آموزش ساخت مدار کنترل سرعت موتور DC

مدار کنترل سرعت موتور DC

مدار کنترل سرعت موتور DC در درجه اول یک مدار PWM بر پایه IC (مدولاسیون پهنای پالس)‏است که به منظور دستیابی به ولتاژ متغیر بر روی ولتاژ ثابت ایجاد شده‌است. روش PWM در اینجا توضیح داده می‌شود. یک مدار ساده را در نظر بگیرید که در شکل زیر نشان‌داده شده‌است.

اگر دکمه فشار داده شود، در این صورت موتور شروع به چرخش خواهد کرد و تا زمانی که دکمه فشار داده شود در حرکت خواهد بود. این فشار پیوسته بوده و در اولین موج شکل نشان‌داده شده‌است. اگر، برای یک مورد، دکمه در نظر گرفته شده‌ برای 8 میلی ثانیه فشار داده شود و برای ۲ میلی ثانیه در یک چرخه ۱۰ میلی ثانیه باز شود، در طول این مورد، موتور ولتاژ باتری ۹ ولت کامل را تجربه نخواهد کرد، همانطور که دکمه تنها برای ۸ میلی ثانیه فشار داده می‌شود، بنابراین ولتاژ ترمینال RMS در سراسر موتور حدود ۷ ولت خواهد بود. با توجه به این ولتاژ RMS کاهش‌یافته، موتور می‌چرخد اما با یک سرعت کاهش‌یافته. حالا متوسط روشن شدن در یک دوره ۱۰ میلی ثانیه = زمان روشن شدن / (‏زمان روشن شدن + زمان خاموش شدن)‏، این چرخه کار نامیده می‌شود و ۸۰ % است (‏۸ / (‏۸ + ۲)).
در حالت‌های دوم و سوم، دکمه در مقایسه با حالت اول حتی زمان کمتری فشرده می‌شود. به همین دلیل، ولتاژ ترمینال RMS در ترمینال‌های موتور حتی بیشتر کاهش می‌یابد. با توجه به این ولتاژ کاهش‌یافته، سرعت موتور حتی بیشتر کاهش می‌یابد. این کاهش در سرعت با چرخه کار پیوسته تا یک نقطه اتفاق می‌افتد، که در آن ولتاژ ترمینال موتور برای روشن کردن موتور کافی نخواهد بود.
بنابراین می توان نتیجه گرفت که می توان از PWM برای تغییر سرعت موتور استفاده کرد.
قبل از ادامه کار باید در مورد H – BRIDGE بحث کنیم. حالا این مدار عمدتا دو وظیفه دارد، اول این که یک موتور DC را از سیگنال‌های کنترل توان پایین هدایت کند و دیگری این که جهت چرخش موتور DC را تغییر دهد.

شکل ۱

شکل ۲

شکل ۳
همه ما می‌دانیم که برای یک موتور DC، برای تغییر جهت چرخش، باید قطب های ولتاژ تغذیه موتور را تغییر دهیم. بنابراین برای تغییر قطب ها از H-bridge استفاده می‌کنیم. حالا در بالای شکل ۱ ما چهار کلید داریم. همانطور که در شکل ۲ نشان‌داده شده‌است، برای موتور جهت چرخش A1 و A2 بسته شده‌است. به همین دلیل، جریان در موتور از راست به چپ جریان می‌یابد، همانطور که در بخش دوم شکل ۳ نشان‌داده شده‌است. چون حالا در نظر بگیرید که موتور در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد. اکنون اگر کلیدهای A1 و A2 باز شوند، B1 و B2 بسته می‌شوند. جریان در موتور از چپ به راست جریان می‌یابد همانطور که در بخش اول شکل ۳ نشان‌داده شده‌است. این جهت جریان مخالف جهت جریان اول است و بنابراین ما یک پتانسیل مخالف را در ترمینال موتور نسبت به جهت اول می‌بینیم، بنابراین موتور مخالف عقربه های ساعت می‌چرخد. این چگونگی کارکرد یک H – BRIDGE است. با این حال موتورهای با توان پایین را می توان با یک H-BRIDGE IC L293D هدایت کرد.
L293D یک H-BRIDG IC است که برای هدایت موتورهای DC با توان پایین طراحی شده‌است و در شکل نشان‌داده شده‌است. این IC شامل دو h-bridges است و بنابراین می‌تواند دو موتور DC را هدایت کند. بنابراین این IC می‌تواند برای هدایت موتورهای روبوت از سیگنال‌های میکروکنترلر استفاده کند.

حال همانطور که قبلا بحث شد این IC توانایی تغییر جهت چرخش موتور DC را دارد. این امر با کنترل سطوح ولتاژ در INPUT1 و INPUT2 به دست می‌آید.

بنابراین همانطور که در شکل بالا نشان‌داده شده‌است، برای چرخش در جهت عقربه های ساعت A2 باید بالا و A1 باید پایین باشد. به طور مشابه برای A1 مخالف عقربه های ساعت باید بالا و A2 باید پایین باشد.

اجزای مدار کنترل سرعت موتور DC

• منبع تغذیه 9 ولت
• موتور DC کوچک
• IC تایمر 555
• مقاومت های 100R, 1K
• L293D IC
• preset یا پتانسیومتر 220K-100K
• IN4047 x 2یا IN4148
• خازن 10nF یا 22nF
• کلید

نمودار مدار کنترل سرعت موتور DC

مدار کنترل سرعت موتور DC مطابق با نمودار مدار کنترل سرعت موتور DC که در بالا نشان‌داده شده‌است، به برد bread متصل شده‌است. پتاسیومتر در اینجا برای تنظیم سرعت موتور استفاده می‌شود. کلید برای تغییر جهت چرخش موتور است. در اینجا خازن نباید مقدار ثابتی داشته باشد؛ کاربر می‌تواند آن را برای یک نمونه مناسب آزمایش کند. علاقمندان میتوانند در دوره های آموزش رباتیک صنایع آموزشی چالیک جهت افزایش مهارت های خود در حوزه الکترونیک و برنامه نویسی شرکت کنند.

کارکرد مدار کنترل سرعت موتور DC

زمانی که توان تامین می‌شود، تایمر 555 سیگنال PWM را با یک نسبت کاری براساس نسبت مقاومت پتاسیومتر تولید می‌کند. به دلیل وجود پتانسیومتر و جفت دیود، در اینجا خازن (‏که خروجی را راه‌اندازی می‌کند)‏باید از طریق یک مجموعه مقاومت متفاوت شارژ و دشارژ شود و به همین دلیل، خازن زمان متفاوتی را برای شارژ و دشارژ نیاز دارد. از آنجایی که خروجی زمانی بالا خواهد بود که خازن شارژ می‌شود و زمانی که خازن دشارژ می‌شود پایین است، ما در زمان‌هایی خروجی بالا و پایین و در نتیجه PWM متفاوت خواهیم داشت.
این PWM تایمر به پین سیگنال L239D h-bridge برای راه‌اندازی موتور DC تغذیه می‌شود. با نسبت PWM متغیر، ما ولتاژ ترمینال RMS و بنابراین سرعت را تغییر می‌دهیم. برای تغییر جهت چرخش، PWM تایمر به پین سیگنال دوم متصل می‌شود.