET транзистора необходим дополнительный источник напряжения. В нашей схеме его роль выполняет конденсатор C1, который заряжается по цепи +12В, R2, VD1, C1, LA1, GND.

Чтобы открыть транзистор VT1, на его затвор необходимо подать положительное напряжение от заряженного конденсатора C2. Совершенно очевидно, что это произойдет только при открытом транзисторе VT2. А это возможно лишь в том случае, если закрыт транзистор оптрона OP1. Тогда положительное напряжение с плюсовой обкладки конденсатора C2 через резисторы R4 и R1 откроет транзистор VT2.

В этот момент входной сигнал ШИМ должен иметь низкий уровень и шунтировать светодиод оптрона (такое включение светодиодов часто называют инверсным), следовательно, светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт.

Чтобы закрыть выходной транзистор, надо соединить его затвор с истоком. В нашей схеме это произойдет, когда откроется транзистор VT3, а для этого требуется, чтобы был открыт выходной транзистор оптрона OP1.

Сигнал ШИМ в это время имеет высокий уровень, поэтому светодиод не шунтируется и излучает положенные ему инфракрасные лучи, транзистор оптрона OP1 открыт, что в результате приводит к отключению нагрузки — лампочки.

Как один из вариантов применения подобной схемы в автомобиле, это дневные ходовые огни. В этом случае автомобилисты претендуют на пользование лампами дальнего свете, включенными вполнакала. Чаще всего эти конструкции на микроконтроллере. в интернете их полно, но проще сделать на таймере NE555 .

j&;лектрик Ин &2;о — элек &0;ротехника и элек &0;роника, дома &6;няя ав &0;оматизация, l&;татьи про &1;стройство и ремон &0; дома &6;ней элек &0;ропроводки, роk&;етки и в &9;ключатели, провода и кабели, иl&;точники l&;вета, ин &0;ересные &2;акты и многое др &1;гое для элек &0;риков и дома &6;них маl&;теров.

Ин &2;ормация и об &1;чающие ма &0;ериалы для на &5;инающих элек &0;риков.

Кейl&;ы, пример &9; и &0;ехнические ре &6;ения, обk&;оры ин &0;ересных элек &0;ротехнических новинок.

Вl&;я ин &2;ормация на l&;айте j&;лектрик Ин &2;о предоl&;тавлена в оk&;накомительных и поk&;навательных &4;елях. За применение э &0;ой ин &2;ормации админиl&;трация l&;айта о &0;ветственности не неl&;ет. Сай &0; може &0; l&;одержать ма &0;ериалы 12+

Перепе &5;атка ма &0;ериалов l&;айта k&;апрещена.

УПРАВЛЕНИЕ НИЗКОВОЛЬТНОЙ МОЩНОЙ НАГРУЗКОЙ ОТ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОСХЕМЫ 555 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Управление низковольтной мощной нагрузкой от микроконтроллера с использованием микросхемы 555

Е.Н. Лопаткин, В.Г. Трубин, ФГБОУ ВПО НГТУ, Новосибирск, Россия

Аннотация: В статье описывается способ управления мощной нагрузкой от микроконтроллера с использованием полевого транзистора в роли мощного ключа, и широко распространённой микросхемы 555 в качестве драйвера. Статья может быть интересна студентам, магистрам, инженерам.

Ключевые слова: Микроконтроллер, 5ТМ32, полевой транзистор, мощный ключ, 555, 1006ВИ1, измерительный шунт, лампа накаливания, бросок тока.

ВВЕДЕНИЕ

При разработке цифровых систем управления использование микроконтроллеров имеет ряд преимуществ: упрощается схемная реализация, снижается стоимость, имеется возможность коррекции закона управления в готовом изделии, а также на этапе разработки. Однако малые значения выходных токов и напряжений не позволяют подключать силовую электронику напрямую к выводам микроконтроллера. Существует множество вариантов решения данной задачи, связанных с разнообразием электронных устройств. В данной статье предложен простой способ управления мощной нагрузкой в цепях постоянного тока с использованием популярной и распространенной микросхемы 555. В качестве мощной нагрузки, для примера, выбрана лампа накаливания.

1. ВЫБОР ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Для управления мощной нагрузкой слабый сигнал от микроконтроллера будем усиливать с помощью полевого транзистора (ПТ). Полевые транзисторы управляются электрическим полем, т. е. выходной ток не зависит от входного. Это одно из преимуществ над биполярными транзисторами.

Существует два вида ПТ: с управляющим р-п -переходом и с изолированным затвором (МДП). В свою очередь МДП транзисторы разделяют на транзисторы с индуцированным и со встроенным каналами. По электропроводности канала различают р-канальные и п-ка-нальные. Прочитать об особенностях работы, выявить преимущества и недостатки можно перейдя по ссылке [1].

В нашей схеме применим п-канальный МДП транзистор с индуцированным каналом.

Выбор обусловлен следующим:

1. Скорость переключения ПТ полностью определяется постоянной времени ЛС-цепи затвора. У МДП транзисторов входная емкость затвора значительно меньше, чем у ПТ с р-п-переходом, поэтому их частотные свойства намного лучше.

2. У МДП транзисторов с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе (напряжение на затворе определяется относительно истока) канал между истоком и стоком отсутствует, т. е. транзистор закрыт.

3. МДП транзисторы с каналом p-типа сложнее в изготовлении, поэтому их ассортимент меньше, цена выше, а сопротивление сток-исток в открытом состоянии больше.

2. УПРАВЛЕНИЕ

ТРАНЗИСТОРОМ

ПОЛЕВЫМ

Полевой транзистор имеет исток (source), сток (drain) и затвор (gate). На Рис. 1 представлен пример расположения выводов.

Рис. 1. Пример расположения выводов ПТ

Нагрузка может быть подключена как к стоку, так и к истоку ПТ, см. Рис. 2а, б.

Для открытия n-канальных МДП транзисторов необходимо, чтобы напряжение на затворе превысило напряжение на истоке. Минимальный уровень этого напряжения определяет параметр Vgs(th) — gate threshold voltage. Оптимальным же для большинства полевых транзисторов считается напряжение 10..12 В.

продолжительного тока. Для примера на Рис. 3 приведена характеристика транзистора ЯГР70№6.

Рис. 2. Подключение нагрузки к полевому

транзистору: а транзистора.

к стоку транзистора; б — к истоку

Для примера рассмотрим ситуацию, когда в цепи истока присутствует сопротивление (Рис. 2б). Пусть на нём в конкретный момент времени падает напряжение 5 В, тогда для открытия ПТ нужно прикладывать уже большее напряжение, равное (10..12) + 5 = 15..17 В. Это напряжение может быть больше напряжения питания схемы, поэтому, если нет необходимости включать нагрузку до истока, лучше сделать так, как показано на Рис. 2а.

При переходе от закрытого состояния ПТ к открытому сопротивление канала значительно изменяется: от 1 ГОм до значения, близкого к 0.1 Ом. Поскольку затвор обладает емкостью, напряжение на нём не может измениться скачком. Таким образом, для того чтобы минимизировать потери в результате переходных процессов, напряжение на затворе должно изменяться достаточно быстро, что требует повышения токов зарядки и разрядки. Увеличение уровня управляющего напряжения, подаваемого на затвор, приводит к снижению потерь за счет уменьшения сопротивления между стоком и истоком в открытом состоянии.

Поскольку напряжение на выходе микроконтроллера, как правило, не превышает 5 В, а ток — 20 мА, то чтобы эффективно управлять ПТ от логических уровней, можно использовать специальные микросхемы — драйверы. Одной из таких микросхем является 1Я2101 [2]. Однако стоят эти драйверы относительно дорого, и не так широко доступны.

В качестве драйвера также можно использовать популярную и недорогую микросхему N£555. С её помощью можно обеспечить ток зарядки (разрядки) емкости затвора ПТ до 200 мА, а напряжение до приемлемых 10 В.

Также необходимо обратить внимание, что протекающий через ПТ ток вызывает его нагрев. Это ведёт к увеличению сопротивления основного канала и уменьшению предельного

50 75 100 135 160

ТС: CASE TEMPERATURE (°С)

Рис. 3. Максимальный продолжительный ток в зависимости от температуры корпуса.

Поэтому, исходя из практического опыта, рекомендуется выбирать ПТ с двойным запасом по току и, из-за выбросов напряжения при переходных процессах, с 30-50% запасом по напряжению.

Ещё одна особенность, которую следует учитывать при работе с МДП ПТ — тонкий изоляционный слой диэлектрика. Даже относительно небольшого заряда статического электричества, который, например, накапливает человек на своей одежде, хватает, чтобы его разрушить. Воизбежание этого, перед монтажом выводы транзистора рекомендуется аккуратно обмотать тонкой проволочкой, чтобы выровнять их потенциал между собой. Когда монтаж полностью завершён, не забудьте снять её. Также появлению статического заряда препятствует высокая влажность. Поэтому одной из причин неработоспособности полевого транзистора может быть пробой от статического электричества, связанный с небрежным обращением, не правильным хранением на предприятии, магазине, складе. Если при покупке в магазине продавец затрагивал руками выводы полевого транзистора, то есть вероятность, что он вышел из строя. Процедуру проверки работоспособности полевого транзистора можно легко найти в интернете. Например, здесь [3].

3. ОБЗОР NE555

Микросхема NE555 была выпущена в 1971 г. и актуальна по сегодняшний день. Она имеет множество применений. Отечественный аналог — микросхема КР1006ВИ1. Прочитать о принципах работы можно здесь [4]. Следует сказать, что между КР1006ВИ1 и NE555 есть существенное отличие.

Внутри имеется RS-триггер, который определяет уровень выходного сигнала микросхемы, см. Рис. 4. При подключении вывода 2 к «земле» формируется логическая единица на входе S RS-триггера. Вывод 4 (RESET) подключен к инверсному входу R1,

который сбрасывает триггер. В микросхеме ЛЕ555 приоритет за входом К1, т.е при высоком уровне на входе 5″, и низком на входе на инверсном выходе триггера будет логическая «1». А у микросхемы КР1006ВИ1 — за входом 5 (при высоком уровне на входе 5 и низком на входе на инверсном выходе триггера будет логический «0» ). Этот нюанс следует учитывать.

погрешность измерения в момент включения будет близка к 1,5 %.

Рис. 4 Внутренняя структура таймера NE555

УПРАВЛЕНИЕ ЛАМПОЙ НАКАЛИВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОСХЕМЫ

NE555

На Рис. 7 приведена схема управления полевым транзистором с использование микросхемы NE555. Напряжение на выходе микросхемы NE555 приблизительно равняется напряжению питания. Исходя из этой величины, по закону Ома рассчитывается резистор R1 при условии, что выходной и входной ток на 3 выводе не должен превышать 200 мА. Выход микроконтроллера подключается к выводу 4 (RESET) NE555. При подаче логической «1» на данный вывод лампа будет гореть. При подаче логического «0» лампа погаснет.

Проведем эксперимент и узнаем, как изменяется ток, протекающий через лампу накаливания от поворотника легкового автомобиля (12 В, 21 Вт, см. Рис. 5). Для этого подключим измерительный шунт R2 (см. Рис. 6). Шунт представляет собой сопротивление, по падению напряжения на котором можно судить о протекающем токе.

Поскольку его включение повлияет на ток в цепи, точность измерений будет зависеть от того, насколько сопротивление шунта меньше сопротивления нагрузки. К примеру, если сопротивление холодной лампы составляет 0,5 Ом, а сопротивление шунта — 7,5 мОм, то

Рис. 5. Лампа поворотника легкового автомобиля

Применим шунт 75ШСМ3-10-0,5. Маркировка означает, что при номинальном токе в 10 А падение напряжения на нем составит 75 мВ, класс точности 0,5. Из-за малого падения напряжения на шунте включим его в цепь истока ПТ. Это упрощает снятие переходного процесса осциллографом в том случае, когда «земля» осциллографа совпадает с «землей» нашей схемы.

Предварительно известно, что сопротивление холодной лампы существенно меньше сопротивления горячей. 1500 шАк 35 20-30С. Его максимальный продолжительный ток разряда составляет 30 А, а предельно допустимый — 45 А.

Сопротивление лампы накаливания существенно зависит от темперпатуры, следовательно от протекающего тока (прим. редакции)

Рис. 6. Схема с измерительным шунтом

По осциллограмме Рис. 8 можно сделать вывод, что сопротивление лампы существенно изменяется с момента подачи напряжения. Очевидно, что это связано с нагревом вольфрамовой нити. Номинальный ток лампы составляет 21 Вт / 12 В = 1.75 А. Пусковой ток превышает номинальный в 11 раз!

Рис. 7. Схема управления лампой накаливания от микроконтроллера

U: 5 :imY T: 10ms

ВЫВОДЫ

Рис. 8 Падение напряжения на шунте при включении лампы

[2]

1. В статье представлен простой способ управления полевым транзистором от микроконтроллера с использованием недорогой и распространенной микросхемы NE555.

2. Если в качестве нагрузки выступает лампа накаливания, то при подборе полевого транзистора следует помнить, что пусковой ток лампы на порядок превышает номинальный.

3. При работе полевой транзистор нагревается, из-за чего уменьшается допустимый протекающий ток. В качестве грубой оценки можно считать, что допустимый ток падает в 2 раза относительно тока при +25 °С.

4. При переключениях транзистора, из-за наличия паразитных индуктивностей в схеме, могут возникать выбросы напряжения, которые могут быть больше напряжения питания на 3050 % и более. Этот факт следует учитывать при выборе максимально допустимого напряжения сток-исток полевого транзистора.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Полевые транзисторы [Электронный ресурс].

Режим доступа:

http:// electrono.ru/ poluprovodnikovve-

priborv/polevve-tranzistorv

Ш2101 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.infineon.com/dgdl/ir2101.pdf?flleId=554 6d462533600a4015355c7a755166c [3] Проверка работы ПТ [Электронный ресурс]. Режим доступа:

https://www.voutube.com/watch?v=Ok-mAttCbGs

[4] NE555 [Электронный ресурс]. Режим http ://radiohlam.ru/teorv/ne555.htm

доступа:

Control of Low-Voltage High-Power Load from a Microcontroller Using a 555 Chip

E.N. LOPATKIN, V.G. TRUBIN

Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia

Abstract: The article describes a method for controlling a powerful load from a microcontroller using a field effect transistor as a powerful key, and a widely used 555 chip as a driver. The article may be of interest to students, masters, engineers.

Key words: Microcontroller, STM32, field effect transistor, powerful key, 555, 1006VI1, measuring shunt, incandescent lamp, current surge.

REFERENCES

[1] Field Effect Transistors (user hide in Russian). URL: http://electrono.ru/poluprovodnikovye-pribory/polevye-tranzi story

[2] IR2101 (user hide in Russian). URL: http://www.infineon.com/dgdl/ir2101.pdf?fileId=554 6d462533600a4015355c7a755166c

[3] Testing of Field Effect Transistors (user hide in Russian). URL:

https://www.voutube.com/watch?v=Qk-mAttCbGs

[4] NE555 (user hide in Russian). URL: http://radiohlam.ru/teorv/ne555.htm

Егор Николаевич Лопаткин —

студент группы АА-37 кафедры

Автоматики НГТУ.

E-mail: [email protected]

Виталий Геннадьевич Трубин —

зав. лаб. кафедры Автоматики НГТУ, директор ООО «КБ Автоматика». E-mail: [email protected]

Интеллектуальный драйвер низковольтных двигателей TMC7300

27.03.2020

Компания TRINAMIC Motion Control анонсировала микросхему низковольтного драйвера TMC7300, предназначенного для управления одним двигателем постоянного тока с пиковым рабочим током до 2А, или двумя двигателями с пиковыми токами до 2.4А. Работая от одной или двух литий-ионных батарей, или, как минимум, от двух батарей типа АА, TMC7300 оптимально подходит для оборудования с батарейным питанием.

TMC7300 – вторая микросхема TRINAMIC для низковольтных приложений. Благодаря интегрированной схеме прямого управления мостами, микросхема также может быть использована в качестве привода соленоидов, реле и других исполнительных устройств. Несмотря на небольшой 20-выводной корпус QFN, имеющий размеры 3х3мм, прибор обеспечивает высокую плотность мощности благодаря мощным MOSFET и полностью интегрированной логике управления двигателем постоянного тока.

TMC7300 может управлять скоростью и ограничивать крутящий момент, либо использоваться в режиме управления крутящим моментом. Для простоты использования, TMC7300 выпускается с однопроводным интерфейсом UART. Микросхема способна контролировать до двух двигателей постоянного тока, управляя их скоростью, направлением вращения и крутящим моментом.

Функции защиты и диагностики, обеспечивающие устойчивую и надежную работу устройства, включают в себя ШИМ-управление для плавного изменения скорости, внутренний ограничитель тока, защищающий как двигатель, так и источник питания, и датчик механической нагрузки. Частью диагностических функций является обнаружение аварийных состояний, таких как короткое замыкание и перегрев. Обнаружив неисправность, TMC7300 может запретить работу силового каскада и сообщить об ошибке.

Микросхема поддерживает среду разработки TRINAMIC, включая открытые и программные ресурсы, позволяя быстро создавать прототипы новых устройств при сниженных издержках.

Основные технические параметры

• Минимальное напряжение питания: 2VDC;
• Максимальное напряжение питания: 11VDC;
• Ток потребления в режиме ожидания: 50нА;
• Интерфейс: UART;
• Диапазон рабочих температур: -40…125°С.

Функциональная схема TMC7300

Типовая схема включения TMC7300

МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ КОЛЛЕКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА МОУД 1105; МОУД 1110 ПАСПОРТ

Привод просто как «раз, два, три»

Окончание. Начало см. в 4’24 Привод просто как «раз, два, три» Часть I. Двигатели постоянного тока коллекторные и вентильные В предыдущей части статьи были рассмотрены драйверы мощных транзисторов. Следующим

   Технические характеристики:  
  Напряжение питания: от _8 до 48 Вольт
DC   Ток нагрузки: 16  0 AMPS  непрерывно, с резистивной и индуктивной нагрузками
200 AMPS для коротких периодов разгона
Диапазон регулирования: ШИМ от 0 до 100% мощности
Размер: 6.8 x 3,5 x 1,2 дюйма
Частота переключения: 3,5 кГц
Защита от перегрева: когда модуль перегружен, мощность
автоматически уменьшается, чтобы защитить МОП-транзисторы от разрушения