Stabilizator Obrotów Silnika DC

[Marekk]

Obroty silnika DC są jak wiadomo zależne wprost proporcjonalnie od podawanego na silnik napięcia, (co wykorzystujemy do sterowania) oraz odwrotnie proporcjonalnie od obciążenia, (co musimy korygować). Samo podanie na silnik stabilnego napięcia, czy PWM o stabilnym wypełnieniu nie gwarantuje stabilności obrotów przy zmiennym obciążeniu. Aby obroty były stale, po zwiększeniu się obciążenia mechanicznego, należy zwiększyć napięcie (lub współczynnik wypełnienia PWM) podawane na silnik, aby skompensować spadek obrotów silnika. Układ stabilizujący obroty musi mieć na wejściu podłączony czujnik obrotów.

Jako czujnik obrotów stosowane są najczęściej enkodery lub prądniczki tachometryczne. Mechaniczne zamontowanie enkodera nie zawsze jest łatwe. Z prądniczka tachometryczna byłyby jeszcze większe trudności. Teoretycznie. Bo tak naprawdę prądnica to odwrotnie podłączony silnik, wytwarzający napięcie. A silnik już mamy. Zatem układ stabilizatora obrotów musi mierzyć napięcie indukowane na uzwojeniach silnika, które to napięcie jest proporcjonalne do aktualnych obrotów silnika. Jednakże tymi samymi przewodami podawane jest na uzwojenie napięcie z zasilacza. Jeśli jednak zasilamy silnik impulsowo, z wykorzystaniem PWM i zmiennego współczynnika wypełnienia, to podczas przerw miedzy impulsami PWM mamy możliwość zmierzenia napięcia indukowanego na uzwojeniach silnika. Ta metoda wprowadza ograniczenie współczynnika wypełnienia PWM do około 95%. Dlatego zasilacz powinien dostarczać napięcia rzędu 120 – 150 % napięcia nominalnego silnika. W moich doświadczeniach z wykorzystaniem akumulatora 12V (12AH) jako źródła zasilania, jako obciążenie najlepiej zachowywały się silniki na 9,6V (z przekładniami, z wkrętarek na 9,6V). Silniki 12V nie osiągały swojej maksymalnej mocy.

Prezentowany układ stabilizuje obroty silnika DC z wykorzystaniem indukowanego na silniku napięcia. Wartość obrotów zadaje się potencjometrem 10k poprzez podanie na U4 napięcia od 0V (obroty min) do +5V (obroty maks) . Opis układu. (Schemat na rys. SterStab1Motor) Generator napięcia piłokształtnego zbudowany na U1. Częstotliwość, około 500Hz zależna jest od rezystora 22k i kondensatora 0,47mikrofarada. Amplituda zależna od rezystora 33k. Składowa stała ustawiłem połączywszy równolegle rezystory 43k i 0,22M. Napięcie piłokształtne podawane na U2, na wyjściu którego jest PWM o wypełnieniu około 5%. Sygnał ten steruje przełącznik CMOS 4052, który na czas pomiaru indukowanego napięcia podłącza silnik (przez dzielnik napięcia) do kondensatora 22n, na którym mamy napięcie proporcjonalne do obrotów silnika. Ten sam sygnał PWM 5% podawany jest na tranzystor BC547, który blokuje wyjściowe PWM zasilacza, aby silnik nie był zasilany w czasie pomiaru. Zmierzone indukowane napięcie z kondensatora 22n poprzez bufor U5, podawane na komparator i porównywane z zadanym przez użytkownika napięciem z potencjometru 10k. Im większe obciążenie silnika i mniejsze obroty, tym mniejsze napięcie na kondensatorze 22n a tym samym większa różnica napiec na wejściach U4. Większa różnica na wejściach daje większe napięcie na wyjściu U4. Podawane jest ono na U3 i porównywane z napięciem piłokształtnym z generatora. Im wyższe napięcie z U4 podawane na U3 tym większy współczynnik wypełnienia PWM na wyjściu U3. Sygnał z U3 poprzez bufor tranzystorowy steruje Mosfety (typu P) IRF4905 połączone równolegle i zabezpieczone diodami B20100. Dla mniejszych prądów wystarczy 1 Mosfet.

Opisany układ najbardziej przydaje się do stabilizacji niskich obrotów. Silnik podłączony do stabilizatora napięcia przy malej prędkości bardzo łatwo zatrzymać, natomiast prezentowany układ temu zapobiega zwiększając wypełnienie PWM. Stabilizator obrotów planuje zastosować do zasilania silników napędzających platformę na gąsienicach. W nowej wersji są 2 identyczne kanały. (Schemat na rys. SterStab2Motors) Wspólne jest zasilanie 9V, generator napięcia piłokształtnego, przełącznik CMOS 4052. Na wejściu dodany mikser V, ułatwiający sterowanie joystickiem (2 x 10k od konsoli do gier). Na wyjściu dodane przekaźniki do zmiany kierunku obrotow. Przy podaniu na wejście napięcia 2,5V brak ruchu, przy +5V maksymalne obroty w prawo, przy 0V maksymalnie w lewo.

SterStab2Motors.pdf

SterStab1Motor(1).pdf

[Mechano]

Bardzo fajnie, że tak wszystko skrupulatnie opisałeś ale... zobaczymy schemat tego urządzenia?

[Marekk]

Schematy dodane.

[marek1707]

Moim zdaniem w tym układzie problem marnego wysterowania silników nie bierze się z faktu ograniczenia PWM do 95% tylko z tego, że użyłeś kluczy MOSFET w układzie wtórników źródłowych. Zasilając dreny z +12V i tak samo sterując bramki, na obciążeniu nie dostaniesz nigdy więcej niż jakieś 8-9V bowiem wyższe napięcie w naturalny sposób wyłączy tranzystory. Dlaczego nie zrobiłeś sterowania sygnałem odwróconym w fazie i nie wstawiłeś silnika w dreny? Wtedy przy +12V na bramce mógłbyś spokojnie wykorzystać bardzo dobry Rdson tych tranzystorów i zredukować straty do zupełnie nieznaczących. Nawet dla silnika 500W wystarczyłby z powodzeniem jeden taki MOSFET. Skomplikowałoby się zdejmowanie napięcia z silnika, ale jeden wzmacniacz pomiarowy więcej to niewielki koszt w zamian za znacząco lepsze działanie części wykonawczej.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Marekk]

Marek masz racje jak zwykle. W najnowszej wersji ukladu silniki wlaczone sa w dreny Mosfetow. Zastosowanie mosfetow P pozwala wlaczyc silnik drugim przewodem do masy. Dlatego sposob pomiaru indukowanego napiecia pozostal nie zmieniony. Uaktualnilem schemat i opis.