สำรวจ 2 วงจรควบคุมมอเตอร์แบบสองทิศทางอย่างง่าย

วงจรที่อนุญาตให้มอเตอร์ที่เชื่อมต่อทำงานในทิศทางตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกาผ่านทริกเกอร์อินพุตสำรองเรียกว่าวงจรควบคุมแบบสองทิศทาง

การออกแบบแรกด้านล่างกล่าวถึงวงจรควบคุมมอเตอร์แบบสองทิศทางแบบสะพานเต็มหรือสะพาน H โดยใช้ตัวควบคุม 4 ตัวจาก IC LM324 ในบทความที่สองเราเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรควบคุมมอเตอร์สองทิศทางแรงบิดสูงโดยใช้ IC 556

บทนำ

โดยทั่วไปแล้ว สวิตช์เชิงกล คุ้นเคยกับการปรับทิศทางการหมุนของมอเตอร์กระแสตรง การปรับขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้แล้วมอเตอร์จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม!

ในแง่หนึ่งสิ่งนี้อาจมีข้อเสียเปรียบที่ต้องเพิ่มสวิตช์ DPDT เพื่อเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้า แต่เราได้จัดการกับสวิตช์เท่านั้นซึ่งทำให้ขั้นตอนค่อนข้างง่าย

อย่างไรก็ตาม DPDT อาจมีปัญหาร้ายแรงอย่างหนึ่งไม่แนะนำให้คุณเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าผ่านมอเตอร์กระแสตรงในระหว่างการเคลื่อนที่แบบหมุน ซึ่งอาจส่งผลให้กระแสไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นซึ่งอาจทำให้ตัวควบคุมความเร็วที่เกี่ยวข้องดับลง

นอกจากนี้ความเครียดเชิงกลประเภทใด ๆ ก็สามารถทำให้เกิดปัญหาที่คล้ายคลึงกันได้เช่นกัน วงจรนี้เอาชนะภาวะแทรกซ้อนเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย ทิศทางและความเร็วได้รับการจัดการด้วยความช่วยเหลือของโพเทนชิออมิเตอร์เดี่ยว การหมุนหม้อไปตามทิศทางที่กำหนดจะทำให้มอเตอร์เริ่มหมุน

การสลับหม้อไปในทิศทางตรงกันข้ามจะทำให้มอเตอร์หมุนในลักษณะย้อนกลับ ตำแหน่งตรงกลางของหม้อจะปิดมอเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่ามอเตอร์ทำงานช้าลงก่อนแล้วจึงหยุดก่อนที่จะพยายามเปลี่ยนทิศทาง

ข้อกำหนดทางเทคนิค

แรงดันไฟฟ้า: วงจรและมอเตอร์ใช้แหล่งจ่ายไฟทั่วไป นี่หมายความว่าเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ทำงานสูงสุดของ LM324 เป็น 32VDC ในทำนองเดียวกันจะกลายเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถใช้งานมอเตอร์ได้

ปัจจุบัน: IRFZ44 MOSFET ออกแบบมาสำหรับ 49A IRF4905 จะสามารถรองรับ 74A ได้ อย่างไรก็ตามราง PCB ที่วิ่งจากหมุด MOSFET ไปยังขั้วต่อสกรูสามารถจัดการได้ประมาณ 5A สิ่งนี้สามารถปรับปรุงได้โดยการบัดกรีชิ้นลวดทองแดงบนราง PCB

ในกรณีนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่า MOSFET ไม่ร้อนเกินไป - หากเป็นเช่นนั้นจะต้องติดตั้งฮีทซิงค์ที่ใหญ่กว่าบนอุปกรณ์เหล่านี้

LM324 Pinouts

การควบคุมแบบสองทิศทางของมอเตอร์กระแสตรงโดยใช้ LM324

โดยพื้นฐานแล้วคุณจะพบ 3 วิธีในการ ปรับความเร็วของมอเตอร์กระแสตรง :

1. โดยใช้เกียร์แบบกลไกเพื่อให้ได้อัตราเร่งที่เหมาะสม: วิธีนี้มักจะอยู่เหนือความสะดวกของผู้ที่ชื่นชอบส่วนใหญ่ฝึกฝนในการประชุมเชิงปฏิบัติการที่บ้าน

สอง. การลดแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรม สิ่งนี้อาจไม่มีประสิทธิภาพอย่างแน่นอน (กำลังจะกระจายไปในตัวต้านทาน) และส่งผลให้แรงบิดลดลง

กระแสไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้ก็จะสูงขึ้นเช่นกันเมื่อโหลดของมอเตอร์เพิ่มขึ้น กระแสที่เพิ่มขึ้นหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงมากกว่าตัวต้านทานแบบอนุกรมและด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงสำหรับมอเตอร์

จากนั้นมอเตอร์จะใช้ความพยายามในการดึงกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่สูงขึ้นทำให้มอเตอร์หยุดทำงาน

3. โดยใช้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดกับมอเตอร์ในช่วงสั้น ๆ : วิธีนี้จะกำจัดเอฟเฟกต์การดร็อปชุดข้อมูล สิ่งนี้เรียกว่าการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) และเป็นกลยุทธ์ที่พบในวงจรนี้ พัลส์ด่วนช่วยให้มอเตอร์ทำงานพัลส์ที่ขยายออกไปอย่างช้าๆทำให้มอเตอร์ทำงานได้เร็วขึ้น

มันมีฟังก์ชั่นอย่างไร (อ้างอิงจากแผนผัง)

วงจรสามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน:

1. การควบคุมมอเตอร์ - IC1: A
2. เครื่องกำเนิดคลื่นสามเหลี่ยม - IC1: B
3. เครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า - IC1: C และ D
4. มอเตอร์ขับเคลื่อน - Q3-6

ให้เราเริ่มต้นด้วยขั้นตอนการขับมอเตอร์โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ MOSFETs Q3-6 MOSFET เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่ยังคงอยู่ในสถานะเปิดใช้งานได้ตลอดเวลา ในขณะที่ Q3 และ Q6 เปิดอยู่กระแสจะเคลื่อนที่ผ่านมอเตอร์และทำให้หมุนไปในทิศทางเดียว

ทันทีที่ Q4 และ Q5 อยู่ในสภาพการทำงานการไหลเวียนของกระแสจะกลับด้านและมอเตอร์จะเริ่มหมุนในทิศทางตรงกันข้าม IC1: C และ IC1: D จัดการกับ MOSFET ที่เปิดอยู่

Opamps IC1: C และ IC1: D มีสายเป็นตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า แรงดันอ้างอิงสำหรับ opamps เหล่านี้ผลิตโดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานของ R6, R7 และ R8

สังเกตว่าแรงดันอ้างอิงสำหรับ IC1: D ติดอยู่กับอินพุต '+' แต่สำหรับ IC1: C จะเชื่อมต่อกับอินพุต '-'

ซึ่งหมายความว่า IC1: D ถูกเปิดใช้งานโดยมีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าค่าอ้างอิงในขณะที่ IC1: C ได้รับแจ้งด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าการอ้างอิง Opamp IC1: B ถูกกำหนดค่าให้เป็นเครื่องกำเนิดคลื่นสามเหลี่ยมและส่งสัญญาณกระตุ้นไปยังเครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง

ความถี่ประมาณผกผันของค่าคงที่เวลาของ R5 และ C1 - 270Hz สำหรับค่าที่ใช้

การลด R5 หรือ C1 จะเพิ่มความถี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างใดอย่างหนึ่งจะเป็นการลดความถี่ระดับเอาต์พุตสูงสุดถึงจุดสูงสุดของคลื่นสามเหลี่ยมน้อยกว่าความแตกต่างระหว่างการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าทั้งสอง

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากอย่างยิ่งสำหรับตัวเปรียบเทียบทั้งสองที่จะเปิดใช้งานพร้อมกัน มิฉะนั้น MOSFET ทั้ง 4 ตัวจะเริ่มดำเนินการซึ่งนำไปสู่การลัดวงจรและทำลายทั้งหมด

รูปคลื่นสามเหลี่ยมมีโครงสร้างรอบแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ต DC การเพิ่มหรือลดแรงดันออฟเซ็ตจะเปลี่ยนตำแหน่งพัลส์ของคลื่นสามเหลี่ยมให้เหมาะสม

การสลับคลื่นสามเหลี่ยมขึ้นทำให้ตัวเปรียบเทียบ IC1: D เปิดใช้งานการลดลงส่งผลให้ตัวเปรียบเทียบ IC1: C เปิดใช้งาน เมื่อระดับแรงดันไฟฟ้าของคลื่นสามเหลี่ยมอยู่ตรงกลางของการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าทั้งสองจะไม่มีตัวเปรียบเทียบใดเกิดขึ้นเลยแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตถูกควบคุมโดยโพเทนชิออมิเตอร์ P1 ผ่าน IC1: A ซึ่งได้รับการออกแบบให้เป็นตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า

สิ่งนี้ให้แหล่งกำเนิดแรงดันอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำทำให้แรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ต DC มีความเสี่ยงน้อยกว่าต่อผลกระทบการโหลดของ IC1: B

เมื่อเปลี่ยน 'หม้อ' แรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ต DC จะเริ่มแตกต่างกันขึ้นหรือลงตามทิศทางที่พลิกหม้อไดโอด D3 แสดงการป้องกันขั้วย้อนกลับสำหรับคอนโทรลเลอร์

ตัวต้านทาน R15 และตัวเก็บประจุ C2 เป็นตัวกรองความถี่ต่ำแบบธรรมดา สิ่งนี้มีไว้เพื่อทำความสะอาดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจาก MOSFET เมื่อเปิดเครื่องจ่ายไฟให้กับมอเตอร์

ส่วนรายการ

2) การควบคุมมอเตอร์แบบสองทิศทางโดยใช้ IC 556

ความเร็วและการควบคุมแบบสองทิศทางสำหรับมอเตอร์กระแสตรงนั้นค่อนข้างง่ายในการใช้งาน สำหรับมอเตอร์ที่มีพลังงานอิสระโดยหลักการแล้วความเร็วคือฟังก์ชันเชิงเส้นของแรงดันไฟฟ้ามอเตอร์ที่มีแม่เหล็กถาวรเป็นหมวดหมู่ย่อยของมอเตอร์ที่มีพลังงานอิสระและมักใช้ในของเล่นและโมเดล

ในวงจรนี้แรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์จะแปรผันตามการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่ดีและแรงบิดที่ค่อนข้างสูงที่ความเร็วมอเตอร์ต่ำ แรงดันไฟฟ้าควบคุมเดียวที่อยู่ระหว่าง 0 ถึง +10 V ช่วยให้ความเร็วของมอเตอร์สามารถย้อนกลับได้และแตกต่างกันไปจากค่าเฉลี่ยสูงสุดทั้งสองทิศทาง

Astable multivibrator IC ถูกตั้งค่าเป็นออสซิลเลเตอร์ 80 Hz และกำหนดความถี่ของสัญญาณ PWM แหล่งที่มาปัจจุบัน T1 เรียกเก็บเงิน Ca แรงดันฟันเลื่อยของตัวเก็บประจุนี้ถูกเปรียบเทียบกับแรงดันควบคุมใน 1C2 ซึ่งส่งสัญญาณ PWM ไปยังบัฟเฟอร์ N1-Na หรือ NPN1 ตัวขับมอเตอร์ที่ใช้ดาร์ลิงตันเป็นวงจรบริดจ์ที่สามารถขับโหลดได้ถึง 4 แอมป์โดยที่กระแสไฟทำงานอยู่ที่ต่ำกว่า 5 แอมป์และมีการระบายความร้อนที่เพียงพอสำหรับทรานซิสเตอร์กำลัง T1 -Ts ไดโอด D1, D5 ป้องกันไฟกระชากแบบอุปนัยจากมอเตอร์ Switch S1 ทำให้สามารถย้อนกลับทิศทางมอเตอร์ได้ทันที

รูปภาพต้นแบบ