Motor elétrico muito lento

Um cliente perguntou:

Quero diminuir a velocidade de um pequeno motor DC do tamanho de um passatempo para um intervalo de variáveis ​​do usuário que vai de lento a zero RPM. Eu simplesmente usaria uma verruga na parede para uma fonte de alimentação e um potenciômetro para definir a velocidade, mas a carga no motor pode mudar um pouco. Embora o arrasto no motor seja muito baixo, se esse arrasto mudar, eu gostaria que a velocidade do motor permanecesse bastante estável, apesar disso.

Algumas pessoas me disseram para usar um controlador PWM para esse fim, porque um PWM tem um intervalo de 0 a 100%. Claro que isso não está no RPM. Outra pessoa disse que o motor pode não desacelerar adequadamente porque a classificação de hertz no PWM pode ser alta demais para permitir isso ou porque os pulsos podem não ter uma quantidade adequada de força para excitar o motor o suficiente para movê-lo quando o motor a velocidade está próxima de zero.

Pensei em usar um motor de direção, então pareci um kit Adafruit Motor / Stepper / Servo Shield para Arduino - v1.0, mas não sei quase nada sobre isso, então não sei se isso seria a coisa certa também.

Quero girar um botão para variar a velocidade de um motor de algumas partes de uma RPM até uma velocidade "lenta" ... digamos 60 RPM? ...talvez?

Ah ... comparativamente barato e simples de configurar, seria ótimo também!

Alguma ideia?

Motores DC não funcionam bem em baixas rotações. Eles param e têm torque horrível. (ou seja, eles não podem girar muito). Portanto, as pessoas criaram motores de engrenagem: motores com engrenagem integrada. O resultado parece um motor um pouco mais volumoso, mas com baixas rotações e alto torque. Se você desmontasse um motor de engrenagem, verá que a peça do motor realmente funciona a vários milhares de RPMs, mas é reduzida a algo como 60 RPM máx.

Um especializado comum é o servo de hobby padrão, que possui alguns bits eletrônicos adicionais, mas é fundamentalmente um motor de engrenagem. Confira qualquer lugar que venda motores para robótica ou eletrônicos excedentes e você verá vários motores de engrenagem diferentes para escolher.

Os motores de engrenagem CC são controlados da mesma forma que os motores CC normais; portanto, uma blindagem do motor Arduino funciona bem com eles.

O torque de um motor típico varia à medida que ele gira, com base na posição do motor dentro de cada "passo" do comutador. Esse torque variável dificulta a rotação suave do motor em velocidades muito baixas.

Um remédio comum é acertar o motor com rajadas curtas de corrente, onde cada rajada é longa o suficiente para mover o motor em pelo menos uma etapa do comutador. Quanto mais longas as rajadas, mais previsível será o comportamento do motor, mas mais "irregular" a saída. Observe que existem duas maneiras de fazer isso: (1) Deixe o motor girar após cada rajada de corrente; (2) freie dinamicamente o motor após cada rajada. O uso da abordagem nº 1 exigirá tipicamente muito menos energia para atingir qualquer velocidade, mas a abordagem nº 2 oferece um controle muito mais preciso da velocidade. Observe que, ao usar a abordagem nº 2, o motor estará consumindo quase toda a sua corrente paralisada (e dissipando sua potência total) durante a maior parte do tempo em que estiver ligado; se um motor tivesse uma corrente de 1 ampere e uma corrente de operação de 100 mA, o funcionamento do motor em um ciclo de trabalho de 1% seria seguro,

Se seu objetivo é fazer com que o motor funcione a uma taxa bem controlável que seja cerca de 1% da velocidade normal, e se o consumo de energia não for uma preocupação, a abordagem nº 2 pode ser boa. Se o carregamento mecânico for consistente, a abordagem nº 1 pode ser boa. Caso contrário, você pode precisar de algum feedback de velocidade do motor.

De um modo geral, um potenciômetro não será uma boa opção para controlar a velocidade de um motor CC, a menos que seja muito pequeno (pense em um consumo de 100 mA), pois o potenciômetro deve ser classificado para a corrente consumida pelo motor. Além disso, ao restringir a corrente, você também está consumindo a energia do motor. Portanto, em velocidades baixas usando um mecanismo de limitação de corrente, você descobrirá que apenas pode obter uma pequena fração do torque que pode em altas velocidades.

Os motores de engrenagem DC, como indicado, são mais apropriados para reduzir a velocidade. Como alternativa, você pode criar sua própria corrente de engrenagem, mas não é provável que seja econômico. A Dayton produz uma gama de motores de engrenagem de 12V DC com preço acessível, chegando a 0,6RPM (IIRC).

Então, se você deseja usar a velocidade nominal como a velocidade máxima, um controlador de velocidade PWM pode ser bastante útil. Embora não haja nada de errado com a blindagem do motor adafruit para o controle do motor DC, prefiro um controlador de velocidade externo, como o L298 Compact Driver da Solarbotics para motores de engrenagens DC maiores.

Seu amigo tem razão, que cada motor terá características diferentes quanto ao menor ciclo de trabalho PWM ao qual responderá com segurança. Para a maioria dos meus motores, parece limitar em torno de 25 a 35% do ciclo de trabalho.

Sim, outra excelente maneira de controlar a velocidade de saída é usando um stepper. Ele permite que você execute etapas discretas sempre que quiser. Enquanto um servo também permite que você execute etapas discretas, as menos caras tendem a ser limitadas a movimentos mínimos de 1 grau e são projetadas para se mover o mais rápido possível da posição atual para a posição definida. Um motor passo a passo padrão de 200 etapas, com um driver de micro-passo de 8x, fornecerá efetivamente cerca de 4 vezes a resolução e, portanto, a capacidade de fazer incrementos menores e mais suaves.

Motor de passo seria perfeito para o que parece que você quer fazer. A desvantagem típica de um stepper é sua baixa velocidade. Considerando, no entanto, que você disse que deseja ir de mais devagar para mais lento, isso funcionaria

Existem "motores digitais BLDC", como os fabricados pela ThinGap, que fabricam um motor leve, pequeno e com excelente resposta a torque extremamente baixo (lento, alta potência) e a altas velocidades (RPM) sem a necessidade de qualquer equipamento.

Alguém já tentou controlar a velocidade de motores DC de baixa tensão usando um circuito modulador de largura de pulso (PWM)? Em vez de controlar a velocidade reduzindo a tensão (que diminui o torque do motor), o PWM simplesmente controla o ciclo de trabalho da tensão CC usada. Em outras palavras, a tensão CC total é aplicada ao motor, mas é ligada e desligada muitas vezes por segundo. O ponto principal é que toda vez que a tensão é aplicada ao motor, ele gera torque total. Como resultado, não há vibração ou ruído típico dos motores que tentam superar a inércia.

Circuitos PWM pequenos estão disponíveis por cerca de US $ 20,00, que suportam até 1,0 amperes a 12 VCC. Eu o uso para controlar os motores ferroviários do modelo HO gauge. Permite-lhes rastejar sem emitir som.