Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Mosfet управление двигателями постоянного тока схема

Управление двигателем постоянного тока

Чтобы двигатель постоянного тока начал вращаться, ему необходимо обеспечить нужное количество энергии. Как правило, для маломощных двигателей достаточно несколько ватт. Блок управления (микроконтроллер), который принимает решения о запуске двигателя, не может непосредственно управлять двигателем, то есть обеспечить необходимую мощность со своего вывода. Это связано с тем, что порты микроконтроллера имеют очень ограниченную нагрузочную способность (максимальный ток на выходе микроконтроллера обычно не более 20 мА).

Поэтому нужен усилитель мощности — устройство, которое может на своем выходе генерировать сигнал мощностью большей, чем мощность на его входе. Такими устройствами являются транзистор и реле, которые прекрасно подходят для управления двигателем постоянного тока.

Схема устройства

Для большей наглядности всю схему можно поделить на несколько частей:

Блок питания

Это типовой источник питания на стабилизаторе напряжения LM7805, который обеспечивает стабильное напряжение на уровне 5 В для питания микроконтроллера ATtiny13 и индикаторных светодиодов.

Индикаторные светодиоды

Для индикации значения рабочего цикла ШИМ используются 3 светодиода:

  • LED1 — текущее значение
  • LED2 — максимум
  • LED3 — минимум

Светодиоды LED2 и LED3 через токоограничивающие резисторы подключены непосредственно к выводам ATtiny13. Светодиод LED1, который указывает на текущее значение рабочего цикла ШИМ, управляется посредством транзистора T1 (BC337).

Поворотный энкодер

Для правильной работы энкодера добавлены несколько компонентов. Резисторы R6 и R5 — это подтягивающие резисторы, которые «подтягивают» контакты A и B к шине питания. Контакт C напрямую подключен к GND. Конденсаторы C4 и C3 предназначены для фильтрации шума.

Драйвер на полевом транзисторе

Для управления двигателем использован N-канальный MOSFET IRF540N, который может обеспечить ток до 33A. Диод D2 предназначен для защиты транзистора от ЭДС самоиндукции, возникающей при выключении двигателя. Конденсатор C1 необходим для фильтрации помех, создаваемых двигателем. Если вы не установите этот конденсатор, то на энкодере могут возникнуть помехи и он не будет работать должным образом.

Убедитесь, что вы установили IRF540N на радиатор, потому что при высоких токах он становится очень горячим!

Схема подключения

По-сути, обмотка мотора представляет собой катушку индуктивности. В момент подачи напряжения возникнет обратная электродвижущая сила, которая может вывести из строя транзистор. Flyback диод устанавливается в обратном направлении и предотвращает утечку тока с мотора на транзистор. Поэтому, если в транзисторе нет flyback диода, его необходимо установить дополнительно: анод на исток, катод на сток.

Транзистор IRF530N является мощным и поставляется в корпусе TO-220. Ниже приведена его распиновка.

В данной схеме транзистор будет работать в ключевом режиме: по одной команде (установка уровня HIGH на затворе) от Arduino транзистор будет подключать мотор к источнику питания (отпираться), по другой команде (установка уровня LOW на затворе) — отключать мотор от источника питания.

Читать еще:  Вибрация при работе двигателя дизель

Резистор R1 подтягивает к земле затвор транзистора. Номинал не принципиален — можно использовать любые резисторы в диапазоне от 1 до 10 кОм. Резистор R2 служит для защиты пина микроконтроллера. Диапазон, примерно, от 10 до 500 Ом.

Чтобы запитать данную схему, можно подключить к Arduino внешний источник питания на 6-9 В, либо подать питание непосредственно на макетную плату ( синяя шина — минус, красная шина — плюс).

Принципиальная схема электропривода двигателя H-Bridge для труб MOS

1) Типичная цепь управления двигателем постоянного тока с м-трубкой H-bridge

Схема получила свое название от «схемы привода H-моста», потому что ее форма напоминает букву H. Четыре транзистора образуют четыре вертикальные ветви H, а двигатель — горизонтальная полоса в H (примечание: рисунок 1 и следующие две фигуры являются только схемами, а не неповрежденными принципиальными схемами, на которых схема управления транзистором не изображена) ,

Как показано на рисунке, схема привода двигателя H-моста включает в себя 4 транзистора и двигатель. Для запуска двигателя необходимо включить пару транзисторов по диагонали. В зависимости от условий проводимости различных пар транзисторов ток может протекать через двигатель слева направо или справа налево, тем самым управляя рулевым управлением двигателя.

Для запуска двигателя необходимо включить пару транзисторов по диагонали. Например, как показано на рисунке 2, когда трубки Q1 и Q4 включены, ток течет от положительного полюса источника питания через Q1 слева направо через двигатель, а затем обратно к отрицательному полюсу источника питания через Q4. Как показано стрелкой тока на рисунке, этот текущий ток будет приводить двигатель в движение по часовой стрелке. Когда транзисторы Q1 и Q4 включены, ток будет течь слева направо через двигатель, тем самым приводя двигатель в движение в определенном направлении (стрелки вокруг двигателя указывают направление по часовой стрелке).

На рисунке 3 показана другая пара транзисторов Q2 и Q3, ток которых будет проходить справа налево через двигатель. Когда транзисторы Q2 и Q3 включены, ток будет течь справа налево через двигатель, тем самым приводя двигатель в движение в другом направлении (стрелки вокруг двигателя указаны в направлении против часовой стрелки).

2) Включить логику управления и направления

При управлении двигателем важно убедиться, что два транзистора на одной стороне Н-моста не являются проводящими одновременно. Если транзисторы Q1 и Q2 включены одновременно, то ток будет проходить от положительного электрода через два транзистора непосредственно к отрицательному электроду. В это время в цепи отсутствует нагрузка, кроме триода, поэтому ток в цепи может достигать максимального значения (этот ток ограничен только характеристиками источника питания) или даже перегорать триод. Исходя из вышеуказанных причин, в практической схеме управления обычно используется аппаратная схема для удобного управления переключателем транзистора.

Читать еще:  Что управляет форсунками бензинового двигателя

Улучшенная схема добавляет 4 вентиля И и 2 НЕ к базовой схеме H-моста. Четыре логических элемента И соединены с одним и тем же пилотным сигналом «включения», так что этот один сигнал может управлять переключателем всей цепи. Два вентиля НЕ обеспечивают направление потери людей, что может гарантировать, что только один транзистор может быть включен на одном участке H-моста в любое время. (Как показано на предыдущем рисунке в этом разделе, рисунок 4 не является полной принципиальной схемой, особенно, если логический элемент И и транзистор напрямую связаны на рисунке, он не будет работать должным образом)

При использовании вышеуказанного метода управление двигателем необходимо осуществлять только с помощью трех сигналов: двух сигналов направления и одного сигнала включения. Если сигнал DIR-L равен 0, сигнал DIR-R равен 1, а сигнал разрешения равен 1, то транзисторы Q1 и Q4 включаются, и ток течет через двигатель слева направо (как показано на рисунке 5); если DIR-L Сигнал становится равным 1, а сигнал DIR-R становится равным 0, затем включаются Q2 и Q3, и ток протекает через двигатель в обратном направлении.

На практике использование дискретных компонентов для изготовления H-мостов занимает очень много времени. К счастью, сегодня на рынке имеется множество интегрированных интегральных микросхем H-мостов, которые можно использовать при подключении к питанию, двигателю и сигналам управления. При номинальном напряжении и токе Внутреннее использование очень удобно и надежно. Схема привода Н-моста с двумя дискретными компонентами:

Аспекты проблем при управлении двигателем ПТ

Качественное управление нагрузкой не требует в некоторых случаях потенциометра, а может быть задействовано на использовании микроконтроллера.

Наиболее важные проблемы управления представлены:

  • обязательным присутствием гальванической развязки;
  • плавным управлением мощностными показателями;
  • отсутствием старт-стопного типа управления;
  • контролированием перехода Zеrо — Сrоss;
  • некоторыми особенностями подбора RC-фильтра snubbеr сглаживающего типа.

Управление при помощи MOSFET транзистора

МОSFЕТ (mеtаl-охidе-sеmiсоnduсtоr fiеld еffесt trаnsistоr) — полевые полупроводниковые триоды или метал-окисел-полупроводники p-канального типа открываются на затворе отрицательным напряжением по отношению к источнику. Диод паразитного типа в канальной структуре анода подсоединяется к части стока, а катод соединяется с истоком.

Читать еще:  Двигатель 21126 обрыв грм что будет

Классическая схема включения MOSFET в ключевом режиме

Такой тип канала, как правило, подсоединяется таким образом, чтобы на сток приходились наиболее отрицательные показатели напряжения по сравнению с истоком.

MOSFET-транзисторы высокой степени мощности достаточно популярны, что обусловлено исключительно высокой переключательной скоростью в условиях низкого уровня мощности управления, прикладываемой к затвору.

Управление при помощи реле

Процесс управления достаточно мощным двигателем ПТ осуществляется посредством реле-модуля спаренного типа. Процесс подключения мотора к реле предполагает обязательный учет наличия трех выходных отверстий:

  • NО (Nоrmаlly ореn) — нормально-разомкнутого типа;
  • СОМ (Соmmоn) — общего типа;
  • NС (Nоrmаlly сlоsеd) — нормально-замкнутого типа.

Управление направлением вращения двигателя постоянного тока

Контактная группа устройства, преобразующего любой вид энергии в работу механического типа, подсоединяется к общим релейным контактам (СОМ). «Плюс» элемента питания подключается к контактам нормально-разомкнутого реле (NО), а «минус» фиксируется на контактной группе реле нормально-замкнутого типа (NС).

При помощи H-моста

Управление двигателем посредством H-моста с управляющими логическими сигналами на входах и вращением в две стороны осуществляется несколькими вариантами Н-мостов:

  • транзисторным H-мостом, простым в изготовлении и достаточно мощным. К недостаткам можно отнести риск короткого замыкания при подаче на два входа;
  • двойным H-мостом, собранным на маломощной микросхеме. Минусы данного варианта представлены слишком малой мощностью и необходимостью подключения вывода Е на питании к «плюсу»;
  • одиночным Н-мостом, собранным на микросхеме, что обеспечивает подачу единички на два входа и может стать причиной торможения работы двигателя.

Самым простым вариантом станет сборка Н-моста на МОSFЕT-транзисторах. Именно этот способ сочетает в себе легкость выполнения и достаточные показатели мощности, но не предполагает одновременную подачу на две единицы.

Конструкция частотного преобразователя

Основными элементами частотного преобразователя являются силовая часть (преобразователь электрической энергии) и управляющее устройство (контроллер). Современные частотные преобразователи обычно имеют модульную архитектуру, что позволяет расширять возможности устройства. Также зачастую имеется возможность установки дополнительных интерфейсных модулей и модулей расширения каналов ввода/вывода.

Тестирование ШИМ контроллера

Для тестирования контроллера будем использовать набор ячеек литиевых батарей с номинальным напряжением 80 В, которые применяются для данного электрического велосипеда. Контроллер временно подключен к аккумулятору и мотору, который прикреплен к велосипеду, чтобы приводить в движение заднее колесо. Поворачивая потенциометр по часовой стрелке, двигатель должен начать вращаться постепенно и увеличивать скорость, пропорциональную вращению ручки.

Чтобы проверить регулятор скорости на реальной нагрузке, надо смонтировать все на своем месте. Посмотреть как он держит нагрузку, вес, долгое время работы и воздействие атмосферной влажности (лучше покрыть плату лаком).

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector