SONIC
مدیر بخش برق و الکترونیک (SONIC)
پرسنل مدیریت
مدیر انجمن
استاد و مشاور الکترونیک
عضو افتخاری گروه الکترونیک
به شدت دوست داشتنی
مدیر انجمن
- Oct 14, 2021
- 1,957
- 4,683
این مدار برای نظارت بر موتور در حال کار استفاده می شود. اگر گشتاور موتور باید افزایش یابد، مدار می تواند یک نشانه بصری ارائه دهد یا موتور را متوقف و از آسیب جلوگیری کند. کاربردهای آن در پرده های الکتریکی، جرثقیل های مدل یا بالابرهایی که در آن موتور می تواند متوقف شود، همگی می توانند از این مدار کنترل گشتاور بهره مند شوند.
یادداشت
این مدار در دو نسخه موجود است، یکی با نشانگر که در صورت حضور شخصی برای متوقف کردن موتور مفید است و یک نسخه اتوماتیک که برق موتور را قطع می کند. موتورهای موتور در اشکال و اندازه های مختلفی وجود دارند، موتوری که در این پروژه استفاده شده است یک موتور 12 ولتی با گیربکس یکپارچه با سرعت 120 دور در دقیقه است.
گشتاور یا "نیروی پیچش" معیاری برای قدرت موتور است. گشتاور موتورهای الکتریکی کوچک بر حسب گرم بر سانتی متر اندازه گیری می شود. با یک بار مکانیکی سبک، موتور جریان نامی خود را می کشد. اگر بار مکانیکی افزایش یابد، گشتاور (و جریان) موتور نیز افزایش می یابد. اگر گشتاور شدید باشد، موتور ممکن است از کار بیفتد و بیش از حد گرم شود. از آنجایی که گشتاور متناسب با جریان آرمیچر است، نظارت بر جریان متوسط موتور برای نشان دادن گشتاور موتور آسان است.
اندازه گیری گشتاور
برخی از تولیدکنندگان گشتاور موتور را منتشر نمی‌کنند، یکی از روش‌های اندازه‌گیری گشتاور موتور محاسبه زمان صرف شده برای افزایش وزن شناخته شده است .همانطور که در نمودارهای پایینی نشان داده شده است، با افزایش گشتاور، جریان موتور نیز افزایش می یابد. اکنون نظارت بر جریان موتور برای ارائه نشانه ای از گشتاور امری ساده است. برای انجام این کار، یک مقاومت به صورت سری با موتور قرار می گیرد، با افزایش جریان جریان از طریق موتور (و مقاومت)، ولتاژ ایجاد شده در مقاومت نیز افزایش می یابد و توسط یک op-amp سیمی به عنوان مقایسه کننده نظارت می شود. جریان های موتور معمولی در زیر نشان داده شده است:
هنگامی که ولتاژ برای اولین بار به یک موتور اعمال می شود، آرمیچر آن ثابت است و جریان زیادی برای غلبه بر اینرسی آرمیچر جریان می یابد. پس از حرکت، جریان موتور به مقدار کمتری کاهش می یابد. هر گونه افزایش بار مکانیکی یا اصطکاک باعث افزایش گشتاور می شود و جریان موتور افزایش می یابد. این سه عامل متمایز در نمودار فعلی آیات زمانی در زیر نشان داده شده است:
1) جریان شروع. (یک موج کوتاه جریان برای غلبه بر اینرسی و چرخاندن موتور.)
2) جریان عملیاتی معمولی. (جریان کمتری که می تواند به دلیل اصطکاک متفاوت باشد.)
3) جریان تحت بار غیرعادی. (اگر بار مکانیکی بیش از حد گشتاور شود و جریان افزایش یابد.)
این نمودار برای هر موتوری معمولی است، اما جریان راه اندازی و جریان در حال اجرا به ویژگی های فیزیکی و الکتریکی موتور مورد استفاده، بار مکانیکی و منبع تغذیه بستگی دارد.
بخش 3 جریان اضافی مصرف شده تحت بار است که این مدار روی آن کار می کند. جریان افزایش یافته متناسب با گشتاور موتور بیشتر است و مدار می تواند در هر نقطه ای از این ناحیه راه اندازی شود.
تشریح عملکرد مدار
موتور از طریق آی سی درایور ماسفت TC4427A کنترل می شود. این می تواند موتورهای تا 18 ولت و حداکثر جریان 1.5 آمپر را هدایت کند. یک مقاومت سری کوچک R6 به صورت سری با ترمینال زمین TC4427A قرار داده شده است. R6 به گونه ای انتخاب می شود که بیش از 5٪ ولتاژ موتور در بار معمولی در آن ایجاد نشود.
سنبله جریان راه اندازی توسط R4 و C1 فیلتر می شود. ثابت زمانی فقط R4*C1 و با مقادیر نشان داده شده تقریباً نیم ثانیه تنظیم شده است.
CA3140 یک آپمپ مرحله ورودی ماسفت است و به عنوان یک مقایسه کننده عمل می کند و ولتاژ C1 را با ولتاژ تنظیم شده توسط پتانسیومتر 10k از پیش تعیین شده مقایسه می کند. این به عنوان "مربع آبی" در عکس تخته نان واقعی و بعداً به صورت سیاه در طرح تخته نان فریتزینگ نشان داده می شود. به محض اینکه ولتاژ در C1 به آستانه می رسد، خروجی آپ امپ بالا می رود و به چند ولت کمتر از ولتاژ تغذیه می رسد.
مدار یک ( پایه )
مدار زیر دارای دو کلید S1 و S2 است. اینها جهت موتور را کنترل می کنند و یک سیگنال ورودی بالا را به پایه های 2 و 4 TC4427A اعمال می کنند. با این حال سیگنال های ورودی می توانند از یک مدار مستقل یا میکروکنترلر تامین شوند. نیاز سیگنالینگ این است که ولتاژ بالا به صورت > 2.4 ولت و پایین < 0.8 ولت تعریف شود. TC4427A همچنین می تواند جریان معکوس بالایی تا 500 میلی آمپر را تحمل کند و نیازی به حفاظت دیود معکوس ندارد.
در مدار اصلی کنترل 10k برای گشتاور مورد نظر تنظیم می شود، هنگامی که به آن رسید LED قرمز روشن می شود و با کاهش گشتاور دوباره خاموش می شود. این مدار موتور را متوقف نمی کند و به عنوان یک نشانگر عمل می کند.
مدار اصلاح شده با توقف موتور.
مدار اصلاح شده زیر مانند قبل کار می کند، اما دارای ترانزیستور خروجی و رله است. وقتی CA3140 بالا می رود، BC108 روشن می شود و رله DPDT روشن می شود. رله دارای دو کنتاکت A1 و A2 است. هنگامی که رله A/2 از طریق کنتاکت A2 خود تغذیه می شود و کنتاکت A1 برق موتور را قطع می کند. مدار را فقط می توان با فشار دادن S3، یک کلید دکمه فشاری که معمولا بسته است، بازنشانی کرد.
راه اندازی مدار برای موتورهای مختلف
برای استفاده از یک موتور متفاوت (حداکثر 18 ولت و حداکثر 1.5 آمپر در حداکثر گشتاور) ابتدا از یک مولتی متر استفاده کنید و جریان معمولی را اندازه بگیرید. سپس مقداری گشتاور با فشار ملایم به محور موتور اعمال کنید و جریان گرفته شده را یادداشت کنید. R6 نباید بیش از 5% ولتاژ موتور را بکشد. با یک موتور 12 ولت، 5٪ 0.6 ولت است، این را بر جریان معمولی تقسیم کنید تا مقدار R6 را بدست آورید.
موتور مورد استفاده در این پروژه دارای ولتاژ 12 ولت و جریان بدون بار حدود 54 میلی آمپر بود. 5% 12 ولت 0.6 ولت است و 0.6 توسط جریان بدون بار مقدار 0.6 / 54 میلی آمپر = 11 اهم را می دهد. چون مقاومت 11 اهم رنج استاندارد نیست مدار با مقاومت 15 اهم و حتی یک مقاومت 4.7 اهم به خوبی کار می کند. هرچه این مقدار کمتر باشد توان الکتریکی بیشتری در دسترس موتور قرار می گیرد.
برای اعمال گشتاور، در نمونه آزمایشی یک موتور که به چرخ با لاستیک متصل است. اعمال فشار به لاستیک باعث افزایش جریان و گشتاور می شود. تحت گشتاور، جریان موتور می تواند با مقاومت 4.7 اهم به 130 میلی آمپر افزایش یابد. این بدان معنی است که میانگین 4.7 * 0.13A = 0.61V در R6 توسعه می یابد.
با چنین ولتاژ پایینی، ورودی مقایسه کننده به محدوده تنظیمی نیاز دارد که به راحتی در دسترس باشد. پتانسیومترها محدوده حرکتی در حدود 270 درجه دارند. اگر کنترل 10k روی یک منبع 12 ولت سیم کشی شود، 1 درجه حدود 0.044 ولت خواهد بود و 0.6 ولت به چرخش در حدود 13 درجه نیاز دارد که مشکل است. اگر می خواهید مدار را روی 80 میلی آمپر تنظیم کنید، این تقریبا غیرممکن است.
برای تسهیل تنظیم، بسیار ساده تر است که محدوده ولتاژ را نزدیک به مقدار حداکثر گشتاور در دسترس قرار دهید. این هدف R3 است. با منبع تغذیه 12 ولت، حداکثر ولتاژ در پین 2 پس از آن 10k/(10k+47k)* 12V = 2.1V است.
شماتیک TC4427
TC4427A تولید شده توسط Microchip یک بسته DIP 8 پین موجود است و پین‌آوت در زیر نشان داده شده است:
موفق باشید.
یادداشت
این مدار در دو نسخه موجود است، یکی با نشانگر که در صورت حضور شخصی برای متوقف کردن موتور مفید است و یک نسخه اتوماتیک که برق موتور را قطع می کند. موتورهای موتور در اشکال و اندازه های مختلفی وجود دارند، موتوری که در این پروژه استفاده شده است یک موتور 12 ولتی با گیربکس یکپارچه با سرعت 120 دور در دقیقه است.
گشتاور یا "نیروی پیچش" معیاری برای قدرت موتور است. گشتاور موتورهای الکتریکی کوچک بر حسب گرم بر سانتی متر اندازه گیری می شود. با یک بار مکانیکی سبک، موتور جریان نامی خود را می کشد. اگر بار مکانیکی افزایش یابد، گشتاور (و جریان) موتور نیز افزایش می یابد. اگر گشتاور شدید باشد، موتور ممکن است از کار بیفتد و بیش از حد گرم شود. از آنجایی که گشتاور متناسب با جریان آرمیچر است، نظارت بر جریان متوسط موتور برای نشان دادن گشتاور موتور آسان است.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
اندازه گیری گشتاور
برخی از تولیدکنندگان گشتاور موتور را منتشر نمی‌کنند، یکی از روش‌های اندازه‌گیری گشتاور موتور محاسبه زمان صرف شده برای افزایش وزن شناخته شده است .همانطور که در نمودارهای پایینی نشان داده شده است، با افزایش گشتاور، جریان موتور نیز افزایش می یابد. اکنون نظارت بر جریان موتور برای ارائه نشانه ای از گشتاور امری ساده است. برای انجام این کار، یک مقاومت به صورت سری با موتور قرار می گیرد، با افزایش جریان جریان از طریق موتور (و مقاومت)، ولتاژ ایجاد شده در مقاومت نیز افزایش می یابد و توسط یک op-amp سیمی به عنوان مقایسه کننده نظارت می شود. جریان های موتور معمولی در زیر نشان داده شده است:
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
هنگامی که ولتاژ برای اولین بار به یک موتور اعمال می شود، آرمیچر آن ثابت است و جریان زیادی برای غلبه بر اینرسی آرمیچر جریان می یابد. پس از حرکت، جریان موتور به مقدار کمتری کاهش می یابد. هر گونه افزایش بار مکانیکی یا اصطکاک باعث افزایش گشتاور می شود و جریان موتور افزایش می یابد. این سه عامل متمایز در نمودار فعلی آیات زمانی در زیر نشان داده شده است:
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
1) جریان شروع. (یک موج کوتاه جریان برای غلبه بر اینرسی و چرخاندن موتور.)
2) جریان عملیاتی معمولی. (جریان کمتری که می تواند به دلیل اصطکاک متفاوت باشد.)
3) جریان تحت بار غیرعادی. (اگر بار مکانیکی بیش از حد گشتاور شود و جریان افزایش یابد.)
این نمودار برای هر موتوری معمولی است، اما جریان راه اندازی و جریان در حال اجرا به ویژگی های فیزیکی و الکتریکی موتور مورد استفاده، بار مکانیکی و منبع تغذیه بستگی دارد.
بخش 3 جریان اضافی مصرف شده تحت بار است که این مدار روی آن کار می کند. جریان افزایش یافته متناسب با گشتاور موتور بیشتر است و مدار می تواند در هر نقطه ای از این ناحیه راه اندازی شود.
تشریح عملکرد مدار
موتور از طریق آی سی درایور ماسفت TC4427A کنترل می شود. این می تواند موتورهای تا 18 ولت و حداکثر جریان 1.5 آمپر را هدایت کند. یک مقاومت سری کوچک R6 به صورت سری با ترمینال زمین TC4427A قرار داده شده است. R6 به گونه ای انتخاب می شود که بیش از 5٪ ولتاژ موتور در بار معمولی در آن ایجاد نشود.
سنبله جریان راه اندازی توسط R4 و C1 فیلتر می شود. ثابت زمانی فقط R4*C1 و با مقادیر نشان داده شده تقریباً نیم ثانیه تنظیم شده است.
CA3140 یک آپمپ مرحله ورودی ماسفت است و به عنوان یک مقایسه کننده عمل می کند و ولتاژ C1 را با ولتاژ تنظیم شده توسط پتانسیومتر 10k از پیش تعیین شده مقایسه می کند. این به عنوان "مربع آبی" در عکس تخته نان واقعی و بعداً به صورت سیاه در طرح تخته نان فریتزینگ نشان داده می شود. به محض اینکه ولتاژ در C1 به آستانه می رسد، خروجی آپ امپ بالا می رود و به چند ولت کمتر از ولتاژ تغذیه می رسد.
مدار یک ( پایه )
مدار زیر دارای دو کلید S1 و S2 است. اینها جهت موتور را کنترل می کنند و یک سیگنال ورودی بالا را به پایه های 2 و 4 TC4427A اعمال می کنند. با این حال سیگنال های ورودی می توانند از یک مدار مستقل یا میکروکنترلر تامین شوند. نیاز سیگنالینگ این است که ولتاژ بالا به صورت > 2.4 ولت و پایین < 0.8 ولت تعریف شود. TC4427A همچنین می تواند جریان معکوس بالایی تا 500 میلی آمپر را تحمل کند و نیازی به حفاظت دیود معکوس ندارد.
در مدار اصلی کنترل 10k برای گشتاور مورد نظر تنظیم می شود، هنگامی که به آن رسید LED قرمز روشن می شود و با کاهش گشتاور دوباره خاموش می شود. این مدار موتور را متوقف نمی کند و به عنوان یک نشانگر عمل می کند.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
مدار اصلاح شده با توقف موتور.
مدار اصلاح شده زیر مانند قبل کار می کند، اما دارای ترانزیستور خروجی و رله است. وقتی CA3140 بالا می رود، BC108 روشن می شود و رله DPDT روشن می شود. رله دارای دو کنتاکت A1 و A2 است. هنگامی که رله A/2 از طریق کنتاکت A2 خود تغذیه می شود و کنتاکت A1 برق موتور را قطع می کند. مدار را فقط می توان با فشار دادن S3، یک کلید دکمه فشاری که معمولا بسته است، بازنشانی کرد.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
راه اندازی مدار برای موتورهای مختلف
برای استفاده از یک موتور متفاوت (حداکثر 18 ولت و حداکثر 1.5 آمپر در حداکثر گشتاور) ابتدا از یک مولتی متر استفاده کنید و جریان معمولی را اندازه بگیرید. سپس مقداری گشتاور با فشار ملایم به محور موتور اعمال کنید و جریان گرفته شده را یادداشت کنید. R6 نباید بیش از 5% ولتاژ موتور را بکشد. با یک موتور 12 ولت، 5٪ 0.6 ولت است، این را بر جریان معمولی تقسیم کنید تا مقدار R6 را بدست آورید.
موتور مورد استفاده در این پروژه دارای ولتاژ 12 ولت و جریان بدون بار حدود 54 میلی آمپر بود. 5% 12 ولت 0.6 ولت است و 0.6 توسط جریان بدون بار مقدار 0.6 / 54 میلی آمپر = 11 اهم را می دهد. چون مقاومت 11 اهم رنج استاندارد نیست مدار با مقاومت 15 اهم و حتی یک مقاومت 4.7 اهم به خوبی کار می کند. هرچه این مقدار کمتر باشد توان الکتریکی بیشتری در دسترس موتور قرار می گیرد.
برای اعمال گشتاور، در نمونه آزمایشی یک موتور که به چرخ با لاستیک متصل است. اعمال فشار به لاستیک باعث افزایش جریان و گشتاور می شود. تحت گشتاور، جریان موتور می تواند با مقاومت 4.7 اهم به 130 میلی آمپر افزایش یابد. این بدان معنی است که میانگین 4.7 * 0.13A = 0.61V در R6 توسعه می یابد.
با چنین ولتاژ پایینی، ورودی مقایسه کننده به محدوده تنظیمی نیاز دارد که به راحتی در دسترس باشد. پتانسیومترها محدوده حرکتی در حدود 270 درجه دارند. اگر کنترل 10k روی یک منبع 12 ولت سیم کشی شود، 1 درجه حدود 0.044 ولت خواهد بود و 0.6 ولت به چرخش در حدود 13 درجه نیاز دارد که مشکل است. اگر می خواهید مدار را روی 80 میلی آمپر تنظیم کنید، این تقریبا غیرممکن است.
برای تسهیل تنظیم، بسیار ساده تر است که محدوده ولتاژ را نزدیک به مقدار حداکثر گشتاور در دسترس قرار دهید. این هدف R3 است. با منبع تغذیه 12 ولت، حداکثر ولتاژ در پین 2 پس از آن 10k/(10k+47k)* 12V = 2.1V است.
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
شماتیک TC4427
TC4427A تولید شده توسط Microchip یک بسته DIP 8 پین موجود است و پین‌آوت در زیر نشان داده شده است:
برای دیدن تصاویر باید ثبت نام کنید
موفق باشید.