Регулирование оборотов двигателя постоянного тока.

Регулирование оборотов двигателя постоянного тока может осуществляться изменением напряжения подаваемого на электродвигатель. Изменение этого напряжения можно осуществлять используя делитель с изменяемым коэффициентом деления но в мощных схемах это будет приводить к большим потерям энергии. Также для регулирования оборотов можно изменять ток протекающий по цепи с двигателем путём изменения сопротивления этой цепи что в свою очередь будет вызывать большие потери на элементе сопротивление которого изменяется для регулирования тока, особенно если регулирование будет осуществляться в широких пределах. Схемы построенные на ключевых элементах которые находятся либо в открытом либо в закрытом состояниях, как правило, имеют больший КПД. Если осуществлять питание двигателя прямоугольными импульсами напряжения, с частотой достаточно большой для того чтобы паузы между импульсами не вызывали заметного снижения скорости вращения ротора, то изменением скважности (отношения периода повторения к длительности импульса) можно изменять среднее значение напряжения подаваемого на двигатель и таким образом менять частоту вращения его ротора. В этом случае, в схеме питания электродвигателя, можно использовать ключевой элемент имеющий два состояния и способный, в процессе работы, быстро переходить из одного в другое. Для формирования управляющих прямоугольных импульсов может быть использован например мультивибратор или какое либо другое устройство. Изменение скважности импульсов при неизменном периоде их повторения для изменения среднего значения тока или напряжения на нагрузке называется
широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) (см. также регулирование оборотов двигателя постоянного тока 2). Если электродвигатель имеет обмотки возбуждения для создания неподвижного магнитного поля в котором вращается ротор то для регулирования частоты вращения ротора можно использовать ШИМ напряжения на этих обмотках. На рисунке 1 показана схема для регулирования оборотов маломощного электродвигателя.

Рисунок 1 - Схема регулирования оборотов маломощного электродвигателя постоянного тока

Схема не имеет гальванической развязки и потребляет энергию от двух источников один, напряжением 3В, для питания управляющей части схемы другой, напряжением 5В, для питания силовой части. В качестве управляющей части схемы используется мультивибратор рассмотренный в статье "мультивибратор на транзисторах КТ315А". В схеме на рисунке 1 длительность импульса задается изменением сопротивления резистора R3, длительность паузы задается изменением сопротивления резистора R2. В силовой части схемы используется транзисторный ключ рассмотренный в статье "электронный ключ на кт940". Электродвигатель RF-310T-11400 поставлен в цепь коллектора транзистора VT3 (так энергия не будет потребляться когда электродвигатель не работает). Конденсатор C3 поставлен для ослабления бросков напряжения на электродвигателе, он также сглаживает импульсы напряжения ШИМ.
Ниже представлена фотография собранной схемы:

Вращение ручек делителей приводило к изменению скорости вращения ротора двигателя. Если подключить двигатель напрямую к мультивибратору то ротор будет вращаться медленнее и изменение скорости вращения будет более заметным. В статье регулирование оборотов двигателя постоянного тока 2 приведена более простая схема регулировки оборотов подходящая и для более мощных электродвигателей.

Расчёт индуктивности однослойной катушки.

На рисунке 1 представлена однослойная катушка: имеющая круглое сечение, не имеющая сердечника (магнитная проницаемость равна единице), длинной l=0.01м, диаметром d=0.01м, числом витков w=3:

Рисунок 1 - Катушка

  Индуктивность - это коэффициент связывающий ток (силу тока) I протекающий по виткам катушки и её потокосцепление, математически это можно представить в виде формулы (1):

Из (1) можно выразить индуктивность:

Формула для расчёта потокосцепления катушки была выведена в статье "расчёт потокосцепления однослойной катушки", там же есть программа для его расчёта (программа использует равенство (3)).

В знаменателе формулы (3) длинна l.
Подставим (3) в (2) и получим формулу для расчёта индуктивности, для данного случая:

Так как сечение круглое и известен диаметр d то площадь можно найти по формуле:

Диаметр берется средний.
Подставим найденную площадь S; известные: число витков w, длину l, магнитную проницаемость материала сердечника, магнитную проницаемость вакуума в (4) и найдем индуктивность для нашего примера (рисунок 1):

Для расчёта индуктивности можно воспользоваться программой приведенной ниже:

Длинна l= м см мм
Число витков w=
Магнитная проницаемость материала сердечника=Гн/м
(Магнитная проницаемость материала сердечника=1 если его нет как в примере)
Площадь витков= м см мм ²

Индуктивность= Гн мГн мкГн нГн

Если программа не работает то скопируйте её html код в блокнот и сохраните в формате html. 
Если страница открыта в Internet Explorer то для работы программы может понадобиться "разрешить заблокированное содержимое".

Если число слоёв катушки не велико (несколько слоёв) а диаметр провода мал по отношению к её размерам то можно воспользоваться формулой (4) и получить приближенный результат. Необходимо учитывать что форма катушки может быть такой что результат расчёта её индуктивности по формуле (4) может быть очень неточным. 

Расчёт потокосцепления однослойной катушки.

Допустим имеется однослойная катушка индуктивности круглого сечения, длинной l=0.01м, диаметром d=0.01м, с числом витков w=3, по которой течет ток I=1А:

Рисунок 1 - Катушка индуктивности

Потокосцепление катушки можно найти по формуле:

Где Ф-поток проходящий через каждый виток катушки, его можно найти по формуле:

Где B-магнитная индукция катушки, S-средняя площадь каждого витка катушки. Пример расчёта B показан в статье "расчёт магнитной индукции катушки" там же есть программа её (индукции) расчёта.

Подставим (3) в (2) потом (2) в (1) и получим формулу для расчёта потокосцепления однослойной катушки:

Найдем площадь сечения катушки для нашего примера (катушка с круглым сечением):

Найдем потокосцепление для нашего примера:

Для расчёта потокосцепления можно воспользоваться программой:

Длинна l= м мм
Число витков w=
Сила тока I= А мА
Магнитная проницаемость материала сердечника=Гн/м
(Магнитная проницаемость материала сердечника=1 если его нет как в примере)
Площадь витков катушки=м²

Потокосцепление=Вб

Если программа не работает то скопируйте её html код в блокнот и сохраните в формате html.
js отключен

  

Мультивибратор на транзисторах КТ315А.

Мультивибратор схема которого показана на рисунке 1 представляет собой каскадное соединение транзисторных усилителей где выход первого каскада подключен ко входу второго через цепь содержащую конденсатор и выход второго каскада подключен ко входу первого через цепь содержащую конденсатор. Усилители мультивибратора представляют собой транзисторные ключи которые могут находиться в двух состояниях. Схема мультивибратора на рисунке 1 отличается от схемы триггера рассмотренного в статье "триггер на электронных транзисторных ключах". Тем что имеет в цепях обратной связи реактивные элементы поэтому схема может генерировать несинусоидальные колебания. Найти сопротивления резисторов R1 и R4 можно из соотношений 1 и 2:

Где I_КБО=0.5мкА - максимальный обратный ток коллектора транзистора кт315а, 

Iкmax=0.1А - максимальный ток коллектора транзистора кт315а, Uп=3В - напряжение питания. Выберем R1=R4=100Ом. Конденсаторы C1 и C2 выбираются в зависимости от того какая требуется частота колебаний мультивибратора.

Рисунок 1 - Мультивибратор на транзисторах КТ315А

Снимать напряжение можно между точками 2 и 3 или между точками 2 и 1. На графиках ниже показано как примерно будет меняться напряжение между точками 2 и 3 и между точками 2 и 1.

T - период колебаний, t1 - постоянная времени левого плеча мультивибратора, t2 -  постоянная времени правого плеча мультивибратора могут быть рассчитаны по формулам:

Задавать частоту и скважность импульсов генерируемых мультивибратором можно изменяя сопротивления подстроечных резисторов R2 и R3. Можно также заменить конденсаторы C1 и C2 переменными (или подстроечными) и изменяя их ёмкость задавать  частоту и скважность импульсов генерируемых мультивибратором, такой способ, даже, более предпочтителен, поэтому если есть подстроечные (или лучше переменные) конденсаторы то лучше их использовать, а на место переменных резисторов R2 и R3 поставить постоянные. На фотографии ниже показан собранный мультивибратор:

Для того чтобы убедиться в том что собранный мультивибратор работает к нему (между точками 2 и 3) был подключен пьезодинамик. После подачи питания на схему пьезодинамик начал трещать. Изменения сопротивлений подстроечных резисторов приводили либо к увеличению частоты звука издаваемого пьезодинамиком либо к её уменьшению или к тому что мультивибратор переставал генерировать.
Программа расчёта частоты, периода и постоянных времени, скважности импульсов снимаемых с мультивибратора:

R2= Ом кОм МОм
C1= Ф мкФ нФ пФ
R3= Ом кОм МОм
C2= Ф мкФ нФ пФ

t1= c мс мкс
t2= c мс мкс
Период T= c мс мкс
Частота F= Гц кГц МГц
Скважность S=(если снимать с точки 2)

Если программа не работает то скопируйте её html код в блокнот и сохраните в формате html.
Если используется браузер Internet Explorier и он блокирует работу программы, то необходимо разрешить заблокированное содержимое.

js отключен

Другие мультивибраторы:
симметричный мультивибратор на операционном усилителе,
несимметричный мультивибратор на операционном усилителе,
мультивибратор на микросхеме-таймере NE555 (LM555),
мультивибратор на элементах "не",
управляемый мультивибратор на элементах "и-не",
мультивибратор на реле.