Реверс двигателя постоянного тока схемы.

В статье «Регуляторы оборотов электродвигателей » речь шла о регулировке оборотов коллекторных двигателей электроинструментов. Нередко возникает и другая задача: реверс двигателя постоянного тока, т.е. требуется обеспечить его вращение в одну и другую стороны. Это может понадобиться, например, для привода ворот в гараже или коттедже, в различных моделях и пр.

Проще всего такая задача с реверсом решается с помощью мостовой схемы, которая в общем виде представлена на рис.1 .
Схема реверса состоит из четырех ключей, двигателя и источника питания. Когда все ключи разомкнуты ( рис.1а ), ток через двигатель не течет. При коммутации первого и четвертого ключа ток через двигатель Iд течет слева направо ( рис.1б ), и двигатель вращается в одном направлении. А при коммутации второго и третьего ключей — течет справа налево ( рис.1в ), и двигатель вращается в обратном направлении.
Понятно, что руками коммутировать для реверса четыре переключателя неудобно, поэтому вместо ключей используем транзисторы ( рис.2 ).
Транзисторы могут быть разной проводимости, полевыми или биполярными. Работают они в ключевом режиме.
Обратно включенные диоды VD1. VD4 защищают транзисторы от выхода из строя, так как в момент выключения электродвигателя возникает достаточно большая ЭДС самоиндукции.
Силовая часть устройства реверса на биполярных транзисторах приведена на рис.3 .
Она состоит из четырех силовых и двух управляющих транзисторов; резисторов, ограничивающих базовые токи; шунтирующих диодов и гальванической развязки в виде двух оптопар.
Питание моста происходит от блока питания, подающего постоянное напряжение +50 В относительно земли. В cостоянии покоя на оба канала (А и Б) подается 0 В. Все транзисторы закрыты, на концах обмоток потенциал 0 В. Вал двигателя не вращается.
Для вращения двигателя в одну сторону на канал А подается постоянное напряжение +5 В или ШИМ-сигнал, на канал Б — 0 В. Открывается оптрон VU1, следом управляющий VТ5; при этом VТ6 закрыт.
Через резистор R2 протекает ток, открывающий силовые VТ1 и VТ4, а VТ2 и VТЗ закрыты.
Таким образом, на конце обмотки Я1 потенциал составляет +50 В, на конце обмотки Я2 — 0 В. Вал двигателя вращается (например, по часовой стрелке).
Чтобы включить реверс двигателя, на канал Б подается напряжение +5 В (ШИМ-сигнал), на канал А — 0 В. Управляющий VТ6 открыт, VТ5 — закрыт. Через резистор R4 в цепи коллектора VТ6 протекает ток, открывающий VТ2 и VТ3, а VТ1 и VТ4 закрыты. На конце обмотки Я1 потенциал составляет 0 В, на конце обмотки Я2 — +50 В. Вал двигателя вращается против часовой стрелки.
В случае подачи полoжительного напряжения на оба канала (А и Б) произойдет короткое замыкание, поэтому такой режим предотвращается управляющей частью устройства.
Реверс двигателя постоянного тока можно выполнить и на МОП-транзисторах ( рис.4 ). На входе схемы реверса последовательно установлены два инвертора так, что выход одного одновременно является входом другого. При этом сигнал управления (высокий или низкий логический уровень) на входе DD1.1 инвертируется и подается на вход DD1.2.
Выходы инверторов управляют полевыми транзисторами. При высоком уровне на входе, на выходе DD1.1 — низкий уровень, а на выходе DD1.2. — высокий. Благодаря этому VТ2 и VТЗ открыты и пропускают ток от отрицательного к положительному полюсу источника питания. Двигатель М1 вращается против часовой стрелки.
Если на вход схемы реверса подать низкий уровень, на выходе DD1.1 появится высокий уровень и откроются VT1 и VТ4, замыкая другую диагональ моста. Теперь ток потечет в другую сторону, и двигатель изменит направление вращения. Для управления устройством для реверса необходим логический сигнал МОП-уровня (0/+12 В).

Устройство для реверса испытывалось с электродвигателем автомобильного вентилятора. Мощные МОП-транзисторы (для КП74ЗБ напряжение сток-затвор составляет 80 В. максимальный ток стока — 4,9 А) обеспечивают запас по мощности и по напряжению.
Сопротивление открытого канала составляет 0,3.. .0,5 Ом. Для повышения эффективности VT1. . .VТ4 устанавливаются на теплоотводы.
Напряжение питания зависит от типа применяемого электродвигателя М1. Если его напряжение питания превышает 15 В, следует предусмотреть в схеме дополнительный стабилизатор для питания микросхемы DD1.
Вместо К561ЛА7 можно применить другую микросхему серии 561, если ее элементы обеспечивают инвертирование сигнала (К561ЛЕ5, К561ЛН2).
Другая схема управления реверсом, построенная на мощных комплементарных полевых транзисторах, показана на рис.5 .

РЕВЕРС МОТОРА без «Н» моста и микросхем НА двух ДИОДАХ

Реверс — запуск мотора в обратном к текущему вращению направлении.

Реализовать вращение электродвигателя в разных направлениях можно разными способами.
Следует исходить из мощности электромотора который мы собираемся запустить для выбора типа и схемы электронных компонентов.

Если рассмотреть коротко, то реверс, практически любого электрического мотора сводится к переполюсовке направления тока подаваемого на клеммы электродвигателя (разумеется если мотор для этого предназначен).

К примеру, электрические двигатели от компьютерных кулеров с датчиком Холла не имеют возможности быть запущенными в обратную сторону, а бесколлекторные моторы переменного тока вполне могут крутится как в ту, так и в другую стороны при смене расположения конденсатора на вспомогательных обмотках.

Часто вижу довольно хитроумные схемы на силовых транзисторах и микросхемах так называемые «Н» мосты на полевых или биполярных транзисторах разного типа проводимости.

Мост Тильдена, хотя и зарекомендовал себя как практичное и надежное решение, не так уж прост и имеет рад недостатков таких к примеру как необходимость использования мощных транзисторов с большими радиаторами, а также схемы контроля тока входов, для предотвращения короткого замыкания в случае одновременной подачи на управляющие входы высокого уровня сигнала.

Хотя микросхем с уже встроенными Н мостами и контроллерами хватает, а в типовых решениях японских производителей , даже есть целый ряд готовых микросхем разной мощности, что делает сборку Н мостов из дискретных компонентов дилетантским занятием ради тренировки, забывать о простых и надежных решениях придуманных еще в эпоху СССР не стоит!

Ни одна микросхема не сравнится по простоте и по мощности со старым советским трёхпозиционным ключем способным коммутировать без радиаторов и дополнительного питания весьма «неприличные» мощности электродвигателей.

В ровень с этим Советским «монстром» можно поставить реле с токами коммутации не менее мощными чем упомянутый ключ.
Тут уже можно и кнопочки задействовать и управлять реле по проводочкам более тонким чем силовые кабели электромотора.

Не будем столь суровы к попыткам собрать схему «туды-сюды» вращателя, вдруг и в правду она понадобится для прозаичных и практичных целей, но давайте откинем всё лишнее и оставим лишь то без чего в этой схеме не обойтись : Источник питания, Мотор, Две кнопки (можно и одну) и схему для реверса питания без нулевого потребления.

Осталось соединить все это в одну цепь и наслаждаться эффектом просто и откровенно!