Warum kann ich die Drehzahl eines Gleichstrommotors nicht nur mit einem Potentiometer variieren?

Was Sie sehen, ist wahrscheinlich eine Kombination aus zwei Dingen: der aktuellen Kapazität der 9-V-Batterie und dem Widerstand des Potentiometers.

Ihre typischen 9-V-Haushaltsbatterien sind für ihren sehr hohen Innenwiderstand berüchtigt. Wenn Sie versuchen, mehr als nur ein paar 10 mA zu liefern, beginnt die Spannung an den Klemmen der Batterie erheblich abzufallen. Sie haben nichts darüber gesagt, welche Art von Motor Sie haben, aber ich würde vermuten, dass es der Batterie sehr schwer fällt, den Motor zu drehen, selbst bei geringem Außenwiderstand.

Nun zum Potentiometer. Sie haben die richtige Idee, den Topf als variablen Widerstand zu verwenden. Für das einfache Experiment, das Sie durchführen, ist es nicht erforderlich, die andere Seite des Potentiometers mit Masse zu verbinden. Das verschwendet nur unnötig Strom aus der Batterie. Das sollte alles sein, was Sie brauchen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Schaltplan erstellt mit CircuitLab}
Der Grund, warum es bei Ihnen nicht funktioniert, ist, dass der von Ihnen gewählte 10k-Wert einfach zu groß ist. Wenn Sie den Poti auch nur ein wenig drehen, werden schnell mehrere hundert Ohm eingeführt, wodurch fast die gesamte Spannung über dem Poti-Widerstand abfällt, bevor sie den Motor erreicht.

Um herauszufinden, wie groß das Potentiometer sein sollte, experimentieren Sie zuerst mit statischen Widerständen in Reihe mit dem Motor. Finden Sie den größten Widerstand, bei dem sich der Motor noch leicht drehen lässt. Sie werden wahrscheinlich feststellen, dass der Wert sehr niedrig ist: einige 10 Ohm oder in den niedrigen 100ern. Wenn Sie dann ein Potentiometer in diesem Bereich verwenden, wird Ihr Experiment funktionieren.

Sie können die Geschwindigkeit mit einem einfachen Potentiometer variieren. ABER Sie müssen einen Topf mit einem für die Schaltung geeigneten Widerstandswert verwenden. In Ihrem Beispiel verwenden Sie eine Stromquelle mit niedriger Impedanz und Ihr Motor hat eine niedrige Impedanz. Sie verwenden jedoch einen Topf mit einer so hohen Impedanz, dass er nicht genug Strom durchlässt, um den Motor zu drehen, es sei denn, er befindet sich im Wesentlichen an der Spitze seines Bereichs.

Beachten Sie jedoch, dass Sie bei Verwendung eines ausreichend niederohmigen Topfes den größten Teil Ihrer Energie im Topf verbrennen, was nicht nur Ihre Batterie schnell tötet, sondern sogar gefährlich für den Topf sein kann und zu Überhitzung und vorzeitigem Ausfall führen kann .

Darüber hinaus ist die Steuerung der Geschwindigkeit von so etwas wie einem Gleichstrommotor durch Variieren der Spannung (selbst auf effiziente Weise) eine schlechte Technik. Es begrenzt den Motor aufgrund der begrenzten Leistung auf ein niedriges Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen. Aus diesem Grund wird PWM (Pulse-Width Modulation) häufiger zur Steuerung von Motoren (und auch von Lichtern/LEDs) verwendet.

PWM ermöglicht es Motoren, bei niedrigen Drehzahlen mehr Drehmoment zu haben. Und es ist auch viel effizienter (weniger Energieverschwendung), da das steuernde Element (typischerweise ein Transistor) entweder voll eingeschaltet oder voll ausgeschaltet ist. So wird nur sehr wenig Energie als Wärme im Steuerelement verschwendet. Dies ist die übliche Methode, die bei Mikrocontrollern wie Arduino usw. verwendet wird.

Die anderen Antworten haben einen großen Teil des Problems nicht erwähnt, nämlich dass das Gerät, das Sie steuern, ein Motor ist.

Die aktuelle Kapazität der Batterie kann ebenfalls ein Problem sein, aber ich gehe davon aus, dass der Motor klein und leistungsschwach genug ist, was keine Rolle spielt (läuft für eine anständige Zeit gut, wenn er direkt an die Batterie angeschlossen ist).

Wenn Sie nun eine sehr hochohmige Last wie ein Voltmeter anschließen, werden Sie feststellen, dass der Ausgang 9 V beträgt, unabhängig vom Widerstand des variablen Widerstands: Wenn Sie jedoch das andere Ende mit Masse verbinden (Potentiometeranschluss), ändert sich die Spannung gleichmäßig. Durch Variieren des Widerstands steuern Sie also den verfügbaren Strom.

Aber ein Motor wirkt wie ein sehr niedriger Widerstand, wenn er gestoppt ist, und erscheint wie ein hoher Widerstand, wenn er läuft. (Sein tatsächlicher Widerstand ändert sich nicht, aber wenn er frei läuft, erzeugt er eine "Gegen-EMK", die dem größten Teil der Antriebsspannung entgegenwirkt.)

Damit er überhaupt anspringt, muss also ein Vielfaches seines Betriebsstroms zugeführt werden. Das heißt, das Potentiometer fast ganz aufdrehen, damit er beim Start sofort auf fast volle Drehzahl hochfährt.

Um die Drehzahl eines Motors zu steuern, möchten Sie die angelegte Spannung und nicht den Strom steuern. Eine Möglichkeit besteht darin, das Potentiometer zu verwenden, um die Basisspannung eines Leistungstransistors zu steuern, der als "Emitterfolger" verdrahtet ist (dh eine Hochstromquelle bei einer bestimmten Spannung). Der Transistor verbraucht Leistung und wird warm, daher bevorzugen die Leute im Allgemeinen das "PWM" -Schema in Richards Antwort.