Коллекторный двигатель arduino: Купить Коллекторный двигатель 3-6V Arduino/ESP/Raspberry Pi (Доставка РФ,СНГ)

BLDC_SHIELD_TLE9879 — Infineon Technologies

Обзор

Драйвер двигателя Shield управляет трехфазными электродвигателями с различными функциями

BLDC Shield для Arduino с TLE9879QXA40 предназначен для управления двигателями BLDC в сочетании с базовой платой, совместимой с Arduino. Shield оснащен несколькими алгоритмами управления двигателем (бездатчиковый FOC, обратная ЭДС, блочная коммутация на основе датчика Холла) и управляется с базовой платы через SPI. Кроме того, он имеет штырьковую планку 3×2 для простого соединения штырей Холла электродвигателя. Это также позволяет пользователю легко изменять параметры двигателя алгоритмов управления двигателем. Весь набор параметров также может быть сохранен и загружен из флэш-памяти Shield или записан и прочитан из Arduino. Кроме того, Shield имеет светодиод RGB, которым может управлять пользователь. Наконец, для нашего Arduino Shield рекомендуются двигатели NANOTEC DB42S03 и Trinamic QBL4208-41-04-006.

Наращиваемый активный щит BLDC Shield может использоваться в широком спектре приложений, таких как 3D-принтеры, многоосевые фрезерные станки с ЧПУ, манипуляторы строительных роботов, мультикоптеры и другие приложения RC, боковые зеркала, закрылки HVAC, правая регулировка, стеклоочиститель и управление сиденьем.

Обзор характеристик

  • Микросхема TLE9879QXA40
  • Драйвер трехфазного двигателя
  • Реализованы алгоритмы управления двигателем
    • FOC, BEMF, зал
  • Управляется через Arduino через SPI
  • Совместимость с Arduino Uno
  • Одновременно можно использовать до четырех щитов
  • Каждый щит может управляться независимо
  • Параметры двигателя могут быть установлены для каждого щита отдельно

Преимущества

  • Простой в использовании API, позволяющий пользователю быстро настроить приложение
  • Высокопроизводительное управление двигателем BLDC в виде чипа TLE987x

 

Параметры

Документы

Заказ

Поддержка дизайна

Видео

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Партнеры

Обучение

Добро пожаловать в нашу новую серию обучающих курсов «Автомобильное управление двигателем — понятно». Эта серия предназначена для всех, кто имеет какое-то отношение к электродвигателям и управлению двигателем в автомобилестроении или хочет получить первый обзор. Кроме того, темы, затронутые в рамках обучения, адаптированы для вспомогательных устройств, таких как насосы и вентиляторы.

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Делиться

Упаковка

Поддержка

Контакт

Управление скоростью и направлением малых щеточных двигателей постоянного тока

Небольшие щеточные двигатели постоянного тока все еще широко используются, от электрических сидений в автомобилях до электроинструментов, поэтому, несмотря на то, что бесщеточные двигатели кажутся будущим, все же стоит понять, как эта технология интегрирована в электронные схемы. Здесь мы рассмотрим ШИМ, Н-мосты и некоторые высокоинтегрированные микросхемы управления двигателем.

Небольшие щеточные двигатели постоянного тока все еще широко используются, от электрических сидений в автомобилях до электроинструментов, поэтому, хотя будущее за бесщеточными двигателями, все же стоит понять, как эта технология интегрируется в электронные схемы. Здесь мы рассмотрим ШИМ, Н-мосты и некоторые высокоинтегрированные микросхемы управления двигателем.

Регулирование скорости и направления малых щеточных двигателей постоянного тока

Легко подумать, что приложения, требующие электрических двигателей, давно перешли на более эффективные бесщеточные альтернативы. Но коллекторные двигатели постоянного тока остаются важнейшим компонентом в широком диапазоне применений, от автомобильной и бытовой техники до электроинструментов и игрушек. По данным Data Bridge, в 2021 году рынок таких двигателей оценивался более чем в 10 миллиардов долларов, и ожидается, что к 2029 году он продолжит расти до более чем 17 миллиардов долларов (долларов США). . Таким образом, по-прежнему важно хорошо понимать эту традиционную электродвигательную технологию.

Продукты нижнего сегмента рынка щеточных двигателей постоянного тока обычно называются двигателями с дробной мощностью (FHP). Они состоят из банки, внутри которой установлены два постоянных магнита (ПМ). В оставшийся зазор помещается ротор с его якорем и коллектором. Торцевая крышка обеспечивает поддержку ротора и электрическое соединение с коллектором через две щетки. Настоящая красота таких двигателей с постоянными магнитами заключается в простоте их питания. Просто подайте напряжение постоянного тока, и двигатель заработает со скоростью вращения, линейной к приложенному напряжению.

Компоненты двигателя постоянного тока малой мощности. Коммутатор очищен до
см. на валу ротора по обмоткам якоря. (Источник: ShutterStock/Pixel Enforcer)

Преимущества и проблемы при использовании коллекторных двигателей постоянного тока

Подача питания и наблюдение за движением ротора показывают наше первое ключевое преимущество коллекторных двигателей постоянного тока перед бесщеточными версиями — простоту управления. Реле, переключатель или полевой МОП-транзистор — это все, что требуется для запуска двигателя. Это существенная разница по сравнению с бесщеточными двигателями постоянного тока, которые требуют значительного количества схем управления и пространства для реализации коммутации.

Коллекторные двигатели также хорошо изучены. После десятилетий использования в различных приложениях потенциальные электрические и механические режимы отказа хорошо известны. Кроме того, полупроводниковая промышленность разработала широкий спектр микросхем с высокой степенью интеграции, предназначенных для этих двигателей, со встроенной защитой и контролем.

Несмотря на простоту питания и управления, коллекторные двигатели постоянного тока создают различные проблемы для инженеров-проектировщиков. Первый из них — срок службы, связанный с щетками. Со временем щетки изнашиваются, и в какой-то момент требуется их замена. Разработчики обычно учитывают это в своих требованиях к дизайну. Например, электрически регулируемые сиденья и электрические двери в транспортных средствах по-прежнему используют щеточные двигатели. Поскольку двигатели используются лишь изредка в течение всего срока службы автомобиля, щетки, вероятно, переживут всех владельцев.

Arduino вместе с полевым МОП-транзистором соответствующего размера может включить двигатель
и выключать и даже контролировать его скорость.

Решение проблемы рассеивания тепла и шума двигателя постоянного тока

Отвод тепла — еще одна ключевая проблема. Поскольку тепло генерируется внутри двигателя в обмотках вокруг ротора (якоря), корпус двигателя обычно нуждается в вентиляционных прорезях и зависит от вращения якоря для перемещения воздуха по его поверхности. Большие нагрузки на низких скоростях могут довести двигатель до предела.

В некоторых приложениях, таких как электрически регулируемый стол, пользователю рекомендуется включить двигатели только на несколько минут, прежде чем дать им остыть. Ограничение использования — один из действенных методов решения таких тепловых проблем, если это ограничение не серьезно мешает использованию приложения.

Наконец, необходимо контролировать шум, как электрический, так и звуковой. Длинные провода двигателя могут индуцировать токи в близлежащих кабелях и дорожках печатной платы (PCB), которые нарушают работу других цепей или вызывают шумы в измерительных сигналах. Чтобы свести к минимуму проблемы, делайте провода как можно короче и размещайте небольшие конденсаторы емкостью 0,1 мкФ между клеммами двигателя и от клемм двигателя к корпусу двигателя.

Ферритовые кольца на кабелях или подавители переходных процессов также могут быть рассмотрены. Моторы также вибрируют и дребезжат, поэтому для борьбы со слышимым шумом может потребоваться звукопоглощающий материал и тщательная оценка крепления двигателя. Однако это должно быть сбалансировано со способностью рассеивать тепло, поэтому вам также необходимо обеспечить достаточный поток воздуха.

Управление скоростью с помощью широтно-импульсной модуляции

В большинстве приложений также необходимо контролировать скорость двигателя. В то время как большая часть задач двигателя может требовать только простых движений, таких как перемещение сиденья вперед и назад или подъем и опускание стола, превосходное ощущение достигается за счет медленного ускорения до полной скорости при запуске и постепенного снижения скорости при остановке. Это реализуется с помощью выхода с широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.

Частота таких сигналов обычно фиксирована, а ширина импульса может варьироваться от 0% до 100% периода сигнала. С помощью осциллографа отчетливо видны отдельные импульсы. Однако при проверке вольтметром измеряется только среднее значение напряжения питания (например, при 25% при питании 12 В будет измерено 3 В).

При регулировке ширины импульса напряжение на клеммах двигателя изменяется от 0 В до напряжения питания.

Есть несколько вещей, которые следует учитывать при настройке ШИМ. Во-первых, это частота работы. Использование сигналов, слышимых человеком, таких как 1 кГц, может привести к раздражающему воющему звуку, поскольку ширина импульса увеличивается. Это вызвано вибрацией обмоток в магнитном поле и может усугубляться ослабленным креплением ротора, которое допускает движение в более дешевых двигателях FHP. Таким образом, при возникновении такой проблемы стоит попробовать разные рабочие частоты.

Следующей задачей является запуск двигателя с места. Якорю требуется достаточно электроэнергии, чтобы преодолеть начальный крутящий момент, чтобы начать движение. Однако после движения ротор может вращаться с шириной импульса ниже этого уровня. Использование редуктора или переменной нагрузки на ротор также может изменить эти значения длительности импульса в начальной и минимальной точках вращения. Это означает, что при написании управляющего кода вам может потребоваться запустить двигатель, например, с шириной импульса 10 %, быстро возвращаясь, скажем, к 4 % после того, как ротор начнет двигаться, чтобы достичь минимальной скорости.

Изменение направления вращения коллекторного двигателя постоянного тока

Для управления скоростью требуется полевой МОП-транзистор для быстрого включения и отключения питания двигателя. Однако это позволяет двигателю вращаться только в одном направлении. Поддержка двунаправленной работы требует использования H-моста. Как следует из названия, схема выглядит как буква «H», с полевыми МОП-транзисторами, используемыми в вертикальных полосах, и двигателем, расположенным между ними в положении горизонтальной полосы.

Классическая схема Н-моста, состоящая из четырех полевых МОП-транзисторов, с двигателем, закрепленным на стержне буквы «Н».

Диагональные пары полевых МОП-транзисторов используются для вращения двигателя в ту или иную сторону. Скорость двигателя также можно изменять с помощью этой схемы, подавая ШИМ-сигнал либо на нижний, либо на верхний полевой МОП-транзистор. Выбор верхних или нижних МОП-транзисторов не имеет отношения к управлению двигателем. Однако, если в вашей конструкции есть другие схемы, такие как резистор и АЦП для измерения тока двигателя, вы можете захотеть переключить противоположную сторону, чтобы свести к минимуму шум в ваших измерениях. В конечном счете, тестирование — лучший способ определить оптимальное решение.

Еще одна возможность H-моста — реализация электрического тормоза. При включении пары полевых МОП-транзисторов на нижней стороне клеммы двигателя замыкаются друг на друга. Обратная ЭДС, создаваемая все еще вращающимся ротором, приводит к возникновению противодействующего крутящего момента, который быстро замедляет ротор.

Цепь защиты цепи H-моста

Одна потенциальная проблема со схемой H-моста заключается в том, что если одновременно включить полевой МОП-транзистор верхнего и нижнего плеча, произойдет короткое замыкание, что приведет к катастрофическому отказу. Чтобы избежать этого, имеет смысл использовать один из множества доступных драйверов коллекторных двигателей постоянного тока. Такие устройства предотвращают короткие замыкания и дополнительно обеспечивают защиту от перегрева, открытой нагрузки и пониженного напряжения, а также обратную связь с микроконтроллером через интерфейс GPIO или SPI.

Почти каждый поставщик полупроводников предлагает такие решения, например, NCV7721 от OnSemi или TC78H660FNG от Toshiba.

ИС драйвера двигателя

, такие как TC78H660FNG от Toshiba, включают H-мост вместе с защитой
.
механизмы. (Источник: Toshiba Electronics Europe GmbH)

Также доступны специальные устройства, предназначенные для автомобилей, известные как системные базовые микросхемы (SBC), объединяющие приемопередатчики CAN и LIN и регуляторы с малым падением напряжения (LDO) для питания микроконтроллера. Одним из примеров является линейка MOTIX от Infineon, такая как TLE9.561QX, который поддерживает до двух коллекторных двигателей постоянного тока в конфигурации Н-моста, но требует от разработчика выбора соответствующих N-канальных полевых МОП-транзисторов в соответствии с двигателем и применением.

Системные базовые микросхемы (SBC)

, такие как линейка MOTIX от Infineon, также включают шину CAN
.
приемопередатчик и регулятор с малым падением напряжения наряду со схемой управления щеточным двигателем постоянного тока.
Для этих конкретных устройств требуются внешние МОП-транзисторы. (Источник: Infineon AG) Высокая степень интеграции

обеспечивает простое управление коллекторными двигателями постоянного тока

Управление щеточными двигателями постоянного тока никогда не было таким простым благодаря ряду высокоинтегрированных микросхем, доступных от поставщиков полупроводников. В некоторых даже интегрированы мощные МОП-транзисторы, внутренняя логика гарантирует, что H-мост не может быть случайно помещен в короткое замыкание. Дополнительные функции, такие как обнаружение перегрева, перегрузки по току и обрыва цепи, предоставляют разработчикам множество отзывов о состоянии как H-моста, так и двигателя, которые могут использоваться для предоставления диагностических выходных данных пользователям. Потратить время на изучение этой хорошо зарекомендовавшей себя технологии по-прежнему имеет смысл, несмотря на быстрое внедрение бесщеточных технологий, поскольку коллекторные двигатели постоянного тока еще долгие годы будут находить применение в бытовой технике, игрушках и автомобилях.