Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Всё об электрических исполнительных механизмах и системах управления ими.
Аватара пользователя
Автор темы
omich
Реальное имя: Олег
Откуда: Железнодорожный

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение omich » 11 май 2016, 10:17

Удивительно, но поиски по всему интернету на предмет реализации хоть кем-нибудь схемы на U211b приводят только на схемы с tda1085 и только упоминания, что можно и на U211b сделать не хуже, а также попадается разобранный инструмент, в котором схема построена именно на U211b и, сколько бы не искал, а искал еще со времен, когда переделал точило на U2010b, так больше и ни разу и не попалось ни одной разработки. Ну что же, приходится быть первопроходцем.

Как ранее упомянул, сначала я сделал управление точилом с коллекторным двигателем на U2010b, где обратная связь была по току и обороты поддерживались, хоть и значительно лучше заводской схемы, но все-таки довольно приблизительно, эта же схема на U211b позволяет поддерживать обороты при помощи таходатчика с очень большой точностью.

Схема:
1_cxema_U211b.jpg

Перечень деталей
C1 = 0,015µ х 630v Пленочный, аналог К73-17
C2 = 0,47µ 630v Пленочный, аналог К73-17
C3 = 4.7µ СМД 1206
C4 = 22n СМД 0805 или 1206
C5 = 100µ 35v Электролит
C6 = 2.2µ СМД 0805 или 1206
C7 = 6.8n СМД 1206
C8 = 0,68µ СМД 0805 или 1206
C9 = 0,022 СМД 0805 или 1206
C10 = 0,47µ СМД 1206
C11 = 0,1µ СМД 0805 или 1206
C12 = 47µ 25v Электролит

DD1 = U211b SOIC16

HS1 = A3144E - Датчик холла. Можно заменить на TLE4905L либо любым аналогичным, в том числе и добыть из компьютерных кулеров.
OP1 = ITR8307 - Оптический датчик, применяется в соотвествующей схеме.

R1 = 1.1k 0,25 Вт
R2 = 100 2 Вт
R3 = подбирается по току по формуле в схеме, возможно изготовить из проволоки
R4 = 10 2 Вт
R5 = 1M 0,25 Вт
R6 = 220k 0,25 Вт
R7 = 470k 0,25 Вт
R8 = 1M Подстроечный тип 3296 или любой подходящий по размеру
R9 = 510 СМД 0805 или 1206
R10 = 1М Подстроечный тип 3296 или любой подходящий по размеру
R11 = 82k СМД 1206
R12 = 820k СМД 0805 или 1206
R13 = 2,2k СМД 0805 или 1206
R14 = 10k СМД 0805 или 1206
R15 = 100k Переменный резистор, подбирать чисто под вашу конструкцию.
R16 = "Set speed min" Я установил перемычку, но так можно ставить СМД 0805 или 1206
R17 = "Set speed max" Я установил перемычку, но так можно ставить СМД 0805 или 1206

VD1 = HER108 можно заменить на любые 1А 1000в
VD2 = HER108 можно заменить на любые 1А 1000в
VD3 = BZV85C15 стабилистрон на 15 вольт

VS1 = BTA16-600 симистор. Если нужно управлять очень мощным двигателем, то можно поставить и BTA41-800 на радиаторе.
Свернуть

Дополнение от 27.06.2016: Сделана доработка схемы на оптический датчик вместо холла.

Моя схема несколько отличается от даташитовской. На схеме нумерация деталей своя, так мне проще было рисовать печатную плату, но в скобках сохранил нумерацию из даташита, т.к. если кому захочется почитать про работу схемы в оригинале из даташита, то будет легко разобраться. Так же в скобках у микросхемы соответствуют выводы для корпуса DIP18, который только такой приводится в описании, а у меня SOIC16.
Схему я сначала собрал по даташиту, но для питания датчика холла потребовался более большой ток и резистор по питанию пришлось уменьшать вдвое, из-за чего получилась батарея из четырех 2-х Вт резисторов по 36 кОм, что в сумме дало 9 кОм. Не понравилось, что эта конструкция довольно сильно грелась, а в условиях закрытого корпуса это совсем нехорошо. Пришлось вспомнить физику и рассчитать вместо резисторов конденсатор. Формула C = 1 /(2πƒXc), где емкость в фарадах т.е. C=1/(2*3.14*50)/9000*1000000=0.35 мкф. Я взял конденсатор чуть побольше, 0,47мкф х 630в, чтобы ток был с запасом, т.к. 9 кОм из резисторов было на пределе. Холл оказался довольно прожорливым и потреблял либо 6, либо 27 mA в зависимости от переключения. Ну а чтобы микросхеме не поплохело от слишком большого тока, когда холл потребляет 6 mA, а микросхема сама всего около 3 mA, то ограничил питание стабилитроном на 15 вольт, чтобы не микросхема это делала, а он. Микросхема ограничивала на уровне 16 вольт, так что теперь вместо нее работает стабилитрон. Формулу расчета привел, чтобы если понадобится переделать под свой тип датчика, то можно было ток легко пересчитать.
На счет примения других датчиков, так это делается запросто, можно применить хоть оптический(в даташите есть пример с резистивным питанием, но никто не мешает переделать как у меня на конденсторное), так и тахогенератор на катушке индуктивности. Самое главное, что микросхеме на входе нужна частота в любом виде, хоть синусоида, хоть импульсы - микросхема все-равно внутри преобразует любой сигнал на уровне 100 mv с гистерезисом в 50 mv(для помехозащищенности). Сама же микросхема ограничит уровень входного сигнала до 8 вольт, так что можно подавать сигнал с тахогенератора через резистор. Просто в отличии от TDA1085, где при превышении уровня у микросхемы "сносит крышу", то тут она будет работать нормально.

Также была подстава по даташиту с конденсатором C11(C5 по даташиту). В даташите его нарисовали 1n и у меня вначале ни как не хотел работать преобразователь частота/напряжение. Оказалось, что для моего магнита 4S и 4N, т.е. четыре смены полюсов за оборот, соответственно, 4 импульса с датчика холла, это была катастрофически маленькая емкость. В итоге, удалось подобрать ее гораздо большей в 0,1 мкф и линейность преобразования стала как раз такой, как нужна. Так что при применении датчиков с другим количеством импульсов за оборот, линейность преобразования "частота/напряжение" подбирается именно этим конденсатором.
ЗЫ. Этот конденсатор, действительно, оказался довольно важный для настройки схемы. У форумчанина oyoy получилось нормально настроить схему при емкости 875 Пф.

Для наглядности работы схемы снял небольшое видео:

http://www.youtube.com/embed/xgm6vuGGDBk
Плата изначально была разведена под резисторы в питании, но прямо на ней же удалось переделать на новую конденсаторную схему.

В видео я комментировал субтитрами на счет очень мягкой характеристики двигателя, так вот на своей плате вообще перемкнул перемычкой резистор R3(R8 по даташиту). Поскольку, этот двигатель очень маломощный, то он легко "проглатывает" даже полную остановку и большой разницы между рабочими токами и током остановленного двигателя нет, поэтому срабатывание защиты только мешает. Ну а защита, насколько я понял, пока ее не отключил, работает следующим образом: При достижении на токоизмерительном резисторе порогового напряжения, схема сбрасывает напряжение на двигателе до какого-то уровня и "поглядывает" за частотой вращения и как только обороты начинают набираться в сторону установленных переменным резистором, то начинается плавный старт, как и при первоначальном пуске.

Кого заинтересовало управление коллекторного двигателя на U211b с таходатчиком или тахогенератором и захочет повторить конструкцию, то выкладываю печатную плату в формате Sprint-Layout 6.0.
В архиве с печатными платами наряду с U2010b добавил как вариант с резисторами, так и с конденсаторным питанием, но рекомендую делать конденсаторную, работает она замечательно.
Появился еще вариант печатной платы для корпуса DIP18 от форумчанина oyoy.

Ну и немного фоток:
Добываем магниты для датчика из сломанного HDD(подобные водятся и с кулерах и CD приводах и еще много где еще):

2_u211b_magnit.jpg
3_u211b_tochilo.jpg
4_u211b_magnit.jpg


Устанавливаем на вал двигателя:
4_u211b_magnit.jpg

Пока еще окончательно не решил как закрыть магнитную систему от железных опилок. Гайку с одной стороны сделал круглой и шлифанул до зеркала, чтобы потом закрыть отверстие чем-нибудь типа фетровой шторки.

Тут еще вариант схемы с резисторами:
5_u211b_plataResistor.jpg

А это уже переделка на схему с конденсатором:
6_u211b_platatopCondens.jpg

Обратная сторона медали платы:
7_u211b_platabottomCondens.jpg

Временное "крепление" датчика холла:
8_u211b_tochilo.jpg

ЗЫ. В эти майские выходные немного токарил и очень оценил постоянные обороты при правке резцов на алмазной чашке.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
alex.573
Реальное имя: Алексей Геннадьевич С.
Откуда: Н.Новгород

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение alex.573 » 11 май 2016, 20:06

Магнитную систему унутре мотора бы спрятать , идеально. Но там места мало, по опыту. Коробочку какую либо, и вал удлинить на выcoту коробочки,, с одной cтороны

Аватара пользователя
Автор темы
omich
Реальное имя: Олег
Откуда: Железнодорожный

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение omich » 11 май 2016, 21:09

Не, у моего двигателя не проблема по длине вала, там места вполне хватает. Там же еще гибкий вал предусмотрен и не хочется терять функцию гравера у этого точила, для этого и гайку шлифовал. Я просто до конца не решил еще как мне закрыть магнитную систему, т.к. это точило использую довольно активно для правки резцов, да и вообще по хозяйству. Внутри двигателя тоже есть место между крыльчаткой охлаждения и корпусом. Да и датчик можно не только холла использовать, а любой, который способен адекватно выдавать N-ое количество импульсов за оборот(и даже одного импульса будет достаточно).

Аватара пользователя
T-Duke

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение T-Duke » 12 май 2016, 09:12

Да, микросхема позволяет получить изящное решение, по сравнению с регулируемыми выпрямителями, собранными на рассыпухе.

Ну и просто на заметку. Режим стабилизации оборотов, можно получить вовсе без таходатчика, используя ПОС по потребляемому току. Так сделано во всех китайских регулируемых выпрямителях для станков. Работает прекрасно, единственное, при замене двигателя придется подстроить величину ПОС.
Technology is insignificant comparing to the power of the Force.

Аватара пользователя
Автор темы
omich
Реальное имя: Олег
Откуда: Железнодорожный

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение omich » 12 май 2016, 09:48

Так на U2010b оно и работает довольно неплохо с обратной связью по току, но на U211b получилось значительно лучше. А был бы моторчик по мощнее, то упирался бы значительно сильнее в поддержании оборотов. Думаю, теперь народ и ее будет использовать, а не только tda1085, поскольку, для нее уже давно была разработана плата. После того, как я опубликовал плату на U2010b и описал как с ней работать, народ стал массово повторять схему, внедряя во все, что только можно, и в болгарки и в шлифовалки и во фрезеры... Знаю просто, т.к. много человек обращались за консультациями.
А с U211b была беда, именно, что довольно сложная разводка платы из-за запутанных связей в схеме между деталями. В промышленных платах им легко сделать переходы между слоями металлизацией, а в наших любительских условиях это жутко не технологично. Как назло, вообще не попалось ни одной разработанной печатной платы, т.е. такое впечатление, что народ обходил стороной U211b именно из-за отсутствия платы. Я сам целую неделю ее трассировал, но удалось таки сделать ее в один слой, пусть и с применением обычных резисторов, чтобы обойти дорожки, но в итоге ее победил. Мне самому очень понравилось как работает схема, не зря потратил столько времени на разработку платы.

Аватара пользователя
T-Duke

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение T-Duke » 12 май 2016, 10:41

Ну разумеется что результат прекрасный. Спору нет. А по платам да знакомо. Пока делал сам тоже приходилось разводить по максимуму в одном слое все, чтобы минимизировать переходные перемычки. Но платы у меня сложнее резко. Трассы в одном слое при большом числе соединений слишком некомпактны. Пришлось плюнуть и заказывать на заводе. Любое дело - заводская плата с маской и шелкографией. А для себя в одном экземпляре конечно же так удобнее.

По двигателю. Да если поставить двиг с меньшим сопротивлением обмотки, то он будет жестче держать обороты. Сюда хорошо пойдут болгарины разные. Они неплохо разгоняются по оборотам и вообще хорошо подходят для разных поделок вроде заточных, сверлилок и прочей станочной живности.

В этом решении я считаю наличие датчика оборотов некоторым недостатком. Нужно заморачиваться с датчиком. Решение на основе отрицательного сопротивления (ПОС по потребляемому току) все таки лучше и надежнее. Но это вопрос вкуса, кому что нравится. В общем зачетная разработка :good2:
Technology is insignificant comparing to the power of the Force.

Аватара пользователя
Автор темы
omich
Реальное имя: Олег
Откуда: Железнодорожный

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение omich » 12 май 2016, 12:50

Да, с доработкой моторов датчиками могут возникать сложности, но ведь и датчик можно абсолютно любой приспособить. Вот у меня дома валяется оптическая мышка, а глядя на фотку ротора от такого же точила, мне видится, что тем датчиком из мышки можно получить отраженный сигнал от крыльчатки с той противоположной стороны(там плоская поверхность), если нанести полоски краской.
rotor.jpg
(фото не мое, но от точно такого же точила)

Просто в ту же болгарку магнитный датчик сильно не приспособить, ввиду, огромных оборотов ротора и необходимости точной балансировки, да и с местом могут быть проблемы, а вот крыльчатка, либо другие части на роторе, могут быть вполне доступны для нанесения меток.
В общем, в выходные по-изучаю этот вопрос. :)
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
е_Вячеслав
Откуда: Москва

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение е_Вячеслав » 12 май 2016, 23:50

omich писал(а):Источник цитаты Вот у меня дома валяется оптическая мышка
Можно и не курочить мышку http://www.farnell.com/datasheets/1519859.pdf

Аватара пользователя
Автор темы
omich
Реальное имя: Олег
Откуда: Железнодорожный

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение omich » 13 май 2016, 03:48

Почитал в интернете про устройство оптических мышек. Печально, но не подойдет. Поищем датчик, как подсказал Вячеслав. Спасибо.

Аватара пользователя
Автор темы
omich
Реальное имя: Олег
Откуда: Железнодорожный

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение omich » 13 май 2016, 09:22

Ну, в общем, заказал на алиэкспрессе и Ebay разных датчиков работающих на отражение: ITR8307, TCRT5000L, RPR220. Думаю, хоть какой-нибудь подойдет. У ITR8307 вообще в даташите нарисовано, что он на черно-белые полосы обязан срабатывать. Так что с экспериментами придется пока повременить, пока не придут, ну а пока точило будет с временно прикрепленным холлом работать.


Вернуться в «Электропривод»