ШИМ на постоянник с обратной связью

Собственно, захотелось мне постоянник, ну очень.

А за ним понятное дело захотелось регулятор...

Сразу скажу что микросхема TDA - наше все, возможно в итоге я соберу контроллер на TDA. Но на старте хотелось иметь простенький регулятор, желательно из коробки (даже без обратной связи). Собственно это и подтолкнуло к началу.

За основу был взять магазинский комплект, который называется ВМ4511 "Регулятор яркости ламп накаливания". Данный регулятор легко переделывается на разные напряжения питания двигателя.

Хочется отметить благодарность людей участвовавших в следующих темах:

http://www.masterkit.ru/forum/viewtopic.php?t=913

http://www.foar.ru/topic.php?forum=30&topic=5&p=1

Из этих тем я почерпнул идеи об изменении ШИМ-а и его усовершенствованию. Странно что в этих темах не развилась идея нормальной обратной связи.

Предупреждаю сразу, не все идеи мои - на авторство не претендую.

Собственно, захотелось мне постоянник, ну очень.

А за ним понятное дело захотелось регулятор...

Мощность, напряжение?

О чем речь?

А вот сама схема работы обратной связи.

В ней нет ничего особенного, опишу в двух словах (простыми словами).

Обратная связь реализована на вычитании напряжений: с резистора в цепи двигателя (слежение за потребляемым током) и напряжения генерируемое таходатчиком (в простонародье моторчик).

Скорость вращения двигателя задается опорным напряжением. На холостом ходу разность напряжений нагрузочного резистора и таходатчика равна нулю.

При увеличении нагрузки на двигатель, его обороты падают, потребляемый ток увеличивается (падает сопротивление якоря), соответственно увеличивается напряжение на резисторе в цепи двигателя. Следом падает напряжение генерируемое таходатчиком (обороты падают). В итоге вычитая данные напряжения получаем дополняющее напряжение.

Дополняющее напряжение суммируется с опорным, что увеличивает напряжение питания двигателя, увеличивается потребляемый ток (а с ним и напряжение на сопротивлении). Но при этом увеличивается напряжение генерируемое таходачиком.

В итоге остается некоторая доля дополняющего напряжения. За счет которого компенсируются обороты под нагрузкой.

При уменьшении нагрузки на двигатель, ток потребляемый двигателем уменьшается. Пытаются повыситься обороты двигателя, что приводит к увеличению напряжения таходатчика.

В итоге разность напряжений становиться меньшей (или равной нулю при переходе на холостой х

http://www.chipmaker.ru/topic/85553/page__fromsearch__1

Вот мои мучения, регулятор собран и опробован.

Сразу приведу принципиальную схему. Вроде ничего не напутал, если напутал разберемся походу.

Вверху - это магазинский регулятор, красным показаны изменения внесенные в схему.

Внизу это обратная связь. Величины некоторых сопротивлений и конденсаторов не проставлены. Их будет необходимо рассчитать под ваш двигатель (ваше напряжение).

Расчетом величин займемся позже.

В целом данная схема позволит управлять двигателями до 100 Вольт питанием, просто я не знаю транзисторов которые могут тянуть больше 100 Вольт.

У меня двигатель с номинальным напряжением 60 Воль и мощностью 600 Вт.

Соответственно я буду делать замеры напряжений и объяснять как и что переделывать исходя из этих данных.

PS: От форумчан приветствуются конструктивные дополнения, так как я радиотехникой не занимался лет 15-ть. А в мою бытность КТ-817б было нашим всем, о MOSFET транзисторах тогда даже слухи не ходили а ОУ был экзотикой.

Как это выглядит на данный момент.

Иными словами в данный момент это стенд, двигатель на токарный не ставился, а момент создавался пальцами на минимальных оборотах. Надо заметить что без обратной связи, на минимальных оборотах двигатель останавливается двумя пальцами.

В следующих темах я пошагово опишу (надеюсь что меня хватит) доработку магазиноского ШИМ-а и его настройку.

Собственно для реализации данного ШИМ-а вам понадобиться:

1 Желание.

2 Сама платка ВМ4511, продается на каждом углу (можно и спаять, но проще купить). В принципе эта платка сразу позволит управлять двигателем без ОС.

3 Паяльник, припой, канифоль,

4 Немного радиодеталей

5 Китайския тестер

Собственно все, никаких специальных приборов и тому подобного.

А сейчас немного о ТБ.

В качестве блока питания я использовал ЛАТР. Важно помнить что у ЛАТРА нет гальванической развязки с сетью, поэтому нельзя трогать платы (и провода) под напряжением. Иными словами, если вы попой коснетесь батареи а пальцами заденете схему, то протрясет вас от пальцев до попы.

Если вы как и я для выпрямления напряжения используете диодный мост с конденсатором (у меня аж 10 000 мкФ), то на конденсатор надо припаять разрядный резистор. Такой конденсатор может продолжительное время хранить заряд, если наутро вы заденете его мокрыми пальцами или закоротите чем-то, то неприятные ощущения вам гарантированны.

Фот фотография разядного резистора (у меня два по 3 кОм), мелкий конденсатор 0.1мкФ - это фильтр высоких частот.

А почему следите сразу за током двигателя и напряжением таходатчика?

Казалось бы, если хочется стабилизировать скорость вращения, то достаточно одного таходатчика.

По моему надо сравнивать напряжение таходатчика и опорное задающее обороты и все.

А почему следите сразу за током двигателя и напряжением таходатчика?

Казалось бы, если хочется стабилизировать скорость вращения, то достаточно одного таходатчика.

Как бы не соврать - это классическая аналоговая схема.

Да впринципе достаточно таходатчика, но с ним одним схема усложняется (точнее надо переходить на цифру - если я не ошибаюсь), что-то должно понить о том сколько напряжения было добавлено для поддержания текущих оборотов.

По моему надо сравнивать напряжение таходатчика и опорное задающее обороты и все.

На этой бедной схемке было проведено множество опыто, в данной теме будет только выкладки. Начиналось со сравнивния обратной ЭДС, только таходатчика. Нет - не будет стабилизации даже близко.

Если сравнивать напряжение таходатчика и опроного, то будет сильно <размазанная> стабилизация - ее сложно назвать стабилизацией, скорее просто смещение оборотов.

С одним таходатчиком схема проще.

С одним таходатчиком схема проще.

Не надо мне ничего доказывать, вверху две ссылки, там есть схемы с одним таходатчиком. Были опробованы - это нельзя назвать стабилизацией. Соберите, откройте тему и опишите, вместо пустых споров.

Не получилось, значит , что-то было сделано неправильно.

Ух, Alex_IZA, далеко же вы послали по ссылкам!

А ларчик просто открывается. Таходатчик, который использовал Евгений с форума арсенала http://www.foar.ru/t...30&topic=32&p=3 - это генератор переменного тока (напряжения) с диодным выпрямителем. Поэтому, при маленьких оборотах он ничего не выдает (вспоминаем про падение напряжение на диодах). В серьезных устройствах обычно ставят ДПТ в качестве таходатчика. Там подобных проблем не возникает.

Добавлю.

Получается гибридная обратная связь. На низких оборотах работает токовый датчик (фактически анализируется падение напряжения на активном сопротивлении ротора - во завернул!), на высоких оборотах включается ОС по скорости. С учетом дешевизны таходатчика и лучшей стабильности на высоких оборотах, ИМХО схема имеет право на жизнь. Подожду результатов.

Alex_IZA, В половине промышленных электроприводов постоянного тока используемых на металлообрабатывающих станках нет контура тока а есть только регулятор скорости. И нормально работают.

Система автоматического регулирования - мудреная вещь.

Проблема в инерционности двигателя, - он изменяет обороты лишь спустя некоторое время после изменения напряжения питания.

Упомянутая инерционность изменится после установки двигателя в изделие

Я в ТАУ (теория автоматического управления) не силен, но по-моему, достаточно одного контура, второй ничего кроме «неприятностей» (усложнения настройки, вероятности возникновения колебательного процесса…) не принесет.

И еще для ШИМ и управления полевыми транзисторами лучше использовать специализированную микросхему.

Как пример посмотрите здесь:http://elektrocar.na...tron/shim5.html

В данный момент я не готов спорить многоконтурности (одноконтурности) систем стабилизации оборотов двигателя. Любой желающий может взять шим и поэкспериментировать и рассказать о том что у него получилось.

Видимо вы уже заметили что у меня псевдо-двухконтурная система. Псевдо - потому что это не настоящие два контура.

Я пробовал и ДПТ (но простенькие - не как настоящие тахогенераторы) и вентилятор, повышал соотношение шкивов - результат мне не очень понравился. Да была некая стабилизация, хотя ее сложно назвать стабилизацией. На <низких> оборотах я все равно тормозил двигатель пальцами... Может на высоких от 800 об/мин оно и работает. Понятно что низкие обороты это не один в минуту (жду тахометра для измерений).

Таходатчик выдает только текущие обороты двигателя, он ничего не знает о нагрузке. То есть по таходатчику вы не можете сказать - работает двигатель на холостом ходу или работает с нагрузкой в 4Н/м.

Поэтому в одноконтурной системе что-то должно помнить сколько было прибавлено к опорному напряжению, дабы обороты остались прежними. Таходатчик эту дельту не покажет. Такие схемы <лекго> реализуются но уже в цифре.

Ну да забыл написать, нас же хлебом не корми дай что нибудь поделать.

Продолжаем.

Как я писал, для шима проще всего взять готовую платку ВМ4511 "Регулятор яркости ламп накаливания".

Можете ее спаять с нуля, но по моему проще купить..

Значит берем эту платку, подключаем ее к источнику питания 12-20 вольт, в качестве нагрузки припаиваем лампочку на 12-20 вольт.

Убеждаемся что регулятор работает!

Не стоит в данный момент подключать двигатель!

Предлагаю следующую последовательность внесения изменений в регулятор.

Поменять местами выводы компаратора 2 и 3. Дело в том что при подачи питания на платку, компаратор держит транзистор открытым и двигатель стартует на полном напряжении питания (а так нельзя включать постоянники). Проверяем что схема работает.

Далее рассчитываем резистор R9.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ!!!!!

Если вместо отличного (лучшего) советского стабилитрона вы возьмете аналог (например 1N или 2N - не помню). То учитывайте что у советского стабилизатора КС512А1 минимальный ток стабилизации 0.001 А, а у аналогов (1N то-ли 2N) минимальный ток стабилизации начинается с 0.02 А.

Поэтому узнавайте минимальный ток стабилизации и прибавляйте его к значению 0.009 (например (Uпит-12)/0,029.

У меня напряжение питания 60 Вольт, я поставил резистор 5 кОм.

Меняем резистор R9, впаиваем стабилитрон в платку.

Выносим (а то и меняем) транзитор на радиатор, ну и силовую часть.

Кстати у меня транзистор IRFP4468. Но не обязательно использовать столь дорогие транзисторы, а на этапе отладки лучше попроще и подешевле (я таки спалил один).

Ставим переменный резистор в положение минимального опорного напряжения (стрелкой вниз), меняем нагрузку на лампочку с вашим рабочим напряжением.

Проверяем что все работает.

Меняем резисторы делителя R1, R2, R3 и ставим стабилитрон Д814А.

Проверяем что все работает. Уже можно подключать ваш двигатель, при включении желательно повернуть резистор в минимальное опорное напряжение (стрелку вниз).

Собственно немного о замене резисторов делителя и стабилитроне.

Так как мы поменяли выводы 2 и 3 компаратора, то выдаваемая мощность растет с увеличением опорного напряжения.

Но если на компаратор подать напряжение больше 10 вольт, то транзистор останется в постоянно открыт состоянии и выгорит.

Поэтому стоит поставить защиту от подачи большого напряжения на вход компаратора.

Для этого и используется стабилитрон Д814А. А чтоб он работал на 12 вольтах, у нему нужен резистор минимум 3 кОм.

В последствии уменьшенное сопротивление делителя тоже пригодится.

Про 10 Вольт пишут в темах, сам я не мерил (нужен осциллограф дабы посмотреть амплитуду пилы).

Стабилитрон Д814А, ограничивает напряжение ниже чем может выдать делитель. Но в крайних положениях регулирующего резистора у меня остается большой запас изменения напряжения практически не влияющего на работу двигателя. В мин - двигатель просто не крутится, около МАКС - двигатель не набирает оборотов.

Все вы уже можете подключать двигатель и пробовать регулировать обороты.

Но помните на самым минимальных оборотах (ну не совсем мин, так оборотов 100), скорее всего вы сможете остановить двигатель двумя пальцами.

PS: Далее (скорее завтра или послезавтра) по шагам пройдемся в создании обратной связи. Настраивается она легко - как я писал нужен только китайский тестер.

PS2: Да я забыл сказать: у меня двигатель с последовательным возбуждением (а может и вообще на магнитах - пока не разбирал). Поэтому я не озадачен изменением напряжения на двух обмокках.

Недавно строил регулятор для "постоянника". LM2907+IR2101+MOSFET=счастье.

Недавно строил регулятор для "постоянника". LM2907+IR2101+MOSFET=счастье

Ну и как работает??

Отлично работает.

Вид измененной платки (платка к моменту съемки уже многое пережила).

Следует отметить конденсатор С2 - 0.1 мкФ.

Если вам не нравиться <пение> двигателя на низких оборотах с частотой 500Гц. Можно уменьшить его емкость в два раза, тогда получите частоту 1кГц, можно и в четыре.

Но не стоит повышать частоту слишком сильно, импульсы с компаратора перестанут быть прямоугольными, а это плохо влияет на живучесть транзистора.

Alex_IZA, мне все больше нравится ваша (коллективная) идея.

По поводу многоконтурности - нет ее там, если не слишком по разному интегрировать сигналы с токового резистора и таходатчика, и если механическая связь таходатчика с мотором не через десятиметровую резинку.

ТАУ