تبلیغات تخصصی رایگان

روشهای کنترل سرعت موتور dc چیست؟

مدار کنترل موتور DC ( مترجم : کامیار مهاجرانی)

دراینجا S1وs2 کلیدهای فشاری هستند که به طور عادی باز بوده و با فشا ر دادنبسته می شوند . دیودهای نوری می توانند قرمز یا سبز باشند و فقط برای مشخصکردن جهت جریان به کار رفته اند. با توجه به موتوری که استفاده یترانزیستورها باشدلازم است مکن باشد TIP31را تغییر دهید. به یاد داشتهباشید وقتی موتور زیر بار کار می کند جریان بیشتری می کشد . این مدار برایفرمان دادن به موتور کوچکی ساخته شده که

قطعات مورد نیاز
- رگولاتور LP2954
- IC TC4427
- bicolor led
چیدمان شماتیک مدار
- IC1
- R1,R2
- D1,D3
- D2,D4
چیدمان واقعی مدار
فیلم حرکت موتور
همچنین ببینید

در این پروژه با یک مدار ساده جهت کنترل
موتور های DC
آشنا می شوید.
قطعات مورد نیاز1-یک عدد موتور DC
2-دوعدد
مقاومت
100k یا دو عدد مقاومت 10K
3-یک عدد مقاومت 1k
4-دو عدد
خازن
1UF
5-یک عدد خازن 10UF
6-دو عدد کلید (PUSH-BOTTOM)
7-یک عدد آیسی TC4424 یا آیسی IC TC4427
8-سیم تلفنی
9-bicolor led(دیود نوری دو رنگ)
10-برد بورد
11-یک عدد
خازن
0.1UF
12-چهار عدد
دیود
1N5817
13-منبع تغذیه DC
14-رگولاتور LP2954 یا LM7805
رگولاتور LP2954 رگولاتورها در واقع تنظیم کننده های ولتاژ هستند.مثلا اگر بهپایه ورودی LP2954 ولتاژ 9 ولت را وارد کنید و پایه وسط آنرا زمین کنید.درپایه خروجی ولتاژ 5 ولت را به صورت کاملا ثابت خواهیم داشت گاهی اوقاترگولاتورها نقش مدار محا فظت کننده را نیز انجام می دهند. در صورت پیدانکردن این قطعه می توانید .از LM7805 استفاده کنید.مشخصات LM7805 کاملامشابه LP2954
است.

IC TC4427در این پروژه از IC TC4427 استفاده شده است این IC از نوع TTL است.ماکزیمم جریان خروجی 1.5 آمپر و رنج ولتاژی که این IC در آن کار می کند 4.5-18 ولت است.
پایه های 1و8 همانطور که ملاحظه می کنید.NC یا NO CONNECT(به چیزی متصل نیستند) هستند.
پایه 2و4 ورودی و پایه 7و5 خروجی است .پایه های 5و7 خروجی مستقیم پایههای 2و4 هستند.این مطلب با شکل یک دیود در زیر شکل مشخص شده است. پایه 3گراند یا زمین IC است که به قطب منفی منبع تغذیه یا باطری متصل میشود.وپایه 6 تغذیه IC است .که به قطب مثبت منبع تغذیه یا باطری متصل میشود.

bicolor ledساختار bicolor led یا ledهای دو رنگ همان led های تک رنگ است با این تفاوت که در ledهای دو رنگ شمادو رنگ مجزا را مشا هده می کنید.ضمننا این led ها سه پایه دارند.
شکلهای زیر هر دو led را نشان می دهد. در حالت تک رنگ دو پایهداریم.که پایه بزرگتر مثبت است .در حالت دو رنگ سه پایه داریم که دو پایههمسان ویک پایه بزرگتر است .بسته به نوع led
کاتد مشترک
یا
آند مشترک
این پایه به مثبت یا منفی وصل می شود.led ها عموما با ولتاژی بین 1 تا 3.5 ولت روشن می شوند.

شماتیک داخلی bicolor led

چیدمان شماتیک مداربه نحوه چیدمان مدار در شکل زیر توجه کنید

IC1این آیسی از نوع ترانزیستور dual mosfetاست.تفاوت آیسی TC4424 با TC4427 در مقدار آمپر خروجی است.TC4424 با 3آمپر وTC4427 با 1.5 آمپر مشخص می شود.از اتصال مستقیم آیسی به موتور بدوناستفاده از دیودهای D1-D2-D3-D4 خودداری کنید.دلایل آن در پارامترهایD1-D3,D2-D4 آورده شده است.دو ورودی این آیسی کاملا از هم مستقلهستند.OUTA نتیجه سیگنال INA وخروجی OUTB نتیجه سیگنال ورودی INB است.

R1,R2 این دو مقاومت به ولتاژ 5 ولت متصل شده اند.و مقادیر آن می تواندبین 10 تا 100 کیلو اهم متغییر باشد.این دو مقاومت به دو پایه ورودیسیگنال متصل شده اند .اگر تنها این ولتاژ ثابت از طریق مقاومتها بر رویورودی باشد حرکتی در موتور نخواهیم داشت.برای حرکت در موتور می بایست بهصورت دستی ولتاژ 0 ولت را به ورودی اعمال کنیم. در این پروژه به صورت دستیو با فشردن کلید های (PUSH BOTTOM) به غیر از ولتاژی که به صورت ثابت ازطریق مقاومتهای R1,R2 به ورودی اعمال می شود .ولتاژ 0 ولت نیز به آن اعمالمی شود که شما با فشردن کلیدها شاهد حرکت موتور خواهید بود.البته میتوانید یک منبع را که تولید کننده پالسهای 0و1 است در ورودی آیسی قراردهید و عمل ارسال پالسهای 0و1 را به صورت خودکار ونه از طریق دستی اعمالکنید.حتی می توانید مداری بسازید که پالسهای 0و1 را برای شما تولید کند.

D1,D3
هنگامیکه یک موتور بنا به دلایلی مثل سیگنالهای ورودی-نوع بار-و یااصطحکاک شتاب می گیرد یا خیلی آهسته می چرخد.مقامت مغناطیسی سیم پیچهایموجود در موتور تعغییر می کند.با تعغییر مقاومت سیم پیچها میدان الکتریکیسیم پیچها نیز تعغییر می کند.در این حالت ولتاژی که در موتور القاء می شودممکن است کمتر یا بیشتر از ولتاژ منبع تغذیه باشد. به نحوه آرایش دیود هایD1,D3 توجه کنید.این دیودها با منبع تغذیه به صورت معکوس قرار گرفتهاند.زمانیکه ولتاژ ایجاد شده توسط موتور بیشتر از ولتاژ منبع تغذیه باشندمسیر حرکت ولتاژ ازطریق دیودها ایجاد می شود.وآیسی از ولتاژ برگشتی موتورمحافظت می شود.

D2,D4
D2,D4 دقیقا عکس D1,D3 عمل می کنند.وآیسی را از افت ولتاژ های بوجود آمده در موتور محافظت
میکنند به نحوه قرارگرفتن D2,D4 در مدار توجه کنید

چیدمان واقعی مدار

فیلم حرکت موتوربرای مشاهده فیلم حرکت موتور اینجا را کلیک کنید.

PWM چیست
قطعات مورد نیاز برای حالتی که از مسفت استفاده می کنید
- نقشه مدار به همراه توضیحات
قطعات مورد نیاز برای حالتیکه از ترانزیستور استفاده می کنید
- نقشه مدار به همرا توضیحات
همچنین ببینید

در این مدرا با کنترل سرعت موتور DC به صورت ساده آشنا می شوید.

PWM چیستPWM مخفف کلمه لاتین pulse width modulation است.در این روش هدفکنترل سرعت موتور با استفاده از دریافت پالس یا سیگنال است.در این روشسرعت موتور در هنگام حرکت را می شود کم یا زیاد کرد.موتورها در اشکال واندازه و مشخصات مختلفی در بازار یافت می شوند.که به تبع آن درایور مربوطبه سرعت آن ها نیز متفاوت می باشد.سرعت دور یا چرخش یک موتور DC وابسته بهتغذیه آن می باشد.به طور مثال اگر یک موتوری که بتواند ولتاژ 12 ولت راتحمل کند به تغذیه 12 ولت متصل کنید و سپس ولتاژ تغذیه آنرا تا مقدار 6ولت پایین بیاورید.سرعت چرخش آن نصف حالتی خواهد بود.،که شما به آن ولتاژ12 ولت را می دادید.در حالت PWM کنترل موتور به صورت دستی انجام نمیشود.در این حالت شما موتور را به صورت دستی کنترل نمی کنید.بلکه اینمیانگین ولتاژ های فرستاده شده توسط مدار درایور موتور است که سرعت موتوررا کم و زیاد می کند.
هنگامیکه یک فیلم را مشاهد می کنیددر واقع شاهد هزاران عکس ثابتهستید.، که با یک فرکانس بالا آنرا مشاهده می کنید.سرعت پخش شدن عکس هاآنقدر زیاد است که مغز شما فواصل زمانی بین پخش شدن و عدم پخش شدن را نمیتواند تشخیص دهد.
در واقع مغز شما میانگین این عکس ها را مشاهده می کند.در کنترل PWMنیز همین وضعیت وجود دارد.آنقد سرعت روشن و خاموش شدن زیاد است.که شمامتوجه آن نمی شوید.هر چه فرکانس کاری بالاتر باشد.موتور سریعتر روشن وخاموش می شود.و در واقع میانگین،چیزی که شما مشاهده می کنید سرعت بیشترموتور و زمانیکه فرکانس پایین باشد.فواصل زمانی روشن و خاموش شدن موتورکمتر می شود که شما میانگین آنرا با سرعت کمتر موتور مشاهده خواهید کرد.درواقع مانند یک فیلم شما نیز میانگین روشن و خاموش شدن را می بینید.در اینحالت مغز شما سرعت این روشن و خاموش را به صورت سرعت کم و زیاد مشاهدخواهید کرد.در زیر دو نمونه عملی و ساده یک مدار کنترل دور موتور بااستفاده از پهنای پالس را مشاهده می کنید.

قطعات مورد نیاز برای حالتی که از مسفت استفاده می کنید

1 عدد آی سی 4093
1 عدد پتانسیومتر 100 کیلو اهم
1 عدد خازن 103
1 عدد مقاومت 1 کیلو اهم
2 عدد دیود 1N4148
1 عدد دیود 1N4007
1 عدد ترانزیستور اثر میدان (مسفت)BUZ80
1 عدد موتور DC با رنج دلخواه 5 تا 18 ولت
برد بورد یا برد مسی سوراخدار
سیم تلفنی در صورت استفاده از برد بورد

نقشه مدار به همراه توضیحاتقبل از هر چیز می بایست بگویم.،دیود موجود در مسفت یک دیو داخلی است.،آنرا به عنوان یک المان مجزا در نظر نگیرید.
آی سی 4093 دارای 4 عدد گیت NAND با ورودی هایی است .،که به صورتاشمیت تریگر عمل می کند.ورودی های آن هم می توانند ولتاز های مثبت و همولتاژ های منفی باشند.و میزان ولتاژ های ورودی آن دارای محدوده بیشتری ازلحاظ حداقل و حداکثر نسبت به 4011 می باشد.
برای تجسم بهتر عملکرد مدار در کنار نقشه مدار، ساختمان داخلی آی سی4093 را نیز مشاهده می کنید.همانطور که در نقشه مشاهده می کنید تمامیورودی های آی سی 4093 بجز پایه های 2 و 1 به یکدیگر متصل شده اند.و تمامیاین ورودی ها به پایه خروجی 3 که نتیجه ورودی 1 و 2 آی سی 4093 است.بهصورت مشترک وصل شده اند.
مقاومت 1 کیلو اهم به همرا پتانسیومتر 100 کیلو اهم و خازن 103 کارتولید پالس را در اولین گیت آی سی 4093 به عهده دارد.این گیت با توجه بهسیم بندی مدار گیت های دیگر را نیز تحت تاثیر قرار می دهد.
با پیچاندن پتانسیومتر نیز می توانید سرعت موتور را کم یا زیادکنید.در واقع با پیچاندن پتانسیومتر مدار RC را که از حاصلضرب مقاومت 1کیلو اهم به همراه پتانسیومتر 100 کیلو اهم در خازن10 نانو فاراد ایجادمیشود.،را کم و زیاد می کنید.با پیچاندن پتانسیومتر تا انتهای یک سمت سرعتموتور حداکثر و با پیچاندن پتانسیومتر تا انتهای سمت دیگر سرعت آن حداقلمی شود تا اینکه به صفر می رسد.البته با وجود مقاومت 1 کیلو اهم در مدارحتی اگر با پیچاندن پتانسیو متر مقاومت ایجاد شده را به صفربرسانید.مقاومتی که در پایه 2 موجود است به مقدار حداقل یک کیلواهم خواهدرسید.مقدار فرکانس پالس مربعی ایجاد شده در پایه 1و 2 از حاصلضرب مجموعمقاومت یک کیلو اهم و پتانسیومتر 100 کیلو اهم در خازن 10 نانو فاراد بدستمی اید که این حاصلضرب را در دو حالت برای شما حساب می کنم.البته حالت هایزیادی در اثر پیچاندن پتانسیومتر و تغییر مقاومت کل مجموع بدست می آید.کهشما نیز به راحتی می توانید این حالت ها را محاسبه کنید.
حالتی را در نظر بگیرید.که پتانسیومتر مقاومت 100 کیلو اهم را داشتهباشد.در این حالت مجموع دو مقاومت 101 کیلو اهم می شود.که حاصلضرب مقاومت101 کیلو اهمی در خازن 10 نانو فارادی معادل 10 به توان،منفی 3 میشود.برای بدست آوردن فرکانس بایست این حاصلضرب را برعکس کنید که نتیجهمعادل یک کیلو هرتز خواهد شد.در حالتی که پتانسیومتر مقدار 0 را داشتهباشد.فرکانس کاری مدار از حاصلضرب،مقاومت 1 کیلو اهم در خازن 10 نانوفاراد بدست می آید.که این مقدار معادل 100 کیلو هرتز می شود.به یاد داشتهباشید.که کیلو معادل 1000 و نانو معادل 10 به توان،منفی 9 می باشد.
با تعویض جای دیود های متصل به پایه های پتانسیومتر می توانید جهتحداکثر و حداقل شدن سرعت را با انتهای پتانسیومتر تنظیم کنید.یعنی اینکهدر چه سمت که پتانسیومتر را می پیچانید سرعت زیاد یا کم شود.این دیودهاهمچنین مکان ورود پالس های مثبت و منفی از پایه 3 نیز می باشند.
تمامی خروجی های 4 ، 10 و 11 از آی سی 4093 به یکدیگر مشترک شده.و بهگیت مسفت BUZ80 متصل می شوند.زمانیکه در مسفت ولتاژ در گیت از ولتاژآستانه هدایت که در اینجا Vth نام دارد بیشتر شود.جریانی از سورس به سمتدرین خواهیم داشت.
(در واقع در این وضعیت مسفت روشن می شود.در ترانزیستورهای اثر میدانمسفت درین دارای قطبیت مثبت و سورس دارای قطبیت منفی است.به طوریکه اگرولتمتر در اختیار داشته باشد.می توانید این پایه های را حتی اگر بهاطلاعات مربوط به پایه های ترانزیستورهای اثر میدان دسترسی نداشته باشیدبراحتی پیدا کنید.ولتمتر را در حالت تست دیود قرار دهید.در ترانزیستورهایاثر میدان این درین است که به سورس راه می دهد.و سورس به درین راه نمیدهد.اگر به این مسفت و سمت نوشته های روی آن نیز دقت کنید.اولین پایه ازسمت چپ گیت ،دومین پایه درین و پایه سوم سورس خواهد بود.)
همانطور که در نقشه مشاهده می کنید.،یک سمت موتور به صورت مستقیم بهمثبت ولتاژ متصل است.بنابراین موتور برای حرکت احتیاج به زمین دارد.که اینزمین،توسط سورس مسفت بر روی درین و از آنجا بر روی یک سمت موتور ایجاد میشود.
در واقع موتور برای حرکت احتیاج به اختلاف پتانسیل دارد.که ایناختلاف پتانسیل توسط آی سی 4093 به همراه مسفت BUZ80 در موتور ایجاد میشود.ایجاد این زمین در یک سمت موتور بستگی به فرکانس ایجاد شده در پایههای 1و 2 متاثر از خازن و مقاومت خواهد داشت.که این مسئله را نیز به راحتیبا قرار دادن مقادیر متفاوتی از خازن و مقاومت براحتی می توانید تجربهکنید.
در مسفت مقدار جریان ایجاد شده با توجه به رابطه ای که در آن نیزحاکم است به سطح ولتاژ ورودی در گیت کاملا وابسته است.هر چه قدر این ولتاژبیشتر باشد.شدت جریان ایجاد شده نیز بیشتر خواهد بود.در این وضعیت اگرولتمتر در اختیار داشته باشد.،و یک سر سیم آنرا به زمین این مدار و سردیگر آنرا به پایه گیت مسفت متصل کنید.مشاهده می کنید که با پیچاندنپتانسیومتر سطح ولتاژ در این پایه ممکن است.،کم یا زیاد شود.در سمتی کهپتانسیومتر را می پیچانید.و میزان ولتاژ دیده شده در ولتمتر شروع بهافزایش می کند.،در این وضعیت موتور نیزسرعتش زیاد می شود..همین مطلب رانیز به صورت برعکس می توانید تجربه کنید.در این حالت سرعت موتور رو بهکاهش می رود.
برای افزایش جریان، پایه های خروجی 4،10 و 11 با یکدیگر مشترک شدهاند.تا برای تقویت جریان به گیت مسفت احتیاجی به تقویت کننده ای مثلترانزیستور ها نباشد.
در مسفت ها با توجه به کم بودن مقاومت Rds تلفات حرارتی کمتری را نسبت به ترانزیستورهای BJT خواهیم داشت.

قطعات مورد نیاز برای حالتیکه از ترانزیستور استفاده می کنید

1عدد
آی سی
4093
1عدد پتانسیومتر 50 کیلو اهم
1عدد
مقاومت
1 کیلو اهم
1عدد مقاومت 100 اهم
2عدد ترانزیستورC1815
2عدد
دیود
1N4148
1عدد دیود 1N4007
1 عدد
خازن
100 نانو فاراد
1 عدد موتور DC بسته به نیاز 5 تا 12 ولت
1 عدد خازن 100 میکرو فاراد
1 عدد خازن 10 نانو فاراد

نقشه مدار به همرا توضیحاتدر این نقشه مانند حالت قبل کار تولید پالس را مقاومت های یککیلو و پتانسیومتر صد کیلو اهم و خازن 10 نانو فاراد به عهده دارند.پایه 3نیز مانند حالت قبل به پایه های ورودی 5 و 6 گیت دوم NAND از آی سی 4093متصل می باشد.و خروجی 4 آی سی 4093 با یک مقاومت 100اهم،به بیس ترانزیستورC1815 متصل است.در این مدار به جای مسفت از ترانزیستورهای BJT استفاده شدهاست.در این حالت نیز مانند حالت قبل یک سر موتور به مثبت ولتاژ متصلاست.وجهت حرکت موتور احتیاج به زمین داریم.،که این زمین در سر دیگر موتورو از طریق دو عدد ترانزیستور موجود در مدار ایجاد می شود.ترانزیستورهاهمانطور که مشاهده می کنید به صورت دارلینگتون بسته می شوند.دراین حالتمقدار جریان ایجاد شده در کلکتور ترانزیستور جهت حرکت موتور بیشتر میشود.،و همچنین موتور با کو چکترین تحریک بیس ترانزیستور رو شن خواهدشد.اگر ولتمتر در اختیار داشته باشد می توانید نکات جالبی را مشاهدهکنید.به طور مثال زمانیکه پتانسیومتر را در یک سمت تا انته می پیچانید.وموتور خاموش می شود.اگر ولتاژ موجود در پایه 3 آی سی 4093 را اندازهبگیرید مقدار آن نزدیک به مقدار مثبت منبع تغذیه است.اگر تغذیه شما به طورمثال 5 ولت باشد.در این حالت،پایه 3 ولتاژ 5 ولت را نشان می دهد.این پایهبه پایه های 5 و 6 که هر دو، وردودی های دومین گیت NAND موجود در این آیسی هستند.مطابق نقشه اتصال دارد.بنابراین با توجه به اینکه گیت NAND تنهازمانی خروجی آن صفر می شود که هر دو ورودی آن یک باشد.در این حالت خروجی 4مقدار صفر را دارد.وترانزیستور همچنان خاموش است.

کنترل دور موتور DC بطور ساده بر چند شکل است:
1- بوسیله کنترل ولتاژ ترمینال
2- بوسیله افزودن مقاومت به تحریک موتور
3- افزودن مقاومت به صورت سری به مدار آرمیچر
که حالت سوم تلفات زیاد به دنبال دارد و استفاده متداول ندارد
البته استفاده از هر یک از این سه روش بستگی به نوع موتور DC و توان آن دارد