Содержание
Шим контроллер двигателя постоянного тока BMD-20DIN ver2 . Регулятор оборотов двигателя постоянного тока
Заказать
Описание в PDF
Технические характеристики
| Напряжение питания, стабилизированнное, В | 12…24 |
| Максимальный ток фазы, А | 20 |
| Аппаратная защита от короткого замыкания, А | 30 |
| Ток срабатывания защиты от перегрузки, А | 0,1…20 |
| Диапазон регулирования скорости | 1 : 100 |
| Габаритные размеры, мм, не более | 120 х 100 х 23 |
Скачать паспорт .
pdfОписание .pdf 3D модель .step
Блок управления BMD‑20DIN ver.2 — это регулятор оборотов коллекторного двигателя постоянного тока. Блок управления BMD‑20DIN ver. 2 предназначен для управления коллекторным двигателем c напряжением питания до 30 В и мощностью до 500 Вт. Возможно управление скоростью коллекторного двигателя аналоговым сигналом 0…5В, −10…+10В, 4…20мА (токовая петля), ШИМ с частотой 50Гц, либо встроенным или внешним потенциометром. Разгон и торможение двигателя задаются внутренними регуляторами, входящими в конструкцию устройства.
Габаритные размеры блоков управления коллекторным двигателем постоянного тока BMD‑20DIN ver. 2
Крепление блока BMD-20DIN ver.2 осуществляется на DIN-рейку ТН-35-7,5 ГОСТ Р МЭК 60715-2003
Схема подключения блоков управления коллекторным двигателем постоянного тока BMD‑20DIN ver. 2
При больших токах рекомендуется располагать источник питания в непосредственной близости от блока и использовать обе линии как питающих, так и фазных клемм.
Режимы работы блока управления BMD‑20DIN ver. 2
Регулирование скорости встроенным потенциометром «SPEED»
При управлении скоростью коллекторного двигателя с использованием встроенного потенциометром «SPEED» дополнительных подключений не требуется. Крайнее положение регулятора оборотов по часовой стрелке соответствует максимальной скорости вращения коллекторного двигателя. Крайнее положение регулятора против часовой стрелки соответствует минимальной скорости.
Регулирование скорости внешним потенциометром
В случае регулирования оборотов двигателя с использованием внешнего потенциометра, максимальная скорость соответствует крайнему положению регулятора, при котором на вход «SPEED» поступает напряжение 5 В. Минимальная скорость вращения соответствует положению потенциометра, при котором на вход «SPEED» подаётся напряжение 0 В.
Рекомендуемое сопротивление внешнего потенциометра: 2,2…4,7 кОм.
Регулирование скорости аналоговым сигналом — напряжение 0…5 В
В случае управления коллекторным двигателем с использованием внешнего аналогового сигнала 0…5В, В случае управления коллекторным двигателем с использованием внешнего аналогового сигнала 0…5В, скорость вращения пропорциональна уровню напряжения на входе «SPEED». Максимальная скорость двигателя соответствует уровню сигнала 5 В, минимальная скорость —
0 В.
Регулирование скоростинапряжением внешнего сигнала -10…+10В
При управлении скоростью аналоговым сигналом — 10…+10В, минимальная скорость (остановка двигателя) соответствует уровню сигнала 0 В, максимальная скорость в прямом направлении соответствует уровню сигнала +10В. Максимальная частота вращения в реверсном направлении соответствует уровню сигнала — 10В.
Данный вид регулирования оборотов двигателя является стандартным для большинства промышленных систем управления.
Регулирование скорости аналоговым сигналом 4…20 мА
При управлении скоростью токовым сигналом
4…20 мА, максимальная частота оборотов коллекторного двигателя соответствует уровню сигнала 20 мА, минимальная частота — уровню 4 мА.
Регулирование скорости с использованием аналогового токового сигнала имеет ряд преимуществ, принципиально важных в промышленных системах: высокая помехозащищённость, точность передачи сигнала и независимость качества связи от длины линии.
Регулирование скорости скважностью внешнего сигнала ШИМ
Регулирование скорости вращения коллекторного двигателя может осуществляться сигналом ШИМ с частотой 50Гц. Минимальная скорость (остановка двигателя) соответствует длительности импульса 1540 мкс.
Максимальная скорость вращения в прямом направлении соответствует длительности импульса 544 мкс. Максимальная скорость вращения в реверсном направлении соответствует длительности импульса 2400 мкс.
Снятие характеристик шаговых двигателей. Зависимость крутящего момента от скорости вращения.
Применение блока управления BMD‑20DIN ver. 2 обеспечивает сохранение крутящего момента при значительном снижении скорости двигателя. На видео показана работа коллекторного двигателя постоянного тока на испытательном динамометрическом стенде НПО Электропривод. Лаболаторно измеренные значения крутящего момента двигателя не изменяются при понижении частоты вращения. Регулировка оборотов двигателя на стенде выполнялась в диапазоне 50–2000 об/мин.
С этим товаром покупают
LM18‑33016NA‑L
Индуктивные бесконтактные датчики
подробнее
Источники питания постоянного тока
подробнее
ОВЕН ПР200
Программируемые реле с дисплеем
подробнее
Связаться с нами
Хотите узнать дополнительную информацию о продукции — задайте вопрос.
Наш специалист свяжется с вами в ближайшее время.
ШИМ регулятор скорости двигателя постоянного тока
- Все статьи блога
- Радиолюбителю — конструктору
Регулировать скорость вращения небольших двигателей постоянного тока очень удобно посредством широтно-импульсной модуляции — ШИМ или PWM (pulse-width modulation). Предлагаемая схема управления очень проста и собрана всего на одном распространенном и дешевом чипе LM324. Эта микросхема содержит четыре одинаковых операционных усилителя в одном корпусе. Для реализации схемы ШИМ в общем случае необходим генератор напряжения треугольной формы и компаратор. два из четырех ОУ микросхемы LM324 работают в генераторе, третий ОУ включен как компаратор. Четвёртый ОУ не используется. Никто не мешает вам использовать в этой схеме три одиночных операционных усилителя общего применения, например TL071 или один сдвоенный и один одинарный ОУ, к примеру, TL072 + TL071. В этом случае размер устройства, конечно, будет больше, чем в случае использования одно счетверенного ОУ.
Генератор напряжения треугольной формы собран на ОУ N1 и N2 по известной схеме «интегратор-компаратор». На выходе компаратора на N2 (14) формируются прямоугольные импульсы частотой около 1.6 кГц, которые по цепи обратной связи подаются на инвертирующий вход (2) интегратора, собранного на ОУ N1 через резистор R1. С выхода интегратора (1) снимается сигнал треугольной формы с той же частотой 1.6 кГц. Треугольная волна поступает на неинвертирующий вход (5) компаратора, реализованного на ОУ N3. Одновременно на инвертирующий вход N3 поступает образцовое напряжение с движка потенциометра VR1, который входит в делитель напряжения R4, R5, VR1. При указанных номиналах делителя напряжения и напряжении питания ∓12В, образцовое напряжение может принимать значения от -6 до +6 вольт, в зависимости от угла поворота оси потенциометра VR1. Компаратор N3 сравнивает треугольный сигнал на выводе 5 N3 с образцовым напряжением на выводе 6. если напряжение на выводе 5 больше напряжения на выводе 6, то на выходе N3 (7) появится высокий уровень напряжения около +12В.
Когда напряжение на выводе 5 N3 станет меньше образцового на выводе 6, на выходе 7 N3 появится низкий уровень около -12В. Таким образом, при поступлении на вход 5 напряжения треугольной формы на выходе 7 будут формироваться прямоугольные импульсы с длительностью, зависящей от образцового напряжения на выводе 6 N3. Иными словами, мы сможем регулировать скважность прямоугольного сигнала на выходе N3, поворачивая движок потенциометра VR1.
Наглядно процесс показан на графике ниже. Зеленая линия — это образцовое напряжение. Прямоугольный сигнал синего цвета — это выходной сигнал компаратора.
ШИМ сигнал с выхода N3 подается га затвор MOSFET транзистора Т1. двигатель постоянного тока включен в цепь стока этого транзистора. Во время действия высокого уровня напряжения полевой транзистор открывается и подключает двигатель к источнику питания. Во время действия напряжения низкого уровня транзистор закрыт и мотор обесточен. Поскольку это происходит со сравнительно высокой частотой, средний ток, протекающий через мотор зависит от скважности (длительности) прямоугольных импульсов.
поступающих на затвор транзистора. Чем больше длительность импульса, тем больше будет средний ток, проходящий через двигатель и наоборот. таким образом происходит регулировка частоты вращения мотора.
Для работы схемы требуется двухполярный источник питания напряжением ∓12В. Схема может быть модифицированна для использования с двигателями постоянного тока, рассчитанными на напряжение от 6 до 24 вольт.м
circuit engineeringComparatorPWMкомпараторсхемотехникаШИМ
Что такое ШИМ-управление двигателем — 4QD
Что такое широтно-импульсная модуляция? как работает ШИМ-управление двигателем и как выглядит схема ШИМ? На этой странице мы подробно рассмотрим теорию и практику ШИМ-управления двигателем.
Принципы
Для управления скоростью постоянного тока. двигатель нам нужен переменного напряжения постоянного тока. источник питания. Однако, если вы возьмете 12-вольтовый двигатель и включите на него питание, двигатель начнет ускоряться: двигатели не реагируют сразу, поэтому для достижения полной скорости потребуется небольшое время.
Если мы отключим питание за некоторое время до того, как двигатель достигнет полной скорости, двигатель начнет замедляться. Если мы будем включать и выключать питание достаточно быстро, двигатель будет работать на некоторой скорости между нулевой и полной скоростью. Это именно то, что p.w.m. контроллер делает: он включает двигатель серией импульсов. Для управления скоростью двигателя он изменяет (модулирует) ширину импульсов — отсюда и широтно-импульсная модуляция.
В практическом низковольтном контроллере переключатель открывается и закрывается на частоте 20 кГц (20 тысяч раз в секунду). Это слишком быстро для бедного старого двигателя, чтобы даже понять, что он включается и выключается: он думает, что питается от чистого постоянного тока. Напряжение. Это также частота выше слышимого диапазона, поэтому любой шум, издаваемый двигателем, будет неслышен. Он также достаточно медленный, чтобы МОП-транзисторы могли легко переключаться на этой частоте. Однако двигатель имеет индуктивность. Индуктивность не любит изменений тока. Если двигатель потребляет какой-либо ток, то этот ток протекает через переключатель MOSFET, когда он включен, но куда он будет течь, когда MOSFET выключается? Читайте дальше и узнайте! Схема управления двигателем ШИМ Рассмотрим приведенную выше схему: на ней показаны приводной полевой МОП-транзистор и двигатель. Когда приводной МОП-транзистор проводит ток, ток течет от плюса батареи через двигатель и МОП-транзистор (стрелка A) и обратно к минусу батареи.
Когда MOSFET отключается, ток двигателя продолжает течь из-за индуктивности двигателя. К двигателю подключен второй полевой МОП-транзистор: МОП-транзисторы действуют как диоды для обратного тока, а это обратный ток через МОП-транзистор, поэтому он проводит. Вы можете использовать такой полевой МОП-транзистор (замкнуть его затвор на исток) или использовать силовой диод. Однако не так общеизвестный факт о полевых МОП-транзисторах заключается в том, что когда они включены, они проводят ток в любом направлении. Проводящий МОП-транзистор сопротивляется току в любом направлении, и проводящий мощный МОП-транзистор фактически падает меньше напряжения, чем диод с прямым смещением, поэтому МОП-транзистор требует меньшего отвода тепла и тратит меньше энергии батареи.
Из приведенного выше следует, что если приводной полевой МОП-транзистор включен в течение 50% рабочего цикла, напряжение двигателя составляет 50% от напряжения батареи, и, поскольку ток батареи протекает только при включенном МОП-транзисторе, ток батареи течет только в течение 50% времени, поэтому средний ток батареи составляет всего 50% от тока двигателя!
Главный конденсатор
Однако есть проблема: когда МОП-транзистор отключается, он не только прерывает ток двигателя, но и ток, протекающий от батареи.
Провода от батареи имеют индуктивность (как и батарея), поэтому, когда этот ток прерывается, эта индуктивность вызывает всплеск напряжения: в цепи основной конденсатор поглощает (большую часть) этого всплеска. Когда приводной МОП-транзистор снова включается, ток батареи просят быстро течь, чего он не может. Основной конденсатор подает ток в течение периода восстановления тока батареи. В контроллере, способном выдавать 120 ампер, этот конденсатор работает очень тяжело, и, если большой ток потребляется слишком долго (в зависимости от длины провода батареи), главный конденсатор может взорваться! Во время ранней разработки мы однажды использовали стандартные конденсаторы с проволочными наконечниками и расплавили провода конденсатора! Конденсаторы имеют медное покрытие 9Провода из стали 0017 , а в системах управления двигателями эти провода могут сильно нагреваться!
Из вышесказанного видно, что работа этого конденсатора сильно зависит от индуктивности контура проводов батареи.
Длинные провода будут иметь большую индуктивность. Скручивание проводов батареи снижает их индуктивность.
Сопротивление в выводах батареи будет иметь эффект, аналогичный индуктивности, поэтому эти провода должны быть толстыми.
Кроме того, некоторые люди хотят поставить амперметр на провода аккумуляторной батареи. Следует сопротивляться искушению: в частности, простые автомобильные амперметры обладают высокой индуктивностью.
Простые контроллеры (например, используемые для моторизованных сумок для гольфа) обычно обходятся без дорогостоящего главного конденсатора и полагаются на емкость батареи. Вам это может сойти с рук — наши ранние Eagle и Egret являются такими контроллерами. Однако необходимо краткое объяснение эффектов. Чтобы проиллюстрировать это, график напряжения батареи, который можно увидеть с помощью осциллографа, подключенного непосредственно к источнику питания батареи на клеммах контроллера. Масса прицела находится на отрицательной шине.
Сверху — вид «прицела» на положительный аккумулятор, внизу — на отрицательный полюс двигателя (который переключается контроллером).
Для наглядности формы сигнала были сильно подчищены: на практике на сигнале много «грязного» звона. Показан источник питания 12В.
Мы соединяем форму волны в точке, где нет тока батареи: выходная мощность двигателя высока, а ток рециркулирует в маховике. В точке A включается полевой МОП-транзистор контроллера, отводя ток двигателя от батареи. Но выводы батареи имеют индуктивность! Ток батареи не может начаться немедленно, поэтому выводы батареи падают на полные 12 В, а напряжение контроллера гаснет до тех пор, пока индуктивность выводов не сможет зарядиться, что и происходит в точке B. Время AB зависит от тока и индуктивности контура батареи и может быть значительную часть времени цикла!
Затем, в точке C, нижний MOSFET резко отключается, прерывая ток. Ток двигателя не проблема, он продолжает течь, а маховик должен убедиться, что это так! Но резко остановить ток батареи нельзя — поэтому он возражает в виде большого всплеска напряжения. Этот всплеск нарастает до тех пор, пока что-то не дает: в этом случае он достигает напряжения лавинного пробоя MOSFET, и MOSFET его зажимает.
Вы можете легко увидеть напряжение фиксации с плоской вершиной с помощью осциллографа. МОП-транзисторы рассчитаны на повторяющуюся энергию лавины, и вы должны быть уверены, что 1/2Li², хранящаяся в индуктивности контура батареи, значительно ниже безопасной повторяемой энергии лавины.
Проблема: рассчитать индуктивность контура батареи практически невозможно даже для инженера. Для игрока сделать это — ну, сложно. Таким образом, производитель просто поставляет контроллеры известному набору клиентов, которые используют их стандартными способами, и решает проблемы по мере их возникновения на эмпирической основе. Это всегда вопрос нетехнического заказчика, пытающегося получить что-то даром: нужен основной конденсатор. Для некоторых приложений вы действительно можете обойтись без! Но это определенно «сходит с рук»!
В контроллерах с главным конденсатором большинство (но не все) перебоев питания сглаживаются конденсатором. Тем не менее, вы увидите положительное превышение и звон, поскольку ток батареи прерывается.
ШИМ и нагрев двигателя
Популярная «бабушкина сказка» состоит в том, что ШИМ заставляет двигатель нагреваться больше, чем чистый постоянный ток. Как и большинство бабьих сказок, это происходит от частичной правды, взращенной непониманием. «Миф» возникает потому, что если частота равна слишком низкий , ток является прерывистым (или, по крайней мере, переменным в ШИМ-сигнале), потому что индуктивность двигателя не может должным образом поддерживать ток в течение периода выключения сигнала. Таким образом, ток двигателя будет импульсным, а не непрерывным. Средний ток будет определять крутящий момент, но нагрев будет интегралом от квадрата тока (нагрев пропорционален I²R) — «форм-фактор» тока будет больше единицы. Чем ниже частота, тем выше ток пульсаций и больше нагрев.
Итак, рассмотрим упрощенный случай, когда ток либо включен, либо выключен. Если ток течет, скажем, в течение 1/3 времени, и вам требуется крутящий момент от двигателя, эквивалентный крутящему моменту, заданному 1 ампером, то вам явно нужен средний ток 1 ампер.
Чтобы сделать это с рабочим циклом 33%, у вас должно быть 3 ампера (ток течет в течение 1/3 времени).
Теперь сила тока 3 ампера дает в 9 раз (в квадрате) больший эффект нагрева, чем 1 ампер.
Но если 3 ампера текут только 1/3 всего времени — значит нагрев двигателя 9раз за 1/3 времени — или в 3 раза больше, чем постоянный 1 ампер! Говорят, что этот сигнал имеет «форм-фактор» 3.
Однако, если частота повторения импульсов достаточно высока, индуктивность двигателя вызовет эффект маховика, и ток станет стабильным. Например, двигатель Линча имеет индуктивность всего 39 мкГн (это один из двигателей с самой низкой индуктивностью, которые я знаю) и сопротивление 0,016 Ом. «Постоянная времени» для цепи L-R равна L/R, что (для двигателя Линча) дает 2,4 мс. Для SEM DPM40P4 (1 кВт) индуктивность составляет 200 мкГн, а сопротивление 40 мОм, что дает постоянную времени 5 мс.
Согласно эмпирическому правилу и во избежание лишней математики период повторения импульсов должен быть значительно короче постоянной времени двигателя.
Другими факторами, влияющими на ЧПИ, являются:
Если он находится в звуковом диапазоне, двигатель может издавать вой (вызванный явлением, известным как «магнитострикция», поэтому держитесь выше звукового диапазона). из одного состояния в другое, поэтому частота не должна быть слишком высокой — полевые МОП-транзисторы можно использовать с осторожностью до 100 кГц, но это становится немного выше.0061 РЧ-излучение: оно увеличивается с увеличением частоты, поэтому держите частоту как можно ниже!
Очевидно, трудно выбрать «лучший» компромисс между ними, но оптимальная частота, по-видимому, составляет около 20 кГц.
Существует более подробная версия этой страницы вместе с большим количеством технических деталей на нашем дочернем сайте 4qdtec.com
Рекламная пауза…. приходите и посмотрите на наш полный ассортимент контроллеров!
Подробное описание ШИМ-контроллеров двигателей — документация FIRST Robotics Competition
Подсказка
WPILib имеет расширенную поддержку управления двигателем.
Существует ряд классов, представляющих различные типы контроллеров двигателей и сервоприводов. В настоящее время существует два класса контроллеров двигателей: контроллеры двигателей на основе ШИМ и контроллеры двигателей на основе CAN. WPILib также содержит составные классы (например, DifferentialDrive), которые позволяют вам управлять несколькими двигателями с помощью одного объекта. В этой статье будут подробно описаны контроллеры двигателей с ШИМ; Контроллеры CAN и составные классы будут рассмотрены в отдельных статьях.
ШИМ-контроллеры, краткая теория работы
Аббревиатура ШИМ расшифровывается как широтно-импульсная модуляция. Для контроллеров двигателей ШИМ может относиться как к входному сигналу, так и к методу, который контроллер использует для управления скоростью двигателя. Для управления скоростью двигателя контроллер должен изменять воспринимаемое входное напряжение двигателя. Для этого контроллер очень быстро включает и выключает полное входное напряжение, изменяя время его действия в зависимости от управляющего сигнала.
Из-за механических и электрических постоянных времени типов двигателей, используемых в FRC®, это быстрое переключение дает эффект, эквивалентный приложению фиксированного более низкого напряжения (переключение на 50% дает тот же эффект, что и приложение ~6 В).
ШИМ-сигнал, используемый контроллерами для ввода, немного отличается. Даже на границах диапазона сигнала (максимальное прямое или максимальное обратное) сигнал никогда не приближается к рабочему циклу 0% или 100%. Вместо этого контроллеры используют сигнал с периодом 5 мс или 10 мс и шириной импульса в средней точке 1,5 мс. Многие контроллеры используют типичную синхронизацию RC-контроллера для хобби от 1 мс до 2 мс.
Необработанные и масштабированные выходные значения
В общем, все классы контроллеров моторов в WPILib принимают масштабированное значение от -1,0 до 1,0 в качестве выходных данных для привода. Модуль ШИМ в FPGA на roboRIO способен генерировать сигналы ШИМ с периодами 5, 10 или 20 мс и может изменять ширину импульса на 2000 шагов по ~001 мс каждый вокруг средней точки (1000 шагов в каждом направлении вокруг средней точки).
). Необработанные значения, отправляемые в этот модуль, находятся в этом диапазоне 0-2000, где 0 является особым случаем, который удерживает сигнал на низком уровне (отключено). Класс для каждого контроллера мотора содержит информацию о типичных граничных значениях (минимум, максимум и каждая сторона зоны нечувствительности), а также типичную среднюю точку. Затем WPILib может использовать эти значения для сопоставления масштабированного значения с правильным диапазоном для контроллера мотора. Это позволяет коду беспрепятственно переключаться между различными типами контроллеров и абстрагироваться от деталей конкретной сигнализации.
Калибровка контроллеров моторов
Итак, если WPILib справляется со всем этим масштабированием, зачем вообще нужно калибровать контроллер мотора? Значения, которые WPILib использует для масштабирования, являются приблизительными и основаны на измерении количества выборок каждого типа контроллера. Из-за множества факторов время отдельного контроллера мотора может незначительно отличаться.