تنظیم کننده قدرتمند PWM. کنترل کننده سرعت موتور برس خورده دیجیتال PWM کنترل کننده سرعت موتور PWM برگشت پذیر

هنگام کار با بسیاری از فن‌آوری‌های مختلف، این سوال اغلب مطرح می‌شود: چگونه توان موجود را مدیریت کنیم؟ در صورت نیاز به پایین آوردن یا بالا بردن آن چه باید کرد؟ پاسخ به این سوالات یک تنظیم کننده PWM است. او چیست؟ کجا استفاده می شود؟ و چگونه می توان چنین دستگاهی را خودتان مونتاژ کرد؟

مدولاسیون عرض پالس چیست؟

بدون روشن شدن معنای این اصطلاح، ادامه دادن معنایی ندارد. بنابراین، مدولاسیون عرض پالس، فرآیند کنترل توانی است که به بار عرضه می شود، که با تغییر چرخه وظیفه پالس ها انجام می شود که در یک فرکانس ثابت انجام می شود. چندین نوع مدولاسیون عرض پالس وجود دارد:

1. آنالوگ.

2. دیجیتال.

3. باینری (دو سطحی).

4. ترینیتی (سه سطحی).

رگولاتور PWM چیست؟

اکنون که می دانیم مدولاسیون عرض پالس چیست، می توانیم در مورد موضوع اصلی مقاله صحبت کنیم. رگولاتور PWM برای تنظیم ولتاژ تغذیه و جلوگیری از بارهای اینرسی قدرتمند در خودروها و موتورسیکلت ها استفاده می شود. این ممکن است پیچیده به نظر برسد و بهتر است با یک مثال توضیح داده شود. فرض کنید باید کاری کنید که لامپ‌های روشنایی داخلی نه بلافاصله، بلکه به تدریج روشنایی خود را تغییر دهند. همین امر در مورد چراغ های جانبی، چراغ های جلو اتومبیل یا فن ها نیز صدق می کند. این خواسته با نصب یک تنظیم کننده ولتاژ ترانزیستور (پارامتری یا جبرانی) قابل تحقق است. اما با جریان زیاد، توان بسیار بالایی تولید می کند و نیاز به نصب رادیاتورهای بزرگ اضافی یا افزودنی به شکل یک سیستم خنک کننده اجباری با استفاده از یک فن کوچک خارج شده از دستگاه رایانه دارد. همانطور که می بینید، این مسیر پیامدهای زیادی را به دنبال دارد که باید بر آنها غلبه کرد.

نجات واقعی از این وضعیت، رگولاتور PWM بود که بر روی ترانزیستورهای قدرتمند اثر میدانی کار می کند. آنها می توانند جریان های بالا (تا 160 آمپر) را تنها با ولتاژ گیت 12-15 ولت سوئیچ کنند. لازم به ذکر است که مقاومت ترانزیستور باز بسیار کم است و به همین دلیل می توان سطح اتلاف توان را به میزان قابل توجهی کاهش داد. برای ایجاد رگولاتور PWM خود، به یک مدار کنترل نیاز دارید که بتواند اختلاف ولتاژ بین منبع و گیت را در محدوده 12-15 ولت ایجاد کند. اگر این امر محقق نشود، مقاومت کانال بسیار افزایش می یابد و اتلاف توان به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. و این به نوبه خود می تواند باعث گرم شدن بیش از حد ترانزیستور و از کار افتادن آن شود.

طیف وسیعی از ریز مدارها برای تنظیم کننده های PWM تولید می شود که می توانند افزایش ولتاژ ورودی را تا سطح 25-30 ولت تحمل کنند، علی رغم این واقعیت که منبع تغذیه تنها 7-14 ولت خواهد بود. این اجازه می دهد تا ترانزیستور خروجی در مدار همراه با تخلیه مشترک روشن شود. این به نوبه خود برای اتصال یک بار با یک منفی مشترک ضروری است. به عنوان مثال می توان به نمونه های زیر اشاره کرد: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. بیشتر بارها بیش از 10 آمپر جریان نمی کشند، بنابراین نمی توانند باعث کاهش ولتاژ شوند. و در نتیجه می توانید از مدارهای ساده بدون تغییر در قالب یک واحد اضافی استفاده کنید که ولتاژ را افزایش می دهد. و دقیقاً این نمونه های تنظیم کننده PWM است که در مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت. آنها را می توان بر اساس یک مولتی ویبراتور نامتقارن یا آماده به کار ساخت. ارزش صحبت در مورد کنترل کننده سرعت موتور PWM را دارد. بیشتر در این مورد بعدا.

طرح شماره 1

این مدار کنترل کننده PWM با استفاده از اینورترهای تراشه CMOS مونتاژ شده است. این یک مولد پالس مستطیلی است که بر روی 2 عنصر منطقی کار می کند. به لطف دیودها، ثابت زمانی تخلیه و شارژ خازن تنظیم فرکانس در اینجا به طور جداگانه تغییر می کند. این به شما امکان می دهد چرخه وظیفه پالس های خروجی و در نتیجه مقدار ولتاژ موثر موجود در بار را تغییر دهید. در این مدار امکان استفاده از هر عنصر CMOS معکوس و همچنین NOR و AND وجود دارد که به عنوان مثال می توان به K176PU2، K561LN1، K561LA7، K561LE5 اشاره کرد. می توانید از انواع دیگر استفاده کنید، اما قبل از آن باید به دقت در مورد نحوه گروه بندی صحیح ورودی های آنها فکر کنید تا بتوانند عملکرد اختصاص داده شده را انجام دهند. مزایای طرح دسترسی و سادگی عناصر است. معایب آن دشواری (تقریباً غیرممکن) اصلاح و نقص در تغییر محدوده ولتاژ خروجی است.

طرح شماره 2

ویژگی های بهتری نسبت به نمونه اول دارد، اما پیاده سازی آن دشوارتر است. می تواند ولتاژ بار موثر را در محدوده 0-12 ولت تنظیم کند که از مقدار اولیه 8-12 ولت به آن تغییر می کند. حداکثر جریان به نوع ترانزیستور اثر میدانی بستگی دارد و می تواند به مقادیر قابل توجهی برسد. با توجه به اینکه ولتاژ خروجی متناسب با ورودی کنترل است، می توان از این مدار به عنوان بخشی از یک سیستم کنترل (برای حفظ سطح دما) استفاده کرد.

دلایل گسترش

چه چیزی علاقه مندان به خودرو را به یک کنترلر PWM جذب می کند؟ لازم به ذکر است که تمایل به افزایش کارایی هنگام ساخت وسایل ثانویه برای تجهیزات الکترونیکی وجود دارد. به لطف این خاصیت، این فناوری را می توان در ساخت مانیتور کامپیوتر، نمایشگر در گوشی، لپ تاپ، تبلت و تجهیزات مشابه و نه فقط در خودروها یافت. همچنین لازم به ذکر است که این فناوری هنگام استفاده به طور قابل توجهی ارزان است. همچنین، اگر تصمیم دارید که خرید نکنید، بلکه خودتان یک کنترلر PWM را مونتاژ کنید، می توانید هنگام بهبود ماشین خود در هزینه خود صرفه جویی کنید.

نتیجه

خوب، اکنون می دانید که تنظیم کننده برق PWM چیست، چگونه کار می کند، و حتی می توانید دستگاه های مشابه را خودتان مونتاژ کنید. بنابراین، اگر می خواهید توانایی های ماشین خود را آزمایش کنید، فقط یک چیز در مورد این وجود دارد - این کار را انجام دهید. علاوه بر این، شما نه تنها می توانید از نمودارهای ارائه شده در اینجا استفاده کنید، بلکه در صورت داشتن دانش و تجربه مناسب، آنها را به میزان قابل توجهی تغییر دهید. اما حتی اگر بار اول همه چیز درست نشود، می توانید یک چیز بسیار ارزشمند - تجربه به دست آورید. چه کسی می‌داند که کجا ممکن است مفید واقع شود و حضور آن چقدر مهم خواهد بود.

عملکرد نرم موتور، بدون تکان یا نوسانات برق، کلید دوام آن است. برای کنترل این نشانگرها از یک کنترل کننده سرعت موتور الکتریکی برای ولتاژهای 220 ولت، 12 ولت و 24 ولت استفاده می شود؛ تمام این فرکانس ها را می توان با دستان خود ساخت یا می توانید یک واحد آماده خریداری کنید.

چرا به کنترل کننده سرعت نیاز دارید؟

یک کنترل کننده دور موتور، یک مبدل فرکانس، دستگاهی با یک ترانزیستور قدرتمند است که برای معکوس کردن ولتاژ و همچنین برای اطمینان از توقف روان و راه اندازی یک موتور ناهمزمان با استفاده از PWM ضروری است. PWM - کنترل پالس گسترده دستگاه های الکتریکی. برای ایجاد یک سینوسی خاص از جریان متناوب و مستقیم استفاده می شود.

ساده ترین مثال مبدل یک تثبیت کننده ولتاژ معمولی است. اما دستگاه مورد بحث دارای دامنه عملکرد و قدرت بسیار گسترده تری است.

مبدل های فرکانس در هر وسیله ای که از انرژی الکتریکی تغذیه می شود استفاده می شود. گاورنرها کنترل موتور الکتریکی بسیار دقیقی را ارائه می دهند به طوری که می توان سرعت موتور را بالا یا پایین تنظیم کرد، دور موتور را در سطح مورد نظر حفظ کرد و از ابزارها در برابر چرخش ناگهانی محافظت کرد. در این حالت، موتور الکتریکی به جای کارکردن با تمام توان، تنها از انرژی مورد نیاز برای کار استفاده می کند.

چرا برای موتور الکتریکی ناهمزمان به کنترل کننده سرعت نیاز دارید:

1. برای صرفه جویی در انرژی. با کنترل سرعت موتور، نرمی راه اندازی و توقف آن، قدرت و سرعت می توانید به صرفه جویی قابل توجهی در سرمایه شخصی دست یابید. به عنوان مثال، کاهش سرعت 20٪ می تواند منجر به صرفه جویی در انرژی 50٪ شود.
2. مبدل فرکانس را می توان برای کنترل دمای فرآیند، فشار یا بدون استفاده از یک کنترل کننده جداگانه استفاده کرد.
3. بدون نیاز به کنترل اضافی برای شروع نرم.
4. هزینه های نگهداری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

این دستگاه اغلب برای دستگاه جوش (عمدتا برای ماشین های نیمه اتوماتیک)، اجاق گاز برقی، تعدادی لوازم خانگی (جاروبرقی، چرخ خیاطی، رادیو، ماشین لباسشویی)، بخاری خانگی، مدل های مختلف کشتی و غیره استفاده می شود.

اصل عملکرد کنترل کننده سرعت

کنترل کننده سرعت دستگاهی است که از سه زیر سیستم اصلی زیر تشکیل شده است:

1. موتور AC؛
2. کنترل کننده درایو اصلی؛
3. درایو و قطعات اضافی

هنگامی که موتور AC با قدرت کامل راه اندازی می شود، جریان با قدرت کامل بار منتقل می شود، این کار 7-8 بار تکرار می شود. این جریان سیم پیچ های موتور را خم می کند و گرمایی ایجاد می کند که برای مدت طولانی تولید می شود. این می تواند به طور قابل توجهی طول عمر موتور را کاهش دهد. به عبارت دیگر، مبدل نوعی اینورتر پله ای است که تبدیل انرژی مضاعف را فراهم می کند.

بسته به ولتاژ ورودی، تنظیم کننده فرکانس سرعت موتور الکتریکی سه فاز یا تک فاز، جریان 220 یا 380 ولت را اصلاح می کند. این عمل با استفاده از یک دیود یکسو کننده انجام می شود که در ورودی انرژی قرار دارد. سپس جریان با استفاده از خازن فیلتر می شود. بعد، PWM تولید می شود، مدار الکتریکی مسئول این است. اکنون سیم پیچ های موتور القایی آماده ارسال سیگنال پالس و ادغام آنها در موج سینوسی مورد نظر است. حتی با یک موتور میکروالکتریک، این سیگنال ها به معنای واقعی کلمه به صورت دسته ای صادر می شوند.

نحوه انتخاب رگولاتور

چندین ویژگی وجود دارد که با توجه به آنها باید یک کنترل کننده سرعت برای ماشین، موتور الکتریکی ماشین یا نیازهای خانگی انتخاب کنید:

1. نوع کنترل برای موتورهای کموتاتور، رگولاتورهایی با سیستم کنترل بردار یا اسکالر وجود دارد. اولی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، اما دومی قابل اعتمادتر در نظر گرفته می شود.
2. قدرت. این یکی از مهمترین عوامل برای انتخاب مبدل فرکانس الکتریکی است. لازم است یک ژنراتور فرکانس با توانی مطابق با حداکثر مجاز در دستگاه محافظت شده انتخاب شود. اما برای یک موتور ولتاژ پایین بهتر است یک تنظیم کننده قوی تر از مقدار مجاز وات انتخاب کنید.
3. ولتاژ. به طور طبیعی، همه چیز در اینجا فردی است، اما در صورت امکان، باید یک کنترل کننده سرعت برای موتور الکتریکی خریداری کنید، که نمودار مدار آن دارای طیف گسترده ای از ولتاژهای مجاز است.
4. محدوده فرکانس. تبدیل فرکانس وظیفه اصلی این دستگاه است، بنابراین سعی کنید مدلی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با نیازهای شما مطابقت داشته باشد. فرض کنید، برای یک روتر دستی، 1000 هرتز کافی خواهد بود.
5. با توجه به خصوصیات دیگر. این دوره گارانتی، تعداد ورودی ها، اندازه است (ضمیمه ویژه ای برای ماشین های رومیزی و ابزار دستی وجود دارد).

در عین حال، شما همچنین باید درک کنید که یک تنظیم کننده به اصطلاح جهانی چرخش وجود دارد. این یک مبدل فرکانس برای موتورهای براشلس است.

در این مدار دو بخش وجود دارد - یکی منطقی است، جایی که میکروکنترلر روی تراشه قرار دارد و دومی قدرت. اساساً چنین مدار الکتریکی برای یک موتور الکتریکی قدرتمند استفاده می شود.

ویدئو: کنترل کننده سرعت موتور الکتریکی با SHIRO V2

چگونه یک کنترل کننده دور موتور خانگی بسازیم

شما می توانید یک کنترل کننده سرعت موتور تریاک ساده بسازید، نمودار آن در زیر ارائه شده است و قیمت فقط شامل قطعات فروخته شده در هر فروشگاه برق است.

برای کار به یک تریاک قدرتمند از نوع BT138-600 نیاز داریم که توسط یک مجله مهندسی رادیو توصیه شده است.

در مدار شرح داده شده، سرعت با استفاده از پتانسیومتر P1 تنظیم می شود. پارامتر P1 فاز سیگنال پالس ورودی را تعیین می کند که به نوبه خود تریاک را باز می کند. این طرح هم در مزرعه و هم در خانه قابل استفاده است. شما می توانید از این رگلاتور برای چرخ خیاطی، پنکه، دستگاه حفاری رومیزی استفاده کنید.

اصل کار ساده است: در لحظه ای که موتور کمی کند می شود، اندوکتانس آن کاهش می یابد و این باعث افزایش ولتاژ در R2-P1 و C3 می شود که به نوبه خود منجر به باز شدن طولانی تر تریاک می شود.

یک تنظیم کننده بازخورد تریستور کمی متفاوت عمل می کند. این اجازه می دهد تا انرژی به سیستم انرژی برگردد که بسیار مقرون به صرفه و مفید است. این دستگاه الکترونیکی شامل گنجاندن یک تریستور قدرتمند در مدار الکتریکی است. نمودار او به این صورت است:

در اینجا، برای تامین جریان مستقیم و یکسو کردن، یک ژنراتور سیگنال کنترل، یک تقویت کننده، یک تریستور و یک مدار تثبیت سرعت مورد نیاز است.

تنظیم ولتاژ تغذیه مصرف کنندگان قدرتمند با استفاده از تنظیم کننده هایی با مدولاسیون عرض پالس راحت است. مزیت چنین تنظیم کننده هایی این است که ترانزیستور خروجی در حالت سوئیچ کار می کند، به این معنی که دو حالت دارد - باز یا بسته. مشخص است که بیشترین گرمایش ترانزیستور در حالت نیمه باز رخ می دهد، که منجر به نیاز به نصب آن بر روی رادیاتور بزرگ و نجات آن از گرمای بیش از حد می شود.

من یک مدار تنظیم کننده PWM ساده را پیشنهاد می کنم. این دستگاه از یک منبع ولتاژ 12 ولت DC تغذیه می شود. با نمونه مشخص شده ترانزیستور، می تواند جریان تا 10 آمپر را تحمل کند.

بیایید عملکرد دستگاه را در نظر بگیریم: یک مولتی ویبراتور با چرخه کاری قابل تنظیم روی ترانزیستورهای VT1 و VT2 مونتاژ می شود. نرخ تکرار پالس حدود 7 کیلوهرتز است. از کلکتور ترانزیستور VT2، پالس ها به ترانزیستور کلید VT3 ارسال می شود که بار را کنترل می کند. چرخه وظیفه توسط مقاومت متغیر R4 تنظیم می شود. هنگامی که نوار لغزنده این مقاومت در سمت چپ قرار دارد، نمودار بالا را ببینید، پالس های خروجی دستگاه باریک هستند که نشان دهنده حداقل توان خروجی رگولاتور است. در موقعیت منتهی به سمت راست، نمودار پایین را ببینید، پالس ها گسترده هستند، تنظیم کننده با قدرت کامل کار می کند.

نمودار عملکرد PWM در KT1

با استفاده از این رگولاتور، می توانید لامپ های رشته ای خانگی 12 ولت، یک موتور DC با محفظه عایق را کنترل کنید. اگر رگولاتور در خودرویی استفاده می شود، جایی که منهای به بدنه متصل است، اتصال باید از طریق یک ترانزیستور pnp انجام شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
جزئیات: تقریباً هر ترانزیستور فرکانس پایین می تواند در ژنراتور کار کند، به عنوان مثال KT315، KT3102. ترانزیستور کلید IRF3205، IRF9530. ما می توانیم ترانزیستور pnp P210 را با KT825 جایگزین کنیم و بار را می توان به جریانی تا 20 آمپر متصل کرد!

و در خاتمه باید گفت که این رگولاتور بیش از دو سال است که در ماشین من با موتور گرمایش داخلی کار می کند.

فهرست عناصر رادیویی

یک دستگاه الکترونیکی دیگر با کاربرد گسترده.
این یک کنترلر قدرتمند PWM (PWM) با کنترل دستی صاف است. با ولتاژ ثابت 10-50 ولت کار می کند (بهتر است از محدوده 12-40 ولت فراتر نرود) و برای تنظیم توان مصرف کننده های مختلف (لامپ ها، ال ای دی ها، موتورها، بخاری ها) با حداکثر جریان مصرفی مناسب است. 40A.

ارسال در یک پاکت استاندارد




کیس با چفت هایی که به راحتی می شکند در کنار هم قرار می گیرد، بنابراین آن را با احتیاط باز کنید.


داخل برد مدار و دستگیره رگلاتور حذف شده


برد مدار چاپی فایبرگلاس دو طرفه است، لحیم کاری و نصب مرتب است. اتصال از طریق یک بلوک ترمینال قدرتمند.




شکاف های تهویه در کیس بی اثر هستند، زیرا ... تقریباً به طور کامل توسط برد مدار چاپی پوشانده شده است.


وقتی مونتاژ می شود چیزی شبیه این به نظر می رسد


ابعاد واقعی کمی بزرگتر از آنچه گفته شده است: 123x55x40mm

نمودار شماتیک دستگاه


فرکانس PWM اعلام شده 12 کیلوهرتز است. فرکانس واقعی هنگام تنظیم توان خروجی در محدوده 12-13 کیلوهرتز متفاوت است.
در صورت لزوم، فرکانس کاری PWM را می توان با لحیم کاری خازن مورد نظر به موازات C5 (خازن اولیه 1nF) کاهش داد. افزایش فرکانس توصیه نمی شود، زیرا تلفات سوئیچینگ افزایش خواهد یافت.
مقاومت متغیر دارای یک سوئیچ داخلی در سمت چپ ترین موقعیت است که به شما امکان می دهد دستگاه را خاموش کنید. همچنین یک LED قرمز رنگ روی برد وجود دارد که هنگام کار رگولاتور روشن می شود.
به دلایلی، علائم روی تراشه کنترلر PWM با دقت پاک شده است، اگرچه به راحتی می توان حدس زد که آنالوگ NE555 است :)
محدوده تنظیم نزدیک به 5-100٪ اعلام شده است
عنصر CW1 شبیه یک تثبیت کننده جریان در بدنه دیود است، اما من دقیقاً مطمئن نیستم...
مانند اکثر رگولاتورهای قدرت، تنظیم از طریق هادی منفی انجام می شود. هیچ محافظ اتصال کوتاه وجود ندارد.
در ابتدا هیچ علامتی روی موسفت ها و مجموعه دیود وجود ندارد، آنها روی رادیاتورهای جداگانه با خمیر حرارتی قرار دارند.
تنظیم کننده می تواند بر روی یک بار القایی کار کند، زیرا در خروجی مجموعه ای از دیودهای محافظ شاتکی وجود دارد که EMF خود القایی را سرکوب می کند.
آزمایشی با جریان 20 آمپر نشان داد که رادیاتورها کمی گرم می شوند و می توانند بیشتر، احتمالا تا 30 آمپر بکشند. مقاومت کل اندازه گیری شده کانال های باز کارگران میدانی فقط 0.002 اهم است (افت 0.04 ولت در جریان 20 آمپر).
اگر فرکانس PWM را کاهش دهید، تمام 40A اعلام شده را خارج خواهید کرد. ببخشید نمیتونم چک کنم...

شما می توانید نتیجه گیری خود را انجام دهید، من دستگاه را دوست داشتم :)