Motor eléctrico muy lento

Un cliente ha preguntado:

Quiero reducir la velocidad de un pequeño motor de CC del tamaño de un pasatiempo a un rango variable de usuario que funcione de lento a cero RPM. Simplemente usaría una verruga de pared para una fuente de alimentación y un potenciómetro para establecer la velocidad, pero la carga en el motor podría cambiar ligeramente. Aunque el arrastre del motor será muy bajo, si ese arrastre cambia, me gustaría que la velocidad del motor se mantenga bastante estable a pesar de esto.

Un par de personas me dijeron que usara un controlador PWM para este propósito porque un PWM tiene un rango de 0 a 100%. Por supuesto, esto no está en RPM. Otra persona dijo que el motor podría no desacelerarse correctamente porque el índice de hercios en el PWM podría ser demasiado alto para permitir esto o porque los pulsos podrían no tener una cantidad adecuada de fuerza para excitar el motor lo suficiente como para moverlo cuando el motor la velocidad se establece cerca de cero.

Pensé en usar un motor más empinado, así que busqué un Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield para el kit Arduino - v1.0, pero no sé casi nada sobre estas cosas, así que tampoco sé si esto sería lo correcto.

Quiero girar una perilla para variar la velocidad de un motor desde unas pocas partes de un RPM hasta una velocidad "lenta" ... ¿digamos 60 RPM? ...¿tal vez?

¡Oh ... comparativamente económico y fácil de configurar también sería genial!

¿Alguna idea?

Los motores de CC no funcionan bien a bajas RPM. Se estancan y tienen un torque horrible. (es decir, no pueden girar con demasiada fuerza) Así que la gente ha creado motores de engranajes: motores con engranajes integrados. El resultado parece un motor ligeramente más voluminoso, pero uno que tiene bajas RPM y un alto par. Si fuera a desmontar un motor de engranaje en marcha, vería que la parte del motor realmente funciona a varios miles de RPM, pero se reduce a algo así como 60 RPM máx.

Uno común especializado es el servo hobby estándar, que tiene algunos bits electrónicos adicionales pero es fundamentalmente un motor de engranajes. Eche un vistazo a cualquier lugar que venda motores para robótica o electrónica excedente y verá varios motores de engranajes diferentes para elegir.

Los motores de engranajes de CC se controlan como los motores de CC normales, por lo que un protector de motor Arduino funciona bien con ellos.

El par de un motor típico variará a medida que gira, en función de la posición del motor dentro de cada "paso" del conmutador. Este par variable hace que sea muy difícil girar un motor suavemente a velocidades muy lentas.

Un remedio común es golpear el motor con breves ráfagas de corriente, donde cada ráfaga es lo suficientemente larga como para mover el motor por al menos un paso del conmutador. Cuanto más largas sean las ráfagas, más predecible será el comportamiento del motor, pero más 'desigual' la salida. Tenga en cuenta que hay dos formas de hacerlo: (1) Deje que el motor gire libremente después de cada ráfaga de corriente; (2) freno dinámico del motor después de cada ráfaga. El uso del enfoque n. ° 1 generalmente requerirá mucha menos potencia para lograr una velocidad determinada, pero el enfoque n. ° 2 ofrece un control mucho más preciso de la velocidad. Tenga en cuenta que cuando utilice el enfoque n. ° 2, el motor consumirá casi su corriente de bloqueo total (y disipará su potencia de bloqueo total) durante la mayor parte del tiempo que esté encendido; si un motor tuviera una corriente de pérdida de 1 amp y una corriente de funcionamiento de 100 mA, sería seguro operar el motor con un ciclo de trabajo del 1%,

Si su objetivo es hacer que el motor funcione a una velocidad controlable que sea aproximadamente el 1% de la velocidad normal, y si el consumo de energía no es una preocupación, el enfoque # 2 puede ser bueno. Si la carga mecánica es consistente, el enfoque n. ° 1 puede ser bueno. De lo contrario, es posible que necesite comentarios sobre la velocidad del motor.

En términos generales, un potenciómetro no será una buena opción para controlar la velocidad de un motor de CC, a menos que sea muy pequeño (piense en unos pocos 100 mA de consumo) ya que el potenciómetro debe estar clasificado para la corriente consumida por el motor. Además, a medida que restringe la corriente, también está reduciendo la potencia del motor. Por lo tanto, a velocidades lentas utilizando un mecanismo de limitación de corriente, encontrará que solo puede provocar una pequeña fracción del par que puede a altas velocidades.

Los motores DC Gear, como se señaló, son más apropiados para reducir la velocidad. Alternativamente, puede diseñar su propia cadena de engranajes, pero no es probable que sea rentable. Dayton fabrica una gama de motores de engranajes de CC de 12 V a un precio tan bajo como 0.6RPM (IIRC).

Luego, si desea utilizar la velocidad nominal como la velocidad máxima, un controlador de velocidad PWM puede ser bastante útil. Si bien no hay nada de malo con el protector de motor adafruit para el control del motor de CC, prefiero un controlador de velocidad externo, como el controlador compacto L298 de Solarbotics para motores de engranajes de CC más grandes.

Su amigo tiene razón, que cada motor tendrá diferentes características en cuanto al ciclo de trabajo PWM más bajo al que responderá de manera confiable. Para la mayoría de mis motores, parece limitar alrededor del 25-35% del ciclo de trabajo.

Sí, otra excelente manera de controlar la velocidad de salida es usando un paso a paso. Te permite tomar pasos discretos cuando elijas. Si bien un servo también le permite tomar pasos discretos, los menos costosos tienden a limitarse a movimientos mínimos de 1 grado y están diseñados para moverse lo más rápido posible desde la posición actual a la posición definida. Un motor paso a paso estándar de 200 pasos, con un controlador de micropasos 8x, le brindará una resolución aproximadamente 4 veces mayor y, por lo tanto, la capacidad de realizar incrementos más suaves y pequeños.

El motor paso a paso sería perfecto para lo que parece que quieres hacer. El inconveniente típico de un stepper es su baja velocidad. Sin embargo, considerando que dijiste que quieres ir de lento a lento, funcionaría

Hay "motores BLDC digitales" como los fabricados por ThinGap que hacen que un motor sea liviano, pequeño y tenga una excelente respuesta a un par extremadamente bajo (lento, alta potencia) así como a altas velocidades (RPM) sin la necesidad de cualquier equipo

¿Alguien ha tratado de controlar la velocidad de los motores de CC de bajo voltaje utilizando un circuito modulador de ancho de pulso (PWM)? En lugar de controlar la velocidad reduciendo el voltaje (que mata el par del motor), el PWM simplemente controla el ciclo de trabajo del voltaje de CC utilizado. En otras palabras, el voltaje de CC completo se aplica al motor, pero se enciende y apaga muchas veces por segundo. El punto clave es que cada vez que se aplica el voltaje al motor, proporciona un par completo. Como resultado, no hay vibración ni ruido, lo cual es típico de los motores que intentan superar la inercia.

Los pequeños circuitos PWM están disponibles por alrededor de $ 20.00 que manejarán hasta 1.0 amperios a 12 VCC. Lo uso para controlar motores de ferrocarril modelo HO Gage. Les permite arrastrarse sin hacer ruido.