ШИМ-контроллер электродвигателя со стабилизацией оборотов

[Barmaley000]

ШИМ-контроллер электродвигателя со стабилизацией оборотов

Есть схема из Радиоаматора 2008/04 с.43, она, в свою очередь, взята из Hobby Elektronika 2001, в РА ссылка есть. Схема в РА, в общем правильная, только "плюсики" с "минусиками" напутали в обозначении входов компараторов, а номера выводов правильные.
Схема - ШИМ-регулятор со стабилизацией частоты вращения при изменении нагрузки на валу.
Я собрал ее на макете. В общем работает, но с такими нюансами:
Если глубину ПОС R12 47k подобрать так, чтобы "еще не происходили автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки на валу двигателя" (см. журнал), то диапазон регулировки оборотов с пом. R6 10k получается очень узким. Скажем, при питании 12В, на двигателе будет примерно от 11..11.3, до 7..8В, во всем диапазоне R6. А мне надо до 3В. Это можно сделать, уменьшив ПОС - увеличив R12. Но тогда снижается чувствительность схемы стабилизации на изменение нагрузки на валу. Немного расширить диапазон регулировки напряжения удалось уменьшив R7 с 10k до 5k. Если уменьшать дальше - возникают автоколебания частоты вращения движка на хол. ходу, с частотой примерно 2..3Гц. Т.е. обороты то выше, то ниже - и никак не "устаканятся".
В общем цель - расширить диапазон регулировки до 3..Uпит(В) при сохранении чувствительности ПОС.
И еще такой момент меньшей важности: замечено, что на определенном диапазоне регулировки напряжения (неважно, с каким моторчиком, я пробовал три), примерно от середины и до немного меньше максимума, частота зад. генератора на DA1.1-1.2 начитает немного плавать-дергаться, в меньшую сторону, видимо из-за помех от электромоторчика. Работа на холостом ходу, под нагрузкой эффект немного меньше, но все равно есть. Этот эффект "дрожания" частоты зад. генератора мне удалось подавить, подтянув выход DA1.3 8н. к плюсу через 10к. Тогда зад. генератор работает стабильно. Мне не совсем понятно, почему именно так - 8н?! Фильтрующий кондер между выводами питания ОУ 0,33мкФ ничего не дал.
Нарисовал "свою" схему во 2-м (splan) вложении. В общем, все то же самое, только фильтр-кондер добавил на операционник (который ничего не дал), и R7 указал, что менял в пределах 4k7-10k. Диоды - пробовал 1N400X, 1N4148. Сейчас стоят SR1100 - тоже без изменений (в плане влияния помех моторчика на работу ШИМ-а). Пробовал еще зашунтировать К-Е переход ключа таким же диодом - ничего не дало. "Дребезг" частоты задающего генератора (З.Г.) на DA1.1-1.2 все равно есть в определенном диапазоне регулировки оборотов (при холостом ходе, без нагрузки на валу!).

 

[Barmaley000]

Сделал снимки осциллограмм. Описание по порядку:

1. макс. обороты, на х.х., 1выв. (_IGP1574_sm.jpg). Это выход задающего генератора. Видно дребезг частоты, видимо из-за помех от моторчика.
2. макс. обороты, х.х., 7выв. (_IGP1575_sm.jpg)
3. макс. обороты, х.х., 8выв. (_IGP1576_sm.jpg). Выход на управление ключом. Внизу видны короткие завалы, видимо, тоже из-за помех.
4. макс. обороты, под нагрузкой, 1выв (_IGP1577_sm.jpg)
5. макс. обороты, под нагр., 7выв (_IGP1578_sm.jpg)
6. макс. обороты, под нагр., 8выв (_IGP1579_sm.jpg)
7. min обороты, х.х., 1выв. (_IGP1581_sm.jpg)
8. min обороты, х.х., 7выв. (_IGP1582_sm.jpg)
9. min обороты, х.х., 8выв. (_IGP1583_sm.jpg)
10. min обороты, под нагр. 8выв (_IGP1584_sm.jpg), остальные - без изменений.
11. min обороты, х.х., коллектор VT1 (_IGP1585_sm.jpg). Вот здесь уже поинтересней. Чего ключ сразу не открывается, а сначала начинает "пилить" больше половины периода?! Тоже, что ли, из-за помех от эл-мотора?
12. min обороты, под нагрузкой, коллектор VT1 (_IGP1586_sm.jpg) Ну, тут уже нормально, генерация на открытии ключа "поглотилась" в нагрузке.
13. max обороты, х.х., коллектор VT1 (_IGP1587_sm.jpg) На макс. оборотах и х.х пульсации просто жуткие, как видите.
14. max обороты, под нагрузкой, коллектор VT1 (_IGP1588_sm.jpg) Опять-таки, в нагрузке все в норме.

--------------------------------------------------------------
Диапазон регулировки напряжения на движке (мерял стрелочным тестером) при номиналах R7=8k8; R9=12k2; R12=15k1 : 3.5..10.5V
Глубина ПОС на диапазоне регулировки 0-50% получилась примерно средняя, т.е. при возрастании нагрузки на валу скважность меандра на 8выв. увеличивалась примерно до половины (при мин. оборотах, 3.5В) - все равно маловато будет. Надо хотя бы процентов до 70-80%.
---------------------------------------------
Хочу обратить внимание на снимок
10. мин. обороты, под нагр. 8выв. (_IGP1584_sm.jpg).
На нем видно, что под нагрузкой скважность даже меньше 50%. Играясь с параметрами цепи ПОС, а именно R7,R9,C2,R12 можно добиться незначительного увеличения ПОС (увеличить скважность под нагрузкой чуть больше 50%) при сохранении приемлемого диапазона регулировки (3,5-11В) без возникновения автоколебаний частоты вращения (они возникают на выходе DA1.4 14н., видимо, из-за "шибкой" чувствительности на входах компаратора). Но все же в итоге этого маловато.
Я вот думаю, а можно ли на выходе ПОС - 14н. поставить простенький усилитель амплитуды (два транзистора с О.Э.)? Потому что с ОУ DA1.4 я уже не знаю, что с ним еще сделать, чтоб увеличить размах сигнала на выходе 14н.
Господа специалисты, прошу помощи!!!
Или (что тоже вероятно) нужно подтверждение мысли, что лучше оно работать в том виде, как есть, не будет.

 

[Barmaley000]

Я допустил ошибку в схеме с splan. Собрал-то правильно, а на схеме - верхний вывод потенциометра регулировки оборотов R6 10k подключен к плюсу питания!
Выкладываю исправленную схему.

 

[Shpionus]

Тоже попробовал собрать данную схему. Получились немного тоже другие номиналы. Особенно странно что пришлось нижний заземлённый резистор делителя питания генератора, сделать даже меньше чем верхний. С номиналами по схеме, генератор вообще не запустился. Ну а остальными номиналами я поигрался применительно к имеющемуся в наличии для испытаний двигателю от принтера. Для других двигателей возможно придётся что-то ещё подкорректировать. Резистор положительной компенсирующей обратной связи естественно нужно подстраивать под конкретный мотор.
При самых малых оборотах, избавится от автоколебаний без нагрузки на валу, очень сложно. Но они не на весь диапазон, и несильно мешают, при небольшой нагрузке, они исчезают. Так же если дать скорости субъективно больше 20% То они не появляются даже на холостом ходу.
Компенсация работает не на весь диапазон. Если сделать малые обороты, и сильно нагрузить мотор, то напряжение на нём возрастает, но далеко не до максимума.
В общем схема интересная, есть простор для экспериментов.
Непонятно зачем в ПОС ставят диод Д9? Для расширения диапазона действия этой ПОС? Но я не думаю что оно существенно улучшится. Я поставил обычный КД522.

 

[Петр Гарин]

Сделать поведение устройства более предсказуемым можно стабилизировав питание микросхемы, например так (см. вложение - элементы D3, R12). В этом случае сильно ограничивается диапазон входных напряжений (и, как следствие, напряжение питания ЭД).

 

[derba]

Слишком сложно, вот вариант, более простой. Диапазон регулировки от практически стоит двигатель, до практически мах скорости. В железе делался, только без обратной связи. (управление электромотоциклом, двигатель - 7 кватт).
Графики - результат симуляции без обратной связи. (прямой вход U2 подключен к переменному резистору).
И управлять полевиком желательно при помощи драйвера, к примеру: ТС4420 (у меня нет модели ТС4420, то поставил оптодрайвер, хотя, и оптодрайвер можно ставить).

 

[derba]

Подумал, не будет работать, ни у меня, ни у Вас схема стабилизации числа оборотов. Нужен таходатчик, а не брать сигнал с коллектора (со стока) транзистора. Там импульсы ни связаны жестко с частотой.