ویژگی هایِ مدارِ کنترلِ سرعتِ فن ها و مزایای استفاده از این مدارِ سیسیان الکترونیک
کنترل دیجیتالِ سرعت موتور یا فنِ DC
دارای نمایشگرِ عددی گامِ سرعتِ تنظیم شده
بدون نویز پراکنی حین کنترل سرعت، به دلیل عدم استفاده از PWM و فرکانس های کنترلی
کنترل فن یا موتور DC ، به صورت کنترل ولتاژ اعمالی به موتور یا فن
بدون هیچ مدار نوسان ساز و مدار تولید رَمپ
بدون میکروکنترلر
بدون نیاز به پروگرامر و دانش برنامه نویسی برای میکروکنترلرها
بدون استفاده از پُتانسیومتر تنظیم، جهتِ کاهشِ استهلاکِ مدار
ایده آل برای استفاده در محیط های حساس به نویز
ولتاژ ورودی مدار: از 15 تا 24 ولت متناوب یا مستقیم
ولتاژ خروجی مدار: از 0 تا 12 ولت مستقیم
جریان خروجی مدار: تا 1.5 آمپر
امکان اتصال چند فن یا موتور DC به خروجی مدار، به صورت موازی
مدار نسبتا ساده، و دارای طرح بُرد مدارچاپی یکرو جهت ساخت و مونتاژ توسط علاقه مندان الکترونیک
امکان تنظیم یک سرعت اولیه، به عنوان سرعت شروع کار(نه خاموشی مطلق موتور یا فن، در ابتدای روشن شدنِ مدار)
خواستگاهِ مدارِ کاهش سرعتِ فن های سیسیان الکترونیک
فن ها و موتورهای DC همه جا هستند. از کامپیوتر و لپ تاپ گرفته، تا سِروِرها و دیتا سِنتِرها. از خانه ها گرفته تا، صنایع و بیمارستان ها. در ماشین آلات کوچک و بزرگ، استفاده می شوند، در خنک کاری آنها نقش ایفا می کنند، و گاه قلب تپنده یک وسیله الکتریکی خانگی یا صنعتی و یا یک تجهیز بیمارستانی را تشکیل می دهند. با وصل یک موتور یا پنکه یا فَنِ DC، به منبع ولتاژی که برابر با ولتاژ نامی اش است، موتور آن شروع به گردش، با بیشینه سرعت خود می کند. ولی خیلی مواقع، کاهش دور آنها، و کارکرد در دورهای پایین تر، مفید تر است. در این جا قصد داریم مداری معرفی کنیم، که این کار را به بهترین شکل برای شما انجام می دهد. با این حال، مروری بر ساختار موتورهای DC، ضروری به نظر می رسد. این موتورهای محبوب، اگرچه در ابعاد و اندازه های مختلف، با توان های خیلی کم تا خیلی زیاد، وجود دارند، ولی در دو نوع کُلی، دسته بندی می شوند:
موتورهای DC دارای Brush یا ذغال و کلکتور
موتورهای DC بدون ذغال و کلکتور که Brush Less نام گرفته اند
آنچه آنها را متمایز ساخته، وجود یا عدم وجود هادی ها و رابط هاییست که، الکترون ها را به سیم پیچ های گردشگر، واقع در قطعه مرکزی چرخنده، یا همان روتور(Rotor) منتقل می کند. این تمایز ، به آن دلیل اهمیت دارد، که طول عُمر موتور را تعیین می کند. چون استهلاکی ترین قطعه یک موتور DC ، کلکتورها و ذغال ها یا هادی های نرمی است که، با کلکتور در تماسند، و باید مُدام، جریان الکتریکی را به سیم پیچ های چرخشگر، یا همان Rotor ، برسانند. با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک، و سنسورهای اثر هال، رفته رفته، این قطعات استهلاک دار، با چند تغییر در موتور DC، حذف شدند تا، طول عمر این موتورهای مفید، افزایش یابد. در موتور DC کلکتور دار، آهنرباهای ثابت، در اطراف روتور Rotor ، قرار داشته، که استاتور نام دارد. در موتور DC بدون ذغال و کلکتور، تغییر میدان مغناطیسی برای به گردش درآوردن موتور، در روتور ثابت وسط، توسط مدارات الکترونیک ، انجام می شود. آهنرباهای ثابت اطراف، روی محور و گردشگر قرار دارد و میدان روتور Rotor را دنبال می کنند. یعنی در موتور DC کلکتور دار، آهنرباها ثابت اند و محور متحرک است، ولی در موتور DC نوع Brush Less ، آهنرباها سوار بر یک صفحه متصل به محور هستند، که به دور میدان مغناطیسی متحرک در مرکز که، ثابت است، می گردند. به این ترتیب با حذف کلکتورها، ذغال ها و هادی های استهلاکی درون موتور، طول عمر موتور DC، افزایش چشمگیری می یابد.
اگرچه طول عمر موتور DC با این روش افزایش می یابد، ولی نیروی گشتاور آن، قربانی شده، و کاربرد این موتورها را، در فن ها و موتورهای به کار رفته برای جا به جایی سیال سبک، محدود می کند. یعنی اگر بخواهیم در دور پایین، گشتاور بالا دریافت کنیم، مجبوریم به موتور DC ای برگردیم که، کلکتور و ذغال دارد. به هر حال، قصد ما در طرح این تفاوت ها، بررسی ساختمان موتورهای DC نیست. بلکه، می خواهیم مدار کنترل سرعتی را معرفی کنیم که، توسط سیسیان الکترونیک طراحی شده، و می تواند برای هر دو نوع موتور DC گفته شده، به کار رود. تفاوت موتورهای DC به این دلیل عنوان شد که، شما باید پیش از انتخاب موتور DC مورد کنترل، خصوصیات کلی آنها را با توجه به هدفی که دارید، بدانید. برای تهویه ها و خنک کاری ها، اغلب، فن های Brush Less ، کاملا کافی و مناسب هستند. ولی در جایی که به گشتاور اولیه نیاز دارید، نمی توانید موتورهای Brush Less را ، با موفقیت چندانی، به کار برید. باز هم به محل استفاده و هدف مورد نظر، اندازه و توان موتور DC ، بار اولیه و خیلی پارامترهای دیگر بستگی دارد. برای کنترل سرعت موتورهای DC، مدارهای مختلفی طراحی شده و وجود دارند. ولی هر یک، معایب و مزایای خود را دارند.
بدترین عیب این مدارها، استفاده از ولوم یا پُتانسیومتر برای کنترل سرعت موتور است.
عیب دیگر آنها، نبودِ روش مناسب برای نمایش سرعت فن و موتور، به کاربر است. از سایر عیوب طرح های موجود در اینترنت، می توان به نویز پراکنی و اجبار به استفاده از میکروکنترلر و برنامه نویسی آن و
مدارات کلاک و کریستال و نوسان ساز، و در نتیجه، سخت بودنِ ساختِ چنین مداراتی اشاره کرد.
در اینجا، مداری را معرفی میکنیم، که می تواند هر دو نوع موتور DC گفته شده را، کنترل کرده، و سرعت نامی فن یا موتور را در نُه گامِ سرعتی مختلف، تنظیم کند. همچنین، مدار به تعدادی LED جهت نمایش عددِ گامِ سرعتِ تنظیم شده، مجهز است. از ولوم استفاده نمی کند و دو کلید ساده فشاری دارد تا کاربر بتواند به راحتی، سرعت فن را افزایش دهد یا آن را خاموش کند.
پُر اهمیت ترین مزیت این مدار کاهش سرعت فن ها و موتورهای DC، استفاده از دو عدد IC ساده نوع CMOS و نمایش عددِ سرعتِ موتور یا فنِ متصل به خروجی مدار است.
به دلیل اینکه سیسیان الکترونیک، در طراحی این مدار از هیچ میکروکنترلری استفاده نکرده، و همچنین برای نمایش عددِ متناسب با سرعت فن، از هیچ
7-Segment
ای استفاده نگردیده، تهیه قطعات و مونتاژ و ساختِ این مدار، حتی برای آماتورها بسیار میسر و شُدنی است.
کاربرد های مدارِ کاهشِ سرعت فن و موتورهای
DC
سیسیان الکترونیک
کنترل و کاهش سرعت فن ها و موتورهای DC، در مواردی مانند زیر، لازم است:
تهویه مطبوع
غبار گیرها و دفع ریزگرد
تصفیه کننده های هوا
خنک کاری موتور یخچال و لوله های داغ پشت یخچال جهت افزایش راندمان و طول عمر یخچال
تهویه داخل یخچال
گلخانه ها
خشک کننده های میوه و چای
کاهش صدای فن ها در کامپیوترهای شخصی
کاهش آلودگی صوتی هواکش اتاق خواب و منزل
دستگاه جوجه کشی
و غیره...
توضیح درباره مدارِ کاهش سرعت فن سیسیان الکترونیک
همانطور که گفته شد، مدار پیش رو، با اُفت دهی و تلفات بخشی از انرژی الکتریکی، روی ترانزیستور BD135 ، سرعت فن یا موتور DC را کنترل می کند. این انرژی الکتریکی تلف شده روی ترانزیستور، به صورت حرارت بروز کرده، و باید با یک هیت سینک (یک تکه آلومنیوم که سطح تماس مناسب با هوا دارد) به محیط منتقل شود، تا دمای ترانزیستور، زیر60 درجه سانتی گراد، کنترل شود و از سوختن آن جلوگیری شود. ترانزیستور روی هیت سینک نصب می شود و سپس در مدار قرار می گیرد. و همانطور که گفته شد، مدار امکان تنظیم یک سرعت اولیه برای شروع کار را دارد. یعنی به محض روشن شدن، موتور یا فن، حرکت داشته باشد، یا نداشته باشد و خاموش باشد. این تنظیم، با تغییر مقدار چند عدد از مقاومت های مدار، میسر است. البته باید گفت، سیسیان الکترونیک، این مدار را ، برای شروع کار در سرعت صِفر طراحی کرده است. یعنی با وصل برق مدار، نمایشگرِ عددی مدار، عدد 0 صِفر را نشان داده، و مدار خروجی نداده و فن کاملا خاموش است. انتخاب اینکه، آیا موتور DC یا فن ها، در ابتدای اتصال مدار به برق، حرکت اولیه داشته باشند یا خیر، کاملا بستگی به جایگاه کار فن و موتور DC، هدف شما از کنترل سرعت موتور DC ، محل مصرف نیروی مکانیکی موتور یا فن و دیگر فاکتورها دارد. باید بررسی کنید آیا، با قطع برق و وصل مجدد آن پس از دقایق یا ساعاتی، روشن شدن موتور DC ، خطری متوجه مصرف کننده دارد یا خیر؟ خطر زیست محیطی دارد یا خیر؟ خسارت مالی به بار می آورد یا خیر؟ و همینطور، برعکس این نیز قابل بررسیست. این که آیا با قطع برق مدار، و اتصال آن در دقایق یا ساعات آینده، خاموش ماندن موتور DC ، یا فن، منجر به خسارت مالی، خطر زیست محیطی، خطر برای مصرف کننده، افزایش حرارت سیستم درگیر با فن یا موتور DC ، دارد یا خیر؟
همه این ها ، به این دلیل مطرح شد، چون، این مدار، امکان ذخیره آخرین سرعت تنظیمی، و ادامه کار با همان سرعت در دفعات روشن شدن بعدی مدار را، ندارد. چون اصولا میکروکنترلری در آن به کار نرفته تا بتواند فرمان ها و فعالیت های کاربر را ثبت، و در مواقع نیاز، آنها را استخراج کند. با این حال، چون امکان تنظیم سرعت اولیه از طریق تغییر مقاومت های مدار را دارد، و چون عملکرد خوبی در کنترل سرعت فن ها دارد، کاندید بسیار مناسب و ایده آلی برای کنترل دور موتورهای DC و فن های Brush Less می باشد. همینطور اینکه، سرعت تنظیمی را، توسط نمایشگر عددی متشکل از LED ها، نشان می دهد و کاربر را، از آخرین وضعیت کار مدار، و سرعت فن، و اینکه آیا برق شهری قطع شده یا خیر، مطلع می سازد.
تعداد قطعات مدار کم است. مدار کنترلر سرعت فن، تنها از سه IC، شامل یک IC رگولاتور، و دو آی سی CMOS بهره می برد. سایر قطعات، همگی، مقاومت و دیود و ترانزیستور هستند. مدار فاقد پتانسیومتر کنترل دور است، تا به این ترتیب، عُمر مفید آن افزایش یابد و در آینده دچار خرابی های پتانسیومتر و مولتی تِرنِ مستهلک نشود. به جای کنترل سرعت فن، با پتانسیومتر، از دو کلید فشاری ساده استفاده می شود. یکی برای افزایش دور، و دیگری برای خاموش کردن فن یا موتور DC . هر بار زدن کلید فشاری سمت راست، یک گام، سرعت را افزایش می دهد، و این کار ده بار قابل تکرار است و در مرحله نهم ،سرعت فن به بیشینه خود می رسد، و در مرحله دهم، فن خاموش می شود. همچنین، یک بار زدن کلید سمت چپ مدار، منجر به خاموشی فن یا موتور DC، در هر سرعتی که بوده، می شود. همزمان، نمایشگر عددی مدار، گام های افزایش سرعت را نشان می دهد تا کاربر مطلع شود در چه مرحله ای از سرعت چرخش فن است. با زدن کلید سمت چپ ، نمایشگر عددی، عددِ صِفر را نشان می دهد و فن خاموش می شود. کلید های فشاری، ورودی هایِ دیجیتالی محسوب می شوند. چون دو حالت مداری دارند. یا فشرده می شوند و اتصال الکتریکی برقرار می کنند، و یا رها می شوند و ارتباط الکتریکی را قطع می کنند. به این دلیل، و اینکه ساختمان ساده ای دارند، عمر بیشتری از پتانسیومتر ها دارند. مزیت این مدار کنترل سرعت فن، که توسط سیسیان الکترونیک طراحی شده، این است که، بُرد مدار چاپی آن به صورت DIP و SMD به صورت یک رو، طراحی گردیده، و ساخت مدار را برای علاقه مندان ، ساده کرده است. همچنین، باعث می شود مداری که می سازید، روی بِرِد بُرد نباشد تا، با یک جا به جایی یا تکان، در آن قطعی رخ دهد و پیدا کردن قطعی، و یا اتصالی، از بستن دوباره مدار، سخت تر باشد. از اینها گذشته، این مدار هیچ وقت هنگ نمی کند. چون در آن میکروکنترلر به کار نرفته. مدارنویز تولید نمی کند. چون در آن از روش های کلید زنی استفاده نشده. ساخت این مدار کنترل سرعت فن، برای آماتورها نیز میسر است. برای سهولت بیشتر، سیسیان الکترونیک، فایل بُرد مدار چاپی، و یا کیتِ کاملِ آماده مونتاژ را، با قیمتی ارزان، ارائه کرده است. در صورت تهیه فایل بُردِ مدار چاپی مدار کاهش سرعت فن سیسیان الکترونیک، می توانید آن را به سازنده های مدار چاپی بدهید تا برای شما بسازند و طبق راهنما، قطعات را با رعایت جهت و پُلاریته، روی برد ساخته شده، مونتاژ کرده، و لحیم کاری کنید تا کنترلر سرعت چرخش فن، آماده آزمایش اولیه شود. همینطور می توانید همین حالا، کیتِ آماده مونتاژ را سفارش دهید تا به آدرس شما ارسال شود. در این حالت، تنها کاری که لازم است بکنید، مونتاژ قطعات مدار است. علاوه بر این ها، می توانید مدار مونتاژ شده و آماده را سفارش دهید تا به آدرس شما ارسال شود. در این حالت، تنها کاری که لازم است بکنید، این است که، فن را به خروجی مدار وصل، و سپس تغذیه به مدار بدهید.
طرز کار مدارِ کاهشِ سرعت فن سیسیان الکترونیک
این مدار منحصر به فرد کاهنده سرعت چرخش فن و موتورهای
DC، از یک IC تقسیم کننده پالس به دَه، از نوع CMOS به شماره
CD4017
و همینطور یک
IC
شمارنده پالس دارای خروجی
BCD
از نوع
CMOS
به شماره
CD4033
استفاده می کند، تا بتواند سرعت چرخش موتور یا فن
Brush Less
را در دَه مرحله، کنترل کند.
هر دوی این
IC
های
CMOS
، از نوع شمارشِ افزایشی هستند، که در داخل خود، یک شمارشگر چهار بیتی دارند.
خروجی های
IC
مقسم پالس به دَه،
توسط یک ردیف دیود و مقاومت، تشکیل یک مبدل دیجیتال به آنالوگ داده اند، که خروجی آن مبدل، برای راه اندازی ترانزیستور قدرت مدار، به کار رفته است.
ورودی دهی به این مدار با دو کلید فشاری ساده ، انجام شده، که این دو کلید، کارِ ولوم را در این مدار می کنند. فشردن یکی از این دو کلید، منجر به ریست شدن هر دو آی سی شمارنده، و فشردن دیگری، منجر به تولید پالس جهت شمارش افزایشی تراشه های شمارنده مدار می گردد. بقیه مدار ساده است و نیاز به توضیح ندارد. به دلیل عدم استفاده از میکروکنترلر در طراحی این مدار، ساختِ آن توسط آماتورها امکان پذیر است و قطعات آن نیز به فراوانی موجود اند. این مدار طوری طراحی شده که، وجود
IC2
برای کارکردِ مدار، اجباری نیست و در صورتی که به نمایش عددِ سرعت چرخش احتیاج نداشتید، می توانید آن را مونتاژ نکنید. به این ترتیب، ساختن مدار، ارزانتر هم خواهد شد. یکی دیگر از مزایای این طرح، این است که ، برای ساختن آن، نیاز به نمایشگر
7-Segment
ندارید. چون این نمایشگرهای
7-Segment
انواع بسیار متنوعی دارند و در دو نوع آنُد مشترک و کاتُد مشترک ساخته می شوند.
بدترین عیب نمایشگرهای عددی
7-Segment
این است که، طرح پایه های آنها ، استاندارد خاصی ندارد و کاملا بسته به سلیقه سازنده بوده است.
برخی از آنها هشت پایه اند و برخی ده پایه و بیشتر.
و دیگر اینکه، ترتیب ارتباط پایه ها با دیود نوری قطعه
a
،
b
،
c
،
d
،
e
،
f
،
g
و
dot
آنها، همیشه یکسان نیست.
به همین دلیل، سیسیان الکترونیک، از استفاده از این نمایشگرها در طراحی مدار کاهش سرعت موتور و فن ها، خودداری کرده است.
به جای آن، عدد 0 تا 9 متناسب با سرعت تنظیمی مدار، توسط
14
عدد دیود
LED
از نوع مکعب مستطیلی به نمایش در می آید، تا هم عدد دیجیتالی بزرگتری تشکیل شود و از دورتر نیز دیده شود، هم ساختن این مدار را برای آماتورها یا کسانی که به فروشگاه های
7-Segment
دسترسی ندارند، آسان کند و آنها را از جستجو برای
7-Segment
مخصوصی برای این مدار، بی نیاز کند.
LED
ها همه جا هستند، و حتی اگر نوعِ مکعب مستطیلی موجود نباشد، چون در این طرح، هر قطعه تشکیل دهنده عدد، از دو
LED
تشکیل شده، می توانید دیود های
LED
معمولی که استوانه ای و یا بیضی شکل هستند نیز، مونتاژ کنید و نتیجه مشابهی به دست آورید.
این نوع طراحی، یک مزیت دیگر نیز به بارآورده، و آن، آزادی در انتخاب رنگ نمایشگر عددی است. چون دیود های
LED
استوانه ای و بیضی شکل، در پنج رنگ
سفید
و
نارنجی
و
آبی
و
سبز
و
قرمز
، ساخته می شوند و فراوان اند.
ولی بهتر است از رنگ آبی و سفید استفاده نکنید. چون حشرات را جذب می کند، و باعث کاهش راندمان حشره کُش های الکتریکی نوری، در تاریکی، می شود. بهترین رنگ ها برای این نمایشگر عددی، سبز و قرمز هستند، که چندان باعث جلب توجه حشرات نمی شود.
⚠
هشدارها در مورد ساختن و بهره برداری از مدار کاهش سرعت فن و موتورهای DC سیسیان الکترونیک
⚠
آی سی رگولاتور و ترانزیستور این مدار، باید به خنک کننده آلومنیومی (هیت سینک) پیچ شوند
اگر از یک آلومنیوم یک تکه استفاده می کنید، باید از قطعات عایق کننده برای پیچ کردن ترانزیستور و آی سی رگولاتور به آن، استفاده نمایید
تولید انبوه این طرح، بدون کسب اجازه از طراح، ممنوع است. امتیاز تولید انبوه به متقاضی واگذار می شود. در این مورد تماس بگیرید
توصیه می شود روی کلید های فشاری مدار، سرکلیدهای پلاستیکی، با دو رنگ متفاوت، مثلا زرد و سبز، استفاده کنید
مونتاژ مقاومت شماره
R8
با مقدار
1.5KΩ
ضرورتی ندارد. این مقاومت، خروجی نُقطه برای
7-Segment
را تامین می کند. خروجی نُقطه وقتی موجود است که، کلید
OFF
مدار فشار داده شود، یا اینکه، وقتی سرعت چرخش فَن روی
9
تنظیم شده باشد، یک بار دیگر کلید
START
زده شود.
طراحی این مدار، به صورت یک رو و بدون استفاده از جَمپر در کمترین مساحت ممکن انجام شده است. به جای آن، از کلید های فشاری چهارپایه، طوری استفاده شده، که کار یک جَمپر را برای مدار انجام می دهند.
در کلید فشاری های چهارپایه، پایه ها دو به دو، به هم وصلند و وقتی کلید فشرده شود، هر چهار پایه به هم وصل می شوند. بنابراین، اگر از کلید فشاری دو پایه استفاده می کنید،باید کسری مدار را با جمپر زدن جبران کنید.
اگر برق مدار قطع شود، سرعت چرخش فن یا موتور
DC
متصل به خروجی این مدار، صفر خواهد بود.
مگر اینکه مقاومت های تنظیم سرعت را تغییر داده باشید، طوری که با زدن کلید
OFF
،مدار به آن سرعت برگردد، نه سرعت صفر و خاموشی کامل فن
همچنین، می توانید با کلیک در
اینجا
، بُرد مونتاژ شده و آزمایش شده و آماده به کار کنترلر فن را سفارش دهید تا به آدرس شما در هر جای ایران که هستید، به صورت پُستی ارسال شود.
برای مشاهده بخش سوال و جواب های مطرح شده،
اینجا
کلیک کنید.
ممکن است سوالی که برای شما در زمینه ساخت یا مونتاژ مدار کاهش سرعت چرخش فن و موتور DC سیسیان الکترونیک، پیش آمده باشد، قبلا در این بخش پاسخ داده شده باشد.
برای نظر دهی در مورد
مدار کاهش سرعت فن و موتورهای DC سیسیان الکترونیک
،
و طرح سوال و دریافت جواب، به ایمیل ما
✉ ciciyan.electronic@gmail.com ✉
نامه الکترونیکی ارسال کنید.
در اولین فرصت، به ایمیل ها پاسخ داده خواهد شد.
در صورتی که می خواهید ضمن طرح سوال، تصویری نیز ارسال کنید، تصویر شما کوچک و کم حجم باشد. لطفا تصویر با حجم بیش از 300 کیلوبایت ارسال نفرمایید. برای کاهش حجم تصویرها، می توانید از
نرم افزار
Paint
یا
Photoshop
استفاده کنید.
.svg)
