3 circuitos simples del controlador de velocidad del motor de CC explicados

3 circuitos simples del controlador de velocidad del motor de CC explicados

Un circuito que permite al usuario controlar linealmente la velocidad de un motor conectado girando un potenciómetro adjunto se denomina circuito controlador de velocidad del motor.

Aquí se presentan 3 circuitos controladores de velocidad fáciles de construir para motores de CC, uno con MOSFET IRF540, el segundo con IC 555 y el tercer concepto con IC 556 con procesamiento de par.



Diseño n. ° 1: controlador de velocidad de motor de CC basado en Mosfet

Se podría construir un circuito controlador de velocidad de motor de CC muy fresco y fácil usando un solo mosfet, una resistencia y una olla, como se muestra a continuación:



Control de velocidad del motor de CC con mosfet único con modo de drenaje común

Usando un seguidor de emisor BJT

control de velocidad del motor mediante circuito seguidor de emisor BJT

Como se puede ver, el mosfet está preparado como un seguidor de fuente o un modo de drenaje común, para obtener más información sobre esta configuración, puede consulte esta publicación , que analiza una versión BJT, sin embargo, el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo.



En el diseño de controlador de motor de CC anterior, el ajuste del potenciómetro crea una diferencia de potencial variable a través de la puerta del mosfet, y el pin de fuente del mosfet simplemente sigue el valor de esta diferencia de potencial y ajusta el voltaje en el motor en consecuencia.

Implica que la fuente estará siempre 4 o 5 V rezagada detrás del voltaje de la puerta y variará hacia arriba / hacia abajo con esta diferencia, presentando un voltaje variable entre 2 V y 7 V a través del motor.

Cuando el voltaje de la puerta es de alrededor de 7 V, el pin de la fuente suministrará el mínimo de 2 V al motor, lo que provocará un giro muy lento en el motor, y habrá 7 V disponibles a través del pin de la fuente cuando el ajuste del potenciómetro genere los 12 V completos en la puerta del mosfet.



Aquí podemos ver claramente que el pin de la fuente del mosfet parece estar 'siguiendo' la puerta y, por lo tanto, el nombre del seguidor de la fuente.

Esto sucede porque la diferencia entre la puerta y el pin de origen del mosfet debe ser siempre de alrededor de 5 V, para permitir que el mosfet se comporte de manera óptima.

De todos modos, la configuración anterior ayuda a imponer un control de velocidad suave en el motor, y el diseño podría construirse de forma bastante económica.

También se podría usar un BJT en lugar del mosfet y, de hecho, un BJT produciría un rango de control más alto de aproximadamente 1 V a 12 V en todo el motor.

Video de demostración

https://youtu.be/W762NTuQ19g

Cuando se trata de controlar la velocidad del motor de manera uniforme y eficiente, un controlador basado en PWM se convierte en la opción ideal, aquí aprenderemos más, con respecto a un circuito simple para implementar esta operación.

Diseño # 2: Control de motor PWM DC con IC 555

El diseño de un controlador de velocidad de motor simple que utiliza PWM puede entenderse de la siguiente manera:
Inicialmente, cuando se alimenta el circuito, el pin de disparo está en una posición lógica baja ya que el condensador C1 no está cargado.

Las condiciones anteriores inician el ciclo de oscilación, haciendo que la salida cambie a un nivel lógico alto.
Una salida alta ahora obliga al condensador a cargarse a través de D2.

Al alcanzar un nivel de voltaje que es 2/3 del suministro, pin # 6 que es el umbral de activación del IC.
En el momento en que se dispara el pin n. ° 6, el pin n. ° 3 y el pin n. ° 7 vuelven a la lógica baja.

Con el pin n. ° 3 en bajo, C1 vuelve a comenzar a descargarse a través de D1, y cuando el voltaje en C1 cae por debajo del nivel que es 1/3 del voltaje de suministro, el pin n. ° 3 y el pin n. ° 7 vuelven a ser altos, lo que hace que el ciclo siga y sigue repitiendo.

Es interesante notar que, C1 tiene dos rutas establecidas discretamente para el proceso de carga y descarga a través de los diodos D1, D2 y a través de los brazos de resistencia establecidos por la olla, respectivamente.

Significa que la suma de las resistencias encontradas por C1 mientras se carga y descarga sigue siendo la misma sin importar cómo se configure el potenciómetro, por lo tanto, la longitud de onda del pulso de salida siempre permanece igual.

Sin embargo, dado que los períodos de tiempo de carga o descarga dependen del valor de resistencia encontrado en sus trayectorias, la olla establece discretamente estos períodos de tiempo según sus ajustes.

Dado que los períodos de tiempo de carga y descarga están conectados directamente con el ciclo de trabajo de salida, varía de acuerdo con el ajuste del potenciómetro, dando forma a los pulsos PWM variables previstos en la salida.

El resultado promedio de la relación marca / espacio da lugar a la salida PWM que, a su vez, controla la velocidad de CC del motor.

Los pulsos de PWM se alimentan a la puerta de un mosfet que reacciona y controla la corriente del motor conectado en respuesta a la configuración de la olla.

El nivel de corriente a través del motor decide su velocidad y, por lo tanto, implementa el efecto de control a través del potenciómetro.

La frecuencia de la salida del IC se puede calcular con la fórmula:

F = 1,44 (VR1 * C1)

El mosfet se puede seleccionar según el requisito o la corriente de carga.

El diagrama de circuito del controlador de velocidad del motor de CC propuesto se puede ver a continuación:

Controlador de velocidad de motor de CC basado en potenciómetro IC 555

Prototipo:

Imagen de prototipo de controlador de velocidad de motor de CC práctica

Prueba de prueba de video:

https://youtu.be/M-F7MWcSiFY

En el videoclip anterior podemos ver cómo se utiliza el diseño basado en IC 555 para controlar la velocidad de un motor de CC. Como puede ver, aunque la bombilla funciona perfectamente en respuesta a los PWM y varía su intensidad desde un brillo mínimo hasta un máximo bajo, el motor no.

El motor inicialmente no responde a los PWM estrechos, sino que comienza con una sacudida después de que los PWM se ajustan a anchos de pulso significativamente más altos.

Esto no significa que el circuito tenga problemas, se debe a que el inducido del motor de CC está sujeto firmemente entre un par de imanes. Para iniciar un arranque, la armadura tiene que saltar su rotación a través de los dos polos del imán, lo que no puede ocurrir con un movimiento lento y suave. Tiene que iniciar con un empujón.

Esa es exactamente la razón por la que el motor inicialmente requiere ajustes más altos para el PWM y una vez que se inicia la rotación, la armadura gana algo de energía cinética y ahora lograr una velocidad más lenta se vuelve factible a través de PWM más estrechos.

Sin embargo, aún así, lograr que la rotación llegue a un estado lento de apenas movimiento puede ser imposible por la misma razón que se explicó anteriormente.

Hice todo lo posible para mejorar la respuesta y lograr un control PWM más lento posible haciendo algunas modificaciones en el primer diagrama como se muestra a continuación:

circuito de control de motor de CC pwm modificado

Habiendo dicho esto, el motor podría mostrar un mejor control en los niveles más lentos si el motor está sujeto o amarrado con una carga a través de engranajes o sistema de poleas.

Esto puede suceder porque la carga actuará como un amortiguador y ayudará a proporcionar un movimiento controlado durante los ajustes de velocidad más lentos.

Diseño n. ° 3: uso de IC 556 para control de velocidad mejorado

Variando la velocidad de un motor de CC Puede parecer que no es tan difícil y es posible que encuentre muchos circuitos para ello.

Sin embargo, estos circuitos no garantizan niveles de par constante a velocidades más bajas del motor, lo que hace que el funcionamiento sea bastante ineficiente.

Además, a velocidades muy bajas debido a un par insuficiente, el motor tiende a pararse.

Otro grave inconveniente es que no se incluye una función de inversión del motor con estos circuitos.

El circuito propuesto está completamente libre de las deficiencias anteriores y es capaz de generar y mantener altos niveles de par incluso a las velocidades más bajas posibles.

Operación del circuito

Antes de discutir el circuito controlador de motor PWM propuesto, también nos gustaría aprender la alternativa más simple que no es tan eficiente. No obstante, se puede considerar razonablemente bueno siempre que la carga sobre el motor no sea alta y que la velocidad no se reduzca a niveles mínimos.

La figura muestra cómo se puede emplear un solo 556 IC para controlar la velocidad de un motor conectado, no entraremos en detalles, el único inconveniente notable de esta configuración es que el par es directamente proporcional a la velocidad del motor.

Volviendo al diseño propuesto del circuito del controlador de velocidad de alto par, aquí hemos utilizado dos circuitos integrados 555 en lugar de uno o más bien un solo IC 556 que contiene dos circuitos integrados 555 en un paquete.

Diagrama de circuito

Principales características

Brevemente la propuesta Controlador de motor DC incluye las siguientes características interesantes:

La velocidad se puede variar continuamente desde cero hasta el máximo, sin atascarse.

El par nunca se ve afectado por los niveles de velocidad y permanece constante incluso a niveles mínimos de velocidad.

La rotación del motor se puede voltear o invertir en una fracción de segundo.

La velocidad es variable en ambas direcciones de rotación del motor.

Los dos 555 circuitos integrados se asignan con dos funciones separadas. Una sección se configura como un multivibrador astable que genera relojes de onda cuadrada de 100 Hz que se alimenta a la sección 555 anterior dentro del paquete.

La frecuencia anterior es responsable de determinar la frecuencia del PWM.

El transistor BC 557 se utiliza como una fuente de corriente constante que mantiene cargado el condensador contiguo en su brazo colector.

Esto desarrolla un voltaje de diente de sierra a través del capacitor anterior, que se compara dentro del 556 IC con el voltaje de muestra aplicado externamente sobre el pin-out mostrado.

El voltaje de muestra que se aplica externamente se puede derivar de un circuito simple de suministro de energía de voltaje variable de 0-12 V.

Este voltaje variable aplicado al 556 IC se usa para variar el PWM de los pulsos en la salida y que eventualmente se usa para la regulación de velocidad del motor conectado.

El interruptor S1 se utiliza para invertir instantáneamente la dirección del motor cuando sea necesario.

Lista de partes

  • R1, R2, R6 = 1K,
  • R3 = 150 K,
  • R4, R5 = 150 ohmios,
  • R7, R8, R9, R10 = 470 ohmios,
  • C1 = 0,1 uF,
  • C2, C3 = 0.01uF,
  • C4 = 1uF / 25VT1,
  • T2 = TIP122,
  • T3, T4 = TIP127
  • T5 = BC557,
  • T6, T7 = BC547,
  • D1 --- D4 = 1N5408,
  • Z1 = 4V7 400mW
  • IC1 = 556,
  • S1 = interruptor de palanca SPDT

El circuito anterior se inspiró en el siguiente circuito de controlador de motor que se publicó hace mucho tiempo en la revista elecktor electronic India.

Controlar el par del motor mediante IC 555

utilizando 2 IC 555 para lograr un control de velocidad excepcional en motores de CC

El primer diagrama de control del motor se puede simplificar mucho usando un interruptor DPDT para la operación de inversión del motor y usando un transistor seguidor de emisor para la implementación del control de velocidad, como se muestra a continuación:

Circuito del controlador de velocidad del motor mediante interruptores DPDT

Control de motor de precisión con un solo amplificador operacional

Un control extremadamente refinado o intrincado de un d.c. motor podría lograrse haciendo uso de un amplificador operacional y un tacogenerador. El amplificador operacional está equipado como un interruptor sensible al voltaje. En el circuito que se muestra a continuación, tan pronto como la salida del tacogenerador sea menor que el voltaje de referencia preestablecido, el transistor de conmutación se encenderá y se proporcionará el 100% de potencia al motor.

La acción de conmutación del amplificador operacional ocurriría en solo un par de milivoltios alrededor del voltaje de referencia. Necesitará una fuente de alimentación dual, que puede estar simplemente estabilizada con Zener.

Este controlador de motor permite un rango infinitamente ajustable sin involucrar ningún tipo de molestias mecánicas.

La salida del amplificador operacional es solo +/- 10% del nivel de los rieles de suministro, por lo que empleando un seguidor de doble emisor se podrían controlar enormes velocidades del motor.

El voltaje de referencia podría fijarse a través de termistores, o un LDR, etc. La configuración experimental indicada en el diagrama del circuito hizo uso de un amplificador operacional RCA 3047A y un motor de 0.25W 6V como tacogenerador que generó alrededor de 4V a 13000 rpm para la retroalimentación prevista.




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