Elettronica

Inversione di marcia motore D.C.

Semplice e funzionale circuito a ponte che consente l'inversione di marcia di un motore a corrente continua di tipo ad eccitazione a magnete permanente. La robustezza dei darlinghton n.p.n TIP122 consente di pilotare cariche fino a 8 Ampere rendendolo adatto a qualsiasi applicazione in cui sia necessario pilotare un motore per asservimenti di media potenza.

I segnali in tensione che pilotano i versi di marcia ( avanti o indietro ) vengono adattati con opportune resistenze di base le quali lasceranno passare in base i 10 mA necessari per la saturazione del TIP122.

La velocità di commutazione tipica dei transistors Darlinghton consentono inoltre il pilotaggio con segnali di Tipo PWM quindi il circuito ben si presta anche alla regolazione di velocità del motore ad esso collegato teoricamente senza perdita di coppia motrice.

Due spie L.E.D. segnalano il senso di marcia,   Verde ( motore in  marcia avanti )   Rosso ( motore in marcia indietro ).

Nella tabella sono riportati i valori più opportuni delle resistenze di Base per il collegamento a una scheda a microprocessore, a una scheda generica a 12 Volt, oppure a un controllore industriale ( P.L.C.  a + 24 Volt D.C. ). 

Lo schema elettrico è una tipica configurazione a ponte spesso chiamato nei testi di elettronica ponte ad H.

Il circuito stampato dell'interfaccia per l'inversione di marcia risulta molto compatto come possiamo vedere in figura.

nota importante: Dal link sottostante potrai scaricare il PCB per realizzare il circuito, esso è realizzato con FidoCad, se quando lo apri vedi solo una lista di numeri (netlist), significa che non hai installato il Fidocad nel tuo PC, questo software è gratuito, è totalmente sicuro per il tuo PC e richiede solo un minuto per il download da questo sito. Se ancora non lo hai scaricato lo puoi ottenere cliccando qui  ->  FidoCad.

Per scaricare il file FidoCad del circuito stampato e dello schema elettrico clicca nei collegamenti sottoriportati.

Download Schema elettrico.

Download Circuito stampato.

Nella foto è rappresentato un esemplare montato e collaudato del circuito. In questo caso non bisogna assolutamente cortocircuitare con un dissipatore i corpi metallici dei TIP122 perchè essi sono collegati internamente al collettore del BJT, come si vede dallo schema elettrica comporterebbe un sicuro e distruttivo malfunzionamento.

L'ingombro di questo circuito è di soli  55 mm x 33 mm.

A gennaio 2010, ovvero quasi 4 anni dopo la distribuzione della versione FidoCad, ho realizzato il medesimo circuito con un CAD professionale che deriva dal vecchio OrCad, ovvero eagle.  La versione Free, scaricabile gratuitamente dal sito Cadsoft, è in grado di soddisfare le esigenze di tutti i progetti presentati in questa sezione elettronica del mio sito. L'immagina sottostante mostra lo sbroglio e il ritocco manuale del PCB eseguito in tecnologia dualLayer. Non è necessario eseguire nessun ponte. Chi non fosse in grado di lavorare in due strati può continuare a realizzare la versione FidoCad ottenendo gli stessi risultati.

Download lo schema elettrico del ponte ad H eseguito con Eagle

scarica l'immagine del ponte ad H eseguito in dual layer

Questo PCB misura 50mm x 26mm. I file necessari alla realizzazione del PCB usando il CAD Eagle sono scaricabili dal link sottostante, una volta scompattata la cartella sul desktop, trascinatela nella sezione progetti del control panel di Eagle.  Aprite il progetto e fate doppio click sul file schematico. Il board viene poi richiamato automaticamente dall'interno di Eagle con l'apposito tasto.

downlaod la cartella progetto di eagle "ponte ad H"

Per la realizzazione automatizzata dei PCB tramite macchine a controllo numerico è necessario convertire il disegno CAD in un insieme di files comunemente detti gerber. Essi contengono le informazioni relative alle diametri dei fori e delle loro coordinate, le serigrafie, la posizione e gli spessori delle piste sia sul lato saldature che sul lato componenti, la soldermask ecc.

download il PDF che spiega come creare i files gerber.

download la cartella compressa contenete i files gerber.

Il primo esemplare del ponte ad H professionale è stato assemblato durante il corso di "elettronica di base" che ho tenuto al centro culturale Z.I.P. Gli allievi hanno subito verificato la differenza di qualità del prodotto professionale rispetto allo stesso homemade. Le saldature sono molto agevoli dato che i fori sono metallizzati e ricoperti da una prestagnatura. La costruzione in tecnologia "Dual Layer" non richiede, come previsto dalla versione precedente, nessun ponte dato che le piste del piano inferiore sono collegate a quelle del piano superiore direttamente in fabbrica tramite appositi fori metallizzati denominati VIAS. Il PCB risulta inoltre di diversi millimetri più compatto oltre al fatto che la tecnologia FR4 lo rende più robusto per le applicazioni di potenza. Infine il solder (vernice isolante verde) su ambo i lati e la chiara serigrafia nel lato componenti agevola notevolmente il montaggio.

Attenzione: Il cablaggio della versione professionale non è uguale a quello della versione hobbistica perchè i morsetti non sono nelle stesse posizioni.

L'esemplare nella foto ha le resistenze calcolate per il funzionamento a 12 volt (ovvero 1200 Ohm) ma comunque può essere utilizzato a 24V benchè sia consigliato sostituirle con 2,2K. L'allievo che ha eseguito il montaggio non ha segnato i morsetti  che risultano essere a partire da sinistra: (Motore +, Motore -, nella foto sono stati assemblati entrambi rossi), filo blu corrispondente al comando di marcia avanti, segue la massa di questo comando lasciata aperta (N.C.) in questa applicazione, Il filo verde è il comando di marcia indietro seguito dalla sua massa (N.C.), il penultimo è l'alimentazione Positiva montata correttamente di colore rosso il cui valore in Volt dipende dal motore impiegato, e per finire il filo arancione più a destra è la massa dell'alimentazione e di tutto il circuito, che nello schema presentato qualche riga più in alto corrisponde al morsetto X4-2. In questo PCB vengono correttamente alloggiati i LED da 3 millimetri con l'accorgenza di montare il catodo verso messa (il lato tagliato del corpo del led che corrisponde al reoforo più corto). Convenzioniamo il circuito secondo le segnalazioni LED verde marcia avanti (corrisponde a led 1) e LED rosso marcia indietro (corrisponde a led 2), nel caso il motore dovesse ruotare in senso inverso bisognerà invertire i due fili rossi collegati ai primi morsetti a sinistra, ovvero l'indotto del motore D.C.

nella foto vediamo il circuito collegato a un motore D.C. (di tipo con indotto a spazzole e collettore ed eccitazione a magnete permanente) di misura abbastanza robusta per  soddisfare molti problemi di automazione sia hobbistico che industriale.   Questo tipo di motore ha l'asse collegato ad una robusta riduzione meccanica (alimentandolo a 12 Volt DC non sarete in grado di fermarlo usando le mani). L'assorbimento a regime è di circa un Ampere mentre la corrente di spunto tocca i 3 Ampère. Il ponte ad H è dimensionato per correnti di regime di 8 Ampère. I darlighton possono sopportare correnti di spunto di oltre 10 Ampère. Nel filmato possiamo vedere una piccola semiautomazione cablata in fase di collaudo costituita da una leva industriale di comando in marcia avanti e marcia indietro.

download del filmato del collaudo del ponte H (formato 3gp)

Come procurarsi i circuiti stampati di questo progetto.

La mia attività non prevede la vendita diretta di schede elettroniche o circuiti stampati (pcb) assemblati oppure no. E' tuttavia possibile procurarsi i PCB, con forniture minime di 100 esemplari, di tutti quei progetti  che nell'articolo hanno disponibili i file gerber. I progetti che ho concretamente realizzato e di cui potete vedere le foto hanno già i file costruttivi gerber depositati presso una fabbrica altamente specializzata, quindi basterà contattare via mail l'interprete che eseguirà per voi l'ordine.

Chi fosse interessato ad avere il circuito stampato di questo progetto elettronico mi può contattare  tramite la mail ad.noctis@gmail.com

fino ad esaurimento delle scorte

La pannellizazione di questo progetto è eseguita su supporti standard di 110mm x 144mm in grado di alloggiare 10 esemplari. nella foto sottostante vediamo due pannelli, a sinistra nel lato saldature e a destra nel lato componenti nel quale vediamo le chiarissime serigrafie.

Il progetto pur essendo di ampia applicabilità nell'industria, risulta essere un ottimo esercizio di assemblaggio nelle scuole ad indirizzo elettrico, elettronico, informatico, robotica ed automazione industriale. La ridotta dimensione del PCB, la diretta interfacciabilità con i sistemi di controllo a PLC, e il contenuto costo dei componenti ne agevola l'impiego anche in classi numerose giustificando la richiesta di oltre il centinaio di esemplari.   

prof. Gottardo.

     Pagina precedente