Запуск трехфазного двигателя от жесткого диска

Просмотрев видео работы этого двигателя, захотелось эту статью скопировать себе в архивчик. Какие обороты! Сам то я не разбираюсь в программировании, но кому-то и пригодится. Таких оборотов не выдаст ни один двигатель, разве что от формулы-1.

Не зря трехфазные бесколлекторные двигатели нашли широкое применение в авиамоделизме.
Стандартный двигатель выглядит примерно так:

Двигатели из CD-ROM/DVD-ROM приводов выглядят так:

В интернете есть даже статьи по переделке бесколлекторного двигателя от CD-ROM для дальнейшего его применения в авиамоделизме.
В переделку обычно входят:
— перемотка другим проводом(тоньше или толще диаметром),
— изменение схемы намотки (звезда или треугольник),
— замена обычных магнитов на неодимовые.
После чего трехфазный двигатель приобретает дополнительные обороты и мощность.

Я в эксперименте использовал обычный бесколлекторный двигатель от HDD привода, вид такой:

Предварительно конечно лучше закрепить его на чем-то, я использовал корпус от того самого HDD привода.

Сам двигатель, который я использовал имеет четыре вывода, что говорит о том, что схема намотки у него в виде звезды с отводом от центра, то есть что-то примерно такое:

Схема управления простая, и состоит из не большого числа элементов. В виде управляющего устройства использован микроконтроллер ATmega8. Схема устройства показана на рисунке:
схема включения трехфазного бексоллекторного двигателя:

В схеме использованы драйверы полевых транзисторов IR4427 и сами полевые транзисторы IRFZ44.
Управляющая программа была написана не мною, автор Дмитрий(Maktep) за что ему отдельное спасибо.
Как исключение программа написана на Си для CV-AVR.
Программа транслирована под компилятор WIN GCC.
Частота кварца 8МГц, для устройств с связью по UART рекомендую использовать внешний кварц, так как при тактировании от внутреннего генератора могут появляться ошибки в виду его нестабильной работы при изменении температуры окружающей среды.

1. #include <avr/io.h>
2. #include <avr/interrupt.h>
3. #include <stdio.h>
5. void USART_Init( unsigned int ubrr);
6. void USART_Transmit( unsigned char data );
8. char status,data;
9. char state;
10. unsigned int lvl=65530/4;
12. // USART Receiver interrupt service routine
13. ISR(USART_RXC_vect)
14. {
15. status=UCSRA;
16. data=UDR;
17. if (lvl<3000)
18. { if (data==‘+’)
19. lvl—;
20. else
21. if (data==‘-‘)
22. lvl++;}
23. else
24. {if (data==‘+’)
25. lvl-=lvl/500;
26. else
27. if(data==‘-‘)
28. //if (lvl,/)
29. lvl+=lvl/500;
30. }
31. }
33. // Timer1 output compare A interrupt service routine
34. ISR(TIMER1_COMPA_vect)
35. {
36. switch (state)
37. {
38. case 0: PORTC=1; break;
39. case 1: PORTC=3; break;
40. case 2: PORTC=2; break;
41. case 3: PORTC=6; break;
42. case 4: PORTC=4; break;
43. case 5: PORTC=5; break;
44. }
46. if (state<5)
47. state++;
48. else
49. state=0;
50. }
53. void USART_Init( unsigned int ubrr)
54. {
55. /* Set baud rate */
56. UBRRH = (unsigned char)(ubrr>>8);
57. UBRRL = (unsigned char)ubrr;
58. /* Enable receiver and transmitter */
59. UCSRB=(1<<RXEN)|(1<<TXEN);
60. UCSRB |= (1<< RXCIE);
62. /* Set frame format: 8data, 2stop bit */
63. UCSRC=0x86;//
64. UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<USBS)|(3<<UCSZ0);
65. }
67. void USART_Transmit( unsigned char data ) //
68. {
69. while ( !(UCSRA & (1<<UDRE)) ); //
70. UDR = data; //
71. }
74. int main(void)
75. {
76. PORTC=0x00;
77. DDRC=0x07;
79. // Timer/Counter 1 initialization
80. // Clock source: System Clock
81. // Clock value: 8000,000 kHz
82. // Mode: CTC top=OCR1A
83. // OC1A output: Discon.
84. // OC1B output: Discon.
85. // Noise Canceler: Off
86. // Input Capture on Falling Edge
87. // Timer1 Overflow Interrupt: Off
88. // Input Capture Interrupt: Off
89. // Compare A Match Interrupt: On
90. // Compare B Match Interrupt: Off
91. TCCR1A=0x00;
92. TCCR1B=0x09;
93. TCNT1H=0x00;
94. TCNT1L=0x00;
95. ICR1H=0x00;
96. ICR1L=0x00;
97. OCR1AH=0xFF;
98. OCR1AL=0xFF;
99. OCR1BH=0x00;
100. OCR1BL=0x00;
102. // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization
103. TIMSK=0x10;
105. USART_Init (8);//28800 4MHz
106. USART_Transmit(‘O’);
107. USART_Transmit(‘k’);
108. USART_Transmit(‘!’);
110. USART_Transmit(0x0d);
111. USART_Transmit(0x0a);
113. // Global enable interrupts
114. sei();
116. while (1)
117. {
118. OCR1A=lvl;
119. };
120. }

Алгоритм работы построен так, что при нажатии на клавиатуре кнопки «+» передается по UART в микроконтроллер, который увеличивает скорость коммутации обмоток. И при нажатии на кнопку «-» все выполняется наоборот, то есть обороты двигателя уменьшаются. Для работы устройства дополнительно понадобится UART-RS232 конвертер.

Эксперимент показал что при данной программе и данной схеме включения можно разогнать двигатель до приличных оборотов, точное число не известно, думаю в пределах 30 000 оборотов в минуту. Но к сожалению сила двигателя недостаточная для раскручивания пластикового пропеллера, верней с пропеллером двигатель набирает обороты, но при нагрузке происходит сбой и остановка двигателя.

Для избежания данного недостатка применяются датчики Холла, устройства контролирующие положение ротора бесколлекторного двигателя. Это сделано для того, чтобы импульс на обмотку двигателя подавать именно в тот момент когда ротор проходит конец обмотки, то есть для смещения момента силы ближе к концу прохождения сектора обмотки. Это даст прирост мощности двигателя и он не будет глохнуть при нагрузках.

Видео работы устройства.

В видеоролике показано как я закрепил два кусочка пластика вырезанных из телефонной карточки в виде лепестка и прикрученных к ротору двигателя.

В планах попробовать применить ШИМ для коммутации обмоток. Рассчитываю на повышение мощности, улучшение характеристик разгона двигателя (в частности скорости разгона), повышение КПД.

Оригинал здесь.