Регулятор оборотов двигателя без потери мощности схема: Регулятор оборотов с поддержанием мощности, коллекторный без потери мощности, советы по выбору и изготовлению

Регулятор оборотов с поддержанием мощности, коллекторный без потери мощности, советы по выбору и изготовлению

Залогом долговечности любого двигателя является плавность его работы. Для решения поставленной задачи в коллекторных силовых установках используются регуляторы оборотов с поддержанием мощности. Эти устройства можно приобрести либо сделать своими руками.Регулятор оборотов представляет собой частотный преобразователь, в основе которого лежит мощный транзистор. Он необходим для инвертирования напряжения, а также плавной остановки (пуска) электродвигателя при помощи широко-импульсного управления электрическими устройствами или ШИМ.

  • Область применения регуляторов
  • Принцип работы устройства
  • Рекомендации по выбору
  • Изготовление своими руками

Область применения регуляторов

Простым примером такого преобразователя является стабилизатор напряжения, часто используемый в быту. Однако в сравнении с ним регулятор оборотов более функционален. Частотные преобразователи нашли широкое применение и используются во всех электроустройствах. Благодаря их применению не только

обеспечивается точный контроль над работой двигателя,

но также достигается экономия электрической энергии, так как силовая установка потребляет лишь необходимую мощность, а не максимальную.

Купить регулятор оборотов двигателя без потери мощности можно для решения следующих задач:

  • Контроль температуры мотора без использования дополнительных контроллеров.
  • Сокращаются затраты на техническое обслуживание.
  • Обеспечивается плавный пуск.
  • Экономится электрическая энергия.

Устройство используется во всей бытовой технике, сварочных аппаратах и т. д.

Принцип работы устройства

В состав устройства входит три основных подсистемы:

  • Электромотор.
  • Микроконтроллерная система управления с блоком преобразователя.
  • Привод и связанные с ним механизмы.

После того как электродвигатель был запущен, показатель силы тока в цепи достигает максимальных значений. Причем этот процесс повторяется несколько раз, что приводит к выделению большого количества тепла. В результате долговечность электродвигателя сокращается. Используемое устройство исполняет роль ступенчатого инвертора, обеспечивая двойное преобразование энергии.

В зависимости от подаваемого напряжения, частотный регулятор выпрямляет ток посредством диода, расположенного на входе схемы. Затем ток проходит дополнительную фильтрацию, благодаря нескольким конденсаторам и поступает в микросхему, формирующую ШИМ. Вследствие всех этих процессов обмотка двигателя не подвергается чрезмерной нагрузке.

Рекомендации по выбору

Есть несколько характеристик, на которые необходимо обращать внимание при выборе регулятора:

  • Тип управления — в коллекторных электродвигателях используются векторные и скалярные системы управления. Первый вид чаще применяется, но второй является более надежным.
  • Мощность — этот показатель должен соответствовать максимально допустимой мощности предохраняемого устройства. Если силовая установка является низковольтной, то стоит остановить выбор на регуляторе с более высоким показателем мощности в сравнении с допустимым.
  • Напряжение — подбирается в соответствии с характеристиками двигателя.
  • Частотный диапазон — должен полностью соответствовать поставленным задачам, например, для ручного фрезерного станка вполне достаточно 1000 Гц.

Все остальные характеристики (габариты, срок гарантии и т. д. ) можно смело считать второстепенными. На рынке достаточно много брендов, выпускающих качественные и сравнительно недорогие устройства.

Изготовление своими руками

Если устройство планируется использовать в домашних условиях, то порой покупать готовое не имеет смысла. С финансовой точки зрения проще изготовить регулятор оборотов с поддержанием мощности своими руками. Для этого потребуется лишь несколько радиодеталей, которые могут быть легко приобретены. Основным элементом схемы является симистор типа ВТ138−600, а для регулирования оборотов используется потенциометр (обозначен буквой Р).

Существует много схем для создания регулятора частоты вращения, но предложенная наиболее проста в изготовлении. Собранное на ее основе устройство может использоваться для решения различных задач, например, в электроприводе швейной машинки или настольного станка. Принцип работы схемы предельно прост: при замедлении вращения двигателя показатель его индукции снижается, что приводит к росту напряжения на С3, R 2 и Р с последующим открытием тиристора.

Хотя предложенная схема проста, она позволяет решить большое количество задач. При желании можно собрать более сложное устройство — тиристорный регулятор с обратной связью. Это выгодное решение с точки зрения экономии электроэнергии, но требующее большего набора знаний в области радиотехники, ведь практически все они основаны на микросхемах, например, TDA 1080.

Регулятор оборотов электродвигателя без потери мощности

Назначение

Технически регулятор оборотов электродвигателя предназначен для изменения количества вращения вала за единицу времени. На этапе разгона корректировка частоты обеспечивает более плавную процедуру, меньшие токи и т.д. В некоторых технологических процессах необходимо регулятор оборотов снижает скорость движения оборудования, изменение подачи или нагнетания сырья и т.д.

Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:

  • Экономия затрат электроэнергии – позволяет снизить потери в моменты пуска и остановки вращений мотора, переключения скоростей или регулировки тяговых характеристик. Особенно актуально для часто запускаемых электродвигателей, использующих кратковременные режимы работы.
  • Контроль температурного режима, величины давления без установки обратной связи с рабочим элементом или с таковой в асинхронных электродвигателях.
  • Плавный пуск – предотвращает бросок тока в момент включения, особенно актуально для асинхронных моторов с большой нагрузкой на валу. Приводит к существенному сокращению токовых нагрузок на сеть и исключает ложные срабатывания защитной аппаратуры.
  • Поддержание оборотов трехфазных электродвигателей на требуемой отметке. Актуально для точных технологических операций, где из-за колебаний питающего напряжения может нарушиться качество производства или на валу возникает разное усилие.
  • Регулировка скорости оборотов электродвигателя от 0 до максимума или от другой базовой скорости.
  • Обеспечения достаточного момента на низких частотах вращения электрической машины.

Возможность реализации тех или иных функций у регуляторов оборотов определяет как принцип их действия, так и схематическое исполнение.

Типы регулировки

Существует довольно много вариантов регулировки оборотов. Вот основные из них:

  • Блок питания с регулировкой выходного напряжения.
  • Заводские устройства регулировки, которые идут изначально с электромотором.
  • Регуляторы на кнопочном управлении и стандартные регуляторы, которые просто ограничивают напряжение.

Читать также: Какая стиральная машинка лучше самсунг или лджи

Эти типы регулировки плохи тем, что с уменьшением или увеличением напряжения падает и мощность. В некоторых электроинструментах это допустимо, но, как показывает практика, в большинстве случаев это является неприемлемым из-за сильного падения мощности и, соответственно, КПД.

Наиболее приемлемым вариантом будет регулятор на основе симистора или тиристора. Мало того что такой регулятор не уменьшает мощность при уменьшении напряжения, он еще и позволяет осуществлять более плавный пуск и регулировку оборотов. К тому же такую схему можно сделать своими руками. Ниже изображен регулятор оборотов с поддержанием мощности. Схема собрана на базе симистора BTA 41 800 В.

Все номиналы электроэлементов обозначены на схеме. Это схема после сборки, работает довольно стабильно и обеспечивает плавную регулировку коллекторного двигателя. При уменьшении выходного напряжения мощность не уменьшается, что является весомым плюсом.

При желании можно собрать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220 В своими руками. Эта схема собрана на базе симистора ВТА26−600, который предварительно необходимо установить на радиатор, так как при нагрузке этот элемент довольно сильно греется.

К готовой схеме возможно подключить электромотор, мощность которого не превышает 4 кВт.

Схема выглядит следующим образом.

Она успешно справится с регулировкой таких электроинструментов, как дрель, болгарка, циркулярка, лобзик. При желании можно использовать схему в качестве регулятора мощности ТЭН-ов, обогревателей и в качестве диммера. К минусам можно отнести невозможность регулировки мощности приборов, которые питаются от постоянного тока.

Принцип работы

Для регулировки оборотов может использоваться способ понижения или повышения напряжения, изменение силы тока и частоты, подаваемых в обмотки асинхронных и коллекторных электродвигателей. Поэтому далее рассмотрим варианты частотных преобразователей и регуляторов напряжения.

Среди используемых в промышленной и бытовой сфере следует выделить:

  • Введение рабочего сопротивления – реализуется при помощи переменных резисторов, делителей и прочих преобразователей. Хорошо обеспечивает снижение в однофазных двигателях за счет контроля скольжения (разницы между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронных агрегатов). Для этого устанавливаются электродвигатели большей мощности, чтобы на них можно было подавать меньшее напряжение. Соотношение по скорости оборотов будет составлять до 2 раз в сторону уменьшения.
  • Автотрансформаторный – выполняется путем перемещения подвижного контакта по обмотке, что снижает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимущество такого принципа заключается в четкой синусоиде переменного тока и большой перегрузочной способности.
  • Тиристорный или симисторный – изменяет величину питающего напряжения посредством пары встречно включенных тиристоров или совместного включения с симистором. Этот способ применим не только в асинхронных двигателях, но и других бытовых приборах – диммерах, переключателях и т.д.


Рис. 1. Схема тиристорного регулятора
Как видите на схеме, подаваемое на тот же асинхронный однофазный электродвигатель напряжение, проходит через переменный резистор R1 на тиристор D1 и на управляющий электрод симистора T1. Перемещая ручку тиристорного регулятора R1 изменяем и скорость вращения однофазного электродвигателя.
  • Транзисторный – позволяет изменять форму подаваемого напряжения за счет преобразования числа импульсов и временной паузы между подаваемым напряжением. Благодаря чему получил название широтно-импульсной модуляции, пример такого регулятора приведена на схеме ниже.


Регулировка оборотов на транзисторах
Здесь питание однофазного асинхронного двигателя производится от линии 220В через выпрямительный блок VD1-4, далее напряжение поступает на эмиттер и коллектор транзисторов VT1 и VT2. Подавая управляющий сигнал на базы этих транзисторов, и регулируют обороты мотора.
  • Частотный – преобразует частоту подаваемого напряжения на обмотки однофазного или трехфазного асинхронного электродвигателя. Это наиболее современный способ, ранее он относился к дорогостоящим, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров перешел в разряд наиболее эффективных. Может реализовываться с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, способных уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.


Пример частотного регулирования
  • Полюсный – позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя при переключении количества катушек в фазных обмотках, в результате чего изменяется направление и величина тока, протекающего в каждой из них. Реализуется как за счет намотки нескольких катушек для каждой из фаз, так и одновременным последовательным или параллельным соединением катушек, такой принцип приведен на рисунке ниже.


Регулировка оборотов переключением пар полюсов

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Регулятор оборотов электродвигателя 220 В без потери мощности используется для поддержки первоначальной заданной частоты оборотов вала. Это один из основных принципов данного прибора, который называется частотным регулятором.

С помощью него электроприбор работает в установленной частоте оборотов двигателя и не снижает ее. Также регулятор скорости двигателя влияет на охлаждение и вентиляцию мотора. C помощью мощности устанавливается скорость, которую можно как поднять, так и снизить.

Вопросом о том, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, задавались многие люди. Но данная процедура довольно проста. Стоит только изменить частоту питающего напряжения, что существенно снизит производительность вала мотора. Также можно изменить питание двигателя, задействуя при этом его катушки. Управление электричеством тесно связано с магнитным полем и скольжением электродвигателя. Для таких действий используют в основном автотрансформатор, бытовые регуляторы, которые уменьшают обороты данного механизма. Но стоит также помнить о том, что будет уменьшаться мощность двигателя.

Вращение вала

Двигатели делят на:

Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя зависит от подключения тока к механизму. Суть работы асинхронного мотора зависит от магнитных катушек, через которые проходит рамка. Она поворачивается на скользящих контактах. И когда при повороте она развернется на 180 градусов, то по данным контактам связь потечет в обратном направлении. Таким образом, вращение останется неизменным. Но при этом действии нужный эффект не будет получен. Он войдет в силу после внесения в механизм пары десятков рамок данного типа.

Коллекторный двигатель используется очень часто. Его работа проста, так как пропускаемый ток проходит напрямую — из-за этого не теряется мощность оборотов электродвигателя, и механизм потребляет меньше электричества.

Двигатель стиральной машины также нуждается в регулировке мощности. Для этого были сделаны специальные платы, которые справляются со своей работой: плата регулировки оборотов двигателя от стиральной машины несет многофункциональное употребление, так как при ее применении снижается напряжение, но не теряется мощность вращения.

Схема данной платы проверена. Стоит только поставить мосты из диодов, подобрав оптрон для светодиода. При этом еще нужно поставить симистор на радиатор. В основном регулировка двигателя начинается от 1000 оборотов.

Если не устраивает регулятор мощности и не хватает его функциональности, можно сделать или усовершенствовать механизм. Для этого нужно учитывать силу тока, которая не должна превышать 70 А, и теплоотдачу при использовании. Поэтому можно установить амперметр для регулировки схемы. Частота будет небольшой и будет определена конденсатором С2.

Далее стоит настроить регулятор и его частоту. При выходе данный импульс будет выходить через двухтактный усилитель на транзисторах. Также можно сделать 2 резистора, которые будут служить выходом для охладительной системы компьютера. Чтобы схема не сгорела, требуется специальный блокиратор, который будет служить удвоенным значением тока. Так данный механизм будет работать долго и в нужном объеме. Регулирующие приборы мощности обеспечат вашим электроприборам долгие годы службы без особых затрат.

Читать также: Диаметр стержней для клеевого пистолета

Плавная работа двигателя, без рывков и скачков мощности – это залог его долговечности. Для контроля этих показателей используется регулятор оборотов электродвигателя на 220В, 12 В и 24 В, все эти частотники можно изготовить своими руками или купить уже готовый агрегат.

Как выбрать?

Конкретная модель регулятора оборотов должна подбираться в соответствии с типом подключаемой электрической машины – коллекторный двигатель, трехфазный или однофазный электродвигатель. В соответствии с чем и подбирается определенный преобразователь частоты вращения.

Помимо этого для регулятора оборотов необходимо выбрать:

  • Тип управления – выделяют два способа: скалярный и векторный. Первый из них привязывается к нагрузке на валу и является более простым, но менее надежным. Второй отстраивается по обратной связи от величины магнитного потока и выступает полной противоположностью первого.
  • Мощность – должна выбираться не менее или даже больше, чем номинал подключаемого электродвигателя на максимальных оборотах, желательно обеспечивать запас, особенно для электронных регуляторов.
  • Номинальное напряжение – выбирается в соответствии с величиной разности потенциалов для обмоток асинхронного или коллекторного электродвигателя. Если вы подключаете к заводскому или самодельному регулятору одну электрическую машину, будет достаточно именно такого номинала, если их несколько, частотный регулятор должен иметь широкий диапазон по напряжению.
  • Диапазон частот вращения – подбирается в соответствии с конкретным типом оборудования. К примеру, для вращения вентилятора достаточно от 500 до 1000 об/мин, а вот станку может потребоваться до 3000 об/мин.
  • Габаритные размеры и вес – выбирайте таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования, не мешали работе электродвигателя. Если под регулятор оборотов будет использоваться соответствующая ниша или разъем, то размеры подбираются в соответствии с величиной свободного пространства.

Подключение

Способ подключения регулятора оборотов электродвигателя будет отличаться в зависимости от его типа и принципа действия. Поэтому в качестве примера мы разберем один из наиболее распространенных частотных регуляторов, которые используются в самых различных сферах.

Перед подключением обязательно ознакомьтесь с заводской схемой. Как правило, вы можете увидеть ее на самом регуляторе оборотов, либо в паспорте устройства:


Схема подключения регулятора

Далее, пользуясь распиновкой, можно определить количество выводов, которые будут использоваться для подключения регулятора электродвигателя к сети. В нашем примере, рассмотрим случай, когда применяется трехпроводная система, значит, понадобится фаза, ноль и земля. На задней панели регулятора это два вывода AC и FG:


Распиновка регулятора

Затем необходимо проверить цветовую маркировку разъема с приведенной схемой и сопоставить ее со всеми элементами электродвигателя, которые будут подключаться в вашем случае. Если какие-то выводы окажутся лишними, их можно закоротить, как показано на рисунке выше.


Проверьте цветовую маркировку

Если все выводы регулятора соответствуют клеммам электродвигателя, можете подсоединять их друг к другу и к сети.

arduino — Как уменьшить скорость двигателя без потери максимального крутящего момента

Вы, кажется, запутались в том, чего хотите. Если вы хотите уменьшить скорость двигателя, но вам по-прежнему нужен максимальный крутящий момент, вы должны подать на двигатель полную номинальную электрическую мощность и поставить двигатель на механический тормоз, пока он не замедлится до желаемой скорости. Или вы должны каким-то образом сделать свой двигатель менее эффективным. Я не думаю, что это то, чего ты хочешь.

Подумайте об этом так: электрическая мощность есть произведение тока \$I\$ и напряжения \$E\$:

$$ P = I E $$

Механическая мощность есть произведение крутящего момента (\$\тау\$, в ньютон-метрах) на угловую скорость (\$\omega\$, в радианах в секунду):

$$ P = \tau \omega $$

Двигатель представляет собой преобразователь электрической энергии в механическую. Механическая мощность всегда равна электрической мощности после потерь.

Кроме того, сила тока пропорциональна крутящему моменту, потому что чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле внутри двигателя, и притяжение между полюсами двигателя становится сильнее.

Если механическая и электрическая мощности коррелированы, так же как ток и крутящий момент, то напряжение и скорость также должны быть связаны. И это так, потому что чем быстрее ротор вращается в поле статора, тем большую противо-ЭДС он будет генерировать. Это закон индукции Фарадея.

Итак, если вы хотите снизить скорость, уменьшите напряжение. Если вы хотите уменьшить крутящий момент, уменьшите ток. Если вы увеличиваете крутящий момент (скажем, затормозив двигатель), вы увеличиваете крутящий момент двигателя. Но если вы не измените подачу электроэнергии, то и механическая мощность не изменится. Если крутящий момент увеличился, единственный способ сохранить постоянную механическую мощность — это уменьшить скорость, поэтому двигатель замедляется. 92 $$

Таким образом, по мере увеличения тока увеличиваются резистивные потери, что делает двигатель менее эффективным преобразователем электрической энергии в механическую, поскольку часть этой электрической энергии теперь создает тепло. Если вы остановите двигатель, то его КПД достигнет 0%: скорость равна нулю, поэтому механическая мощность должна быть равна нулю, но двигатель потребляет тонну тока, и на сопротивлении обмотки возникает падение напряжения, поэтому электрическая мощность уменьшается. очень высоко.

Интересный факт: если вы можете сделать двигатель без сопротивления обмотки (или других потерь) и подключить его к идеальному источнику напряжения, то регулировка скорости (насколько скорость изменяется с крутящим моментом) идеальна. То есть двигатель не замедлится, если вы попытаетесь его остановить: он просто будет потреблять ровно столько тока от вашей батареи, чтобы продолжать вращаться с той же скоростью, несмотря ни на что.

ШИМ тут ни при чем. ШИМ-управление двигателем — это просто способ эффективно подавать на двигатель меньшее, чем полное напряжение батареи. Это работает, потому что двигатель с ШИМ эквивалентен понижающему преобразователю. Изменение рабочего цикла ШИМ эквивалентно изменению напряжения питания:

Максимальный крутящий момент, который вы можете иметь (который вы получите, когда двигатель заглохнет), ограничен током, который может обеспечить ваш источник питания, и потерями в двигателе. , как и без ШИМ. Ваш ШИМ-драйвер может добавить немного сопротивления в цепь, немного снизив ток и крутящий момент, но обычно это незначительно по сравнению с сопротивлением обмоток двигателя.

Как ток и напряжение связаны с крутящим моментом и скоростью бесколлекторного двигателя?

Взаимосвязь между электрическими характеристиками двигателя и механическими характеристиками может быть рассчитана как таковая (примечание: это анализ идеального коллекторного двигателя постоянного тока, но некоторые из его результатов должны применяться и к неидеальному бесщеточному двигателю постоянного тока).

Двигатель постоянного тока можно представить в виде цепи с резистором и источником противо-ЭДС напряжения. Резистор моделирует собственное сопротивление обмоток двигателя. Обратная ЭДС моделирует напряжение, генерируемое движущимся электрическим током в магнитном поле (в основном электродвигатель постоянного тока может работать как генератор). Также возможно смоделировать собственную индуктивность двигателя, добавив последовательно индуктор, однако по большей части я проигнорировал это и предположил, что двигатель находится в квазистационарном электрическом состоянии, или во временной характеристике двигателя преобладает временная характеристика.

механических систем вместо времени отклика электрических систем. Обычно это верно, но не всегда верно.

Генератор создает противоЭДС, пропорциональную скорости двигателя:

$$ V_{ЭДС} = k_i * \omega $$

Где:

$$k_i = \text{константа.}$$ $$\omega = \text{скорость двигателя в}\ \text{рад}/\text{с}$$

В идеале на скорости сваливания противо-ЭДС отсутствует, а на холостом ходу противо-ЭДС равно напряжению источника возбуждения.

Затем можно рассчитать ток, протекающий через двигатель:

$$ I = (V_S — V_{эдс}) / R = (V_S — k_i * \omega) / R $$ $$V_S = \text{напряжение источника}$$ $$R = \text{электрическое сопротивление двигателя}$$

Теперь давайте рассмотрим механическую сторону мотора. Крутящий момент, создаваемый двигателем, пропорционален величине тока, протекающего через двигатель:

$$ \ тау = к_т * я $$

$$k_t = \text{константа}$$ $$\tau = \text{torque}$$

Используя вышеприведенную электрическую модель, вы можете убедиться, что на скорости останова через двигатель протекает максимальный ток и, следовательно, максимальный крутящий момент. Кроме того, на скорости без нагрузки двигатель не имеет крутящего момента и через него не протекает ток.

Когда двигатель производит наибольшую мощность? Ну, мощность можно рассчитать одним из двух способов:

Электрическая мощность: $$ P_e = V_S * I $$

Механическая мощность: $$ P_m = \ тау * \ омега $$

Если вы начертите их, то обнаружите, что для идеального двигателя постоянного тока максимальная мощность достигается при половине скорости холостого хода.

Итак, учитывая все обстоятельства, как складывается напряжение двигателя?

Для того же двигателя, в идеале, если вы приложите двойное напряжение, вы удвоите скорость холостого хода, удвоите крутящий момент и учетверите мощность. Это предполагает, конечно, что двигатель постоянного тока не сгорает, не достигает состояния, которое нарушает эту упрощенную идеальную модель двигателя и т. д.

Однако для разных двигателей невозможно сказать, как два двигателя будут работать по сравнению друг с другом, основываясь только на номинальном напряжении.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *