Bardzo wolny silnik elektryczny

Klient zapytał:

Chcę spowolnić mały silnik prądu stałego wielkości hobby do zmiennego zakresu użytkownika, który działa od wolnych do zerowych obrotów na minutę. Po prostu użyłbym brodawki ściennej do zasilania i potencjometru do ustawienia prędkości, ale obciążenie silnika może się nieznacznie zmienić. Chociaż opór silnika będzie bardzo niski, jeśli ten opór się zmieni, chciałbym, aby prędkość silnika pozostała dość stała pomimo tego.

Kilka osób powiedziało mi, żebym używał do tego celu kontrolera PWM, ponieważ PWM ma zakres od 0 do 100%. Oczywiście nie w RPM. Jedna inna osoba powiedziała, że ​​silnik może nie zwalniać odpowiednio, ponieważ wskaźnik herców na PWM może być na to zbyt wysoki lub dlatego, że impulsy mogą nie mieć wystarczającej siły, aby pobudzić silnik w ogóle, aby go w ogóle poruszyć, gdy silnik prędkość jest ustawiona blisko zera.

Myślałem o użyciu silnika krokowego, więc szukałem zestawu Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield dla Arduino - v1.0, ale nie wiem prawie nic o tych rzeczach, więc nie wiem, czy to byłoby właściwe.

Chcę obrócić pokrętło, aby zmienić prędkość silnika od kilku części RPM do „wolnej” prędkości ... powiedzmy 60 RPM? ...może?

Och ... stosunkowo niedrogi i prosty w konfiguracji byłby również świetny!

jakieś pomysły?

Silniki prądu stałego nie działają dobrze przy niskich obrotach. Utykają i mają okropny moment obrotowy. (tzn. nie mogą się bardzo mocno obracać) Więc ludzie stworzyli motoreduktory: silniki ze zintegrowaną przekładnią. Rezultat wygląda jak nieco większy silnik, ale taki, który ma niskie obroty i wysoki moment obrotowy. Gdybyś rozebrał działający silnik przekładniowy, zobaczyłbyś, że część silnika faktycznie pracuje z kilkoma tysiącami obrotów na minutę, ale jest nastawiona na około 60 obr./min.

Powszechnie stosowanym specjalnym jest standardowe serwo hobby, które ma dodatkowe bity elektroniczne, ale zasadniczo jest motoreduktorem. Sprawdź dowolne miejsce, w którym sprzedajesz silniki do robotyki lub nadwyżki elektroniki, a zobaczysz kilka różnych motoreduktorów do wyboru.

Silniki zębate prądu stałego są sterowane tak jak normalne silniki prądu stałego, więc osłona silnika Arduino działa z nimi dobrze.

Moment obrotowy typowego silnika będzie się zmieniać w miarę jego obracania, w zależności od położenia silnika w każdym „kroku” komutatora. Ten zmienny moment obrotowy bardzo utrudnia płynne obracanie silnika przy bardzo niskich prędkościach.

Częstym rozwiązaniem jest uderzenie w silnik krótkimi impulsami prądu, przy czym każdy impuls jest wystarczająco długi, aby przesunąć silnik o co najmniej jeden stopień komutatora. Im dłuższe impulsy, tym bardziej przewidywalne będzie zachowanie silnika, ale tym bardziej „gwałtowne” będzie wyjście. Zauważ, że są na to dwa sposoby: (1) Pozwól, aby silnik zwolnił po każdym impulsie prądu; (2) zahamować dynamicznie silnik po każdej serii. Korzystanie z podejścia nr 1 wymaga zazwyczaj znacznie mniejszej mocy do osiągnięcia danej prędkości, ale podejście nr 2 zapewnia znacznie lepszą kontrolę prędkości. Zauważ, że podczas stosowania podejścia # 2 silnik będzie pobierał prawie pełny prąd utknięcia (i rozproszy swoją pełną moc przeciągnięcia) przez większość czasu, w którym jest włączony; jeśli silnik miałby prąd utyku 1 A i prąd rozruchowy 100 mA, uruchomienie silnika przy 1% cyklu pracy byłoby bezpieczne,

Jeśli Twoim celem jest sprawienie, aby silnik pracował z płynnie kontrolowaną prędkością, wynoszącą około 1% normalnej prędkości, a jeśli zużycie energii nie stanowi problemu, podejście nr 2 może być dobre. Jeśli obciążenie mechaniczne jest spójne, podejście nr 1 może być dobre. W przeciwnym razie może być konieczne sprzężenie zwrotne prędkości silnika.

Ogólnie rzecz biorąc, potencjometr nie będzie dobrym wyborem do kontrolowania prędkości silnika prądu stałego, chyba że jest to bardzo mały (pomyśl o poborze 100 mA), ponieważ potencjometr musi być oceniony dla prądu pobieranego przez silnik. Dodatkowo, gdy ograniczasz prąd, zużywasz również energię z silnika. Tak więc przy niskich prędkościach przy użyciu mechanizmu ograniczającego prąd przekonasz się, że może on wywołać tylko niewielki ułamek momentu obrotowego, jaki może przy wysokich prędkościach.

Silniki z przekładniami stałoprądowymi, jak wskazano, są bardziej odpowiednie do zmniejszania prędkości. Alternatywnie możesz zaprojektować własny łańcuch narzędzi, ale prawdopodobnie nie będzie to opłacalne. Dayton oferuje niedrogą gamę motoreduktorów 12V DC o wartości nawet 0,6 RPM (IIRC).

Następnie, jeśli chcesz użyć prędkości znamionowej jako prędkości maksymalnej, wtedy regulator prędkości PWM może być bardzo przydatny. Chociaż nie ma nic złego w osłonie silnika adafruit do sterowania silnikiem prądu stałego, wolę zewnętrzny kontroler prędkości, taki jak kompaktowy sterownik L298 firmy Solarbotics dla większych silników z przekładnią prądu stałego.

Twój przyjaciel ma rację, że każdy silnik będzie miał inną charakterystykę co do najniższego cyklu pracy PWM, na który niezawodnie zareaguje. Wydaje się, że w przypadku większości moich silników cykl pracy wynosi około 25–35%.

Tak, innym doskonałym sposobem kontrolowania prędkości wyjściowej jest użycie steppera. Umożliwia podejmowanie dyskretnych kroków w dowolnym momencie. Podczas gdy serwo pozwala także na dyskretne kroki, tańsze są zwykle ograniczone do 1 stopnia minimalnych ruchów i są zaprojektowane tak, aby poruszać się tak szybko, jak to możliwe z aktualnej pozycji do zdefiniowanej pozycji. Standardowy 200-stopniowy silnik krokowy z 8-krotnym sterownikiem mikrostepowania daje efektywnie około 4-krotną rozdzielczość, a tym samym możliwość płynniejszego, mniejszego przyrostu.

Silnik krokowy byłby idealny do tego, co brzmi jak chcesz. Typową wadą silnika krokowego jest ich niska prędkość. Biorąc jednak pod uwagę, że powiedziałeś, że chcesz przejść ze spowolnienia do spowolnienia, zadziałałoby

Istnieją „cyfrowe silniki BLDC”, takie jak ThinGap, które sprawiają, że silnik jest zarówno lekki, mały, jak i ma doskonałą reakcję przy bardzo niskim momencie obrotowym (powolnym, dużej mocy), a także przy wysokich prędkościach obrotowych (RPM) bez potrzeby dowolny sprzęt.

Czy ktoś próbował kontrolować prędkość silników prądu stałego niskiego napięcia za pomocą obwodu modulatora szerokości impulsu (PWM)? Zamiast kontrolować prędkość poprzez zmniejszenie napięcia (co zabija moment obrotowy silnika), PWM po prostu kontroluje cykl pracy zastosowanego napięcia stałego. Innymi słowy, pełne napięcie prądu stałego jest przyłożone do silnika, ale jest włączane i wyłączane wiele razy na sekundę. Kluczową kwestią jest to, że za każdym razem, gdy napięcie jest przykładane do silnika, zapewnia on pełny moment obrotowy. W rezultacie nie ma wibracji ani hałasu typowego dla silników próbujących pokonać bezwładność.

Małe obwody PWM są dostępne za około 20,00 $, które będą obsługiwać do 1,0 amperów przy 12 VDC. Używam go do sterowania silnikami kolejowymi HO. Pozwala im pełzać bez wydawania dźwięku.