Làm cách nào để hạn chế dòng điện động cơ của tôi trong khi duy trì điện áp rơi trên nó?

Tôi đang cố gắng xây dựng kiến ​​thức làm việc với động cơ dc bằng cách sử dụng MOSF IRF510 để bật và tắt động cơ. Vui lòng tham khảo sơ đồ dưới đây để xem làm thế nào tôi nối mọi thứ lên.

$S_1$ = jumper Tôi đã sử dụng để chuyển đổi điện áp cổng sang $0$ hoặc là $5V$
$R_P$ = điện trở kéo xuống ($9.85k\Omega$, đo lường)
$R_M$ = điện trở động cơ điện ($1\Omega$, đo lường)
$i_{DS}$ = cống hiện tại ($\approx750mA$, đo lường)
$R_{DS}$ = điện trở nguồn thoát khi bật MOSFET ($0.6\Omega$, từ $V_{DS}/i_{DS}$)
$V_{BATT, open}$ = điện áp mạch mở của pin 9V ($8.68V$)

Điều đầu tiên đưa tôi vào một vòng lặp là khi điện áp pin giảm sau khi đóng công tắc. Tôi đã thực hiện thêm một số phép đo để hiểu rõ hơn về những gì đang diễn ra:

$V_{BATT, closed}$ = điện áp pin khi $S_1$ đã đóng cửa ($3.11V$, đo lường)
$V_{M}$ = điện áp động cơ ($2.57V$, đo lường)
$V_{DS}$ = điện áp nguồn cống ($0.54V$, đo lường)

Sau một số nghiên cứu, tôi xác định rằng sự sụt giảm điện áp là do điện trở bên trong của pin. Đây là những gì tôi đã có thể tìm ra sau khi tính toán thêm:

$V_{R_i}$ = điện áp trên $R_i$ ($5.11V$, từ $V_{BATT, open}-V_{BATT, closed}$)
$R_i$ = điện trở trong của pin ($2.87\Omega$, từ bộ chia điện áp)

Phản ứng ruột của tôi bảo tôi sử dụng bộ chia điện áp để duy trì điện áp trên động cơ. Tôi muốn làm điều này bởi vì động cơ của tôi được đánh giá là hoạt động trong khoảng từ 5V đến 9V. Tôi cũng muốn thêm một điện trở giới hạn dòng nối tiếp để ngăn dòng điện tăng cao đến mức làm cháy mạch điện của tôi và làm cạn kiệt pin của tôi. Lý tưởng nhất, tôi có thể đạt được mong muốn$V_M$ nếu tôi thêm một điện trở song song với động cơ ($R_P$) sao cho điện trở tương đương của động cơ và của nó $R_P$ ($R_{EQ}$) lớn hơn nhiều $R_i + R_{DS}$. Tuy nhiên, kể từ$R_M=1\Omega$, sức đề kháng tương đương tốt nhất tôi có thể đạt được là $approx1\Omega$, nơi đặt trở lại vuông vức nơi tôi bắt đầu. Hơn nữa, điện trở giới hạn dòng điện sẽ lấy phần giảm điện áp của sư tử, do đó cướp đi động cơ của điện áp cần thiết.

Làm thế nào tôi có thể đạt được sự sụt giảm điện áp tôi muốn và giới hạn dòng điện? Mọi sự trợ giúp sẽ rất được trân trọng. Đây là lần đầu tiên tôi đăng lên StackExchange vì vậy tôi xin lỗi nếu tôi phá vỡ bất kỳ giao thức nào.

Điện áp của bạn giảm b / ca pin 9V chỉ là một nguồn điện áp kém. Nếu bạn sử dụng một vài pin AA hoặc lớn hơn nối tiếp, việc giảm điện áp của bạn sẽ ít hơn nhiều.

Trong điều khiển động cơ - và trong nhiều lĩnh vực - bạn sẽ muốn sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM) . Hãy tưởng tượng bật công tắc của bạn hàng ngàn lần mỗi giây. Nếu bạn đập nó một nửa thời gian, thì bạn sẽ có chu kỳ nhiệm vụ 50%, hoặc một nửa điện áp hiệu dụng trên động cơ.

PWM là phương pháp tiêu chuẩn để kiểm soát điện áp và / hoặc dòng điện thông qua các động cơ và trong bộ chuyển đổi DC / DC.

Tôi không sử dụng Arduino rất nhiều, nhưng tôi tin rằng nó có một bảng mạch trên bo mạch và các chức năng tương tự thực sự là PWM. Tôi nghĩ rằng nó hoạt động ở ~ 500Hz. Tôi không chắc điều này có đủ nhanh không, nhưng sẽ không ảnh hưởng gì khi chuyển quá chậm. Sử dụng nó để điều khiển MOSFET trực tiếp (loại bỏ công tắc) bằng chức năng analogWrite. Để thực hiện điều này, hãy di chuyển cổng MOSFET của bạn sang một tín hiệu tương tự hoặc PWM khác và sử dụng chức năng phù hợp để áp dụng PWM.

Nếu tần số PWM của bạn quá thấp, thì bạn sẽ có thể nghe thấy động cơ phản ứng với nó. Chẳng hạn, nếu là 1Hz, thì động cơ sẽ bật trong nửa giây, sau đó tắt trong nửa giây. Bạn sẽ có thể nghe rõ điều đó. Tăng tần số PWM cho đến khi động cơ chạy trơn tru. Có nhiều lý do khác để thay đổi tần số PWM, nhưng trong giai đoạn học tập của bạn, điều này là đủ. Thưởng thức, động cơ là niềm vui!

Có một số "lối tắt" mà bạn nên làm quen, để bạn có thể thực hiện "phân tích hoạt động" nhanh chóng.
Khi bóng bán dẫn được bật, bạn có thể nghĩ nó là một đoạn ngắn (một đoạn dây), vì vậy nếu bạn muốn 5v trên động cơ (là 1 ohm), bạn cần 5A. Vì điện trở trong của pin là khoảng 2 ohms, sẽ giảm 10v, do đó bạn sẽ cần pin 15v có khả năng cung cấp 5A (75 watt ... 25W cho động cơ và 50W bên trong pin).
Nếu bạn có thể nhận được pin chỉ với điện trở trong 1 ohm, thì bạn sẽ chỉ cần 10v, 5A (50 watt ... 25W cho động cơ và 25W bên trong pin).

Hãy nhớ rằng vì bóng bán dẫn không thực sự ngắn, điện trở của nó cũng sẽ sử dụng hết năng lượng mà pin sẽ phải cung cấp.

Vì vậy, bây giờ, sử dụng 1 ohm cho động cơ 1ohm cho bóng bán dẫn và 2 ohms cho điện trở trong cho tổng điện trở 4 ohms. Dòng điện tối đa mà pin 9v có thể cung cấp là (9/4 =) 2,25A, có nghĩa là điện áp tối đa mà động cơ có thể nhận được (theo các thông số này) là 2,25v (2,25v trên bóng bán dẫn và 4,5v bên trong pin ).

Trên đây sẽ được coi là một phân tích "trạng thái ổn định". Vì vậy, bây giờ để hạn chế dòng điện và vẫn cung cấp điện áp cần thiết, phương pháp PWM (đã được đề xuất), sẽ là một cách để làm điều đó - với chi phí ít mô-men xoắn do động cơ tạo ra.

Tôi khuyên bạn nên sử dụng pin xe hơi 12 v và xem các thay đổi đo có gần với những gì bạn muốn không.