مدولاسیون عرض پالس (PWM) و کنترل موتور DC

راه های مختلفی برای کنترل سرعت موتور DC وجود دارد اما یک روش بسیار ساده و آسان، استفاده از PWM یا مدولاسیون عرض پالس می باشد. اما قبل از شروع بررسی مدولاسیون عرض پالس باید با نحوه کار موتورهای DC اشنا شویم.

موتورهاي DC
يکي از اولين موتورهاي دوار، (اگر نگوييم اولين نمونه موتور الکتریکی دوار) توسط ميشل فارادي در سال ۱۸۲۱ ساخته شده بود و شامل يک سيم آويخته شده آزاد که در يک ظرف جيوه غوطه ور بود، مي شد. يک آهنرباي دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود، وقتي که جرياني از سيم عبور مي کرد، سيم حول آهنربا به گردش در مي آمد و نشان مي داد که جريان منجر به افزايش يک ميدان مغناطيسي دايرهاي اطراف سيم مي شود.

سرعت موتور DC به مجموعه اي از ولتاژ و جريان عبوري از سيم پيچهاي موتور و بار موتور يا گشتاور ترمزي، بستگي دارد. سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جريان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغير يا عبور جريان و با استفاده از تپ ها (نوعي کليد تغيير دهنده وضعيت سيم پيچ) در سيم پيچي موتور يا با داشتن يک منبع ولتاژ متغير، کنترل مي شود. بدليل اينکه اين نوع از موتور مي تواند در سرعتهاي پايين گشتاوري زياد ايجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهاي ترکشن (کششي) نظير لکوموتيوها استفاده مي کنند. اما به هرحال در طراحي کلاسيک محدوديتهاي متعددي وجود دارد که بسياري از اين محدوديت ها ناشي از نياز به جاروبک هايي براي اتصال به کموتاتور است.
سايش جاروبک ها و کموتاتور، ايجاد اصطکاک مي کند و هرچه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبک ها مي بايست محکم تر فشار داده شوند تا اتصال خوبي را برقرار کنند. نه تنها اين اصطکاک منجر به سر و صداي موتور مي شود بلکه اين امر يک محدوديت بالاتري را روي سرعت ايجاد مي کند و به اين معني است که جاروبک ها نهايتاً از بين رفته نياز به تعويض پيدا مي کنند.
اتصال ناقص الکتريکي نيز توليد نويز الکتريکي در مدار متصل مي کند. اين مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بيرون آن از بين مي روند، با قرار دادن آهنرباهاي دائم در داخل و سيم پيچ ها در بيرون به يک طراحي بدون جاروبک مي رسيم.
منبع: وبسایت روبوفا

روش های راه اندازی موتورهای DC
به صورت خیلی ساده برای راه اندازی یه موتور DC شما نیاز دارین تا یک ولتاژ مثبت و منفی به دو سر سیم پیچ موتور اعمال کنید. حالا در صورتی که بخواهیم جهت گردش موتور تغییر کند باید اتصال تغذیه به موتور را معکوس کنیم و به این صورت با تغییر قطب های تغذیه، دوران موتور نیر معکوس می شود.

در ساده ترین حالت برای کنترل سرعت یک موتور DC می توان ولتاژ اعمالی به موتور با با یک پتانسیومتر تغییر داد.(دقت شود این مورد صرفا جهت اموزش بوده و کاربرد عملی نخواهد داشت.) اما این کار مشکلاتی خواهد داشت:
۱- جریان قابل تحمل پتانسیومتر نمی تواند زیاد باشد و عملا در موتورهای خیلی کوچک می توان از این روش استفاده کرد.
۲- با کم کردن ولتاژ قدرت موتور به نسبت حالت معمول خیلی کمتر خواهد شد.
۳- اتلاف مقدار زیادی انرژی بر روی مقاومت

راه اندازی موتور DC با استفاده از PWM
مدولاسیون عرض پالس یا PWM تکنیکی هستش که در ان شما با کنترل نسبت زمان روشن بودن سیگنال به زمان خاموش بودن ان می توانید مقدار خروجی را اعم از ولتاژ، جریان یا سایر مشخصات کنترل کنید.

برای کنترل موتور از طریق موج PWM ما نیاز به مداری داریم تا از طریق اون بتونیم موج رو تولید و کنترل کنیم.
مداری که در اینجا معرفی میشه یک مدار عالی با استفاده از تراشه NE555 می باشد.

توضیحات مدار
دیود D3 به عنوان دبود هرزگرد استفاده شده است و همچنین دیود D1 برای ایجاد کنترل عرض پالس بین ۰ تا ۵۰ درصد قرار داده شده است و در صورت نبودن این دیود عملا دیوتی سایکل از ۵۰ تا ۱۰۰ درصد قابل تغییر است. در نتیجه این دیود نقش بای پس راخوهد داشت.

با اتصال دیود D1 بین پایه تحریک و پایه تخلیه ، خازن زمانبندی تنها به وسیله RA شارژ می شود زیرا RB به شکل موثری توسط دیود اتصال کوتاه شده است . اما در زمان تخلیه ، خازن از طریق R2 تخلیه خواهد شد.

می توانیم یک دیود دیگر (D2) را نیز برای اطمینان از این که در زمان شارژ خازن RB کاملا از مدار خارج شده است به صورت سری به RB متصل کنیم. با این کار در طول زمان شارژ ، D2 یه شکل بایاس معکوس (Reverse Bias) در مدار عمل می کند و جلوی جاری شدن هر نوع جریان از طریق RB را خواهد گرفت.

حالا که با استفاده از دیود، در طول فرآیند شارژ R2 را حذف کرده ایم. معادلات ما هم تا حدودی ساده تر می شود. حالا زمان مورد نیاز برای شارژ برابر است با ۰٫۶۹۳(RA x C) . توجه داشته باشید زمان تخلیه تغییری نکرده است پس می توانیم بگوییم دورکاری برابر است با D = RA/(RA + RB) . حالا برای داشتن دوره کاری زیر ۵۰ درصد کافی است مقاومت RA از RB کم تر باشد!

منبع: ساختنی