Шим регулятор для лодочного электромотора своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Управление двигателем постоянного тока проще всего организовать с помощью ШИМ - регулятора. ШИМ - это широтно-импульсная модуляция, в английском языке это называется PWM — Pulse Width Modulation. Теорию я подробно объяснять не буду, информации полно в интернете. Своими словами - если у нас есть двигатель постоянного тока на 12 вольт - то мы можем регулировать обороты двигателя изменяя напряжение питания. Изменяя напряжение питания от нуля до 12 вольт будут изменятся обороты двигателя от нуля до максимальных. В случае с ШИМ-регулятором мы будем изменять скважность импульсов от 0 до 100 % и это будет эквивалентно изменению напряжения питания двигателя и соответственно будут изменятся обороты двигателя.

Рассмотрим первый ШИМ-регулятор на 5 ампер. Есть такая самая любимая микросхема всех радиолюбителей - это таймер NE555 ( или советский аналог КР1006ВИ). Вот на этой микросхеме и собран ШИМ-регулятор. Кроме таймера здесь я использую стабилизатор на 9 вольт LM7809 , мощный полевой транзистор с N-каналом IRF540, сдвоенный диод Шоттки, а также другие мелкие детали. Схема по которой собран этот регулятор всем известна и очень популярна.

В более мощном исполнении я применяю просто параллельное включение нескольких полевых транзисторов IRF540 и более мощный сдвоенный диод Шоттки. В остальном всё аналогично.

Подключение ШИМ-регулятора очень простое. Вы видите 4 клеммы - две клеммы для подачи питания и , и две клеммы для подключения мотора и .
Сделал ещё ШИМ-регулятор с защитой по току. Для этих целей использовал распространенный операционный усилитель LM358 и два оптрона PC817. При превышении тока, который мы задаём подстроечником R12, срабатывает триггер-защёлка на операционнике DA3.1, оптронах DA4 и DA5 и блокируется генерация импульсов по 5 ноге таймера NE555. Чтобы снова запустить генерацию нужно кратковременно снять питание со схемы с помощью кнопки S1.

ШИМ-регуляторы все работоспособны , проверил их работу с помощью двигателя от шуруповёрта.
Снял видео -

139 комментариев:

Частота ШИМа около 40 КГц?

Честно говоря уже точно не помню, в районе 10 - 15 кГц

мска слаба . если кто частоту повышает и уберает свист .то пт 2шт непотянетнужна раскачка пред выход то можно тогда снимать и токи большие для электро велло .

Накидал на макетке схему 1, питание 12,5В, подключил 12В моторчик от шуруповёрта.
1. Обороты изменяются, НО на любых оборотах можно остановить двигатель рукой. Что не так?
2. На низких оборотах свистит, а именно низкие, до 300 нужны. Как убрать свист?
3. При 12,5В питании и 12В моторчике могу ибойтись без стабилизатора?

1. Не хватает мощности блока питания скорей всего.
2. Да, свистит. Как убрать не знаю, но можно попытаться частоту менять конденсатором С1.
3. Можно

Можно подавать на вход любое напряжение или только 12 вольт?

В приведённых схемах напряжение можно подавать до 25-30 вольт, это напряжение ограничено максимально допустимым входным для стабилизатора 7809.

Добрый день! Ссылки на печатные платы у вас не работают.

Проверил - вроде всё работает.

Я конечно извиняюсь но не одна ссылка не открывается.Я уже отключил все расширения и антивирусник.

Все открылось в другом браузере.

Что бы убрать свист нужно конденсатор c1 поставить на 220 pf (проверено на собранной схеме)

здравствуйте, а для двигателя на 48вольт что можете посоветовать?

В общем , схема такая-же. Только надо правильно запитать схему управления на NE555, а также взять подходящие по току и напряжению полевой транзистор и диод.

Здравствуйте! Собрал схему на 5 ампер. Все регулируется и есть легкий свист как у вас. Скажите, пожалуйста, должно ли меняться напряжение на выходе (на клеммах двигателя) при регулировке или нет?

Конечно, будет меняться. Если измерять тестером на постоянке - то напряжение на двигателе будет изменятся от нуля до напряжения питания. Примерно

Спасибо! Очень признателен! Отличный сайт!

Здравствуйте! скажите на схеме между диодом d1 и переменным резистором стоит резистор 1к на печатке же его нет! Это сделано специально?

Да, вы внимательны, но это не принципиально - в сторону максимума убрано ограничение.

здравствуйте не подскажете что может быть собрал схему на 5 ампер подключил в нагрузку мощный кулер но он работает не стабильно, начинает набирать обороты и сбрасывает и снова набирает и сбасывает и так работает с цикличностью

Наверно не хватает мощности блоку питания - чем запитываете кулер?

Все разобрался! Объясню может кому пригодится! Запитывал мощный кулер с током потребления 3,5 А, кулер 4-х пиновый, порыскал по форумам оказалось что для управления такими кулерами не хватает только двух проводов питания нужен управляющий провод (синий)! Подключил так, плюс и минус от блока питания а синий провод питается от стока IRF540

Где купить готовый ШИМ на шуруповёрт

Спасибо а он точно при низких оборотах не потеряет тягу?

Нужен такой как на видео.

можно в китае заказать
могу дать ссылку

На печатной плате, между 1 и 8 ножкой стоит конденсатор. На схеме его нет. На фото ШИМ 5 А, он четко виден. Скажите пожалуйста номинал этого конденсатора. Про R2 уже прочитал в комментариях.

Это не принципиально - дополнительно 0.1 мкф по питанию микросхемы.

здравствуйте необходимо инвертировать управление по плюсу,помогите со схемой.

Не схеме нет, а на плате есть резистор со входа + на вход стабилизатора. Для чего? Номинал?

Это просто перемычка - 0 ом

Первую схемку накидал на макетке год назад - работала, правда свистела.

Сегодня протравил Вашу, спаял - не работает. Двигатель от шуруповёрта дёргается, но не крутится. На выходе БП 12В напряжение в такт дёрганью мотора просаживается до 0.
Подключил вместо моторчика лампу 12В 21 Вт - при любом (кроме одного крайнего) положении переменника лампочка ритмично два раза раскаляет нить до красна (но не светится), затем, на третий такт, вспыхивает и горит ярко. Регулировка не работает.
БП китайский 12В 5А тянет автолампу 12В 55А. Пробовал заменить его на 14В АКБ от шуруповёрта - там уж ТОЧНО ток порядочный - тоже самое. Провода между БП, ШИМ и двигателем 2,5мм2 10 см. Переменник припаян на проводах 5 см.

Конденсатор С1 поставил 220 pf.

Добавлю - речь про 5А схему.

Эта схема проверена и много раз. Посмотрите осциллографом что у вас на 3 выходе NE555. Должны быть чёткие прямоугольные импульсы и скважность должна изменяться когда мы крутим переменный резистор. Может быть кондёр С1 маловат, попробуйте запаять больше - 1000 пФ
И какая у вас частота ШИМ получается?

Заработала. Оказалась неисправной микросхема из магазина. Бывает.

Большое спасибо Максим Тишкову за совет по изменению конденсатора - теперь не свистит.

. то ли я в лыжи обутый то ли схема так себе .

Мне для работы нужна лабораторная мешалка, компактная, мешать от 100 мл до 3 литров. 99 % времени обороты 250 об/мин. Вытравил плату, спаял. БП - с Али 12В 5А. Мотор - от шуруповёрта на 12В, магазин "Радио".
На таких оборотах вращение НЕРАВНОМЕРНОЕ, мешалка время от времени останавливается (а я должен быть уверен, что она мешает, пока я другими делами занят. ). ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ от ЛЁГКОГО прикосновения пальца к валу.

МОИ ИЗМЕНЕНИЯ в схеме:
1. Чтобы увеличение оборотов мотора происходило при вращении переменника ПО часовой стрелке, поменял местами крайние провода переменника.
2. Чтобы ограничить максимальную частоту вращения, на одну из крайних ножек повесил сопротивление 70кОм*3=210кОм
3. Чтобы не свистела при работе - С1 - 220 пФ.

ВОПРОСЫ:
1. Почему нестабильное вращение на малых оборотах?
2. Почему вращение останавливается "силой мысли"?

ЗЫ Заказал на Али ШИМ за 180 рублей. Посылка уже в Москве, посмотрю как он держит МАЛЫЕ обороты.

ЗЫЫ Мой старенький осцил после 5 лет в гараже приказал долго жить :( Посмотреть импульсы нечем :(

Т.е. мне бы регулировку 0-1000 об/мин с нелинейной зависимостью (переменник В?)

Чтобы держали стабильно малые обороты при изменяющейся нагрузке нужна обратная связь по оборотам. Как вариант - контроллер ( например Ардуино) - выход ШИМ - обратная связь от таходатчика ( например датчик Холла ) - программа которая поддерживает обороты двигателя. Силовая часть стандартная.

Неверно выразился-получил бесполезный совет. Сам виноват.

Наливаю воду в стакан, опускаю мешалку, выставляю на глаз 250 об/мин. Мешалка вращается, обороты, на глаз, стабильны, всё в порядке. Нагрузка НЕИЗМЕННАЯ - вода!
Затем, НЕ периодично (от нескольких десятков секунд до нескольких минут) ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ.

Как В ЭТОЙ схеме обеспечить:
1. Стабильную работу на оборотах от 150?
2. Ограничить максимальные 1000-15000?

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока проще всего организовать с помощью ШИМ регулятора. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, в английском языке это называется PWM — Pulse Width Modulation. Теорию я подробно объяснять не буду, информации полно в интернете.

ШИМ регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока рассчитанного на напряжение 12 В

Своими словами — если у нас есть двигатель постоянного тока на 12 вольт — то мы можем регулировать обороты двигателя изменяя напряжение питания. Изменяя напряжение питания от нуля до 12 вольт будут изменятся обороты двигателя от нуля до максимальных. В случае с ШИМ регулятором мы будем изменять скважность импульсов от 0 до 100% и это будет эквивалентно изменению напряжения питания двигателя и соответственно будут изменятся обороты двигателя.

Рассмотрим первый ШИМ регулятор на 5 ампер. Есть такая самая любимая микросхема всех радиолюбителей — это таймер NE555 ( или советский аналог КР1006ВИ). Вот на этой микросхеме и собран ШИМ регулятор. Кроме таймера здесь я использую стабилизатор на 9 вольт LM7809, мощный полевой транзистор с N-каналом IRF540, сдвоенный диод Шоттки, а также другие мелкие детали. Схема по которой собран этот регулятор всем известна и очень популярна.

Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 5A

Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 10A

Подключение ШИМ регулятора очень простое. Вы видите 4 клеммы — две клеммы для подачи питания (+) и (-), и две клеммы для подключения мотора (M+) и (M-).

Сделал еще ШИМ регулятор с защитой по току. Для этих целей использовал распространенный операционный усилитель LM358 и два оптрона PC817. При превышении тока, который мы задаем подстроечником R12, срабатывает триггер-защелка на операционнике DA3.1, оптронах DA4 и DA5 и блокируется генерация импульсов по 5 ноге таймера NE555. Чтобы снова запустить генерацию нужно кратковременно снять питание со схемы с помощью кнопки S1.

Печатку этой платы можно скачать — ШИМ 10А с защитой

ШИМ регуляторы все работоспособны, проверил их работу с помощью двигателя от шуруповерта.

Очередное электронное устройство широкого применения.
Представляет собой мощный ШИМ (PWM) регулятор с плавным ручным управлением. Работает на постоянном напряжении 10-50V (лучше не выходить за диапазон 12-40V) и подходит для регулирования мощности различных потребителей (лампы, светодиоды, двигатели, нагреватели) с максимальным током потребления 40А.

Прислали в стандартном мягком конверте

Корпус скрепляется на защёлках, которые легко ломаются, поэтому вскрывать аккуратно.

Внутри плата и снятая ручка регулятора

Печатная плата — двусторонний стеклотекстолит, пайка и монтаж аккуратные. Подключение через мощный клеммник.

Вентиляционные прорези в корпусе малоэффективны, т.к. почти полностью перекрываются печатной платой.

В собранном виде выглядит примерно так

Реальные размеры чуть больше заявленных: 123x55x40мм

Принципиальная электрическая схема устройства

Заявленная частота ШИМ 12kHz. Реальная частота изменяется в диапазоне 12-13kHz при регулировании выходной мощности.
При необходимости, частоту работы ШИМ можно уменьшить, подпаяв нужный конденсатор параллельно С5 (исходная ёмкость 1nF). Увеличивать частоту нежелательно, т.к. увеличатся коммутационные потери.
Переменный резистор имеет встроенный выключатель в крайнем левом положении, позволяющий отключать устройство. Также на плате расположен красный светодиод, горящий в рабочем состоянии регулятора.
С микросхемы ШИМ контроллера маркировка зачем-то старательно затёрта, хотя нетрудно догадаться, что стоит аналог NE555 :)
Диапазон регулирования близок к заявленным 5-100%
Элемент CW1 похож на стабилизатор тока в корпусе диода, но точно не уверен…
Как и на большинстве регуляторов мощности, регулирование осуществляется по минусовому проводнику. Защита от КЗ отсутствует.
На мосфетах и диодной сборке маркировка изначально отсутствует, они стоят на индивидуальных радиаторах с термопастой.
Регулятор может работать на индуктивную нагрузку, т.к. на выходе стоит сборка защитных диодов Шоттки, подавляющая ЭДС самоиндукции.
Проверка током 20А показала, что радиаторы греются незначительно и могут вытянуть больше, предположительно до 30А. Измеренное суммарное сопротивление открытых каналов полевиков всего 0,002 Ом (падает 0,04В на токе 20А).
Если снизить частоту ШИМ, вытянут все заявленные 40А. Жаль проверить не смогу…

Сегодня разберёмся что такое ШИМ и с чем его едят, а также как сделать контроллер в домашних условиях.

Что такое ШИМ?

ШИМ (широтно-импульсная модуляция, англ. pulse—width modulation (PWM)) — это способ управления мощностью путём импульсной подачи питания. Мощность меняется в зависимости от длительности подаваемых импульсов.

ШИМ в современной электронике применяется повсеместно, для регулировки яркости подсветки вашего смартфона, скорости вращения кулера в компьютере, для управления моторами квадрокоптера или гироскутера. Cписок можно продолжать бесконечно.

В любительской электронике ШИМ контроллеры часто используются для управления яркостью светодиодных лент и для управления мощными двигателями постоянного тока.

Принцип работы ШИМ

В отличии от линейных систем, где мощность регулируется путём снижения электрических параметров (тока или напряжения), при использовании ШИМ мощность, передаваемая потребителю, регулируется временем импульсов, что существенно повышает эффективность работы контроллера. В аналоговых системах остаточная мощность рассеивалась в виде тепла, здесь же при снижении потребления остаточная мощность просто не используется.

Основная характеристика ШИМ – СКВАЖНОСТЬ (процент заполнения) – процентное соотношение длительности импульсов к периоду. На рисунке ниже изображено 5 степеней скважности прямоугольного ШИМ сигнала:

Скважность ШИМ

ПЕРИОД — это время за которое происходит полный цикл колебания сигнала. Измеряется в секундах. Он линейно зависит от частоты сигнала и рассчитывается по формуле:

f(частота) = 1/ T(перод)

Частота ШИМ – это количество периодов (или если хотите, циклов колебаний) в единицу времени. Частота измеряется в Герцах (Гц), 1 Гц это одно колебание в 1 секунду.

Если сигнал делает 100 колебаний в секунду, значит частота равняется 100 Гц. Чем выше частота тем меньше период.

Откуда берётся ШИМ

Вариант 1 — аналоговый

ШИМ сигнал создаётся специально сконструированными устройствами – генераторами ШИМ сигнала или генераторами прямоугольных импульсов. Они могут быть собраны как на аналоговой базе, так и на основе микроконтроллеров, как в виде схемы из нескольких транзисторов, так и в виде интегральной микросхемы.

Самый простой вариант это микросхема NE555, собирается всё по схеме:

Схема ШИМ генератора на NE555

Но если лень разбираться и паять, то китайцы за нас всё уже давно сделали.

ШИМ генератор на NE555

Стоит $0,5, работает стабильно при питании от 5 до 16 вольт. Выдаёт ШИМ сигнал амплитудой в 5 вольт, скважность можно менять подстроечным резистором (вон та синяя штуковина с вырезом под отвертку). При желании можно заменить подстроечный резистор на переменный и получим удобную ручку регулировки.

Вариант 2 – цифровой

Более сложный для новичка – использование микроконтроллера, но вместе с тем более интересный и дающий широкие возможности. Звучит страшно, но самом деле реализуется довольно просто.

В качестве микроконтроллера удобнее всего взять отладочную плату ардуино.

Как с ней работать написано вот здесь. Подключаем ардуинку к компьютеру и заливаем в неё вот такой наисложнейший код:

Далее цепляемся осциллографом к пину D3 и видим:

ШИМ скважность 30%

Сигнал частотой (Freq) -526 Гц, амплитудой (Vmax)- 5 вольт и скважностью (duty) – 30.9 %.

Меняем скважность в коде — меняется и скважность на выходе. Добавляем датчик температуры или освещённости, прописываем зависимость скважности на выходе от показаний датчиков и — готова регулировка с обратной связью.

Как подключить к нагрузке

Напрямую генератор ШИМ сигнала к нагрузке подключать не следует, потому как он слаботочный и скорее все сразу же сгорит. Для того, чтобы управлять нагрузкой необходим ключ на мосфет-транзисторе. Берём N-канальный мосфет-транзистор IRF3205 и собираем всё по схеме:

Ардуино ШИМ на IRF3205

Резистор R1 нужен для защиты пина ардуинки от выгорания, а резистор R2 для того, чтобы транзистор полностью закрывался, когда ардуина не даёт выходного сигнала.

Как видно ничего сложного. Четыре элемента и ШИМ-контроллер готов. Он уже может управлять одноцветной светодиодной лентой или каким-нибудь моторчиком.

Если нужна трехцветная лента или больше лент (делаем многоканальный ШИМ), просто добавляем ключи на пины D3, D5, D6, D9, D10, D11 (только на них работает ШИМ). Итого, Ардуина способна управлять мощностью 6-ти устройств одновременно.

IRF3205 способен выдерживать токи до 70 Ампер при напряжении до 55 Вольт, таких характеристик вполне достаточно для решения большинства бытовых задач.

Если нужно управлять плюсовым контактом

В таком случае нам понадобится другой мосфет- транзистор — P-канальный. Схема аналогична, только подтягивающий резистор подключен к плюсу.

Также нужно будет инвертировать сигнал на выходе ардуино, ведь при подаче 5 вольт транзистор будет закрываться, а при 0 — открываться, значит шим скважностью в 30% выдаст 70% мощность на выходе схемы.

ШИМ на irf4905, питание5 v

Стоит оговориться такая схема будет работать только при питании не выше 5 вольт, так как для полного закрытия P-канального транзистора необходимо подтянуть его затвор к плюсу питания, а ардуина способна выдавать на цифровой пин только 5 вольт. Значит, при питании хотя бы чуть-чуть выше напряжения выдаваемого на цифровой пин транзистор будет не полностью закрываться при верхней части импульса ШИМ и БУДЕТ СИЛЬНО ГРЕТЬСЯ. Полностью отключить нагрузку он тоже не сможет.

Ардуино, управление ШИМ по плюсовому проводу IRF4905

Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты

В качестве примера приведу схему ШИМ контроллера для RGB светодиодной ленты на ардуино. В ней используется трёхканальный ШИМ для управления тремя цветами ленты. Ниже будет ссылка на готовое устройство, собранное на этой схеме управления.

ШИМ контроллер RGB ленты на ардуино

Соединяется всё вот так:

В схеме я добавил ещё кнопку, она нам поможет в будущем переключать цвета и регулировать яркость.

Вот простой код, позволяющий засветить ленту различными цветами. Чтобы изменить цвет подставьте цифры в значения для R, G и B из комментария ниже.

Читайте также: