Motore elettrico molto lento

Un cliente ha chiesto:

Voglio rallentare un piccolo motore DC di dimensioni hobby per un intervallo variabile utente che va da lento a zero RPM. Vorrei semplicemente usare una verruca a muro per un alimentatore e un potenziometro per impostare la velocità, ma il carico sul motore potrebbe cambiare leggermente. Sebbene la resistenza sul motore sia molto bassa, se tale resistenza cambia, mi piacerebbe che la velocità del motore rimanesse abbastanza stabile nonostante ciò.

Un paio di persone mi hanno detto di utilizzare un controller PWM per questo scopo perché un PWM ha un intervallo compreso tra 0 e 100%. Naturalmente questo non è in RPM. Un'altra persona ha detto che il motore potrebbe non rallentare correttamente perché la valutazione hertz sul PWM potrebbe essere troppo elevata per consentire questo o perché gli impulsi potrebbero non avere una quantità adeguata di forza per eccitare il motore abbastanza da spostarlo quando il motore la velocità è impostata vicino allo zero.

Ho pensato di utilizzare un motore passo-passo, quindi ho cercato un kit Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield per Arduino - v1.0 ma non so quasi nulla di queste cose, quindi non so se sarebbe la cosa giusta.

Voglio girare una manopola per variare la velocità di un motore da alcune parti di un RPM fino a una velocità "lenta" ... diciamo 60 RPM? ...può essere?

Oh ... anche relativamente economico e semplice da installare sarebbe fantastico!

qualche idea?

I motori CC non funzionano bene a bassi regimi. Si bloccano e hanno una coppia orribile. (cioè non riescono a girare molto) Quindi le persone hanno creato motoriduttori: motori con ingranaggi integrati. Il risultato sembra un motore leggermente più voluminoso, ma con bassi regimi e coppia elevata. Se dovessi smontare un motoriduttore in moto, vedresti che la parte del motore funziona effettivamente a diverse migliaia di RPM, ma è ridotta a qualcosa come 60 RPM max.

Un comune specialista è il servo hobby standard, che ha alcuni bit elettronici aggiuntivi ma è fondamentalmente un motoriduttore. Dai un'occhiata a qualsiasi posto che vende motori per robotica o elettronica in eccesso e vedrai diversi motoriduttori tra cui scegliere.

I motoriduttori DC sono controllati proprio come i normali motori DC, quindi uno scudo per motori Arduino funziona perfettamente con loro.

La coppia di un motore tipico varierà durante la rotazione, in base alla posizione del motore all'interno di ciascun "gradino" del commutatore. Questa coppia variabile rende molto difficile girare un motore senza problemi a velocità molto basse.

Un rimedio comune è quello di colpire il motore con brevi scariche di corrente, in cui ogni scoppio è abbastanza lungo da muovere il motore di almeno un passo del commutatore. Più lunghe sono le esplosioni, più prevedibile sarà il comportamento del motore, ma più "a scatti" sarà l'output. Si noti che ci sono due modi per farlo: (1) Lasciare il motore a ruota libera dopo ogni scoppio di corrente; (2) frenare dinamicamente il motore dopo ogni scoppio. L'uso dell'approccio n. 1 richiede in genere molta meno energia per raggiungere una determinata velocità, ma l'approccio n. 2 offre un controllo molto più preciso della velocità. Si noti che quando si utilizza l'approccio n. 2, il motore assorbirà quasi tutta la sua corrente di stallo (e dissiperà la sua potenza di stallo totale) per la maggior parte del tempo in cui è acceso; se un motore avesse una corrente di stallo di 1 amp e una corrente di funzionamento di 100 mA, far funzionare il motore con un ciclo di lavoro dell'1% sarebbe sicuro,

Se il tuo obiettivo è far funzionare il motore a una velocità ben controllabile che è circa l'1% della velocità normale e se il consumo di energia non è un problema, l'approccio # 2 potrebbe essere buono. Se il caricamento meccanico è coerente, l'approccio n. 1 potrebbe essere buono. In caso contrario, potrebbe essere necessario un feedback sulla velocità del motore.

In generale, un potenziometro non sarà una buona scelta per controllare la velocità di un motore a corrente continua, a meno che non sia molto piccolo (si pensi ad un assorbimento di qualche 100 mA) poiché il piatto deve essere valutato per la corrente assorbita dal motore. Inoltre, quando limiti la corrente, stai anche assorbendo energia dal motore. Quindi, a basse velocità utilizzando un meccanismo di limitazione della corrente, scoprirai che può suscitare solo una piccola frazione della coppia che può ad alte velocità.

I motoriduttori DC, come sottolineato, sono più appropriati per ridurre la velocità. In alternativa, puoi modellare la tua catena di ingranaggi, ma non è probabile che sia conveniente. Dayton offre una gamma economica di motoriduttori a 12V CC che vanno a 0,6 giri / min (IIRC).

Quindi, se si desidera utilizzare la velocità nominale come velocità massima, un controller di velocità PWM può essere abbastanza utile. Sebbene non ci sia nulla di sbagliato nello scudo del motore adafruit per il controllo del motore DC, preferisco un controller di velocità esterno, come il driver compatto L298 di Solarbotics per motoriduttori DC più grandi.

Il tuo amico ha ragione, ogni motore avrà caratteristiche diverse per quanto riguarda il ciclo di lavoro PWM più basso a cui risponderà in modo affidabile. Per la maggior parte dei miei motori, sembra limitare circa il 25-35% del ciclo di lavoro.

Sì, un altro modo eccellente per controllare la velocità di uscita è utilizzare uno stepper. Ti consente di compiere passi discreti ovunque tu scelga. Mentre un servo consente anche di compiere passi discreti, quelli meno costosi tendono ad essere limitati ai movimenti minimi di 1 grado e sono progettati per spostarsi il più rapidamente possibile dalla posizione corrente alla posizione definita. Un motore passo-passo standard a 200 passi, con un driver per microstepping 8x, ti darà effettivamente circa 4 volte la risoluzione e quindi la possibilità di fare incrementi più fluidi e più piccoli.

Il motore passo-passo sarebbe perfetto per quello che sembra che tu voglia fare. Lo svantaggio tipico di uno stepper è la sua bassa velocità. Considerando tuttavia che hai detto che vuoi andare da lento a lento, funzionerebbe

Esistono "motori BLDC digitali" come quelli realizzati da ThinGap che rendono un motore leggero, piccolo e con un'eccellente risposta a una coppia estremamente bassa (bassa, alta potenza) e ad alta velocità (RPM) senza la necessità di qualsiasi marcia.

Qualcuno ha provato a controllare la velocità dei motori CC a bassa tensione utilizzando un circuito PWM (pulse width modulator)? Invece di controllare la velocità riducendo la tensione (che uccide la coppia del motore), il PWM controlla semplicemente il ciclo di lavoro della tensione CC utilizzata. In altre parole, al motore viene applicata la piena tensione CC, ma viene accesa e spenta più volte al secondo. Il punto chiave è che ogni volta che la tensione viene applicata al motore, offre una coppia piena. Di conseguenza, non vi sono vibrazioni o rumori tipici dei motori che cercano di superare l'inerzia.

Sono disponibili piccoli circuiti PWM per circa $ 20,00 che gestiranno fino a 1,0 A a 12 V CC. Lo uso per controllare i motori ferroviari del modello HO gage. Permette loro di strisciare senza emettere suoni.