Электробайк. контроллер двигателя своими руками / блог компании mail.ru group / хабр

Содержание

Регулировка

Теперь расскажем о том, как можно регулировать обороты коллекторных двигателей. В связи с тем, что скорость вращения мотора просто зависит от величины подаваемого напряжения, то любые средства регулировки, которые способны выполнять эту функцию для этого вполне пригодны.

Перечислим несколько такого рода вариантов для примера:

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
Заводские платы регулировки, используемые в бытовых приборах (можно использовать в частности те, которые применяются в миксерах или в пылесосах).
Кнопки, используемые в конструкции электроинструментах.
Бытовые регуляторы освещения с плавным действием.

Однако, все вышеперечисленные способы имеют очень важный изъян. Вместе с уменьшением оборотов, одновременно уменьшается и мощность работы мотора. В некоторых случаях, его можно остановить даже просто рукой. В некоторых случаях, это может быть приемлемо, но большей частью, это является серьёзным препятствием.

Хорошим вариантом является выполнение регулировки оборотов посредством использования тахогенератора. Его обычно устанавливают на заводе. При отклонениях в скорости вращения мотора, через симисторы в мотор передаётся уже откорректированное электропитание, соответствующее требуемой скорости вращения. Если в эту схему встроить регулировку вращения мотора, то потери мощности здесь происходить не будет.

Как это выглядит конструктивно? Наиболее распространены реостатная регулировка вращения, и сделанная на основе использования полупроводников.

В первом случае, речь идёт о переменном сопротивлении с механической регулировкой. Она последовательно подключается к коллекторному электродвигателю. Недостатком является дополнительное выделение тепла и дополнительная трата ресурса аккумулятора. При таком способе регулировк, происходит потеря мощности вращения мотора. Является дешёвым решением. Не применяется для достаточно мощных моторов по упомянутым причинам.

Во втором случае, при использовании полупроводников, происходит управление мотором путём подачи определённых импульсов. Схема может менять длительность таких импульсов, что в свою очередь, меняет скорость вращения без потери мощности.

Детали регуляторов вращения электродвигателей

В данных схемах возможно применить следующие замены радиодеталей: транзистор КТ817Б — КТ815, КТ805; КТ117А возможно поменять КТ117Б-Г или 2N2646; Операционный усилитель К140УД7 на К140УД6, КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 — С555, КР1006ВИ1; микросхему TL074 — TL064, TL084, LM324.

При использовании более мощной нагрузки, ключевой транзистор КТ817 возможно поменять мощным полевым транзистором, например, IRF3905 или ему подобный.

Радиоаматор, 4/2008

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Как сделать диагностику без снятия?

Не рекомендуется проводить такую проверку, так как нет возможности оценить состояние щеточного узла. Но случаи бывают разные, поэтому даже такая диагностика может дать свои плоды. Для работы вам потребуется мультиметр или, если такового нет, лампа накаливания. Для вас главное – это провести замер напряжения в бортовой сети автомобиля, определить, нет ли скачков. Но их можно заметить и при езде. Например, мигание света при изменении оборотов коленчатого вала двигателя.

Но точнее окажутся измерения, проведенные с использованием мультиметра или вольтметра с растянутой шкалой. Заведите двигатель и включите ближний свет. Подключите мультиметр к клеммам аккумуляторной батареи. Напряжение не должно превышать 14,8 Вольт. Но и нельзя, чтобы оно опускалось ниже 12. Если оно находится не в дозволенном интервале, то имеется поломка регулятора напряжения. Не исключено, что нарушены контакты в местах соединения прибора с генератором, либо окислены контакты проводов.

Элементы платы

Драйвер двигателей

Драйвер моторов — это сборка из двух H-полумостов. В нашем модуле мы запараллели оба канала микросхемы H-моста для компенсации нагрева.

Нагрузка

В качестве нагрузки для модуля H-мост(Troyka модуль) рациональнее всего использовать коллекторный мотор, так как есть смысл и потребность менять направления вращения двигателя. Если у вас иная нагрузка, используйте силовой ключ или реле.

Мотор подключается своими контактами к колодкам под винт и . Полярность в данном случае неважна, так она влияет на направления вращения вала и её можно изменять программно.

Питание нагрузки

Источник питания для мотора (силовое питание) подключается своими контактами к колодкам под винт . Положительный контакт источника питания подключается к контакту , а отрицательный — к контакту . Напряжение питания моторов должно быть в пределах 3–12 В постоянного тока.

Контакты подключения трёхпроводных шлейфов

1-группа

— направления вращения двигателя. Подключите к цифровому пину микроконтроллера.
— питание логической части модуля. Соедините с питанием микроконтроллера.
— земля. Дублирует пин из второй группы Troyka-контактов. Соедините с землёй микроконтроллера.

2-группа

— включение и управление скоростью вращения мотора. Подключите к цифровому пину микроконтроллера.
— силовое питание модуля. Подробнее про объединение питания.
— земля. Дублирует пин из первой группы Troyka-контактов. Соедините с землёй микроконтроллера.

Джампер объединения питания

Силовое питание можно также подключать через пины и из второй группы Troyka-контактов. Для этого установите джампер объединения питания . При этом подключать питание к контактам и уже не нужно.

Внимание! Джампер объединения питания связывает пины с клеммником внешнего питания.
Если вы не уверены в своих действиях или боитесь подать слишком высокое напряжение с клемм H-моста на управляющую плату, не ставьте этот джампер!

Данный джампер будет полезен при установке H-моста на Troyka Slot Shield в пины поддерживающие .

Например, если на плату подаётся через разъём внешнего питания, то установив джампер на Troyka Slot Shield в положение вы получите напряжение и на ножке H-моста. Эти 12 В можно направить на питание нагрузки — просто установите джампер на H-мосте.

Световая индикация

Сдвоенный светодиод индикации скорости и направления вращения на плате.

При высоком логическом уровне на пине управления направлением вращения , индикатор светится красным светом. При низком уровне — зелёным.

Чем выше скорость вращения двигателя, тем ярче горит зелёный либо красный светодиод.

Схема подключения регулятора скорости вентилятора

Нередко в домашнем хозяйстве требуется установка регулятора скорости вращения вентилятора. Сразу следует отметить, что обычный диммер для регулировки яркости освещения не подойдет для вентилятора

Современному электродвигателю, особенно асинхронному, важно иметь на входе правильной формы синусоиду, но обычные диммеры для освещения искажают ее довольно сильно. Для эффективной и правильной организации регулировки скорости вентиляторов необходимо:

Использовать специальные регуляторы, предназначенные для вентиляторов.
Учитывайте, что эффективно и безопасно регулировке поддаются только специальные модели асинхронных электромоторов, поэтому перед покупкой узнавайте из технических характеристик о возможности регулировки числа оборотов методом понижения напряжения.

Способы регулировки скорости вращения бытовых вентиляторов

Существует достаточно много различных способов регулировки частоты вращения вентилятора, но практически применяются в домашних условиях только два из них. В любом случае Вы сможете только понизить число оборотов вращения двигателя только ниже максимально возможной по паспорту к устройству.

Разогнать электродвигатель возможно только с использованием частотного регулятора, но он не применяется в быту, потому что у него высокая как собственная стоимость, так и цена на услугу по его установке и наладке. Все это делают использование частотного регулятора не рациональным в домашних условиях.

К одному регулятору допускается подключение нескольких вентиляторов, если только их суммарная мощность не будет превышать величину номинального тока регулятора. Учитывайте при выборе регулятора, что пусковой ток электродвигателя в несколько раз выше рабочего.

Способы регулировки вентиляторов в быту:

С использованием симисторного регулятора скорости вентилятора- это самый распространенный способ, позволяющий постепенно увеличивать или уменьшать скорость вращения в пределах от 0 до 100 %.
Если электродвигатель вентилятора на 220 Вольт оборудован термозащитой (защитой от перегрева), тогда для управления оборотами применяется тиристорный регулятор.
Наиболее эффективным методом регулировки скорости вращения электродвигателя является применение моторов с несколькими выводами обмоток. Но многоскоростные электродвигатели в бытовых вентиляторах Я пока не встречал. Но В интернете можно найти схемы подключения для них.

Очень часто электродвигатель гудит на низких оборотах при использовании первых двух методов регулировки- старайтесь не эксплуатировать долго вентилятор в таком режиме. Если снять крышку, то при помощи находящегося под ней специального регулятора, Вы сможете, его вращая, установить нижний предел частоты вращения мотора.

Схема подключения симисторного или тиристорного регулятора скорости вентилятора

Практически во всех регуляторах стоят внутри плавкие ставки, защищающие их от токов перегрузки или короткого замыкания, при возникновении которых она перегорает. Для восстановления работоспособности необходимо будет заменить или отремонтировать плавкую ставку.

Подключается регулятор довольно просто, как обычный выключатель. На первый контакт (с изображением стрелки) подключается фаза от электропроводки квартиры. На второй (с изображением стрелки в обратном направлении) при необходимости подключается прямой вывод фазы без регулировки. Он используется для включения, например дополнительно освещения при включении вентилятора. На пятый контакт (с изображением наклонной стрелки и синусоиды) подключается фаза, отходящая на вентилятор. При использовании такой схемы необходимо использовать для подключения распределительную коробку, с которой Ноль и при необходимости Земля заводятся напрямую на вентилятор, минуя сам регулятор, для подключения которого понадобится всего-то 2 провода.

Но если распределительная коробка электропроводки находится далеко, а сам регулятор стоит рядом с вентилятором, тогда рекомендую использовать вторую схему. На регулятор приходит кабель электропитания, а затем с него уходит сразу на вентилятор. Фазные провода подключаются аналогично. А 2 нуля садятся на контакты № 3 и № 4 в любой последовательности.

Подключение регулятора скорости вращения вентилятора довольно просто сделать и своими руками, не вызывая специалистов. Обязательно изучите и всегда соблюдайте правила электробезопасности- работайте только на обесточенном участке электропроводки.

Что такое ШИМ-регулятор?

Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный). Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть. Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность. А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B … U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат – использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Регулятор оборотов электродвигателя 220 В без потери мощности используется для поддержки первоначальной заданной частоты оборотов вала. Это один из основных принципов данного прибора, который называется частотным регулятором.

С помощью него электроприбор работает в установленной частоте оборотов двигателя и не снижает ее. Также регулятор скорости двигателя влияет на охлаждение и вентиляцию мотора. C помощью мощности устанавливается скорость, которую можно как поднять, так и снизить.

Вопросом о том, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, задавались многие люди. Но данная процедура довольно проста. Стоит только изменить частоту питающего напряжения, что существенно снизит производительность вала мотора. Также можно изменить питание двигателя, задействуя при этом его катушки. Управление электричеством тесно связано с магнитным полем и скольжением электродвигателя. Для таких действий используют в основном автотрансформатор, бытовые регуляторы, которые уменьшают обороты данного механизма. Но стоит также помнить о том, что будет уменьшаться мощность двигателя.

Вращение вала

Двигатели делят на:

Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя зависит от подключения тока к механизму. Суть работы асинхронного мотора зависит от магнитных катушек, через которые проходит рамка. Она поворачивается на скользящих контактах. И когда при повороте она развернется на 180 градусов, то по данным контактам связь потечет в обратном направлении. Таким образом, вращение останется неизменным. Но при этом действии нужный эффект не будет получен. Он войдет в силу после внесения в механизм пары десятков рамок данного типа.

Коллекторный двигатель используется очень часто. Его работа проста, так как пропускаемый ток проходит напрямую — из-за этого не теряется мощность оборотов электродвигателя, и механизм потребляет меньше электричества.

Двигатель стиральной машины также нуждается в регулировке мощности. Для этого были сделаны специальные платы, которые справляются со своей работой: плата регулировки оборотов двигателя от стиральной машины несет многофункциональное употребление, так как при ее применении снижается напряжение, но не теряется мощность вращения.

Схема данной платы проверена. Стоит только поставить мосты из диодов, подобрав оптрон для светодиода. При этом еще нужно поставить симистор на радиатор. В основном регулировка двигателя начинается от 1000 оборотов.

Если не устраивает регулятор мощности и не хватает его функциональности, можно сделать или усовершенствовать механизм. Для этого нужно учитывать силу тока, которая не должна превышать 70 А, и теплоотдачу при использовании. Поэтому можно установить амперметр для регулировки схемы. Частота будет небольшой и будет определена конденсатором С2.

Далее стоит настроить регулятор и его частоту. При выходе данный импульс будет выходить через двухтактный усилитель на транзисторах. Также можно сделать 2 резистора, которые будут служить выходом для охладительной системы компьютера. Чтобы схема не сгорела, требуется специальный блокиратор, который будет служить удвоенным значением тока. Так данный механизм будет работать долго и в нужном объеме. Регулирующие приборы мощности обеспечат вашим электроприборам долгие годы службы без особых затрат.

При пуске электродвигателя происходит превышение потребления тока в 7 раз, что способствует преждевременному выходу из строя электрической и механической частей мотора. Для предотвращения этого следует применять регулятор оборотов электродвигателя. Существует много моделей заводского плана, но для того чтобы сделать такое устройство самостоятельно, необходимо знать принцип действия электродвигателя и способы регулирования оборотов ротора.

Регуляторы для ручной сверлилки плат.

Регуляторы для ручной сверлилки плат.

Регуляторы оборотов для мини_дрели

Приветствую радиолюбителей. И да не остынет ваш паяльник. В принципе в инете полно разных схем регуляторов, выбирай на свой вкус, но, чтобы вам долго не мучаться в поисках мы решили предложить вашему вниманию несколько вариантов схем в одной статье. Сразу оговоримся, описывать принцип работы каждой схемы мы не будем, вам будет предоставлена принципиальная схема регулятора, а также печатная плата к ней в формате LAY6. И так, начнем.

Первый вариант регулятора построен на микросхеме LM393AN, питание на нее подается с интегрального стабилизатора 78L08, операционник управляет полевым транзистором, нагрузкой которого является мотор ручной минидрели. Принципиальная схема:

Регулировка оборотов осуществляется потенциометром R6.Напряжение питания 18 Вольт.

Плата LAY6 формата к схеме на LM393 выглядит так:

Фото-вид платы LAY6 формата:

Размер платы 43 х 43 мм.

Расположение выводов полевого транзистора IRF3205 показано на следующем рисунке:

Второй вариант имеет довольно широкое распространение. В его основу заложен принцип широтно-импульсного регулирования. Схема построена на микросхеме таймере NE555. Управляющие импульсы с генератора поступают на затвор полевика. В схему можно поставить транзисторы IRF510. 640. Напряжение питания 12 Вольт. Принципиальная схема:

Регулировка оборотов двигателя осуществляется переменным резистором R2.Расположение выводов IRF510. 640 такое же как у IRF3205, картинка выше.

Печатная плата LAY6 формата к схеме на NE555 выглядит так:

Фото-вид платы LAY6 формата:

Размер платы 20 х 50 мм.

Третий вариант схемы регулятора оборотов имеет не меньшую популярность среди радиолюбителей чем ШИМ, ее отличительной особенностью является то, что регулировка скорости происходит автоматически, и зависит от нагрузки на валу моторчика. То есть, если мотор крутится на холостых оборотах, скорость его вращения минимальна. При увеличении нагрузки на валу (в момент сверления отверстия), обороты автоматически увеличиваются. В нете эту схему можно найти по запросу “Регулятор Савова”. Принципиальная схема автоматического регулятора оборотов:

После сборки необходимо сделать небольшую настройку регулятора, для этого на холостом ходу моторчика подстраивается подстроечный резистор Р1 чтобы обороты были минимальны, но так, чтобы вал вращался без рывков. Р2 служит для подстройки чувствительности регулятора к увеличению нагрузки на валу. При 12-ти Вольтовом питании ставьте электролиты на 16 Вольт, 1N4007 заменимы на подобные от 1 Ампера, светодиод любой, например АЛ307Б, LM317 можно поставить на небольшой теплоотвод, печатная плата рассчитана на установку радиатора. Резистор R6 – 2 Вт. Если моторчик вращается рывками, увеличьте немного номинал конденсатора С5.

Печатная плата автоматического регулятора оборотов показана ниже:

Фото-вид платы автоматического регулятора оборотов LAY6 формата:

Размер платы 28 х 78 мм.

Все вышеприведенные платы изготавливаются на одностороннем фольгированном стеклотекстолите.

Изготовление своими руками

Если нет возможности, а также желания приобретать регулятор заводского типа, то можно собрать его своими руками. Хотя регуляторы типа » tda1085 » зарекомендовали себя очень хорошо. Для этого нужно детально ознакомиться с теорией и приступить к практике. Очень популярны схемы симисторного исполнения, в частности регулятор оборотов асинхронного двигателя 220в (схема 5). Сделать его несложно. Он собирается на симисторе ВТ138, хорошо подходящем для этих целей.

Схема 5 — Простой регулятор оборотов на симисторе.

Этот регулятор может быть использован и для регулировки оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт, так как является довольно простым и универсальным. Обороты регулируются благодаря изменению параметров Р1, определяющему фазу входящего сигнала, который открывает переход симистора.

Принцип работы прост. При запуске двигателя происходит его затормаживание, индуктивность изменятся в меньшую сторону и способствует увеличению U в цепи «R2—>P1—>C2». При разряде С2 симистор открывается в течение некоторого времени.

Читать также: Кронштейны для прокладки кабеля по стене

Существует еще одна схема. Она работает немного по-другому: путем обеспечения хода энергии обратного типа, которое является оптимально выгодным. В схему включен довольно мощный тиристор.

Схема 6 — Устройство тиристорного регулятора.

Схема состоит из генератора сигнала управления, усилителя, тиристора и участка цепи, выполняющего функции стабилизатора вращения ротора.

Наиболее универсальной схемой является регулятор на симисторе и динисторе (схема 7). Он способен плавно убавить скорость вращения вала, задать реверс двигателю (изменить направление вращения) и понизить пусковой ток.

Принцип работы схемы:

С1 заряжается до U пробоя динистора D1 через R2.
D1 при пробитии открывает переход симистора D2, который отвечает за управление нагрузкой.

Напряжение при нагрузке прямо пропорционально зависит от частотной составляющей при открытии D2, зависящего от R2. Схема применяется в пылесосах. Она содержит универсальное электронное управление, а также способность простого подключения питания 380 В. Все детали следует расположить на печатной плате, изготовленной по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Подробно с этой технологии изготовления плат можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, при выборе регулятора оборотов электродвигателя возможна покупка заводского или изготовление своими руками. Самодельный регулятор сделать достаточно просто, так как при понимании принципа действия устройства можно с легкостью собрать его. Кроме того, следует соблюдать правила безопасности при осуществлении монтажа деталей и при работе с электричеством.

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.

Про ШИМ регулятор

ШИМ (PWM) регулятор широкого применения – устройство, разработанное для плавного включения, выключения и регулировки мощности, оборотов, яркости и другого.

Ранее для регулировки оборотов электродвигателей изменяли питающее напряжение. Однако в современной электротехнике от этого отказались. Теперь регулировка происходит путём подачи на электромотор импульсов тока, которые имеют разную длительность. Что и делают ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы, которые в последнее время становятся всё более и более популярными.

Схемы ШИМ контроллеров универсальны – подойдут и для регулировки яркости ламп, и для регулировки скорости оборотов мотора да хоть для регулирования силы тока в зарядном устройстве.

Сфера применения ШИМ регуляторов очень велика.

Обзор на плату

Собранная плата самодельного ШИМ регулятора:

Управление платы ручное и осуществляется переменным резистором или внешним напряжением в диапазонах:

0,45 В – устройство выключено, коэффициент заполнения – 0%

0,5/3,5 В – плавное регулирование, коэффициент заполнения от 0,1% до 99,9%

3,6 В – устройство включено, коэффициент заполнения – 100%

Устройство работает при постоянном напряжении от 10 до 28 Вольт.

Максимальное напряжение ограничено максимально допустимым напряжением силовых ключей, а также обратным напряжением мощного диода в нагрузке, при отдельном от дополнительного источника питания управления на 15 В.

Советую при напряжение не доходящим до 15 Вольт не устанавливать стабилизатор.

Вместо него лучше подойдёт какой-нибудь диод или обычная перемычка.

Если же напряжение от 15 до 28 Вольт, то стоит установить линейный (например, 7815) или импульсный стабилизатор в виде готового модуля на MP2307, при этом необходимо выставить на нём напряжение 15 Вольт.

Заказать их можно на всё том же Алиэкспрессе.

При необходимости вы можете регулировать частоту плавно переменным резистором.

Для этого нужно подключить его на плату вместо перемычки.

Электробайк. контроллер двигателя своими руками