2 Einfache bidirektionale Motorsteuerungsschaltungen untersucht

Eine Schaltung, die es einem angeschlossenen Motor ermöglicht, durch alternative Eingangsauslöser im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu arbeiten, wird als bidirektionale Steuerschaltung bezeichnet.

Das erste Design unten beschreibt eine bidirektionale Motorsteuerungsschaltung auf Vollbrücken- oder H-Brückenbasis unter Verwendung der 4 Operationsverstärker vom IC LM324. Im zweiten Artikel erfahren Sie mehr über eine bidirektionale Motorsteuerschaltung mit hohem Drehmoment unter Verwendung des IC 556

Einführung

Allgemein, mechanische Schalter sind es gewohnt, die Drehrichtung eines Gleichstrommotors einzustellen. Einstellen der Polarität der verwendeten Spannung und des Motors dreht sich in die entgegengesetzte Richtung!

Einerseits kann dies den Nachteil haben, dass ein DPDT-Schalter hinzugefügt werden muss, um die Polarität der Spannung zu ändern, aber es handelt sich nur um einen Schalter, der das Verfahren recht einfach macht.

DPDT kann jedoch ein ernstes Problem haben. Es wird nicht empfohlen, die Spannung über einem Gleichstrommotor während seiner Drehbewegung abrupt zu invertieren. Dies kann zu einer Stromspitze führen, die möglicherweise den zugehörigen Drehzahlregler verbrennt.

Darüber hinaus kann jede Art von mechanischer Beanspruchung ähnliche Probleme verursachen. Diese Schaltung schlägt diese Komplikationen leicht. Die Richtung und Geschwindigkeit wird mit Hilfe eines einzelnen Potentiometers manipuliert. Durch Drehen des Topfes in eine bestimmte Richtung beginnt sich der Motor zu drehen.

Durch Umschalten des Topfes in die entgegengesetzte Richtung kann sich der Motor in umgekehrter Bewegung drehen. Die mittlere Position am Topf schaltet den Motor aus, um sicherzustellen, dass der Motor zuerst langsamer wird und dann stoppt, bevor versucht wird, die Richtung zu ändern.

Technische Spezifikationen

Stromspannung: Die Schaltung und der Motor nutzen die gemeinsame Stromversorgung. Dies impliziert, dass weil die höchste Arbeitsspannung der LM324 ist 32VDC, dies wird ebenfalls die maximale Spannung, die für den Betrieb des Motors zugänglich ist.

Strom: Der IRFZ44-MOSFET ist für 49A ausgelegt, der IRF4905 kann 74A verarbeiten. Trotzdem können die Leiterplattenspuren, die von den MOSFET-Stiften zum Schraubklemmenblock verlaufen, nur etwa 5 A verwalten. Dies könnte verbessert werden, indem Kupferdrahtstücke über die Leiterplattenschienen gelötet werden.

Stellen Sie in diesem Fall sicher, dass die MOSFETs nicht zu heiß werden. Wenn dies der Fall ist, müssen größere Kühlkörper auf diesen Geräten montiert werden.

Pinbelegung LM324

BIDIREKTIONALE STEUERUNG VON DC-MOTOREN MIT LM324

Grundsätzlich finden Sie 3 Möglichkeiten zu Stellen Sie die Drehzahl der Gleichstrommotoren ein ::

1. Durch die Verwendung mechanisierter Zahnräder, um die ideale Beschleunigung zu erreichen: Dieser Ansatz geht oft über die Bequemlichkeit der Mehrheit der Enthusiasten hinaus, die in Heimworkshops üben.

zwei. Verringern der Motorspannung durch einen Vorwiderstand. Dies kann sicherlich ineffizient sein (die Leistung wird im Widerstand abgeführt) und auch zu einer Verringerung des Drehmoments führen.

Der vom Motor verbrauchte Strom steigt ebenfalls mit zunehmender Belastung des Motors. Ein erhöhter Strom bedeutet einen stärkeren Spannungsabfall über dem Vorwiderstand und damit einen Spannungsabfall für den Motor.

Der Motor bemüht sich dann, noch mehr Strom zu ziehen, wodurch der Motor zum Stillstand kommt.

3. Durch Anlegen der gesamten Versorgungsspannung an den Motor in kurzen Impulsen: Diese Methode beseitigt den Serien-Drop-Effekt. Dies wird als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet und ist die Strategie, die in dieser Schaltung zu finden ist. Schnelle Impulse ermöglichen es dem Motor, langsam zu arbeiten. Ausgedehnte Impulse ermöglichen einen schnelleren Motorlauf.

WIE ES FUNKTIONIERT (siehe Schaltplan)

Die Schaltung könnte in vier Stufen unterteilt werden:

1. Motorsteuerung - IC1: A.
2. Dreieckwellengenerator - IC1: B.
3. Spannungskomparatoren - IC1: C und D.
4. Motorantrieb - Q3-6

Beginnen wir mit der Motortreiberphase, die sich um die MOSFETs Q3-6 dreht. Nur einige dieser MOSFETs bleiben zu einem beliebigen Zeitpunkt im aktivierten Zustand. Während Q3 und Q6 eingeschaltet sind, fließt Strom durch den Motor und bewirkt, dass er sich in eine einzige Richtung dreht.

Sobald sich Q4 und Q5 im Betriebszustand befinden, wird die Stromzirkulation umgekehrt und der Motor beginnt sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. IC1: C und IC1: D befassen sich mit den eingeschalteten MOSFETs.

Die Operationsverstärker IC1: C und IC1: D sind als Spannungskomparatoren verdrahtet. Die Referenzspannung für diese Operationsverstärker wird vom Widerstandsspannungsteiler von R6, R7 und R8 erzeugt.

Beachten Sie, dass die Referenzspannung für IC1: D an den Eingang „+“ angeschlossen ist, für IC1: C jedoch an den Eingang „-“ gekoppelt ist.

Dies bedeutet, dass IC1: D mit einer Spannung aktiviert wird, die höher als die Referenz ist, während IC1: C mit einer Spannung aufgefordert wird, die niedriger als die Referenz ist. Opamp IC1: B ist als Dreieckwellengenerator konfiguriert und liefert das Aktivierungssignal an die entsprechenden Spannungskomparatoren.

Die Frequenz ist ungefähr umgekehrt zur Zeitkonstante von R5 und C1 - 270Hz für die verwendeten Werte.

Durch Verringern von R5 oder C1 wird die Frequenz erhöht. Durch Erhöhen einer dieser beiden Werte wird die Frequenz verringert. Der Spitze-Spitze-Ausgangspegel der Dreieckwelle ist viel geringer als die Differenz zwischen den beiden Spannungsreferenzen.

Es ist daher äußerst schwierig, beide Komparatoren gleichzeitig zu aktivieren. Andernfalls würden alle 4 MOSFETs zu leiten beginnen, was zu einem Kurzschluss führen und alle ruinieren würde.

Die Dreieckswellenform ist um eine DC-Offset-Spannung herum strukturiert. Durch Erhöhen oder Verringern der Offset-Spannung wird die Impulsposition der Dreieckwelle entsprechend variiert.

Wenn Sie die Dreieckwelle nach oben schalten, kann der Komparator IC1: D aktiviert werden. Wenn Sie ihn verringern, wird der Komparator IC1: C aktiviert. Wenn der Spannungspegel der Dreieckswelle in der Mitte der beiden Spannungsreferenzen liegt, wird keiner der Komparatoren induziert. Die DC-Offset-Spannung wird vom Potentiometer P1 über IC1: A geregelt, das als Spannungsfolger ausgelegt ist.

Dies ergibt eine Spannungsquelle mit niedriger Ausgangsimpedanz, wodurch die DC-Offset-Spannung weniger anfällig für die Belastung durch IC1: B ist.

Wenn der „Poti“ geschaltet wird, beginnt sich die DC-Offset-Spannung zu ändern, entweder nach oben oder nach unten, je nachdem, in welche Richtung der Poti gedreht wird. Die Diode D3 bietet einen Verpolungsschutz für die Steuerung.

Der Widerstand R15 und der Kondensator C2 sind ein einfaches Tiefpassfilter. Dies soll alle Spannungsspitzen reinigen, die von den MOSFETs beim Einschalten der Stromversorgung des Motors verursacht werden.

Liste der Einzelteile

2) Bidirektionale Motorsteuerung mit IC 556

Die Drehzahl- und bidirektionale Steuerung für Gleichstrommotoren ist relativ einfach zu implementieren. Bei unabhängig angetriebenen Motoren ist die Drehzahl im Prinzip eine lineare Funktion der Versorgungsspannung. Motoren mit einem Permanentmagneten sind eine Unterkategorie von unabhängig angetriebenen Motoren und werden häufig in Spielzeugen und Modellen verwendet.

In dieser Schaltung wird die Motorversorgungsspannung mittels Pulsweitenmodulation (PWM) variiert, die einen guten Wirkungsgrad sowie ein relativ hohes Drehmoment bei niedrigen Motordrehzahlen gewährleistet. Eine einzige Steuerspannung zwischen 0 und +10 V ermöglicht es, die Motordrehzahl umzukehren und in beide Richtungen von null bis maximal zu variieren.

Ein stabiler Multivibrator-IC ist als 80-Hz-Oszillator eingerichtet und bestimmt die Frequenz des PWM-Signals. Stromquelle T1 lädt Ca auf. Die Sägezahnspannung an diesem Kondensator wird mit der Steuerspannung in 1C2 verglichen, die das PWM-Signal an den Puffer N1-Na oder NPN1 ausgibt. Der in Darlington ansässige Motortreiber ist eine Brückenschaltung, die Lasten bis zu 4 Ampere ansteuern kann, vorausgesetzt, der Einlaufstrom bleibt unter 5 Ampere und die Leistungstransistoren T1-T sind ausreichend gekühlt. Die Dioden D1, D5 bieten Schutz gegen induktive Überspannungen vom Motor. Der Schalter S1 ermöglicht das sofortige Umkehren der Motorrichtung.

Prototyp-Bilder