Circuit voor motorsnelheidsregelaar met constant koppel

De post legt een DC-motorcontroller uit die een constante koppelcompensatie biedt om de motor met een constante snelheid te laten draaien, ongeacht de belasting erop.

Nadeel van gewone snelheidsregelaars

Een nadeel van de meeste eenvoudige snelheidsregelaars is dat ze de motor alleen voorzien van een vooraf bepaalde constante spanning. Als gevolg hiervan blijft het toerental niet constant en varieert het met de belasting van de motor, omdat er geen koppelcompensatie is.

Bijvoorbeeld in een modeltrein, met eenvoudige controllers, neemt de snelheid van de trein geleidelijk af voor de stijgende hellingen en versnelt tijdens het afdalen.

Vandaar dat voor modeltreinen de regeling van de potregeling om een ​​geselecteerd motortoerental op peil te houden eveneens afwijkt van de belasting die de motor kan trekken.

Het in dit artikel toegelichte circuit voor de motorsnelheidsregelaar met constant koppel lost dit probleem op door het motortoerental te volgen en constant te houden voor een vooraf bepaalde besturingsinstelling, ongeacht de belasting van de motor.

Het circuit kan worden toegepast in de meeste modellen die een DC-motor met permanente magneet gebruiken.

Berekening van de achter-EMF-factor

De spanning over de motorklemmen bestaat uit een aantal factoren, de achterkant e.m.f. geproduceerd door de motor, en de spanning viel over de ankerweerstand.

De achterkant e.m.f. gegenereerd door de motorwikkeling is normaal evenredig met de motorsnelheid, wat betekent dat de motorsnelheid kan worden gecontroleerd door deze back-emf-inhoud te meten. Maar het belangrijkste probleem is het isoleren en detecteren van de achterkant e.m.f. van de ankerweerstandsspanning.

Stel dat er een afzonderlijke weerstand in serie met de motor is bevestigd, aangezien een gemeenschappelijke enkele stroom door deze weerstand en ook door de ankerweerstand gaat, zou de spanningsval over de twee serieweerstanden wel eens gelijk kunnen zijn aan de daling over de ankerweerstand.

In feite kan worden aangenomen dat wanneer deze twee weerstandswaarden identiek zijn, de twee spanningsgroottes over elk van de weerstanden ook vergelijkbaar zullen zijn. Met deze gegevens is het wellicht mogelijk om de spanningsval van R3 af te trekken van de motorspanning en de vereiste e.m.f-waarde voor de verwerking te verkrijgen.

Verwerking van EMF voor constant koppel

Het voorgestelde circuit bewaakt continu de achterkant e.m.f. en regelt dienovereenkomstig de motorstroom om ervoor te zorgen dat, voor een toegewezen potbesturingsinstelling, de back-emf, samen met de motorsnelheid op een constant koppel wordt gehouden.

Om de beschrijving van de schakeling gemakkelijker te maken, wordt aangenomen dat P2 is afgesteld en in zijn middenpositie wordt gehouden, en dat de weerstand R3 wordt geselecteerd als een equivalent van de weerstandswaarde van het motoranker.

Motorspanning berekenen

De motorspanning kan worden berekend door de back e.m.f. Va met de spanning gedaald over de interne motorweerstand Vr.

Aangezien R3 een spanning Vr laat vallen, is de uitgangsspanning Vo gelijk aan Va + 2 V.

De spanning op de inverterende ingang (-) van IC1 is Va + Vr, en die op de niet-inverterende ingang (+) is Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2

Omdat de bovenstaande twee spanningsgroottes gelijk zouden moeten zijn, organiseren we de bovenstaande vergelijking als:

Va + Vr = Vi + (Va + 2Vr - Vi) / 2

Het vereenvoudigen van deze vergelijking levert Va = Vi op.

De bovenstaande vergelijking geeft aan dat de achterkant e.m.f. van de motor wordt constant op hetzelfde niveau gehouden als de stuurspanning. Hierdoor kan de motor werken met een constant toerental en koppel voor elke gespecificeerde instelling van de P1-snelheidsaanpassing.

P2 is inbegrepen om het verschilniveau te compenseren dat kan bestaan ​​tussen de R3-weerstand en de ankerweerstand. Het voert dit uit door de grootte van de positieve feedback op de niet-inverterende ingang op amp aan te passen.

De opamp LM3140 vergelijkt in feite de spanning die wordt ontwikkeld over het motoranker met het back-emf-equivalent over de motor en regelt het basispotentieel van de T1 2N3055.

T1 wordt geconfigureerd als een zender volger regelt de snelheid van de motor in overeenstemming met zijn basispotentiaal. Het verhoogt de spanning over de motor wanneer een hogere back-emf wordt gedetecteerd door de opamp, wat resulteert in een toename van het motortoerental, en vice versa.

De T1 moet voor een goede werking over een geschikte heatsink worden gemonteerd.

Hoe het circuit te installeren

Het instellen van het circuit van de motorsnelheidsregelaar met constant koppel wordt gedaan door P2 aan te passen met de motor met variërende belasting totdat de motor een constant koppel bereikt, ongeacht de belastingsomstandigheden.

Wanneer het circuit wordt toegepast voor modeltreinen, moet ervoor worden gezorgd dat P2 niet te veel richting P1 wordt gedraaid, waardoor de modeltrein kan vertragen, en omgekeerd mag P2 niet te veel in de tegenovergestelde richting worden gedraaid, wat kan leiden tot de treinsnelheid wordt feitelijk sneller tijdens het beklimmen van een stijgende helling.