30
MOTOR DC Motors

MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

  • Upload
    others

  • View
    8

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

MOTOR

DC Motors

Page 2: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง หรือมอเตอร์ดีชี

(Direct Current Electrical Motor or DC Motor)

Page 3: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

Page 4: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

ชนิดของมอเตอร์ดีซี

มอเตอร์ดีซีแบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ ชนิด 1. ใช ้Bush (Brush DC Motors )

– 1.Iron Core Motor – 2. Disk Motor – 3. Cup Motor ( หรือ Bell , หรือ Shell หรือ Basket wound)

2. ไม่ใช ้Bush (Brushless DC Motors )

Page 5: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

ส่วนประกอบของมอเตอร์ดีชี

Page 6: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

การท างานของมอเตอร์ดีชี

Page 7: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

The speed of any torque can be found using the basic motor

performance equation below.

V = applied voltage

Ia = armature current @ load

R = armature resistance KE = voltage constant for given motor design and winding

When KE is volts/krpm, speed will be in krpm

Page 8: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Properties of DC motors

• Operating Voltage

– Recommended voltage for powering the motor

– Most motors will run fine at lower voltages, though they will be less powerful.

– Can operate at higher voltages at expense of operating life

• Operating Current

– When provided with a constant voltage, a motor draws current proportional to how much work it is doing.

Page 9: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Properties of DC motors continued

– When there is no resistance to its motion, the motor draws the least amount of current; when there is so much resistance as to cause the motor to stall, it draws the maximal amount of current.

– Stall current: the maximum amount of operating current that a motor can draw at its specified voltage

• Torque

– Rotational force that a motor can deliver at a certain distance from the shaft

– The more current through a motor, the more torque at the motor’s shaft.

Page 10: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Properties of DC motors continued

• Power

– Product of the output shaft’s rotational velocity and torque

– Output Power Zero

Case 1: Torque is zero.

Motor is spinning freely with no load on the shaft.

Case 2: Rotational velocity is zero.

Motor is stalled, it is producing its maximal torque.

Page 11: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Properties of DC motors continued

• In between two extremes, output power has a characteristic parabolic relationship.

Page 12: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Working with DC Motors

• Turn a motor on and off with a BJT

Page 13: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Working with DC Motors continued

• Turn a motor on and off with a relay

Page 14: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Working with DC Motors continued

• Direction Control : switch the power connections, the motor turns in reverse

Using a DPDT Switch

Page 15: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Notes : Types of Switches

• SPST : Single-Pole, Single-Throw

• SPDT: Single-Pole, Double-Throw

• DPST: Double-Pole,Single-Throw

DPDT: Double-Pole, Double-Throw

3PDT: Triple-Pole, Double-Throw

Page 16: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Working with DC Motors continued

• Speed Control

Using a variable resistor

(Not efficient due to lost heat through the BJT

but easy to implement)

Page 17: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

H-Bridge Motor Driver Circuit

• Transistors Q1 and Q4 enabled

– Starting with the positive power terminal, current flows down through Q1, through the motor from left to right, down Q4, and to the negative power terminal.

– Results in motor rotating in a clockwise direction

Four transistors form the vertical legs of the H, while the motor forms the crossbar.

In order to operate the motor, a diagonally opposite pair of transistors must be enabled.

Page 18: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

H-Bridge Motor Driver Circuit continued

• Transistors Q2 and Q3 enabled

– Results in current flowing through the motor from right to left

Page 19: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Enable and Direction Logic

DIR–L =0, DIR–R=1, enable signal =1: Q1 and Q4 turn on, and current flows through the motor from left to right

DIR–L =1, DIR–R=0, enable signal =1: Q2 and Q3 turn on, and current flows through the motor from in the reverse direction

Page 20: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Active Braking

• What happens if both direction bits are the same state, and the enable bit is turned on?

– Effectively, both terminals of motor are connected together

• Transistors in the H-bridge act as a wire connecting the motor terminals. The transistors absorb the energy generated by the motor and cause it to stop. If, on the other hand, none of the transistors is active, then the motor is allowed to spin freely.

Page 21: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Speed Control

• Reducing the voltage applied to the motor

– Giving a motor 1/4 of its normal operating voltage typically would result in much less than 1/4 of nominal power, since the power increases approximately as the square of the voltage

• The H-bridge circuit allows control of a motor’s speed simply by turning the drive transistor pair on and off rapidly.

• Duty cycle : proportion between “on time” and “off time”—determines fractional amount of full power delivered to motor

Page 22: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

การควบคุมความเร็วมอเตอร์ดซีี การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ดีซีมีอยู่

หลายวิธี วิธี PWN (Pulse Width Modulation) เป็นวธีิหน่ึงท่ีนิยมใชก้นัมาก หลกัการของวธีิน้ีคือกระแสท่ีป้อนเขา้มอเตอร์จะเป็นพลสั ท่ีมีความถ่ีคงท่ี แต่ความกวา้งของพลสัเปล่ียนแปลงได ้ถา้พลสัแคบความเร็วจะต ่า แต่ถา้พลสักวา้งความเร็วจะสูง

Page 23: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Speed Control continued

Pulse Width Modulation (PWM) works by rapidly turning the motor drive power on and off. Waveforms shown would be connected directly to the enable input. Three sample duty cycles are shown: a 75%, a 50%, and a 25% rate. The frequency used in PWM control is generally not critical. Over a fairly wide range, from between 50 Hz and 1000 Hz, the motor acts to average the power that is applied to it.

Tends to be fairly linear (25% duty cycle yields pretty close to one-quarter of full power)

Page 24: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

H-Bridge Driver ICs : L293D/SN754410

• Each triangular driver replaces one “leg,” or two transistors, in the H-bridge circuits. Each driver may be either driven high (enabled and input is high), driven low (enabled and input is low), or turned off (disabled and input doesn’t matter).

• To make the motor spin, the enable input must be high, and one driver in-put must be high and the other low. If the enable is high, and both driver inputs are high or both are low, then the circuit actively brakes the motor. If the enable is low, then the motor is allowed to spin freely.

One-Half of L293D/SN754410

Motor Driver Chip

Page 25: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

H-Bridge Driver ICs continued

Spike-Canceling Diodes

• Also part of the motor driver chips are four diodes connecting from each driver output to either Vs , the motor voltage supply, or ground.

• These diodes perform the important function of trapping and shunting away inductive voltage spikes that naturally occur as part of any motor’s operation.

Adds an inverter so that a single bit may be used to determine motor direction

Page 26: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

Spike-Canceling Diodes

• Suppose a voltage greater than Vs is generated by the motor on the OUT–1 line. Then the diode labeled D1 conducts, shunting this voltage to the Vs power supply. If the diodes were not present, these inductive voltage spikes would enter the voltage supply of the rest of the project circuitry, possibly doing damage to more sensitive components.

Page 27: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

L293/L293D Push-Pull Four Channel Driver

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Collector Supply Voltage, VC. . . . 36V Logic Supply Voltage, VSS . . .. . . 36V Input Voltage, VI. . . . . . . . . . . . . 7V Inhibit Voltage, VINH . . . . . . . . . . 7V Peak Output Current (Non-Repetitive), lOUT (L293) . . . . . . . . . . . . . .. . . 2A lOUT (L293D) . . . . . . . . . . . . .. . 1.2A

Page 28: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

ตวัอยา่งการใชง้าน

Page 29: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

วงจรส ำหรับกำรทดลอง

Page 30: MOTOR - เพื่อแผ่นดินเกิดnarong.ece.engr.tu.ac.th/ei444/document/DC-motor.pdfชน ดของมอเตอร ด ซ มอเตอร ด ซ

กำรทดลอง

• ต่อสญัญาณเอาทพ์ทุ PWM ส าหรับ ATmega168 ใชไ้ดก้บัขา 3, 5, 6, 9, 10, และ 11

• ทดลองป้อนค่า PWM ต่างๆจากพอร์ทอนุกรมเพ่ือดูวา่มอเตอร์หมุนแตกต่างกนัอยา่งไร

• ประกอบชุดทดลองแลว้ดูวา่ค่า PWM ต่างๆ จะท าใหใ้บพดัยกข้ึนสูงอยา่งไร