Sehr langsamer Elektromotor

Ein Kunde hat gefragt:

Ich möchte einen kleinen Gleichstrommotor in Hobbygröße auf einen Benutzervariablenbereich verlangsamen, der von langsam bis null U / min reicht. Ich würde einfach eine Wandwarze als Stromversorgung und ein Potentiometer verwenden, um die Geschwindigkeit einzustellen, aber die Belastung des Motors könnte sich geringfügig ändern. Obwohl der Luftwiderstand des Motors sehr gering sein wird, möchte ich, dass die Drehzahl des Motors trotzdem ziemlich konstant bleibt, wenn sich der Luftwiderstand ändert.

Ein paar Leute sagten mir, ich solle einen PWM-Controller für diesen Zweck verwenden, da ein PWM einen Bereich von 0 bis 100% hat. Natürlich ist dies nicht in U / min. Eine andere Person sagte, dass der Motor möglicherweise nicht richtig verlangsamt wird, weil die Hertz-Bewertung auf der PWM zu hoch sein könnte, um dies zu ermöglichen, oder weil die Impulse möglicherweise nicht ausreichend stark sind, um den Motor genug zu erregen, um ihn überhaupt zu bewegen, wenn der Motor läuft Geschwindigkeit ist in der Nähe von Null eingestellt.

Ich habe überlegt, einen Schrittmotor zu verwenden, also habe ich mir ein Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield für Arduino Kit - v1.0 angesehen, aber ich weiß fast nichts über dieses Zeug, also weiß ich auch nicht, ob das genau das Richtige wäre.

Ich möchte einen Knopf drehen, um die Drehzahl eines Motors von einigen Teilen einer Drehzahl bis zu einer "langsamen" Drehzahl zu variieren ... sagen wir 60 U / min? ...könnte sein?

Oh ... vergleichsweise günstig und einfach einzurichten wäre auch toll!

Irgendwelche Gedanken?

Gleichstrommotoren funktionieren bei niedrigen Drehzahlen nicht gut. Sie bleiben stehen und haben ein schreckliches Drehmoment. (dh sie können nicht sehr schwer drehen) Also haben die Leute Getriebemotoren geschaffen: Motoren mit integriertem Getriebe. Das Ergebnis sieht aus wie ein etwas sperrigerer Motor, der jedoch niedrige Drehzahlen und ein hohes Drehmoment aufweist. Wenn Sie einen laufenden Getriebemotor auseinander nehmen würden, würden Sie sehen, dass der Motorteil tatsächlich mit mehreren tausend Umdrehungen pro Minute läuft, aber er ist auf maximal 60 Umdrehungen pro Minute ausgelegt.

Ein üblicher Spezialist ist das Standard-Hobby-Servo, das einige zusätzliche elektronische Bits aufweist, im Grunde aber ein Getriebemotor ist. Schauen Sie sich jeden Ort an, an dem Motoren für Robotik oder überflüssige Elektronik verkauft werden, und Sie werden verschiedene Getriebemotoren zur Auswahl haben.

Gleichstrom-Getriebemotoren werden genau wie normale Gleichstrommotoren gesteuert, daher funktioniert ein Arduino-Motorschild gut mit ihnen.

Das Drehmoment eines typischen Motors ändert sich bei seiner Drehung auf der Grundlage der Position des Motors in jedem "Schritt" des Kommutators. Dieses variierende Drehmoment macht es sehr schwierig, einen Motor bei sehr langsamen Geschwindigkeiten sanft zu drehen.

Eine übliche Abhilfe besteht darin, den Motor mit kurzen Stromstößen zu treffen, wobei jeder Stoß lang genug ist, um den Motor um mindestens eine Kommutatorstufe zu bewegen. Je länger die Bursts sind, desto vorhersehbarer ist das Verhalten des Motors, aber desto ruckeliger ist die Ausgabe. Beachten Sie, dass es zwei Möglichkeiten gibt, dies zu tun: (1) Lassen Sie den Motor nach jedem Stromstoß frei laufen; (2) Den Motor nach jedem Stoß dynamisch abbremsen. Die Verwendung von Ansatz Nr. 1 erfordert in der Regel viel weniger Leistung, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen, aber Ansatz Nr. 2 bietet eine viel feinere Steuerung der Geschwindigkeit. Beachten Sie, dass der Motor bei Verwendung von Ansatz Nr. 2 für einen Großteil der Zeit, in der er eingeschaltet ist, nahezu seinen gesamten Stillstandsstrom (und seine gesamte Stillstandsleistung) verbraucht. Wenn ein Motor einen Blockierstrom von 1 Ampere und einen Betriebsstrom von 100 mA haben würde, wäre ein Betrieb des Motors mit einem Arbeitszyklus von 1% sicher.

Wenn es Ihr Ziel ist, den Motor mit einer gut steuerbaren Geschwindigkeit laufen zu lassen, die etwa 1% der normalen Geschwindigkeit beträgt, und wenn der Stromverbrauch keine Rolle spielt, ist Ansatz 2 möglicherweise gut. Wenn die mechanische Belastung konstant ist, ist Ansatz 1 möglicherweise gut. Andernfalls benötigen Sie möglicherweise eine Drehzahlrückmeldung.

Im Allgemeinen ist ein Potentiometer keine gute Wahl für die Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors, es sei denn, es ist ein sehr kleines Potentiometer (einige 100 mA Stromaufnahme), da der Potentiometer für den vom Motor aufgenommenen Strom ausgelegt sein muss. Wenn Sie außerdem den Strom begrenzen, wird der Motor entlastet. Bei langsamen Geschwindigkeiten mit einem Strombegrenzungsmechanismus kann er also nur einen kleinen Bruchteil des Drehmoments bei hohen Geschwindigkeiten erzeugen.

Wie bereits erwähnt, sind Gleichstromgetriebemotoren besser geeignet, um die Drehzahl zu verringern. Alternativ können Sie Ihre eigene Getriebekette entwerfen, die jedoch wahrscheinlich nicht wirtschaftlich ist. Dayton bietet preisgünstige 12-V-DC-Getriebemotoren mit einer Drehzahl von nur 0,6 U / min (IIRC) an.

Wenn Sie dann die Nenndrehzahl als Maximaldrehzahl verwenden möchten, kann ein PWM-Drehzahlregler sehr praktisch sein. Während an der Motorabschirmung von adafruit für die Steuerung von Gleichstrommotoren nichts auszusetzen ist, bevorzuge ich einen externen Drehzahlregler, wie den L298 Compact Driver von Solarbotics für größere Gleichstrommotoren.

Ihr Freund hat Recht, dass jeder Motor unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich des niedrigsten PWM-Arbeitszyklus hat, auf den er zuverlässig reagiert. Bei den meisten meiner Motoren scheint der Arbeitszyklus auf 25-35% begrenzt zu sein.

Ja, eine weitere hervorragende Möglichkeit zur Steuerung der Ausgabegeschwindigkeit ist die Verwendung eines Steppers. Sie können diskrete Schritte unternehmen, wann immer Sie möchten. Während Sie mit einem Servo auch diskrete Schritte ausführen können, beschränken sich kostengünstigere Schritte in der Regel auf Bewegungen von mindestens 1 Grad und sind so konzipiert, dass sie sich so schnell wie möglich von der aktuellen Position zur definierten Position bewegen. Ein standardmäßiger 200-Schritt-Schrittmotor mit einem 8-fachen Mikroschritt-Treiber bietet Ihnen effektiv die vierfache Auflösung und damit die Möglichkeit, weichere, kleinere Schritte zu erzielen.

Schrittmotor wäre perfekt für das, was Sie tun möchten. Der typische Nachteil eines Steppers ist seine langsame Geschwindigkeit. In Anbetracht dessen, dass Sie gesagt haben, dass Sie von langsam zu langsam wechseln möchten, würde dies funktionieren

Es gibt "digitale BLDC-Motoren" wie die von ThinGap, die einen Motor herstellen, der sowohl leicht als auch klein ist und ein hervorragendes Ansprechverhalten bei extrem niedrigem Drehmoment (langsam, hohe Leistung) sowie hohen Drehzahlen (U / min) aufweist, ohne dass dies erforderlich ist irgendein Zahnrad.

Hat jemand versucht, die Drehzahl von Niederspannungs-Gleichstrommotoren mithilfe einer PWM-Schaltung (Pulsweitenmodulator) zu steuern? Anstatt die Drehzahl durch Reduzieren der Spannung zu regeln (wodurch das Drehmoment des Motors zerstört wird), regelt die PWM einfach das Tastverhältnis der verwendeten Gleichspannung. Mit anderen Worten, der Motor wird mit der vollen Gleichspannung beaufschlagt, jedoch mehrmals pro Sekunde ein- und ausgeschaltet. Der entscheidende Punkt ist, dass jedes Mal, wenn die Spannung an den Motor angelegt wird, das volle Drehmoment bereitgestellt wird. Infolgedessen treten keine Vibrationen oder Geräusche auf, die für Motoren typisch sind, die versuchen, die Trägheit zu überwinden.

Kleine PWM-Schaltkreise sind für ca. 20 USD erhältlich und können mit bis zu 1,0 A bei 12 VDC betrieben werden. Ich steuere damit HO-Modelleisenbahnmotoren. Es erlaubt ihnen zu kriechen, ohne ein Geräusch zu machen.