Diseño del sistema de regulación de velocidad del motor DC.
Nuestra idea de diseño es generar una onda cuadrada con un ciclo de trabajo ajustable (hay muchos métodos, uno es usar 555 para formar un multivibrador y el otro es usar un microcontrolador para generar un cuadrado PWM). onda )+4 dispositivos de potencia hacen girar el motor de CC. Por supuesto, existen muchas soluciones de control, como una resistencia triodo como controlador de puerta/circuito controlador de bajo voltaje y un controlador de puerta simple. Una MCU más un controlador de transistor MOS pueden generar PWM directamente.
1.1 Objetivos del diseño del circuito de accionamiento de motor de CC
En el diseño del circuito de accionamiento de motor de CC, consideramos principalmente los siguientes puntos:
1. ¿Es rotación unidireccional o bidireccional? ¿Necesitas ajustar la velocidad? Para accionar un motor unidireccional, simplemente use un triodo de alta potencia o un transistor o relé de efecto de campo para accionar directamente el motor. Cuando el motor necesita girar en ambas direcciones, se puede usar un circuito de puente H compuesto por cuatro componentes de potencia, o se puede usar un relé bipolar de doble tiro. Si no se requiere regulación de velocidad, use un relé; pero si se requiere regulación de velocidad, se pueden usar elementos de conmutación como triodos y transistores de efecto de campo para lograr la regulación de velocidad PWM (modulación de ancho de pulso).
2. Rendimiento: Para el circuito de accionamiento del motor con regulación de velocidad PWM, los principales indicadores de rendimiento son los siguientes.
1) La corriente de salida y el rango de voltaje determinan cuánta potencia el circuito puede impulsar el motor.
2) Eficiencia. Una alta eficiencia no sólo significa ahorrar energía, sino también reducir el calor generado por el circuito de accionamiento. Para mejorar la eficiencia del circuito, puede comenzar asegurando el estado de conmutación del dispositivo de potencia y evitando * * * (problemas que pueden ocurrir en circuitos de puente H o push-pull, es decir, dos dispositivos de potencia están encendidos encendido al mismo tiempo para cortocircuitar la fuente de alimentación).
3) Impacto en la entrada de control. El circuito de alimentación debe tener un buen aislamiento de señal en el extremo de entrada para evitar que ingresen altos voltajes y corrientes al circuito de control principal. Puede aislarse con una alta impedancia de entrada o un acoplador fotoeléctrico.
4) Impacto en el suministro eléctrico. * * * La conducción del estado hará que el voltaje de la fuente de alimentación caiga instantáneamente, lo que provocará una contaminación de la fuente de alimentación de alta frecuencia que puede provocar que el potencial de tierra flote;
5) Fiabilidad. Independientemente de las señales de control y cargas pasivas que se agreguen, el circuito de accionamiento del motor debe ser lo más seguro posible.
Teniendo en cuenta los factores anteriores, utilizamos un multivibrador 555 para generar una onda cuadrada con un ciclo de trabajo ajustable y utilizamos un puente H compuesto por 4 dispositivos de potencia para accionar el motor de CC. El diagrama del circuito es el siguiente:
1.2. Análisis funcional del diagrama del circuito del módulo de regulación de velocidad del motor
Utilizando una resistencia ajustable, se puede realizar una onda cuadrada de 555 con un ciclo de trabajo ajustable. , es decir, se puede formar un ciclo de trabajo ajustable a partir de multivibradores.
Análisis funcional del uso de multivibrador para realizar una onda cuadrada con ciclo de trabajo ajustable:
En el momento en que se enciende la alimentación, el voltaje inicial en el capacitor C2 es 0 y el disparador Schmitt El voltaje de salida del dispositivo es U, que es de nivel alto. Al mismo tiempo, dado que el terminal de salida de colector abierto (pin 7) está desconectado de tierra, la fuente de alimentación comienza a cargar el condensador C a través de R5 y R7, y el circuito entra en el estado I transitorio. Luego, el circuito repite el ciclo a través de las siguientes cuatro etapas para producir pulsos de salida periódicos.
(1) Transitorio I, VCC pasa por R5. R7 carga el capacitor C y el voltaje Uc del capacitor C aumenta exponencialmente. Antes de que UC sea superior a 2/3 VCC, el temporizador mantiene temporalmente el estado '1' y genera un nivel alto.
(2) Durante la etapa flip I, el condensador C continúa cargándose. Cuando Uc es superior a 2/3 VCC, el temporizador cambia a "0" y la salida es de nivel bajo. En este momento, el terminal de salida del colector abierto (pin 7) cambia del estado desconectado al estado de tierra y al estado conductor.
(3) En la segunda etapa del transitorio, el condensador C comienza a descargarse a tierra (pin 7) a través de R7 y R6, y Uc disminuye exponencialmente. Hasta que Uc sea inferior a 1/3VCC, el temporizador permanece en el estado '0'. La producción es baja.
(4) En la fase de inversión II, el condensador C continúa descargándose. Cuando Uc es inferior a 1/3VCC, el temporizador cambia a "1" y la salida es alta. En este momento, el terminal de salida del colector abierto (pin 7) está conectado a tierra y desconectado de tierra. A partir de entonces, el oscilador vuelve al estado I transitorio.
(5) El ciclo de trabajo de la onda cuadrada de salida del temporizador se puede ajustar ajustando el tamaño de R6.
El chip Uln2003 es un chip controlador de motor de siete vías y 16 pines. Aquí puede considerarse como un chip de siete puertas. Su función es garantizar que la salida de los pines 10 y 14 sea 1 de alto. , y el de SINGLE1 y SINGLE2 La salida es 1 baja. Los diodos del chip actúan como derivación de corriente. La parte derecha del diagrama del circuito se utiliza para ajustar la velocidad del motor ajustando la rotación hacia adelante y hacia atrás del motor. Cuando SINGLE1 es de nivel alto y SINGLE2 es de nivel bajo, los transistores Q2, Q3 y Q5 se activan, mientras que Q6, Q4 y Q6 se desactivan. El terminal 1 del motor está conectado a tierra a través de Q5 y Vcc se coloca directamente en el terminal 2 del motor a través de Q2. En este momento, el potencial del terminal 2 del motor es superior a 65438+. Cuando SINGLE1 es de nivel bajo y SINGLE2 es de nivel alto, el motor gira hacia adelante. Cuando el ciclo de trabajo es superior al 50% en un momento determinado, el motor está en un estado de aceleración hacia adelante o desaceleración inversa; cuando el ciclo de trabajo es inferior al 50% en un momento determinado, el motor está en un estado de desaceleración hacia adelante o aceleración inversa; estado. La velocidad del motor se ajusta por la diferencia en el ciclo de trabajo de la onda rectangular, y la velocidad presentada por el motor es la velocidad promedio.
2. Circuito del módulo de medición de velocidad del motor y análisis funcional
Nuestra idea de diseño es utilizar dispositivos de aislamiento fotoeléctrico y contadores BCD para implementar el circuito del módulo de medición de velocidad del motor de CC. Cuando el motor gira, impulsa el papel para bloquear el optoacoplador, de modo que el fototransistor reciba la luz infrarroja emitida por el diodo emisor de luz y, finalmente, el contador BCD muestra el número de revoluciones por unidad de tiempo.
El diagrama del circuito es el siguiente:
1.3, análisis funcional del circuito general del módulo de medición de velocidad del motor.
1.3.1 Análisis funcional del chip
CD40192:
Contador ascendente y descendente BCD preestablecido (reloj dual) NSC\ti/NSC\TI// / J1J2J3J4 es la entrada del número preestablecido y Q1Q2Q3Q4 es la salida del conteo de suma y resta. C0 aumenta (contador ascendente), el acarreo termina el bit alto. No hay ningún BO conectado en el diagrama del extremo del préstamo, que es un pie vacío. ENABLE es el terminal de habilitación. VSS está conectado a tierra y VCC está conectado a la fuente de alimentación. Abajo está el mostrador inferior.
Pestillo BCD CD4511, decodificación de 7 segmentos, controlador:
//A, B, C y D están conectados respectivamente a los terminales de salida del contador ascendente y descendente BCD para bloquear los números. Luego se decodifica y se envía al tubo digital en 7 segmentos.
CD40106 seis disparadores Schmitt:
NSC\TI //La señal de entrada es A y la señal de salida es la inversa de A. Los pulsos de entrada se moldean y se invierten para contar el contador de orden superior.
1.4. Análisis funcional del esquema eléctrico general de la placa receptora.
Luz del fotoacoplador ISO1, al recibir la señal luminosa, el LED emite luz, el transistor se satura y se enciende, y el transistor Q1 se enciende, debido a que la resistencia R3 es de 47K, la mayor parte del voltaje es dividido en la resistencia, y A es de nivel bajo. Si no se recibe luz, A tiene un nivel alto, formando así un pulso negativo en el terminal A, y luego se usa el disparador de seis Schmitt CD40106 para dar forma e invertir el pulso para obtener un pulso no positivo de A (refiriéndose a cuando hay no hay luz) Nivel bajo, nivel alto cuando hay señal luminosa).
La señal de pulso que pasa a través de los seis disparadores Schmitt se conecta luego al terminal ascendente del CD40192 para convertir el dispositivo contador BCD 1 en un contador ascendente. Los otros dos terminales de habilitación CD 40192 están conectados a la señal de habilitación.
El resto de señales también se conectan al nivel alto VCC a través del pulsador s 1/ y a tierra a través de R9 10K. De esta forma, basta con presionar S1 para restablecer REST a cero. Si no presiona S1, cuente como de costumbre.
La generación de la señal de habilitación: se logra un cierto retraso a través del botón S1 y el chip 555 y el circuito RC correspondiente es decir, una vez presionado S1, el contador comienza en el momento t. (determinado por el valor RC) Cuente dentro del tiempo, cuente los pulsos constantes recibidos por el fotoacoplador y deje de contar después de que expire el temporizador. De esta forma se puede medir la velocidad del motor. Tiempo de sincronización.
Abre CD40192 para trabajar. Consultemos la Figura 2 para analizar la función de este temporizador. Cuando está encendido, el pin 3 (OUT) emite un nivel alto,