Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
CControls
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Stabilizator obrotów na 555

trol.six 02 Gru 2018 10:53 3429 17
  • Stabilizator obrotów na 555

    Wstępne ględzenie:

    Prosty sposób zrobienia jakiegoś stabilizatora obrotów to użycie stabilizatora napięcia i podpięcie pod niego wentylatora. W zasadzie w praktyce powinno wystarczyć. Tanie, proste i dość niezawodne.
    Taki sposób jednak nie zadziała jeśli będzie jakieś obciążenie wentylatora. A my mamy bzika albo inne powody by temu przeciwdziałać.

    Miałem troche problemu z dobraniem sobie wentylatora, bo albo zbyt szybko się obracał albo bałem się że te wolniejsze nie wystartują. Z tegoż powodu zrobiłem sobie stabilizator obrotów.


    Jak to działa:

    Stabilizator obrotów na 555

    Ogólna idea jest taka, by impulsy z wentylatora przerobić na napięcie i tym sterować. Po kilku przemyśleniach (myślałem o przetworniku f/u) zdecydowałem się na układ smd 555 w wersji cmos. Niezbyt duże wymiary i mały pobór prądu.

    555 działa w układzie monostabilnym wyzwalanym impulsami. Wraz ze zwiększoną częstością impulsów średnie napięcie rośnie i może być użyte do sterowania.

    W sterowaniu zastosowałem tranzystor pnp, ponieważ npn dawałby zawsze jakiś spadek napięcia. A regulator miał działać i przy niższych napięciach zasilania. Do tego dwa stopnie sterujące npn. Całość ze względu na duże wzmocnienie objęta jest pętlą sprzężenia zwrotnego R21 C2. Bez tego czasem wentylatory nie działają stabilnie. Być może jakiś elektrolit na wyjściu też poprawiłby stabilność. Obroty wentylatorów reagują z pewną dynamiką co też utrudnia napięciowe sterowanie.

    Diody schottky zabezpieczają wejście przed uszkodzeniem.

    Układ ma dwa wejścia, P2 dla większości wiatraczków z OC (otwarty kolektor), albo jeśli nie ma takowego a bierzemy sygnał z wewnątrz może zajść konieczność podłączenia przez szeregowy rezystor 10-20k, wejście P1. Aczkolwiek powiem że zależy to od wiatraczka. Być może zastosowanie większych rezystancji (R19 R2 R6) i zmniejszenie pojemności C9, dałoby lepsze rezultaty. Szczególnie że 555 jest w wersji cmos.

    Dodaje kilka uwag na temat impulsów wejściowych.

    Otóż powinny to być impulsy wzlędnie prostokątne. W trakcie dodatniego impulsu istotny jest czas potrzebny do naładowania pojemności wejściowej. Natomiast czas impulsu zerowego minimalny musi być taki aby wyzwolił się 555.





    Sygnał najlepiej OC, nie mając takiego sygnału można, wydłubać go z silnika jeśli jest to silnik bezszczotkowy sterowany i najlepiej dorobić to OC np coś takiego:

    Stabilizator obrotów na 555

    Jak to poniżej dyskutancji zauważyli, jest to bardziej niezawodne ze względu na różne silniki. Oczywiście w przypadku niewiadomego silnika należy się upewnić czy otrzymujemy należyte impulsy.

    Co można usprawnić:

    Gdyby ktoś chciał stabilizować obroty względem temperatury, to można zastosować termistora ptc w miejsce R3, albo termistora ntc równolegle z R1.

    Ponieważ 555 wytwarza impulsy tyko wtedy kiedy sam je dostaje, można to wykorzystać i podpiąć diode sygnalizującą że coś tam się dzieje.
    Trzeba jednak pamiętać że prąd pobierany przez układ nie powinien przekraczać ok. 700uA, a więc prądożerne elementy sterujemy przez tranzystor z rezystorem.


    Uwagi techniczne:

    Takie uwagi jakby ktoś chciał się bawić, bądź robić coś takiego:

    1. Uwaga na zwarcia, w moim przypadku jest zamontowany na wentylatorze
    i może dokonać się zwarcie w przypadku montażu w żelaznych obudowach. Nie naśladujcie na ślepo.

    2. Główny problem z jakim sie spotkałem, jeden z układów 555 wieszał się, tzn był w stanie notorycznego generowania impulsu. W ten stan wpadał tylko czasem. Odkryłem to, przez testowanie z większymi wartościami C3. Można też testowo zwierać go, wprowadzając wentylator w wysokie obroty przy ustawionych bardzo niskich.

    3. Rezystory R3 R4 wraz ze sprzężeniowym R21 powinny być obrane tak by układ nie miał wypełnienia większego niż 50% przy stabilizacji. Zdarzyło mi się że zakleszczał się 555 przy wysokich obrotach. Być może to kwestia dużej pojemności C9 albo w wadliwym 555. Bo po zmianie 555 efektu nie powtórzyłem. Z praktyki wydaje mi się że 25-30% wypełnienie jest najlepsze.

    4. Kondensator C7 jeśli chcemy mieć stabilne warunki temperaturowe powinien być stabilny, np metalizowany.

    5. Rezystor R14 powinien mieć 100-200 om, a R12 należy dobrać tak
    aby maksymalny prąd płynący przez kolektor Q2 wynosił 10mA (podczas zwarcia do plusa, oraz Q3 w stanie wyłączonym). Większy może spowodować jego uszkodzenie, a zbyt mały słabe wysterowanie wyjściowego tranzystora. Zależy to od wzmocnienia tranzystora sterującego.

    6. Chcąc zmniejszyć obroty, należy zwiększyć stałą czasową układu 555 czyli zwiększyć R1 albo C4.

    7. Ponieważ regulator reaguje na impulsy a nie na rpm trzeba znać liczbe impulsów na obrót.

    Zdjęcia na etapie różnych prac badawczych:

    Stabilizator obrotów na 555 Stabilizator obrotów na 555
    Stabilizator obrotów na 555 Stabilizator obrotów na 555

    Załączniki:

    Wrzucam schemat w pdf.
    .


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • CControls
  • #2 02 Gru 2018 11:25
    BC109B
    Poziom 32  

    Pierwsze, co uderza w schemacie to wejście reset wiszące w powietrzu. Ono powinno być podłączone rezystorem do napięcia zasilania. Lepszy obraz sprawy daje powiększenie schematu i wtedy widać, że wejście reset jest podłączone bezpośrednio z napięciem zasilającym.

  • #4 02 Gru 2018 14:05
    trol.six
    Poziom 30  

    Alpha napisał:
    Uprzejmie proszę Autora o poprawkę.

    Nie mam polskich liter w programie. Więc co kolega proponuje napisać?
    .... a ... w tej wersji nawet mam, wrzuce za chwile ... wrzuciłem.

    Dodałem jeszcze mały rezystorek R7, on jest teoretycznie (praktycznie) niepotrzebny, ale ogranicza prąd w gałęzi zwrotnej. Gdyby pojemność C3 przypadkowo była zbyt mała, przy włączeniu mamy przez C2 przepływ "dużego" prądu przez baze Q3.

    Podpiałem na schemacie ten reset, coby się rzucał, że jest podpięty. :)
    .

  • #5 02 Gru 2018 17:07
    MiloszX12
    Poziom 3  

    Czy mógłbym prosić o wrzucenie schematu w formie obrazka? Nie mam możliwości odczytu pliku PDF.

  • #6 02 Gru 2018 17:40
    zgierzman
    Poziom 19  

    trol.six napisał:
    montażu w żelaznych obudowach


    Przepraszam, ale nie mogłem się powstrzymać...
    Z żelaza robiono mnóstwo rzeczy w XIX wieku, ale po wynalezieniu stali (czy może raczej: opracowaniu skutecznych, powtarzalnych i tanich metod produkcji) żelazo jako materiał konstrukcyjny (nie mylić z pierwiastkiem) raczej odeszło do lamusa. Skąd wziąć żelazną obudowę? ;-) Do steampunkowych projektów jak znalazł...

    A do meritum:
    1. Wydaje się, że powyciągałeś jakieś impulsy z wentylatora, ale jakie, skąd i dlaczego? Przydałoby się uzupełnić schemat, albo chociaż opis.
    2. Jakim wentylatorem sterujesz w docelowej aplikacji? Bo na zdjęciach jest mały wentylatorek - może 40mm czy 50mm A takie wentylatory występują w wersjach "4 pin" i na wtyczce mają sygnał zwrotny od prędkości obrotowej i wejście sterowania PWM...

  • CControls
  • #7 02 Gru 2018 18:01
    trol.six
    Poziom 30  

    zgierzman napisał:
    1. Wydaje się, że powyciągałeś jakieś impulsy z wentylatora, ale jakie, skąd i dlaczego? P

    Te co są na zdjęciu. :) Impulsy mają wentylatory bezszczotkowe, gdyż tam jest sterownik który przełącza uzwojenia. Impulsy wybadałem takim przyrządem który można nazwać "prawie jak oscyloskop". Nie bardzo wiem co napisać w tym zakresie. Poza wymienionym zdaniem.

    Ad.2. podobne do tego co na zdjęciu. Mały, lub duży, 2 lub 3 pinowy. Jak ktoś ma 4 pin i ma do tego regulator, to być może nie potrzebuje kolejnego :)

    Generalnie jeśli chodzi o moc wentylatora, to kwestia chłodzenia tranzystora sterującego, prąd 200mA powinien dać rade w tym rozwiązaniu bez problemu.
    .

  • #8 02 Gru 2018 19:15
    zgierzman
    Poziom 19  

    trol.six napisał:
    Te co są na zdjęciu. :) Impulsy mają wentylatory bezszczotkowe, gdyż tam jest sterownik który przełącza uzwojenia.


    Jednak to trochę za mało, żeby ktoś mógł zastosować Twój układ w praktyce. Może więc opisz co wykryłeś tym swoim "prawie jak oscyloskop" przyrządem. ;-)

    Myślę, że wziąłeś sygnał z jednej fazy BLDC. Zwykle są 3, ale ile masz par biegunów (ile obrotów ma wentylator w stosunku do częstotliwości sterowania)?
    Jest jakaś regulacja? Jak nastawiasz prędkość obrotową? Bo najważniejszy kawałek regulacji - sprzężenie zwrotne - jest. Ale jak określasz wartość zadaną? I jak uchyb (różnica pomiędzy wartością zadaną i odczytaną) przekłada się na sterowanie wentylatorem? Jak to działa?

    trol.six napisał:
    Jak ktoś ma 4 pin i ma do tego regulator, to być nie potrzebuje kolejnego


    Niekoniecznie. Wentylator "3 pin", czy "4 pin" można kupić za grosze, można go mieć z odzysku. Ale nie każdy, kto ma taki wiatrak, ma do niego regulator. Albo chce kupić.

    Podobnie Ty, zamiast patroszyć wentylator, lutować kable, badać swoim instrumentem, mogłeś skorzystać z gotowego wentylatora ze standardowymi wyprowadzeniami. Wiatrak 50mm 4 pin jest na alle za 20 zł... Rozumiem, że nie chciałeś inwestować kasy, tylko wykorzystać zapasy szufladowe. Ale...:

    Twoje rozwiązanie może działać tylko z Twoim, tym konkretnym wentylatorem, możliwe nawet, że nie dasz rady tego zainstalować w innym podobnym wiatraku bez jakichś zmian w wartościach elementów.
    Wykorzystanie tego co już jest wymyślone, jak 3 i 4 pin w wentylatorach, uczyniłoby ten układ dużo bardziej uniwersalnym.
    A jak zatrze Ci się ten stary wentylator z szuflady? Wyciągniesz drugi stary, pokroisz go znowu, przylutujesz kabelki, pomierzysz, pozmieniasz rezystory w swoim regulatorze, stracisz na to pół dnia. A mógłbyś wyciągnąć jedną wtyczkę, włożyć drugą i po 3 minutach znów mieć układ w pełni funkcjonalny.

  • #9 02 Gru 2018 20:27
    trol.six
    Poziom 30  

    zgierzman napisał:
    odobnie Ty, zamiast patroszyć wentylator, lutować kable, badać swoim instrumentem, mogłeś skorzystać z gotowego wentylatora ze standardowymi wyprowadzeniami.

    przedmiotem tematu jest stabilizator a nie wentylator. :)

    zgierzman napisał:
    Wiatrak 50mm 4 pin jest na alle za 20 zł..

    A ma stabilizator? Poza tym co mi po wiatraku 4PIN jak urządzenie ma tylko 2PIN?

    zgierzman napisał:
    twoje rozwiązanie może działać tylko z Twoim, tym konkretnym wentylatorem, możliwe nawet, że nie dasz rady tego zainstalować w innym podobnym wiatraku bez jakichś zmian w wartościach elementów.

    Z każdym OC powinno działać. Co najwyżej jeśli komuś zależy na znacznie szybszych obrotach może będzie trzeba dobrać elementy do układu kształtowania impulsów. Stałe czasowe układu 555 i tak trzeba sobie dobrać bo od nich zależy prędkość.

    zgierzman napisał:
    ednak to trochę za mało, żeby ktoś mógł zastosować Twój układ w praktyce.

    ja też nie mam wiedzy na temat armów żeby je stosować, choć co nie co się zapoznałem, a mimo to są konstrukcje na elektrodzie które to armów używają. Ile znasz omnibusów znających się na wszystkim?
    .

  • #10 02 Gru 2018 21:22
    zgierzman
    Poziom 19  

    Nie pisałem o ARM, ani o kontrolerach w ogóle.

    Chciałbym żebyś opisał swój układ - na jakiej zadzie działa, na jaką wartość ustawiłeś prędkość obrotową wentylatora (skoro to stabilizator obrotów), jak można ten układ dostosować do swoich potrzeb?

    Bo ja, na przykład, mam wentylator 80mm. o nieznanej ilości par biegunów i częstotliwości pracy, a chciałbym, żeby się obracał 830 obr/min. Jak w tym przypadku użyć Twojego układu?

    OK, nie wymagajmy zbyt wiele, niech to będzie coś między 750 obr/min a 900 obr/min...

  • #11 03 Gru 2018 20:27
    SylwekK
    Poziom 29  

    trol.six napisał:
    W sterowaniu zastosowałem tranzystor pnp, ponieważ npn dawałby zawsze jakiś spadek napięcia.

    ...a pnp nie daje podobnych spadków napięć? :)
    Zapewniam Cię, że taka pchełka n-mosfet, np. IRLML2502 opędzi wentylator z lepszym skutkiem niż jakikolwiek tranzystor bipolarny ;)

  • #12 04 Gru 2018 13:11
    trol.six
    Poziom 30  

    zgierzman napisał:
    jak można ten układ dostosować do swoich potrzeb?

    Dorzuciłem kilka uwag technicznych do pierwszego postu. Myśle że będą pomocne.

    I dorzuciłem kwestie impulsów. Bo jak ktoś nie ma pojęcia to rzeczywiście może błądzić. A to jest dość kluczowe w tej aplikacji.

    MiloszX12 napisał:
    Nie mam możliwości odczytu pliku PDF.

    A ma kolega program GIMP? On importuje również pdf. Może spakuje je w zip, natomiast niechętnie ponieważ za bardzo moje schematy panoszą się po sieci.

    SylwekK napisał:
    ..a pnp nie daje podobnych spadków napięć? :)
    Zapewniam Cię, że taka pchełka n-mosfet, np. IRLML2502 opędzi wentylator

    Przy pełnym wysterowaniu spadek napięcia na pnp Uce mam ok 0.130V. Zależne to jest oczywiście od prądu.

    A mosfet, owszem, jakiś mosfet też powinien dać rade, ale:
    1. trzeba zrobić drobne modyfikacje.
    2. w tej konfiguracji musiałby być typu P
    3. ponieważ jest to stabilizator liniowy, więc wskazane aby miał możliwość odprowadzania ciepła. Więc w takiej obudowie aby można przylutować go do płytki, albo do radiatora.

    Niemniej jednak zaleta mosfeta w tej aplikacji to jego mniej prądożerne sterowanie.
    .

  • #13 05 Gru 2018 11:30
    SylwekK
    Poziom 29  

    Nie zaskoczyłem, że masz tam sterowanie liniowe. Po prostu czytając o impulsach przyjąłem do wiadomości sterowanie impulsowe :)

  • #14 08 Gru 2018 09:38
    trol.six
    Poziom 30  

    Impulsy idą z wentylatora (silnika) do układu na 555 i są potrzebne do zamiany częstotliwości na napięcie. Nic więcej.
    .

  • #15 08 Gru 2018 16:00
    Janusz_kk
    Poziom 16  

    Widzę że nikt nie zwrócił uwagi na błędy w opisie i działaniu układu więc dołożę swoje 3 gr.

    trol.six napisał:
    Impulsy idą z wentylatora (silnika) do układu na 555 i są potrzebne do zamiany częstotliwości na napięcie. Nic więcej.

    To Ci się tylko tak wydaje, schemat blokowy jest błędny i opis działania także, wg tego co piszesz układ miałby tylko dodatnie sprzężenie tzn więcej impulsów, większe nap, większe obroty, czyli po chwili od włączenia wentylator powinien iść na full, ale tak nie jest.
    W Twoim ukłądzie możemy wyróżnić wzmacniacz różnicowy porównujący nap odniesienia z napięciem zwrotnym z impulsów,
    dodatnim wejściem twojego wzmacniacza jest baza Q2 a ujemnym baza Q3, na dodatnie masz podane napięcie odniesienia z zenerki przez opór 100k, na ujemne masz podane napięcie scałkowane z impulsów z 555, różnica tych napięć steruje Q1 .
    Wzmacniaczowi temu ograniczyłeś trochę pasmo i scałkowałeś impulsy za pomocą ujemnego sprzężenia C2 R7.
    Kondesator C1 jest zbędny i szkodzi tranzystorowi, tylko dużej oporności zasilania zawdzięczasz to że ci jeszcze nie ubił Q1.
    Więc popraw schemat blokowy żeby odpowiadał rzeczywistości.

  • #16 08 Gru 2018 16:47
    zgierzman
    Poziom 19  

    Janusz_kk napisał:
    Widzę że nikt nie zwrócił uwagi na błędy w opisie i działaniu układu więc dołożę swoje 3 gr.


    Trudno zwrócić uwagę na błędy w opisie, którego nie ma. Prosiłem Autora żeby opisał działanie układu, podał jak nastawia żądaną prędkość obrotową i jak dostosować układ do swoich potrzeb. Nie chciał, albo nie potrafił tego zrobić. ;-)

    A co do schematu: zapewne jesteś pierwszym któremu chciało się pomyśleć nad tym, jak ten układ może działać.

  • #17 08 Gru 2018 17:59
    trol.six
    Poziom 30  

    Janusz_kk napisał:
    schemat blokowy jest błędny i opis działania także, wg tego co piszesz układ miałby tylko dodatnie sprzężenie tzn więcej impulsów, większe nap, większe obroty

    Schemat blokowy jak to schemat blokowy jest uproszczony. Jest jeszcze obwód sterujący.

    Janusz_kk napisał:
    Kondesator C1 jest zbędny i szkodzi tranzystorowi, tylko dużej oporności zasilania zawdzięczasz to że ci jeszcze nie ubił Q1.

    Po części moge się zgodzić, niemniej jednak tranzystor wyjściowy ma ograniczony prąd bazy a to oznacza ograniczony prąd kolektora, a stres wystepuje na starcie. Można ustawić mniejszy prąd bazy zwiększając R14 o czym pisałem że lepszy byłby o większej wartości. Jest to kompromis pomiędzy maksymalnym wysterowaniem a jeszcze działaniem.

    Niemniej nie ma tutaj większego ograniczenia prądu wyjściowego. I oczywiście zwarcie spowoduje uszkodzenie.

    Można pomyśleć o modyfikacjach stopnia sterującego i dokonać dalszego usprawnienia.
    .

  • #18 08 Gru 2018 18:07
    Janusz_kk
    Poziom 16  

    zgierzman napisał:
    Trudno zwrócić uwagę na błędy w opisie, którego nie ma.

    Cos tam próbował
    trol.six napisał:
    555 działa w układzie monostabilnym wyzwalanym impulsami. Wraz ze zwiększoną częstością impulsów średnie napięcie rośnie i może być użyte do sterowania.

    tyle że błędnie.

    zgierzman napisał:
    Nie chciał, albo nie potrafił tego zrobić. ;-)

    Raczej to drugie, alemoże się nauczy i trzeba mu dać szansę.

    zgierzman napisał:
    A co do schematu: zapewne jesteś pierwszym któremu chciało się pomyśleć nad tym, jak ten układ może działać.

    Widziałem to od początku ale nie bardzo miałem czas na dokładniejszą analizę i opisanie, dzisiaj jak się pojawiła nowa odpowiedz w temacie
    to postanowiłem się trochę "poznęcać" na autorem :)