Регулятор оборотов кулера от температуры схема: Регулятор скорости вентилятора

alexxlabСхем

Регулятор скорости вращения вентилятора на 220 В: схемы и принцип работы

Для эффективного режима работы вентилятора, получающего питание от промышленной сети, применяют регулятор скорости вращения. Вентилятор на 220 Вольт, использующий регулировку, может стать практически бесшумными и повысить комфортность обслуживаемого им помещения. Чтоб регулировать обороты, необязательно покупать готовый прибор, даже без специальных знаний его несложно собрать самостоятельно.

  • Принцип работы вентилятора
  • Схемы вращения
    • Регулятор скорости на симисторе
    • Управление с использованием автотрансформатора
  • Покупка готового регулятора

Принцип работы вентилятора

Согласно техническому определению, вентилятор — это прибор, служащий для перемещения газа путём создания избыточного давления или разрежения. По своему конструктивному исполнению он разделяется на осевой и радиальный. Практически все вентиляторы, применяемые в быту, представляют собой осевой тип конструкции.

Использование этого вида характеризуется удобством получения направленного воздуха различной силы и давления. Вентиляторы разделяют по месту использования, они могут быть:

  • многозональные;
  • канальные;
  • напольные;
  • потолочные;
  • оконные.

Осевые, иное название аксиальные, вентиляторы в качестве основного узла используют рабочее колесо. Это колесо располагается на оси электродвигателя, содержит внешний ротор и имеет в своей конструкции лопатки, расположенные под углом с учётом аэродинамических свойств. Благодаря такому расположению и происходит создание и формирование воздушного потока.

В качестве электродвигателя применяют однофазный асинхронный двигатель, ось которого повторяет движения нагнетаемого или разряжаемого им потока воздуха. Такой электромотор состоит из ротора, размещённого внутри статора. Промежуток между ними составляет не более двух миллиметров. Статор имеет вид сердечника с пазами, через которые намотана обмотка.

Ротор выглядит как подвижная часть с валом, содержащая в своём составе сердечник с короткозамкнутой обмоткой. Такая конструкция напоминает беличье колесо.

При подаче переменного тока на обмотку статора, согласно законам физики, появляется переменный магнитный поток. На помещённом внутрь этого потока замкнутом проводнике возникает электромагнитная индукция (ЭДС), а значит, появляется и ток. Благодаря чему в переменном магнитном поле оказывается проводник с током. Это приводит к вращению проводника, то есть ротора.

Таким образом, чтоб создать регулятор оборотов вентилятора на 220 В, понадобится изменять величину воздействующего на ротор магнитного поля. В свою очередь, значение магнитного поля зависит от величины тока, а значит при снижении его величины уменьшается и скорость вращения.

Ещё один параметр, от которого зависит число оборотов электродвигателя, является частота переменного напряжения. Частотные преобразователи, изменяющие частоту, характеризуются сложностью изготовления и дороговизной, по сравнению с изменяющими уровень напряжения. В бытовых условиях применяются редко, хоть позволяют достигать лучших результатов в точности настройки.

По виду используемой схемотехники приборы, управляющие скоростью вращения, разделяются на:

  • тиристорные;
  • трансформаторные.

Схемы вращения

Так как в основе работы вентилятора используется явление ЭДС, то это приводит к тому, что возникают паразитные вихревые токи, нагревающие металлические части электродвигателя, при изменении формы сигнала напряжения сети. Использование диммеров, служащих для управления светосилой яркости ламп, не рекомендуется из-за повышенного нагрева двигателя. Поэтому при изготовлении регулятора скорости вентилятора на 220 В, применяются полупроводниковые элементы.

Регулятор скорости на симисторе

Регулирующим полупроводником служит симистор. Работает он в ключевом режиме, то есть или включён, или выключен. Симистор состоит из двух тиристоров, включённых встречно — параллельным способом. Каждый тиристор пропускает через себя только одну полуволну сигнала. Такая схема обладает маленькими размерами и имеет низкую стоимость.

В таком регуляторе используется принцип фазового управления, изменение момента включения и выключения симистора относительно фазового перехода в нулевой точке.

Управление симистором осуществляется с помощью переменного резистора, в зависимости от поворота последнего задаётся порог срабатывания полупроводникового прибора. В результате чего отсекается часть синусоидального сигнала, поступающего на электродвигатель вентилятора, величина значение напряжения уменьшается и соответственно обороты двигателя тоже уменьшаются.

При управлении частотой вращения электродвигателя контроль работы тиристора происходит длительными импульсами.

Благодаря чему, кратковременные отключения активной нагрузки не изменяют режим работы схемы. Схема подразумевает разделение включения электродвигателя с тиристором VS2 и питающего напряжения 220 вольт, через диодный мост.

Управление тиристором осуществляется с помощью генератора, собранного на транзисторе VT1. Питание генератора реализуется сигналом трапециевидной формы, полученным после прохождения через стабилитрон VD1 с частотой 100 кГц. В то время как на конденсаторе C1 появится напряжение, величины которого станет достаточно для открытия транзистора, на управляющий электрод тиристора поступит положительный сигнал. Тиристор VS2 откроется и с него поступит напряжение на электродвигатель, приводящее к его запуску.

Резисторы R1, R2, R3, образуют цепочку разряда конденсатора C1. Управляя значением сопротивления R1, в качестве которого используется переменный резистор, изменяется скорость разряда конденсатора, а значит и частота оборотов вентилятора. Диод VD2, подключённый параллельно к обмотке L1, предотвращает ложное срабатывание тиристора, возникающее из-за использования нагрузки индуктивного рода.

Управление с использованием автотрансформатора

В качестве основного элемента схемы используется автотрансформатор. Он представляет собой трансформатор, в котором соединение первичной и вторичной обмотки выполнено напрямую. В результате чего одновременно осуществляется магнитная и электрическая связь. Обмотка автотрансформатора имеет несколько ответвлений с разными на них значениями величины напряжения. Преимущество такого использования заключается в достижении более высокого коэффициента полезного действия из-за преобразования лишь части мощности.

Принцип работы регулятора, скорости вращения вентилятора состоит в следующем. На первичную обмотку автотрансформатора T1 поступает питающее напряжение сети. Обмотка имеет как минимум три ответвления от части витков. При подсоединении нагрузки к разным ответвлениям получается уменьшенное напряжение питания. Используя переключатель SW1, двигатель вентилятора M коммутируется к одной из части обмотки, при этом его скорость вращения меняется. При такой работе выходной сигнал не изменяет своей формы, оставаясь синусоидальным, что положительно влияет на обмотки двигателя.

Переключатель представляет собой ступенчатую шкалу, не позволяя плавно управлять скоростью вращения. Устройства такого типа имеют большие габариты и массу, по сравнению с другими видами.

Усовершенствованной моделью является использование электронного управления.

В основе работы лежит принцип широтно-импульсной модуляции. Изменяя состояние режима работы ключевых транзисторов, образовываются импульсы, позволяющие совершать плавную регулировку выходного сигнала. Чем меньше длительность импульса и длиннее период, тем меньше мощности передаётся вентилятору, а значит и обороты вращения его снижаются. В качестве ключей применяются малошумящие полевые транзисторы, имеющие значительно большие входные сопротивления по сравнению с биполярными.

Из-за плохой помехозащищенности узел автотрансформатора выполняется непосредственно в близости от вентилятора, но обладает компактными размерами и невысокой стоимостью.

Покупка готового регулятора

Подключение регуляторов осуществляется последовательно перед электродвигателем вентилятора в разрыв цепи. В зависимости от своего вида, прибор может располагаться в любом удобном месте, встраиваться в щиток на DIN рейку, монтироваться вместо розетки, быть отдельно стоящим блоком. При этом сам блок управления и пульт регулировки могут быть как совмещены, так и разделены между собой в пространстве.

В торговых точках представлены регуляторы различного вида и ценовой стоимости в зависимости от плавности регулировки, места расположения, дополнительных функций. Наиболее популярными производителями являются:

  • Selpo.
  • Vents.
  • Vortice.
  • Soler & Palau.
  • Venmatika.
  • ЭРА.

Некоторые приборы оснащаются дополнительными функциями в виде подсветки или цифрового экрана, показывающего процентное содержание установленной скорости от максимума. Переключение скорости, в зависимости от схемотехники устройства, производится поворотом ручки с помощью галетного переключателя или кнопками.

Существуют устройства, позволяющие одним регулятором управлять сразу несколькими вентиляторами

, при этом важно, чтобы общий ток не превышал ток регулятора. В них можно установить время выключения регулятора, обычно в диапазоне одного часа. Подключённое устройство запоминает и сохраняет настройки даже при его выключении.

Управлять скоростью вращения вентилятора можно используя несложные приборы, которые легко собираются самостоятельно. Затратив немного времени, получится сэкономить на покупке готового устройства.

При самостоятельном изготовлении, конечно, важно соблюдать технику безопасности, так как существует возможность попадания под опасное напряжение сети. При отсутствии желания или возможности приобретается готовое устройство, работа которого будет подкреплена гарантией от производителя. Купленное устройство имеет вид полностью законченного и эстетически оформленного прибора.

Регулятор скорости вращения вентилятора по температуре

В одном из обзоров в каментах я опрометчиво пообещал сделать обзор этой железки. Поскольку я не высокопоставленный политик – обещания надо выполнять.

Как я и обещал – никаких замеров, осцилограмм, разборки, распайки и трассировки схемы по печатке – НЕ БУДЕТ. Уж простите – не обладаю ни соответствующим инструментом, ни навыками, ни зрением… Но что смогу – сделаю.

Как-то решил я собрать себе железку-медиасервер. Ну чисто мультики крутить. Помимо всего прочего – хотелось смотреть мультики без звукового сопровождения вентиляторов. И вот набрел на данный лот. Эта железка позволяет регулировать скорость вращения 3-х пинового вентилятора. Так же работает с 2-пиновыми! Регулировка происходит по температуре внешнего термодатчика. Все пороги регулировки можно настраивать:

1. При включении вентилятор запускается на заданном минимальном уровне.

2. При превышении заданной минимальной температуры, дальнейшее повышение температуры ведет к пропорциональному повышению оборотов
3. При превышении температуры выше заданного предела – вентилятор крутится на 100%.

На плате есть три светодиода, которые индицируют работу и выбранные настройки. А также – единственная кнопка, которая и управляет настройками.

На али так же можно найти и другие похожие регуляторы, в т.ч и для 4-хпиновых вентиляторов. Может быть дешевле, красивше, быстрее доставка итп. Не могу ничего сказать за них – мне достался именно этот лот.

Размеры платы небольшие (из измерительных инструментов таки нашлась в хозяйстве рулетка). Провода и датчика, и вход питания – короткие.

Провода питания впаяны в плату. Хорошие – в силиконовой изоляции. Кроме длины имеют еще один недостаток – они не соединены вместе, т.е. просто впаяны два разных провода. Впрочем – при их длине это не заметно.

Датчик температуры гораздо симпатичнее. Но длина его кабеля совсем грустная – монтировать плату нужно рядом с местом замера. Сам датчик мне прям нравится – аккуратная капелька. При необходимости ее легко можно зачеканить в радиатор (просверлив маааленькое глухое отверстие). За счет размера он имеет минимальную тепловую инертность, что тоже хорошо.

Кому интересно – плата чуть более подробно

Дополнительная информация

С обратной стороны ничего интересного нет. Ну разве что только надписи

Для подключения вентилятора впаян стандартный трехпиновый разъем. Как говорил выше – двухпиновые вентиляторы также будут работать и регулироваться (проверил). Рядом – разъем для датчика (что меня удивило – уж датчик то впаять можно было — как провода питания. Экономия была бы)

Для того, чтобы представить чуть больше информации, чем фото с линейкой, был собран стенд из вентилятора и блока питания от ближайшего хаба.

Подключаем – вентилятор тихонько запустился…. Надо сказать, последние пару дней у нас установилась долгожданная (?) жара в +30 и выше. Легкий ветерок на рабочем месте так понравился, что написание обзора отодвинулось на пару дней 🙂
Поработав не менее получаса плата почти никак не нагрелась. Ну в смысле – ощупывание пальцами аномальных температур не выявило. Ладно, достанем градусник из закромов.

Ого – а КРЕНКа то заметно греется! Хотя дельта с окружающим воздухом меньше 10 градусов…. Забегая вперед, скажу, что приватизированный БП оказался (вопреки надписям на корпусе) не 12В, а все 14 (а на холостом ходу и более 15) Так что падение почти 10 вольт на пассивном регуляторе – просто обязано греть воздух. Странно что пальцами я не заметил нагрев – может корона?

Кстати – этот неожиданный тест показывает, что данный регулятор можно применить и на автомобиле (у меня как раз завалялась одна автомобильная магнитола на горячем PX5 с пассивным жестяным охлаждением).

У продавца на странице товара полностью отсутствует какая-либо инструкция по программированию контроллера. К счастью, в век интернета найти инструкцию не проблема

В принципе все просто и понятно. Но для тех, кто не владеет басурманским расскажу подробнее.

Контроллер имеет три настройки скорости/температур и дополнительно – настройку трех режимов (три настройки, три режима, три светодиода… почему же кнопка одна?):

1. Настройка «холодных» оборотов. Во время нормальной работы – после включения, когда горит светодиод 2: однократное нажатие на кнопку увеличивает скорость на 5%. Двойное нажатие – уменьшает на 5%. При нажатиях загораются соответственно 3 (для увеличения) или 1-й (для уменьшения) светодиоды. Если достигнут предел регулирования (некуда увеличивать или уменьшать) – то соответствующий диод остается гореть.

Также, после любого нажатия, 2-й начинает мигать, сообщая что значение было изменено и через 20сек мигания — новое значение прописывается в память. Это значение (на графике PO) – минимальные обороты, с которых стартует вентилятор (в зависимости от режима – см ниже).
2. Настройка минимальной температуры, с которой начинается регулирование (на графике Tu). Для перехода в настройки нужно во время нормальной работы нажать кнопку на 3 сек. Начнет мигать светодиод (возможно не один) показывающий текущую установку Tu (вторая колонка в таблице). Изменяется установка так же – однократное нажатие – в сторону увеличения, двукратное – уменьшения. ПО ОКОНЧАНИИ УСТАНОВКИ НУЖНО НАЖАТЬ КНОПКУ НА 3 СЕК. Иначе новая установка НЕ ЗАПОМНИТСЯ!
3. Настройка интервала от нижней до верхней (на графике Td). В это настройку контроллер переходит сразу после сохранения значений Tu. Светодиод(ы) начинают мигать в 2 раза чаще. Отображают текущие настройки (таблица – колонка 3). Смена значений опять так же – одно и двукратным нажатием. ТАК ЖЕ НЕ ЗАБЫВАЕМ СОХРАНИТЬ НАСТРОЙКИ долгим нажатием!
Запоминаем – настройка PO сохраняется сама через 20сек. А Tu и Td – требуют сохранения долгим нажатием.

Теперь к режимам.
До достижения минимальной температуры вентилятор может себя вести по-разному. Предусмотрено три варианта:

1. Вентилятор крутится со скоростью PO с момента включения и до достижения Tu.
2. Вентилятор НЕ крутится, пока температура не достигнет Tu-2 (т.е. на 2 градуса холоднее, чем заданная минимальная)
3. Вентилятор НЕ крутится, пока температура не достигнет Tu-5 (т.е. на 5 градусов холоднее, чем заданная минимальная)

Надо сказать, что если табличка с графиком находится в соседних лотах довольно часто, то описание этих режимов и их настройки есть далеко не во всех. А уж понять, что написано – можно только проверив экспериментально 🙂

Итак, для входа в настройки режима нужно выключить питание. Отключать вентилятора от контроллера, как везде написано, НЕ НУЖНО (хотя и можно). Зажать кнопку, включить питание. Через 3 сек светодиоды начнут моргать двойными вспышками. Отпустить кнопку. Останется мигать светодиод с номером, соответствующим текущему режиму.

Меняем режим нажатием кнопки. Сохраняем – удержанием 3сек (светодиод перестает мигать).

Температура старт/стопа в режимах 2 и 3 имеет некоторый гистерезис, так что не стоит переживать за разболтанку в граничной точке.
Мне понравилось играться во 2 режиме – изначально вентилятор остановлен. (дописываю это уже утром – пока жара не такая сильная). Зажимаю датчик в пальцах – стартует сразу. Отпускаю – крутится «на минималках». Крутится несмотря на то, что датчик обдувается. Прикасаюсь к датчику влажными пальцами – испарение воды охлаждает датчик ниже порога гистерезиса – вентилятор останавливается.

Поиграв настройками, я вспомнил, что в загашнике есть еще один инструмент. Ц-шка.

Итак – скинул PO в минимум начал повышать скорость и замерять напряжение на вентиляторе. Да, знаю, Ц-шка у меня ни разу не true RMS, поэтому на точные значения можно не рассчитывать, но тенденция и график от этого не сильно поменяются:

Замер производил в обе стороны (вверх и вниз), значения на каждой ступеньке, бывало, совпадали, а бывало, отличались на 0,05-0,10в. В процессе замера напряжение не постоянно – прыгает +-0,5В, поэтому разницу не стал оформлять отдельно. При торможении крыльчатки напряжение падает (хм, странно), что тоже способствует разнице.

Именно во время измерений я и «заметил», что используемый БП выдает несколько больше заявленных 12В 🙂

Что еще по графику: минимальное значение слишком мало. Вентилятор на нем работает, но издает жалобные звуки. При попытке остановить – останавливается и больше не запускается без пинка. При включении тоже сам не запускается…

В детстве, когда надо было снизить шум вентилятора в системнике, мы переключали его на питание от 7 Вольт. Потому что при 5В он мог не стартовать, особенно зимой в квартире с плохим отоплением (смазка густела).

В данном случае – на второй ступеньке (4,1в) вент уверенно запускался. Но так и не зима на улице, да и вентилятор довольно свежий. Поэтому – рекомендую использовать в качестве минимального порога PO третью или четвертую ступень.

Дальше, неплохо бы проверить собственно регулирование. Но как, если под рукой нет ни источника тепла, ни приборов для его измерения?

Ага, смотрим в таблицу и видим: минимальное значение Tu 30 градусов. Отлично – у меня как раз есть под рукой источник тепла чуть выше 30. Задаем в настройках этот порог. А также – интервал Td в 5 градусов. Зажимаем датчик между пальцами — и вентилятор довольно шустро – за 5 сек – плавно набирает полную скорость (и шум). Отпускаем – так же плавно снижает обороты. Работает! Ок, задаем Td = 10 градусов. Повторяем эксперимент – вентилятор так же бодро подхватывает, но до максимума явно не докручивает. Отлично, значит проклятый короновирус до меня еще не добрался!

Ну и еще один момент: если заметили – в месте пайки питающих проводов есть еще одна площадка – выход таходатчика. Она напрямую соединена с таким же контактом в разъеме вентилятора. Если у вас трехконтактный вентилятор и, если хотите, чтобы материнская плата контролировала скорость вентилятора – нужно допаять к этому контакту провод и подключить на материнку. Вероятно, в первоначальной конструкции предполагался разъем-мама для непосредственного подключения на разъем материнки. Но потом или начали экономить (скорее всего) или поняли, что система работает нормально только если материнка сама не пытается управлять вентилятором самостоятельно.

Выводы: Регулятор вполне справляется с заявленными функциями. Регулировка одной кнопкой с индикацией в двоичном коде хоть и сложновата, но трудностей не вызывает. Указанные в инструкции уровни и пороги – вполне адекватные. Большое количество вариантов настроек подойдет практически для любых вариантов применения.
Из минусов – отсутствие инструкции у продавца. Отсутствие провода для таходатчика.

Руководство по цепям управления вентиляторами и регулировке скорости