Дуже повільний електродвигун

Клієнт запитав:

Я хочу сповільнити невеликий двигун постійного струму на хобі до діапазону змін користувача, який працює від повільного до нуля RPM. Я просто використовую настінну бородавку для живлення та потенціометр для встановлення швидкості, але навантаження на двигун може незначно змінитися. Хоча затягування мотора буде дуже низьким, якщо це перетягування зміниться, я б хотів, щоб швидкість мотора залишалася досить стійкою, незважаючи на це.

Кілька людей сказали мені використовувати ШІМ-контролер для цієї мети, оскільки ШІМ має діапазон від 0 до 100%. Звичайно, це не в RPM. Ще одна людина сказала, що мотор може не гальмувати належним чином, оскільки показник герца на ШІМ може бути високим, щоб дозволити це або тому, що імпульси можуть не мати достатньої сили для збудження двигуна, достатнього для того, щоб його взагалі рухати, коли мотор швидкість встановлюється біля нуля.

Я подумав про використання степерного двигуна, тому подивився мотор Adafruit / Stepper / Servo Shield для комплекту Arduino - v1.0, але про ці речі я майже нічого не знаю, так що я не знаю, чи буде це теж правильно.

Я хочу повернути регулятор, щоб змінити швидкість руху двигуна з декількох частин об / хв до "повільної" швидкості ... скажімо, 60 об / хв? ...можливо?

Ох ... порівняно недорогий і простий у налаштуванні також було б чудово!

Будь-які думки?

Двигуни постійного струму не працюють добре при низьких оборотах. Вони затримуються і мають жахливий крутний момент. (тобто вони не можуть повернути дуже важко). Тому люди створили редуктори: двигуни з інтегрованою передачею. Результат виглядає як трохи об’ємніший мотор, але такий, що має низькі обороти в хвилину і високий крутний момент. Якби розірвати працюючий редуктор, ви побачили б, що частина двигуна насправді працює на декількох тисяч об / хв, але вона орієнтована на максимум 60 об / хв.

Поширеним спеціалізованим є стандартний сервісний хобі, який має деякі додаткові електронні біти, але в основному є редуктором. Ознайомтесь з будь-яким місцем, де продаються мотори для робототехніки або надлишкової електроніки, і ви побачите кілька різних редукторів на вибір.

Двигуни постійного струму керуються так само, як і звичайні двигуни постійного струму, тому щит двигуна Arduino з ними працює чудово.

Крутний момент типового двигуна буде змінюватися в міру його обертання, виходячи з положення двигуна в кожному "кроці" комутатора. Цей різний крутний момент робить дуже важким плавне повертання двигуна на дуже повільних швидкостях.

Поширеним засобом є удар по мотору з короткими сплесками струму, коли кожен порив достатньо довгий, щоб рухати двигун хоча б одним кроком комутатора. Чим довше сплески, тим більш передбачуваною буде поведінка двигуна, але тим більше 'ривковий' вихід. Зауважте, що це два способи: (1) Нехай двигун вільно рухається після кожного вибуху струму; (2) динамічне гальмування двигуна після кожного пориву. Використання підходу №1 вимагає, як правило, набагато менше енергії для досягнення будь-якої заданої швидкості, але підхід №2 пропонує набагато тонший контроль швидкості. Зверніть увагу, що при використанні підходу №2 двигун буде здійснювати майже повний струм стійкості (і розсіювати свою повну потужність стійла) протягом більшої частини часу, на якому він працює; якщо в двигуна буде струм затримки потужністю 1 ампер і струм 100 мА, то запуск двигуна при 1% робочому циклі буде безпечним,

Якщо ваша мета - змусити двигун працювати з добре регульованою швидкістю, яка становить близько 1% від нормальної швидкості, і якщо споживання електроенергії не викликає занепокоєння, підхід №2 може бути хорошим. Якщо механічне навантаження послідовно, підхід №1 може бути хорошим. В іншому випадку вам можуть знадобитися відгуки про швидкість руху двигуна.

Взагалі кажучи, потенціометр не буде хорошим вибором для регулювання швидкості двигуна постійного струму, якщо тільки він не дуже малий (подумайте, намалюйте декілька 100 мА), оскільки горщик повинен бути оцінений за струм, що подається двигуном. Крім того, якщо ви обмежуєте струм, ви також витрачаєте енергію з двигуна. Отже, на повільних швидкостях, використовуючи механізм обмеження струму, ви виявите, що він може викликати лише невелику частину крутного моменту, який він може досягти на високих швидкостях.

Двигуни постійного струму, як вказувалося, більше підходять для зниження швидкості. Крім того, ви можете модифікувати власну ланцюжок передач, але це, швидше за все, не буде рентабельно. Дейтон робить ціновий діапазон двигунів 12V постійного струму, що працює на рівні 0,6 об / хв (IIRC).

Тоді, якщо ви хочете використовувати номінальну швидкість як максимальну швидкість, то контролер швидкості ШІМ може бути дуже зручним. Хоча з моторним екраном Adafruit для управління двигуном постійного струму немає нічого поганого, я віддаю перевагу зовнішньому регулятору швидкості, як у компактного драйвера L298 від Solarbotics для великих двигунів постійного струму.

Ваш друг правий, що кожен мотор матиме різні характеристики щодо найменшого робочого циклу ШІМ, на який він надійно реагуватиме. Для більшості моїх двигунів це, здається, обмежує близько 25-35% робочого циклу.

Так, ще один чудовий спосіб керувати вихідною швидкістю - за допомогою кроку. Це дозволяє вам робити окремі кроки, де б ви не вибрали. Хоча сервопривід також дозволяє робити окремі кроки, менш дорогі, як правило, обмежуються мінімальними рухами в 1 градус і призначені для якнайшвидшого переміщення з поточного положення у визначене положення. Стандартний 200-ступінчастий кроковий двигун з 8-кратним драйвером мікроскопа дає ефективніше роздільну здатність приблизно в 4 рази, а отже, і можливість робити більш плавні, менші кроки.

Кроковий двигун був би ідеально підходить для того, що звучить так, як ви хочете зробити. Типовим недоліком крокових степенів є їх повільна швидкість. Однак, враховуючи те, що ви сказали, що хочете перейти від повільного до повільніше, це спрацює

Є "цифрові двигуни BLDC", подібні до тих, що виготовлені ThinGap, які роблять двигун, який є легким, малим і має чудову реакцію при надзвичайно низькому крутному моменті (повільному, великій потужності), а також високих швидкостях (RPM) без необхідності будь-яку передачу.

Хтось намагався контролювати швидкість двигунів постійного струму низької напруги за допомогою ланцюга модулятора ширини імпульсів (ШІМ)? Замість управління швидкістю за рахунок зниження напруги (що вбиває крутний момент двигуна), ШІМ просто керує робочим циклом напруги постійного струму, що використовується. Іншими словами, до двигуна подається повна напруга постійного струму, але воно включається і вимикається багато разів на секунду. Ключовим моментом є те, що щоразу, коли напруга подається на двигун, воно забезпечує повний крутний момент. Як результат, немає вібрації або шуму, що характерно для двигунів, які намагаються подолати інерцію.

Малі схеми ШІМ доступні приблизно за 20,00 доларів США, які працюватимуть до 1,0 ампера на 12 В постійного струму. Я використовую його для управління колісними двигунами колісних моделей HO. Це дозволяє їм повзати, не видаючи звуку.