Очень медленный электродвигатель

Клиент спросил:

Я хочу замедлить двигатель постоянного тока небольшого размера до диапазона переменных пользователя, который работает от медленных оборотов до нуля. Я бы просто использовал настенную бородавку для питания и потенциометр для установки скорости, но нагрузка на двигатель могла бы немного измениться. Хотя сопротивление на двигателе будет очень низким, если это сопротивление изменится, я бы хотел, чтобы скорость двигателя оставалась довольно стабильной, несмотря на это.

Несколько человек сказали мне использовать контроллер ШИМ для этой цели, потому что ШИМ имеет диапазон от 0 до 100%. Конечно, это не в RPM. Другой человек сказал, что двигатель может не замедляться должным образом, потому что номинальная мощность в ШИМ может быть слишком высокой, чтобы допустить это, или потому что импульсы могут не иметь достаточного количества силы, чтобы возбудить двигатель, достаточный, чтобы вообще его двигать, когда двигатель скорость установлена ​​около нуля.

Я подумал об использовании шагового двигателя, поэтому я посмотрел комплект Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield для Arduino - v1.0, но я почти ничего не знаю об этом материале, поэтому не знаю, будет ли это правильным.

Я хочу повернуть ручку, чтобы изменить скорость двигателя от нескольких частей об / мин до "медленной" скорости ... скажем, 60 об / мин? ...может быть?

Ох ... сравнительно недорого и просто в настройке было бы тоже здорово!

Есть предположения?

Двигатели постоянного тока плохо работают на низких оборотах. Они глохнут и имеют ужасный крутящий момент. (то есть они не могут вращаться очень сильно). Поэтому люди создали мотор-редукторы: двигатели со встроенной передачей. Результат выглядит как немного более громоздкий двигатель, но с низким числом оборотов и высоким крутящим моментом. Если бы вы разбирали работающий мотор-редуктор, вы бы увидели, что моторная часть действительно работает на нескольких тысячах оборотов в минуту, но она рассчитана примерно на 60 оборотов в минуту.

Распространенным специализированным является стандартный сервопривод для хобби, который имеет некоторые дополнительные электронные биты, но в основном это мотор-редуктор. Проверьте любое место, где продаются двигатели для робототехники или излишней электроники, и вы увидите несколько различных мотор-редукторов на выбор.

Редукторные двигатели постоянного тока управляются так же, как и обычные двигатели постоянного тока, поэтому защитный кожух двигателя Arduino прекрасно с ними работает.

Крутящий момент типичного двигателя будет изменяться при его вращении в зависимости от положения двигателя в каждом «шаге» коммутатора. Этот изменяющийся момент затрудняет плавное вращение двигателя на очень медленных скоростях.

Обычным средством защиты является попадание на двигатель короткими импульсами тока, при этом каждый импульс достаточно длинный, чтобы двигать двигатель хотя бы на один шаг коммутатора. Чем длиннее пачки, тем более предсказуемым будет поведение двигателя, но тем более резким будет выходной сигнал. Обратите внимание, что есть два способа сделать это: (1) дайте двигателю свободно вращаться после каждого выброса тока; (2) динамическое торможение двигателя после каждого взрыва. Использование подхода № 1 обычно требует гораздо меньше энергии для достижения любой заданной скорости, но подход № 2 предлагает гораздо более точное управление скоростью. Обратите внимание, что при использовании подхода № 2 двигатель будет потреблять почти полный ток останова (и рассеивать свою полную мощность останова) в течение большей части времени, в течение которого он включен; если двигатель будет иметь ток останова 1 А и рабочий ток 100 мА, работа двигателя с рабочим циклом 1% будет безопасной,

Если ваша цель - заставить двигатель работать с регулируемой скоростью, равной примерно 1% от нормальной скорости, и если энергопотребление не является проблемой, подход № 2 может быть хорошим. Если механическая нагрузка постоянна, подход № 1 может быть хорошим. В противном случае вам может потребоваться некоторая обратная связь со скоростью двигателя.

Вообще говоря, потенциометр не будет хорошим выбором для управления скоростью двигателя постоянного тока, если только он не очень мал (например, потребляет несколько 100 мА), так как емкость должна быть рассчитана на ток, потребляемый двигателем. Кроме того, ограничивая ток, вы также снижаете мощность двигателя. Таким образом, на медленных скоростях, использующих механизм ограничения тока, вы обнаружите, что он может вызывать только небольшую долю крутящего момента, который он может на высоких скоростях.

Как указывалось выше, двигатели постоянного тока больше подходят для снижения скорости. Кроме того, вы можете создать свою собственную зубчатую цепь, но она вряд ли будет рентабельной. Dayton производит недорогие мотор-редукторы с напряжением 12 В постоянного тока всего за 0,6 об / мин (IIRC).

Затем, если вы хотите использовать номинальную скорость в качестве максимальной скорости, то ШИМ-регулятор скорости может быть весьма полезен. Хотя нет ничего плохого в защитном кожухе двигателя Adafruit для управления двигателем постоянного тока, я предпочитаю внешний регулятор скорости, такой как компактный драйвер L298 от Solarbotics для больших редукторных двигателей постоянного тока.

Ваш друг прав, что каждый двигатель будет иметь разные характеристики относительно самого низкого рабочего цикла ШИМ, на который он будет надежно реагировать. Похоже, что для большинства моих двигателей рабочий цикл ограничен 25-35%.

Да, еще один отличный способ управления скоростью на выходе - использование шагового двигателя. Это позволяет вам делать отдельные шаги, когда бы вы ни выбрали. В то время как сервопривод также позволяет вам выполнять отдельные шаги, менее дорогие, как правило, ограничены минимальными перемещениями в 1 градус и предназначены для максимально быстрого перемещения из текущей позиции в определенную позицию. Стандартный 200-ступенчатый шаговый двигатель с 8-кратным микрошаговым драйвером эффективно увеличит разрешение примерно в 4 раза и, следовательно, сделает более плавные, меньшие приращения.

Шаговый двигатель идеально подходит для того, что звучит так, как вы хотите. Типичным недостатком степпера является их медленная скорость. Однако, учитывая, что вы сказали, что хотите перейти от медленного к медленному, это будет работать

Существуют «цифровые двигатели BLDC», подобные тем, которые сделаны ThinGap, которые делают двигатель легким, небольшим, с отличным откликом при чрезвычайно низком крутящем моменте (медленном, высокомощном), а также на высоких скоростях (об / мин) без необходимости любая передача.

Кто-нибудь пытался контролировать скорость низковольтных двигателей постоянного тока, используя схему широтно-импульсного модулятора (ШИМ)? Вместо того чтобы регулировать скорость путем снижения напряжения (что убивает крутящий момент двигателя), ШИМ просто контролирует рабочий цикл используемого напряжения постоянного тока. Другими словами, полное напряжение постоянного тока подается на двигатель, но оно включается и выключается много раз в секунду. Ключевым моментом является то, что каждый раз, когда на двигатель подается напряжение, оно дает полный крутящий момент. В результате отсутствует вибрация или шум, типичные для двигателей, пытающихся преодолеть инерцию.

Малые ШИМ-схемы доступны по цене около $ 20,00, которые будут обрабатывать до 1,0 А при 12 В постоянного тока. Я использую его для управления железнодорожными двигателями модели HO. Это позволяет им ползти без звука.