Схемы регулятора оборотов коллекторного двигателя: Ошибка 404 — документ не найден

Содержание

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потери мощности

Автор admin На чтение 6 мин Просмотров 8 Опубликовано

Каждый из нас дома имеет какой-то электроприбор, который работает в доме не один год. Но со временем мощность техники слабеет и не выполняет своих прямых предназначений. Именно тогда стоит обратить внимание на внутренности оборудования. В основном проблемы возникают с электродвигателем, который отвечает за функциональность техники. Тогда стоит обратить свое внимание на прибор, который регулирует обороты мощности двигателя без снижения их мощности.

Виды двигателей

Регулятор оборотов с поддержанием мощности — изобретение, которое вдохнет новую жизнь в электроприбор, и он будет работать как только что приобретенный товар. Но стоит помнить о том, что двигатели бывают разных форматов и у каждого своя предельная работа.

Двигатели разные по характеристикам. Это значит то, что та или иная техника работает на разных частотах оборота вала, запускающего механизм. Мотор может быть:

В основном трехфазные электромоторы встречаются на заводах или крупных фабриках. В домашних условиях используются однофазные и двухфазные. Данного электричества хватает на работу бытовой техники.

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.

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.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

  1. Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
  2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
  3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
  4. Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

  1. Двигателя переменного тока;
  2. Главного контроллера привода;
  3. Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Практически во всех бытовых приборах и электроинструментах используется коллекторныйдвигатель. В более новых моделях болгарок, шуруповертов, ручных фрезеров, пылесосов, миксеров и других присутствует регулировка оборотов двигателя, но в более поздних моделях такой функции нет. Такими инструментами и бытовыми приборами не всегда удобно работать, и поэтому существуют регуляторы оборотов с поддержанием мощности.

Виды двигателей и принцип работы

Двигатели делятся на три типа: коллекторный, асинхронный и бесколлекторный. В большинстве электроинструментов стоит первый тип. Этот электродвигатель имеет довольно компактный размер. Его мощность значительно выше, чем у асинхронного, а цена довольно низкая. Что касается асинхронных, то этот тип в основном используется в металлообрабатывающей отрасли, а также широкое распространение они получили в угледобывающих шахтах. Довольно редко их можно встретить в быту.

Бесколлекторный электродвигатель используется там, где нужны большие обороты, точное позиционирование и малые размеры. Например, в различной медицинской технике, авиамоделировании. Принцип работы довольно прост. Если рамку прямоугольной формы, которая имеет ось вращения, поместить между плюсами постоянного магнита, то она начнет вращаться. Направление зависит от направления тока в рамке. В составе этого типа присутствуют якорь и статор. Якорь вращается, а статор стоит неподвижно. Как правило, на якоре стоит не одна рамка, а 4,5 или более.

Асинхронный двигатель работает по другому принципу. Благодаря эффекту переменного магнитного поля в статорных катушках он приводится во вращение. Если углубиться в курс физики, то можно вспомнить, что вокруг проводника, через который проходит ток, создается своеобразное магнитное поле, заставляющее вращаться ротор.

Принцип работы бесколлекторного типа основан на включении обмоток так, чтобы магнитные поля статора и ротора были ортогональны друг другу, а вращающий момент регулируется специальным драйвером.

На рисунке отчетливо видно, что для перемещения ротора нужно выполнить необходимую коммутацию, но и регулировать обороты не представляется возможным. Тем не менее бесколлекторный двигатель может очень быстро набирать обороты.

Устройство коллекторного двигателя

Коллекторный электродвигатель состоит из статора и ротора. Ротором называется часть, которая

вращается, а статор является неподвижным. Еще одной составляющей электродвигателя являются графитовые щетки, по которым ток течет к якорю. В зависимости от комплектации могут присутствовать датчики Холла, которые дают возможность плавного запуска и регулировки оборотов. Чем выше подаваемое напряжение, тем выше обороты. Этот тип может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

По классификации коллекторные двигатели можно разделить на те, что работают от переменного и от постоянного тока. Их также можно разделить по типу возбуждения обмотки: двигатели с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) возбуждением.

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.

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.

Регуляторы мощности постоянного тока

Иногда возникает потребность в регулировке оборотов коллекторного двигателя постоянного тока.

Если потребитель не имеет большой мощности, то возможно последовательно подсоединить переменный резистор, но тогда КПД такого регулятора резко упадет. Существуют схемы, при помощи которых возможно довольно плавно регулировать обороты, не уменьшая КПД. Такой регулятор подойдет для изменения яркости различных ламп, напряжения питания, не превышающего 12 В. Эта схема также выполняет роль стабилизатора частоты вращения, при изменении механической нагрузки на вал обороты остаются неизменными.

Эта схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока 12 В вполне подойдет для регулировки и стабилизации оборотов двигателей с током, не превышающим 5 А. В эту схему входит драйвер на биполярных транзисторах и таймер 7555, что обеспечивает стабильную работу и плавную скорость регулировки. Цена на детали довольно низкая, а это является несомненным плюсом. Можно также собрать регулятор оборотов электродвигателя 12 В своими руками.

Асинхронный двигатель и регулятор оборотов

Как правило, этот тип применяется на различных производствах, начиная от шахт и заканчивая металлообрабатывающими отраслями. Например, в угольных шахтах для плавного пуска конвейерных лент используется пускатель АПМ, в который встроено устройство на тиристорах, позволяющее плавно запустить конвейер. Асинхронный однофазный двигатель применяется также в автомобилях, вентиляторах печек, двигателях, которые приводят в движение дворники, бытовых вентиляторах, питающихся от напряжения 220 В. В машине двигатели работают от постоянного напряжения 12 вольт, но плавный запуск в них не предусмотрен.

Для регулировки оборотов асинхронного двигателя применяются так называемые частотные преобразователи. Эти преобразователи позволяют кардинально менять форму и частоту сигнала. Как правило, такие преобразователи собраны на базе мощных полупроводниковых транзисторов и импульсных модуляторов, а всеми элементами управляет ШИМ-контроллер.

Следует помнить: чем плавней разгон двигателя, тем меньше он испытывает перегрузок. Это касается редукторов, конвейеров, мощных насосов, лифтов. Вот одна схема регулятора оборотов асинхронного двигателя 220 В.

С помощью этой схемы можно регулировать обороты двигателей, мощность которых не превышает 1 тыс. Вт. При сборке этой схемы есть нюансы, которые необходимо учесть:

  • Тип соединения «треугольник».
  • Необходим драйвер трехфазного моста IR2133.
  • Микроконтроллер AT90SPWM3B.
  • Для прошивки микроконтроллера необходим программатор.
  • Мощные транзисторы IRG4BC30W или их аналоги.
  • ЖК-дисплей в качестве индикатора.
  • Импульсный блок питания, который можно купить или собрать собственноручно.

Из-за значительного нагрева диодный мост и силовые транзисторы необходимо установить на радиатор. Если предполагается подключение двигателя мощностью до 400 Вт, то термодатчик ставить необязательно, а для управления можно использовать опторазвязку.

Чтобы увеличить срок службы различных видов двигателей, рекомендуется пользоваться регуляторами оборотов, решающими большое количество проблем.

“>

регулятор оборотов с поддержанием мощности

Здравствуйте дорогие мои посетители. Хочу сегодня продолжить тему о коллекторных электродвигателях, а именно как подключить двигатель от стиральной машины с помощью платы регулирования оборотов с поддержкой мощности. Как вы, видели, я затрагивал уже эту тему. Снимал по этому поводу видео «Подключение и регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат». Это видео стало очень популярным на моём канале, зрители оставили множество разных комментариев по этой теме. Также я там выложил источник, где я взял схему регулятора оборотов с поддержкой мощности коллекторных электродвигателей. И как мне показалось на тот момент, что человек скачает себе этот файл и соберет себе такую же схему как у меня, и будет её использовать. Но нет, оказалось не все так просто как мне этого хотелось, посыпалась, куча вопросов от людей не только гуманитариев, но и совсем не плохих радиолюбителей. Были даже предложения о покупке плат регулирования оборотов.

Что бы сразу ответить на многие вопросы, Вам, мои дорогие читатели, и появилась эта статья.

 Занимаюсь я ремонтом электроинструмента в частности перемоткой электродвигателей. И во время ремонта качественного электроинструмента замечал там «Константную электронику»,  которая при снижении оборотов на электроинструменте поддерживала мощность электродвигателя. Меня это очень заинтересовало, начал пробовать различные простые регуляторы оборотов, регуляторы оборотов с обратной связью по току, в общем, кучу разных штуковин. Пока не наткнулся на сайт «chipmaker.ru» где пользователь  «Bogdan» выложил «схему управления коллекторным двигателем на TDA1085». Собственно говоря, вот эта ссылка: http://www.chipmaker.ru/files/file/1490/ . После того как Вы перешли, жмем на кнопку «Загрузить» 

В следующем окне обратно жмем «Загрузить» 

У нас скачивается архив, разархивировав который, видим в нем несколько файлов (два варианта схем для управления двигателями постоянного и переменного тока с монтажными платами), нам для двигателя переменного тока нужны PSD файлы с пометкой «АС» 


Распечатав  их (принципиальная, монтажная и печатная плата), я отнес их своему очень хорошему товарищу Игорю , который мне спая регулятор оборотов с поддержкой мощности (сам я, к сожалению, не люблю работу с паяльником). Я испытал регулятор оборотов электроинструмента на TDA1085 на своей «болгарке». К счастью мой товарищ оказался хорошим радиолюбителем и нашел некоторые неточности в этих схемах и исправил их.

 


 Я не могу вам сейчас сказать что этот регулятор оборотов коллекторных электродвигателей панацея, возможно, есть что-то и лучше я не знаю. Как поведет она себя на высоких или даже средних оборотах, честно сказать я не знаю( здесь уже можно посмотреть тест этой платы в разных режимах). Эта схема отлично ведет себя на низких оборотах, и вот уже целый год  отлично себя показывает на Самодельном лобзиковом станке , приводом там служит та самая «болгарка»  на которой я испытывал регулятор оборотов.

Если Вы уже собрались делать себе регулятор оборотов, давайте немного разберем его:

К клеммам «Фаза и Ноль» подключаем напряжение 220 Вольт (фазировка не влияет на работу схемы), светодиод «HL» служит нам индикатором питания платы регулятора оборотов, к клеммам « М1» подключаем наш электродвигатель, «таходатчик» который выдает постоянный ток подключаем к «Х3» а если же у вас он выдает переменный ток или импульсы, то к «Х2» (Как сделать таходатчик). К контактам «Х4» можно подключить тумблер (выключатель) который будет отключать наш двигатель, его ставить не обязательно, можно также отключать двигатель с помощью  регулятора оборотов «R1» который подключается к контактам «Х1». У Bogdana  на этой схеме не был указан конденсатор «С 100µF х25V» хотя он присутствует на монтажной плате (забыл указать). Также у него в схеме находится очень мощный симистор «ВТА41 800V» который подходит для управления мощными коллекторными электродвигателями, а для нас подойдет совсем другой на 10…16 Ампер (по цене будет на много дешевле). Симистор должен обязательно быть  с радиатором (вся эта схема построена  для управления этим симистором, который в свою очередь управляет непосредственно нашим электродвигателем). Ниже симистора на схеме указаны два мощных сопротивления «R31» и «R33» рассчитанные на 0,1 Ом и мощностью 5 Ватт каждый. Под каждые электродвигатель нужно индивидуально настраивать плату регулятора оборотов (как это сделать). Регулируется схема с помощью подстрочных сопротивлений «R3» и «R21». Построечный резистор «R3» регулирует плавность пуска двигателя, а «R21» служит для быстроты реагирования на нагрузку электродвигателя (в зависимости отнего схема будет реагировать плавно или резко на нагрузку).

 Для лучшего удобства я подготовил Вам список всех деталей, которые применяются в этом регуляторе оборотов с поддержкой мощности («+» обозначены полярные конденсаторы):

20кОм

Пременное         1шт

20кОм

Подстроечное   1шт

R3

1,2кОм    0,25-0,125W

3шт

R4;5;9

160кОм     0,25-0,125W

2шт

R6;8

24 Ом     0,25-0,125W

1шт

R7

1м      0,25-0,125W

1шт

R10

120кОм       0,25-0,125W

1шт

R11

47кОм       0,25-0,125W

1шт

R12

470кОм      0,25-0,125W

1шт

R13

220кОм      0,25-0,125W

1шт

R14

51 Ом       0,25-0,125W

4шт

R15;19;25;30

2,2кОм     0,25-0,125W

2шт

R16;22

68кОм      0,25-0,125W

1шт

R17

820 Ом     0,25-0,125W

1шт

R18

2,7кОм      0,25-0,125W

1шт

R20

10кОм

Подстроечное  1шт

R21

390кОм       0,25-0,125W

4шт

R23;24;28;29

1шт

R26

1шт

R27

1шт

32

2шт

R31;33

1шт

R34

1шт

35

3шт

С1;5;неуказанный

3шт

C2;8;9

3шт

С3;4;7

820р

1шт

С6

1шт

С10

1шт

С11

1шт

С12

1шт

С13

1шт

С14

1шт

С15

1шт    Микросхема

МС1

ВТА41   800V  (не обязат)

1шт    Семистор

Т1

1шт   стабилитрон

1шт   стабилитрон

1шт диод

1шт    предохранитель

FU1

На  3В

1шт     светодиод

Изначально автор Bogdan на монтажной плате регулятора оборотов не указал буквенные обозначения всех деталей, но благодаря моему товарищу (огромное ему спасибо) он расставил все обозначения и исправил все неточности которые были у Bogdanа 


ВНИМАНИЕ!!! В расположении деталей ОШИБКА! Сопротивление R21 обозначено как R27. Будьте внимательны!

Ссылки для скачивания:

ОЧЕНЬ интересные видео по теме!!!

Агрессивные тесты.

Добавлено Анатолием:

Я думаю Александр не обидится если я в его теме выскажу несколько своих соображений.
Собрал уже не одну плату и могу сказать со сто процентной уверенностью. Если у кого то что то не работает, то проверяйте качество изготовления платы, качество и правильность монтажа, исправность элементов и двигателя. Все причины не работы (некорректной работы) кроются только в этом. Печатки и схемы выложенные в нете рабочие. Сам недавно столкнулся с подобным, две разные платы, а проявление неисправности одно и тоже. При включении и добавлении оборотов двигатель раскручивается рывками было ощущение как будто семистор работает на одном полупериоде. Оказалось на одной плате при травлении исчезла дорожка к конденсатору С10 на 47,0х16V, во втором случае этот же конденсатор был высохший.
Попутно убедился, что если уменьшить С11 идущий на 14 ногу микросхемы до 22Н, то двигатель стартует, набирает максимальные обороты и обороты не регулируются. Поэтому с ним тоже нельзя ошибаться 47Н и точка.
Теперь по поводу замеров напряжения.
Я собираю платы с отдельным блоком питания, поэтому промеры даю для этого случая.
Исходные условия, к плате подключен двигатель с таходатчиком, регулятор оборотов в нулевом положении (минимум до конца), блок питания в розетку включён, 220В на плату не подаётся.
1-0,17В
2-0,17В
3-2,63В
4-0
5-0
6-2,4В
7-0,05В
8-0
9-14,65В
10-13,7В
11-12,83В
12-0,55В
13-0
14-11,34В
15-0,03В
16-0,03В

Условия те-же, но подключено 220В и регулятор стоит на небольших оборотах. Двигатель медленно вращается.
1-0,25В
2-0,3В
3-2,62В
4-0,55В
5-0,55В
6-2,4В
7-1,14В
8-0
9-14,2В
10-14,2В
11- не измеряется.
12-0,74В
13-0,69В
14-4,8В при касании щупом двигатель ускоряется.
15-0,73В
16-0,58В
Отличия могут быть но не очень большие. Напряжение на ноге 3 устанавливается регулятором R21.
Кроме этого советовал бы увеличить резистор R9 вместо 1,2 кОм ставить 20кОм. Этим уменьшается напряжение с таходатчика. И R17 вместо 68кОм ставить 27кОм. Ну и диод для защиты микросхемы само собой. 

Пару слов по немецкой схеме. При правильной сборке, правильно выполненной печатке и исправных деталях всё работает без вопросов. Рекомендовал бы такую последовательность действий. Собрали плату, проверили сборку, микросхему не ставим. В панельку микросхемы подключаем на ноги 8-9 резистор 1,6кОм 1Вт, подключаем питание 220В, двигатель и таходатчик не подключен (это не принципиально), и меряем напряжение на подключённом резисторе. Должно быть 15-17В. Ставим микросхему, подключаем мотор и таходатчик и наслаждаемся работой. В немецкую схему советую внести следующее изменение. На регуляторе частоты вращения, на центральном отводе, запаять резистор 1,2кОм и второй конец этого резистора на клемму Х2-2, по семе. Боковую ногу регулятора которая раньше шла на центральный отвод, подключаем на корпус. Что это даёт. Раньше, при выведенном в ноль регуляторе, двигатель продолжал вращаться, теперь стоит как ему и положено. А методика настройки простая. Регулятор на ноль, включили, добавили немного оборотов, крутим Р1 пока обороты не станут красивыми на слух и визуально, обороты на максимум, крутим ограничение максимальных оборотов Р3, наслаждаемся своим мастерством. 

Регулятор мощности коллекторного двигателя с обратной связью. Виды и устройство регуляторов оборотов коллекторных двигателей

Схема регулятора, с помощью которой осуществляется изменение частоту оборотов вращения двигателя или вентилятора, рассчитана на работу от сети переменного тока на напряжение 220 вольт.

Двигатель вместе с силовым тиристором VS2 подключен в диагональ диодного моста VD3, на другую же поступает сетевое напряжение переменного тока 220 вольт. Кроме того, этот тиристор осуществляет контроль достаточно широкими импульсами, благодаря чему, непродолжительные обрывы цепи, с которыми работают все коллекторные двигатели, не влияют на устойчивую работу схемы.


Управляет первым тиристором транзистор VT1, подключенный по схеме генератора импульсов. Как только напряжение на конденсаторе станет достаточным для открытия первого транзистора, на управляющий вывод тиристора поступит положительный импульс. Тиристор откроется и теперь уже на втором тиристоре появится длительный управляющий импульс. И уже с него напряжение, которое фактически и влияет на величину оборотов, поступает на двигатель.

Частоту оборотов вращения электродвигателя подстраивают переменным сопротивлением R1. Так как в цепь второго тиристора подсоединена индуктивная нагрузка, то возможно спонтанное открывание тиристора, даже в момент отсутствии управляющего сигнала. Поэтому для блокировки этого, в схему включен диод VD2 который подсоединен параллельно обмотке L1 двигателя.

Во время настройки схемы регулятора оборотов двигателя желательно использовать , которым можно измерить частоту вращения электродвигателя либо обычный стрелочный вольтметр для переменного тока, который подключают параллельно двигателю.

С помощью подбора сопротивления R3 задают диапазон изменения напряжения от 90 до 220 вольт. Если при минимальных оборотах двигатель работает некорректно, то требуется уменьшить номинал резистора R2.

Эта схема хорошо подходит для регулировки скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры.

В роли чувствительного элемента используется . В результате его нагревания уменьшается его сопротивление, и поэтому на выходе операционного усилителя, наоборот напряжение увеличивается и через полевой транзистор управляет оборотами вентилятора.

Переменным сопротивлением P1 — можно задать наименьшую скорость вращения вентилятора при наименьшей температуре, а переменным сопротивлением P2 регулируют наибольшую скорость вращения при максимальной температуре.

В нормальных условиях настраиваем резистором P1 минимальные обороты двигателя. Затем нагревают датчик и сопротивлением P2 адают нужную частоту вращения вентилятора.

Схема управляет скоростью вентилятора в зависимости от показаний температур, с помощью обычного с отрицательным температурным коэффициентом.

Схема настолько проста, что в ней присутствует только три радиокомпонента: регулируемый стабилизатор напряжения LM317T и два сопротивления, образующие делитель напряжения. Одно из сопротивлений — термистор с отрицательным ТКС, а другое — обычный резистор. Для упрощения сборки рисунок печатной платы привожу ниже.

В целях экономии, можно оснастить регулятором оборотов типовую болгарку. Такой регулятор для шлифования корпусов различной радиоэлектронной аппаратуры является незаменимым инструментом в арсенале радиолюбителя

Микросхема U2008B является ШИМ-регулятором оборотов коллекторных электродвигателей переменного напряжения. Изготавливается компанией TELEFUNKEN, чаще всего ее можно увидеть в схеме управления электродрелью, шаговой пилы, электролобзика и т.п., а также работает с двигателями от пылесосов, позволяя регулировать тягу. Встроенный контур плавного старта сощественно продлевает срок эксплуатации двигателей. Схемы регулировки на базе этого чипа можно также применять для регулировки мощности, например обогревателей.

Все современные дрели выпускают с встроенными в них регуляторами числа оборотов двигателя, но наверняка, в арсенале каждого радиолюбителя имеется старая советская дрель, у которых изменение числа оборотов не было задумано, что, резко снижает эксплуатационные характеристики.

Регулировать скорость вращения асинхронного безколлекторного двигателя можно с помощью настройки частоты питающего переменного напряжения. Данная схема позволяет регулировать скорость вращения в довольно широком диапазоне — от 1000 до 4000 оборотов в минуту.

Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать — момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор , но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Обобщенная схема регулятора

Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

  • силовой управляемый выпрямитель;
  • блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
  • обратная связь по тахогенератору;
  • блок регулирования тока в обмотках двигателя.

Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться , для каких целей требуется сконструировать регулятор:

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

  • Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
  • Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
  • Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться , если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

Выбор схемы

Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

  • Регулирование скорости от 0 до максимума.
  • Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
  • Плавность регулирования оборотов.

Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования. Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

Особенности конструкции

Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным , так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы . Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

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.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.


Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

  1. Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
  2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
  3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
  4. Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.


Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

  1. Двигателя переменного тока;
  2. Главного контроллера привода;
  3. Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.


Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.


Фото – синусоида нормальной работы электродвигателя

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

  1. Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
  2. Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
  3. Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
  4. Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
  5. По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.


Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.


Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:


Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Не каждая современная дрель или болгарка оснащена заводским регулятором оборотов, и чаще всего регулировка оборотов не предусмотрена вовсе. Тем не менее, как болгарки, так и дрели построены на базе коллекторных двигателей, что позволяет каждому их владельцу, маломальски умеющему обращаться с паяльником, изготовить собственный регулятор оборотов из доступных электронных компонентов, хоть из отечественных, хоть из импортных.

В данной статье мы рассмотрим схему и принцип работы простейшего регулятора оборотов двигателя электроинструмента, и единственное условие — двигатель должен быть коллекторным — с характерными ламелями на роторе и щетками (которые порой искрят).

Приведенная схема содержит минимум деталей, и подойдет для электроинструмента мощностью до 1,8 кВт и выше, для дрели или болгарки. Похожая схема используется для регулировки оборотов в автоматических стиральных машинах, в которых стоят коллекторные высокоскоростные двигатели, а также в диммерах для ламп накаливания. Подобные схемы, в принципе, позволят регулировать температуру нагрева жала паяльника, электрического обогревателя на базе ТЭНов и т. д.

Потребуются следующие радиоэлектронные компоненты:

    Резистор постоянный R1 — 6,8 кОм, 5 Вт.

    Переменный резистор R2 — 2,2 кОм, 2 Вт.

    Резистор постоянный R3 — 51 Ом, 0,125 Вт.

    Конденсатор пленочный C1 — 2 мкф 400 В.

    Конденсатор пленочный C2 — 0,047 мкф 400 вольт.

    Диоды VD1 и VD2 — на напряжение до 400 В, на ток до 1 А.

    Тиристор VT1 — на необходимый ток, на обратное напряжение не менее 400 вольт.

В основе схемы — тиристор. Тиристор представляет собой полупроводниковый элемент с тремя выводами: анод, катод, и управляющий электрод. После подачи на управляющий электрод тиристора короткого импульса положительной полярности, тиристор превращается в диод, и начинает проводить ток до тех пор, пока в его цепи этот ток не прервется или не сменит направление.

После прекращения тока или при смене его направления, тиристор закроется и перестанет проводить ток, пока не будет подан следующий короткий импульс на управляющий электрод. Ну а поскольку напряжение в бытовой сети переменное синусоидальное, то каждый период сетевой синусоиды тиристор (в составе данной схемы) станет отрабатывать строго начиная с установленного момента (в установленной фазе), и чем меньше во время каждого периода тиристор будет открыт, тем ниже будут обороты электроинструмента, а чем, соответственно, дольше тиристор будет открыт, тем выше будут обороты.

Как видите, принцип прост. Но применительно к электроинструменту с коллекторным двигателем, схема работает хитрее, и об этом мы расскажем далее.

Итак, в сеть здесь включены параллельно: измерительная цепь управления и силовая цепь. Измерительная цепь состоит из постоянного и переменного резисторов R1 и R2, из конденсатора C1, и диода VD1. Для чего нужна эта цепь? Это делитель напряжения. Напряжение с делителя, и что важно, противо-ЭДС с ротора двигателя, складываются в противофазе, и формируют импульс для открывания тиристора. Когда нагрузка постоянна, то и время открытого состояния тиристора постоянно, следовательно обороты стабилизированы и постоянны.

Как только нагрузка на инструмент, и следовательно на двигатель, увеличивается, то величина противо-ЭДС уменьшается, поскольку обороты снижаются, значит сигнал на управляющий электрод тиристора возрастает, и открывание происходит с меньшей задержкой, то есть мощность подводимая к двигателю возрастает, увеличивая упавшие обороты. Так обороты сохраняются постоянными даже под нагрузкой.

В результате совместного действия сигналов от противо-ЭДС и с резистивного делителя, нагрузка не сильно влияет на обороты, а без регулятора это влияние было бы существенным. Таким образом при помощи данной схемы достижима устойчивая регулировка оборотов в каждом положительном полупериоде сетевой синусоиды. При средних и малых скоростях вращения этот эффект более выражен.

Однако, при повышении оборотов, то есть при повышении напряжения, снимаемого с переменного резистора R2, стабильность поддержания скорости постоянной снижается.

Лучше на этот случай предусмотреть шунтирующую кнопку SA1 параллельно тиристору. Функция диодов VD1 и VD2 — обеспечение однополупериодного режима работы регулятора, так как напряжения с делителя и с ротора сравниваются лишь в отсутствие тока через двигатель.

Конденсатор C1 расширяет зону регулирования на малых скоростях, а конденсатор C2 снижает чувствительность к помехам от искрения щеток. Тиристор нужен высокочувствительный, чтобы ток менее 100 мкА смог бы его открыть.

При работе с электроинструментом (электродрелью шлифовальным устройством и пр) желательно иметь возможность плавно изменять его обороты. Но простое уменьшение питающего напряжения приводит к снижению развиваемой инструментом мощности В предлагаемой схеме (рис.1) используется регулирование с обратной связью по току двигателя, в результате чего при увеличении нагрузки соответственно увеличивается и крутящий момент

На валу. Резистивно-емкостная цепочка R1-R2-C1 формирует регулируемое опорное напряжение, которое с движка R2 поступает в цепь управляющего электрода тиристора VS1 и компенсирует остаточную противо-ЭДС двигателя М1 Если скорость вращения двигателя падает из-за возрастания нагрузки, уменьшается и его противо-ЭДС. Благодаря этому в очередном полупериоде сетевого напряжения тиристор за счет опорного напряжения открывается раньше. Соответствующее повышение напряжения на двигателе приводит к увеличению мощности на валу двигателя. При увеличении оборотов в случае снижения нагрузки описанный процесс происходит наоборот

Настройка устройства сводится практически к подбору сопротивления R1, чтобы при минимальных оборотах двигатель вращался ровно, без рывков, и, в то же время, обеспечивался полный диапазон изменения оборотов. Возможно, к нижнему по схеме выводу R2 придется подключить небольшой резистор, ограничивающий минимальные обороты двигателя. Если тиристор VS1 будет сильно греться, его нужно установить на теплоотвод.

Упрощенный вариант регулятора показан на рис . 2. Если в патрон электродрели зажать насадку-отвертку, с помощью этой приставки можно закручивать винты и шурупы (саморезы).

Литература

1 И.Семенов. Регулятор мощности с обратной связью. — Радиолюбитель, 1997, N12, С.21.

2 Р.Граф. Электронные схемы 1300 примеров — М Мир, 1989, С 395.

3. В Щербатюк Заворачиваем шурупы электродрелью. — Радиолюбитель, 1999 N9, С 23

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь


Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать — момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор, но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Описание 4 схем регуляторов оборотов электродвигателя

Первая схема

На транзисторе VT1 (однопереходном) реализован генератор пилообразного напряжения (частота 150 Гц). Операционный усилитель DA1 играет роль компаратора, создающего ШИМ на базе транзистора VT2. В результате получается ШИМ регулятор оборотов двигателя.

Изменяют скорость вращения переменным резистором R5, который меняет длительность импульсов. Так как, амплитуда ШИМ импульсов постоянна и равна напряжению питания электродвигателя, то он никогда не останавливается даже при очень малой скорости вращения.

Вторая схема

Она схожа с предыдущей, но в роли задающего генератора применен операционный усилитель DA1 (К140УД7).

Этот ОУ функционирует как генератор напряжения вырабатывающий импульсы треугольной формы и имеющий частоту 500 Гц. Переменным резистором R7 выставляют частоту вращения электродвигателя.

Третья схема

Она своеобразная, построена на она на популярном таймере NE555. Задающий генератор действует с частотой 500 Гц. Ширина импульсов, а следовательно, и частоту вращения двигателя возможно изменять от 2 % до 98 %.

Слабым местом во всех вышеприведенных схемах является, то что в них нет элемента стабилизации частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на валу двигателя постоянного тока. Разрешить эту проблему можно с помощью следующей схемы:

Как и большинство похожих регуляторов, схема этого регулятора имеет задающий генератор напряжения, вырабатывающий импульсы треугольной формы, частота которых 2 кГц. Вся специфика схемы — присутствие положительной обратной связи (ПОС) сквозь элементы R12,R11,VD1,C2, DA1.4, стабилизирующей частоту вращения вала электродвигателя при увеличении или уменьшении нагрузки.

При налаживании схемы с определенным двигателем, сопротивлением R12 выбирают такую глубину ПОС, при которой еще не случаются автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки.
No tags for this post.

Обобщенная схема регулятора

Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

  • силовой управляемый выпрямитель;
  • блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
  • обратная связь по тахогенератору;
  • блок регулирования тока в обмотках двигателя.

Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться, для каких целей требуется сконструировать регулятор:

  • Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
  • Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

  • Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
  • Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
  • Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться, если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

ШИМ сигнал — управляем скоростью вращения мотора

Моторы постоянного тока имеют линейную зависимость скорости вращения от приложенного напряжения. Таким образом, чтобы снизить скорость вращения, надо подать меньше напряжения. Но надо помнить, что с падением напряжения, у мотора падает мощность. Поэтому, на практике, можно управлять скоростью мотора только в пределах 30%-50% от полной скорости вращения мотора. Для управления скоростью мотора без потери мощности, необходима обратная связь от мотора по оборотам вращения, например как в электрическом шуруповерте. Такой режим управления, требует более сложной схемы. Мы же будет рассматривать простой вариант — управление скоростью мотора без обратной связи.

Итак, нам необходимо менять напряжение подаваемое на мотор. В нашем распоряжении есть MOSFET транзистор. Мы помним, что наш мотор имеет индуктивность. Индуктивность сопротивляется изменению тока. И если быстро включать и выключать напряжение на моторе, то в момент выключения ток будет продолжать течь благодаря индуктивности. А мотор будет продолжать вращаться по инерции, а не остановится. Но естественно, вращаться он будет медленнее, среднее напряжение на его обмотках будет меньшее.

Микроконтроллер, как раз, отлично умеет генерировать импульсный ШИМ (PWM) сигнал. А мотор умеет интегрировать данный сигнал (усреднять) за счёт индуктивности обмоток и инерции ротора. От коэффициента заполнения (скважности) ШИМ сигнала как раз и будет зависеть полученное мотором среднее напряжение, а значит и скорость.

Какая же частота ШИМ нужна для лучшего управления мотором? Ответ очень простой, чем больше, тем лучше. Минимальная частота зависит от индуктивности мотора, а также массы ротора и нагрузки на вал мотора. Если смоделировать в электрическом симуляторе (например, PROTEUS) ШИМ управление мотором, то будет видно, что чем больше частота ШИМ, тем более ровный ток протекает через мотор (ripple current — снижается при увеличении частоты). Низкая частота:


высокая частота:

Если же частота упадёт ниже определённого уровня, ток станет разрывным (будет падать до нуля) и в итоге мотор не сможет крутиться.

Отлично, все просто! Делаем частоту ШИМ побольше, например 1 МГц, и любому мотору хватит. В жизни же, все не так просто. Для понимания всех возможных проблем можно упрощенно принять затвор MOSFET транзистора за идеальный конденсатор. Для того чтобы транзистор полностью открылся, конденсатор необходимо зарядить до 10В (на самом деле меньше). Чем больше ток, который мы можем вкачать в конденсатор, тем быстрее он зарядится, а значит быстрее откроется транзистор. В процессе открытия транзистора, ток и напряжение на нем будут максимальными, и чем больше это время, тем сильнее нагреется транзистор. В datasheet обычно есть такой параметр как Qgate — полный заряд, который надо передать транзистору, чтобы он открылся полностью.

Чем меньше эта величина, тем меньшей ток нужен для управления данным транзистором. Естественно, такой ток нужен только на очень короткое время — какое, опять же написано в datasheet — tr, обычно оно измеряется в наносекундах. Чтобы выдать такой ток, нужны специальные драйверы, если же мы управляем логическим MOSFET напрямую от микроконтроллера, то мы не сможем обеспечить такой ток. Поэтому для защиты микроконтроллера необходимо перед базой MOSFET ставить резистор, а это сильно замедляет время открытия. В итоге, микроконтроллер в прямом управлении не может обеспечить более 1-2 мкc на открытие и закрытие транзистора. Время открытия и закрытия должно занимать не более 10% длительности ШИМ сигнала. Таким образом, мы сразу получаем ограничение в частоте — 50 000 Гц. Дополнительно, сам микроконтроллер должен иметь возможность генерировать ШИМ сигнал с возможностью хотя бы 8 битного управления шириной ШИМ (для этого требуется большая рабочая частота МК). В итоге, обеспечить большую частоту ШИМ не так просто. Так же, на высоких частотах, начитает мешать паразитные ёмкости и индуктивности. На плате, которую можно сделать дома, получить частоту ШИМ больше 300 кГц, очень сложно. Трассировка платы должна быть сделана идеально. Для снижения требований к плате, в настоящее время выпускаются специальные MOSFET, объединённые с драйверами управления, они позволяют на заводских, многослойных платах получить частоту управления MOSFET в 2МГц.

Выбор схемы

Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

  • Регулирование скорости от 0 до максимума.
  • Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
  • Плавность регулирования оборотов.

Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования. Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

Устройство системы

Коллекторный тип двигателя состоит главным образом из ротора, статора, а также щёток и тахогенератора.

  1. Ротор — это часть вращения, статор — это внешний по типу магнит.
  2. Щётки, которые произведены из графита — это главная часть скользящего контакта, через которую на вращающийся якорь и стоит подавать напряжение.
  3. Тахогенератор —это устройство, которое производит слежку за характеристикой вращения прибора. Если происходит нарушение в размеренности процесса вращения, то он корректирует поступающий в двигатель уровень напряжения, тем самым делая его наиболее плавным и медленным.
  4. Статор. Такая деталь может включать в себя не один магнит, а, к примеру, две пары полюсов. Вместе с этим на месте статических магнитов здесь будут находиться катушки электромагнитов. Совершать работу такое устройство способно как от постоянного тока, так и от переменного.

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

В виде регуляторов оборотов электродвигателей 220 В и 380 В применяются особые частотные преобразователи. Такие устройства относят к высокотехнологическим, они и помогают совершить кардинальное преобразование характеристики тока (форму сигнала, а также частоту). В их комплектации имеются мощные полупроводниковые транзисторы, а также широтно-импульсный модулятор. Весь процесс осуществления работы устройства происходит с помощью управления специальным блоком на микроконтроллере. Изменение скорости во вращении ротора двигателей происходит довольно медленно.

Именно по этой причине частотные преобразователи применяются в нагруженных устройствах. Чем медленнее будет происходить процесс разгона, тем меньшая нагрузка будет совершена на редуктор, а также конвейер. Во всех частотниках можно найти несколько степеней защиты: по нагрузке, току, напряжению и другим показателям.

Некоторые модели частотных преобразователей совершают питание от однофазового напряжения (оно будет доходить до 220 Вольт), создают из него трехфазовое. Это помогает совершить подключение асинхронного мотора в домашних условиях без применения особо сложных схем и конструкций. При этом потребитель сможет не потерять мощность во время работы с таким прибором.

https://youtube.com/watch?v=EYkb8_6F-Sw

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

  1. Для существенной экономии электроэнергии. Так, не любому механизму нужно много энергии для выполнения работы вращения мотора, в некоторых случаях можно уменьшить вращение на 20−30 процентов, что поможет значительно сократить расходы на электроэнергию сразу в несколько раз.
  2. Для защиты всех механизмов, а также электронных типов цепей. При помощи преобразовательной частоты можно осуществлять определённый контроль за общей температурой, давлением, а также другими показателями прибора. В случае когда двигатель работает в виде определённого насоса, то в ёмкости, в которую совершается накачка воздуха либо жидкости, стоит вводить определённый датчик давления. Во время достижения максимальной отметки мотор попросту автоматически закончит свою работу.
  3. Для процесса плавного запуска. Нет особой необходимости применять дополнительные электронные виды оборудования — все можно осуществить при помощи изменения в настройках частотного преобразователя.
  4. Для снижения уровня расходов на обслуживание устройств. С помощью таких регуляторов оборотов в двигателях 220 В можно значительно уменьшить возможность выхода из строя приборов, а также отдельных типов механизмов.

Схемы, по которым происходит создание частотных преобразователей в электродвигателе, широко используются в большинстве бытовых устройств. Такую систему можно найти в источниках беспроводного питания, сварочных аппаратах, зарядках телефона, блоках питания персонального компьютера и ноутбука, стабилизаторах напряжения, блоках розжига ламп для подсветки современных мониторов, а также ЖК-телевизоров.

Особенности конструкции

Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным, так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

  • Максимальный ток в обмотках двигателя не должен превышать 10 А (при условии той комплектации, которая представлена на схеме). Если применить симистор с большим прямым током, то мощность может быть выше. Учтите, что потребуется изменить сопротивление в цепи обратной связи в меньшую сторону, а также индуктивность шунта.
  • Максимальная скорость вращения достигается 3200 об/мин. Эта характеристика зависит от типа двигателя. Схема может управлять моторами до 16 тыс. об/мин.
  • Время разгона до максимальной скорости достигает 1 секунды.
  • Нормальный разгон обеспечивается за 10 секунд от 800 до 1300 об/мин.
  • На двигателе использован 8-полюсный тахогенератор с максимальным выходным напряжением на 6000 об/мин 30 В. То есть он должен выдавать 8мВ на 1 об/мин. При 15000 об/мин на нем должно быть напряжение 12 В.
  • Для управления двигателем используется симистор на 15А и предельным напряжением 600 В.

Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы. Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

  • Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
  • Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
  • Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
  • Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
  • Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
  • Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

Регулятор оборотов с обратной связью для коллекторных двигателей переменного тока

Большинство мировых производителей профессиональных угловых шлифовальных машинок (болгарок) таких как Bosch, Metabo, Makita, DeWalt и других используют два типа регуляторов оборотов с обратной связью.

С помощью таходатчика

На конце якоря мотора установлен кольцевой магнит с прорезью или срезом, а на плате регулятора установлена ка­тушка индуктивности или датчик Холла. Такой регулятор обес­печивает максимально точную стабилизацию оборотов дви­гателя при изменении нагрузки.

На основе измерения падения напряжения на электро­двигателе

В этом случае измеряется падение напряжения на дви­гателе, и схема управления изменяет длительность открытия силового ключа. Такой регулятор, если он правильно наст­роен, обеспечивает также хорошую стабилизацию оборотов двигателя при изменении нагрузки.

Все промышленные регуляторы, собранные на микро­контроллерах, полностью залитые эпоксидной смолой и в ито­ге они не пригодны для ремонта, а цена за новый регулятор достаточно большая, и составляет примерно 20-30% от сто­имости самого электроинструмента.

В поиске специализированных микросхем для решения данной задачи мне приглянулись регуляторы Phase Control фирмы Atmel. Например, простой вариант регулятора на ми­кросхеме U2008B. Рассмотрим схему регулятора на ИМС U2008B приведенную на рис.1. В данном регуляторе можно использовать обратную связь по току или режим плавного пуска, однако в нём нет защиты от перегрузки. Если исполь­зовать плавный пуск тогда нужны только элементы С1, R4 и перемычку Х1 не ставим, а если нужна обратную связь — тог­да все наоборот.

Рис. 1

Так как ИMC U2008B не может одновременно работать в режиме плавного пуска и обратной связи, она не подходит для нашей задачи. На рис.2 пока­зана схема регулятора на микросхеме U2010B, у которой есть обратная связь по току, защи­та от перегрузки и плавный старт одновре­менно. Светодиод D2 индицирует перегрузку электродвигателя. Переключатель SA1 «Mode» обеспечивает возможность выбора действий при перегрузке на двигателе в трех режимах: Положение А — индикация перегрузки и по­следующий сброс на минимальные обороты. Для восстановления рабочих оборотов, необходимо выключить инструмент.

Рис. 2

Положение В — индикация перегрузки, по­следующий сброс на минимальные обороты, по­сле снятие нагрузки с инструмента, восста­навливаются установленные обороты, т.е. про­исходит авто старт.

Положение С — только индикация перегруз­ки, без остановки двигателя и защиты.

Подбором ёмкости конденсатора СЗ от 1 до 10 мкФ можно изменять длительность и плав­ность пуска двигателя.

Настройка регулятора.

В техническом описании к ИМС U2010B в схеме подключения обозначено только падение напряжение на R6 в 250 мВ и не указано, ка­ким именно должен быть этот резистор.

Рассчитать сопротивление R6 можно исходя из мощнос­ти двигателя по формуле:

R6 = UR6/(Рдвиг/Uпит),

где: UR6 — напряжение на R6 (250 мВ), Рдвиг — мощность двигателя, UПИТ — напряжение питания сети.

Например, для двигателя мощностью 750 Вт рассчитыва­ем: R6= 0,25/(750/220) = 0,07 Ом.

Номиналы резисторов R6 и R11, в зависимости от мощ­ности электродвигателя, приведены в таблице.

R11 Мощность, ВтR6*, ОмНихром, D 1 ммНихром, D 0,8 ммR11*, кОм
2500,223019180-270
3000,182717180-220
5500,12516180
7000,082014160
8500,071711150
10000,0551510100-120
12000,04713990-110
15000,0412880-100
18000,0310770-100
20000,0288665-90
22000,0257565-90

Главное правильно подбирать резистор R6 под мощность двигателя. Выше представленная формула правильная, но на практике может потребоваться некоторая коррекция по по­ведению двигателя под нагрузкой. Если резистор великоват, то двигатель довольно резко стартует (т.е. происходит боль­шая компенсация нагрузки, чем надо), а потом отключается, а если резистор будет мал, то не будет обеспечиваться ком­пенсация нагрузки.

В Datasheet к ИМС U2010B ёмкость конденсатора С2 указана 0,01 мкФ, но она рассчитана на 60-герцовую сеть, и при использования ИМС в сети 50 Гц за период выдава­лось несколько импульсов управления. В итоге, обороты эле­ктродвигателя практически не регулировались и двигатель ра­ботал на полную мощность. Для сети с частотой 50 Гц нуж­но ёмкость конденсатора С2 увеличить до 0,015 мкФ.

Первый пуск

Переменный резистор Р1 (регулятор оборотов) нужно установить на минимальные обороты двигателя, по схеме движок потенциометра должен быть повернут в сторону ре­зистора R13. Затем подстроенный резистор R10 (компенса­ция нагрузки) установить в среднее положение, а на место R11 (перегрузка) временно подпаять постоянный резистор сопротивлением 62 кОм. Потом включить регулятор в сеть 220 В / 50 Гц и подстроенным резистором R8 выставить са­мые минимальные обороты двигателя.

Нужно сделать так, чтобы при включении двигатель на­чинал вращаться на минимальных оборотах. Если настроить устройство так, чтобы совсем не было напряжения на элек­тродвигателе, то тогда становится слишком нелинейная за­висимость управления резистором Р1 — при его повороте сначала двигатель не крутится, а потом резко стартует без плавного пуска.

Далее нужно подключить вольтметр с диапазоном изме­рения 300 В к выводам двигателя, включить двигатель и на средних оборотах, зажимая вал или привод двигателя через тряпку рукой, выставить такое положение резистора R10, что­бы обороты электродвигателя не менялись при изменении нагрузки на его валу. Одновременно с этим нужно смотреть на вольтметр, подключенный к двигателю. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя регулятор прибавляет напряжение, и двигатель крутится с одинаковыми оборота­ми, независимо от нагрузки.

И вот в последнюю очередь настраивается резистор R11 (перегрузка). Постоянный резистор номиналом 62 кОм вы­паиваем и вместо него ставим подстроенный или перемен­ный резистор номиналом 220 кОм. На оборотах двигателя чуть больше минимальных, сильно зажимая вал или привод двигателя, стараемся почти заклинить вал двигателя, и по степенно изменяем величину резистора R11, пока не начнет срабатывать защита, и не станет светиться VD2. Затем из­мерьте сопротивление переменного резистора тестером и за­паяйте в устройство соответствующий резистор. В таблице указано приблизительные значения сопротивления R11,

Детали регулятора

Купить микросхемы U2008B, U2010B можно через сайт AliExpress (www.ru.aliexpress.com) в Китае с бесплатной до­ставкой на Украину, а далее посылка бесплатно отправляется через «Укрпочту» в любое почтовое отделение на тер­ритории Украины. Доставка на Украину производится на про­тяжении 25-40 дней. Например, цена 1 шт. микросхемы U2010B зависит от корпуса исполнения, примерно 0,9 USD в корпусе S016 и 1,2 USD в корпусе DIP16, а симистора ВТА24-800 — 0,4 USD.

Печатная плата устройства изготовлена из односторонне­го фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм.

Симистор VS1 лучше использовать с изолированной пло­щадкой под радиатор серии ВТА, например BTA12-800, BTA16-800, BTA24-800, или применить другие. При мощнос­ти двигателя до 400 Вт, VS1 можно не устанавливать на ра­диатор. Все SMD детали типоразмера 1206, их можно запа­ять обычным паяльником с тонким жалом.

Подстроенные резисторы — типа СП3-19а или другой ма­логабаритный. Переменный резистор Р1 любой на 47-50 кОм, можно малогабаритные СП4-1, СП3-9. Резистор R1 мощностью не менее 2 Вт, например, типа MЛT-2 или др. Резистор R6 изготовлен из нихромовой проволоки диаметром 0,7 — 1 мм. Автор использовал нихромовый провод из старого блока сопротивлений для зажигания автомобилей ГАЗ с маркировкой 1402.3729. Все электролитические конденса­торы на напряжение не менее 50 В. Диод D1 — типа 1N4007 или КД208, также можно использовать диод в SMD исполне­нии. Светодиод D2 любой малогабаритний диаметром 3-5 мм красного света. Переключатель SA1 любой малогабаритный 3-х позиционный. Если нужен только один режим перегруз­ки, тогда вместо него можно установить перемычку.

Литература:

  1. Бирюков С. Автомат плавного пуска коллекторных эле­ктродвигателей. // Радио. — 1997. — №7. — С.40-42.

Печатная плата для схемы показанной на рисунке 2:

Автор: Валентин Шипляк, г. Ужгород

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

Во всех современных бытовых электроприборах и электроинструментах широко применяются коллекторные двигатели, которые являются универсальными, поскольку могут работать от постоянного и переменного тока. При сравнительно небольших размерах, они обладают большим пусковым моментом. Коллекторные электродвигатели отличаются плавным пуском и возможностью регулировки количества оборотов. Для этого существует схема регулятора оборотов коллекторного двигателя.

Составные части

В состав конструкции регулятора входит интегральная схема. Вся система регулирует обороты электродвигателей работающих от сети с напряжением 220 вольт. Регуляторы широко применяются в тех электрических инструментах, где постоянно необходима регулировка оборотов установленного в них коллекторного двигателя. В основном, это электродрели, электролобзики, пылесосы и прочие. В регулятор встроен контур, обеспечивающий так называемый мягкий старт, в значительной степени увеличивающий срок эксплуатации электродвигателей. Это устройство успешно используется как регулятор мощности осветительных и обогревательных приборов.

Конструкция регуляторов

Конструкция регулятора оборотов имеет несколько видов. В первом случае используется реостатная схема, позволяющая эффективно регулировать число оборотов в коллекторном двигателе. Здесь же применяются силовые транзисторы, забирающие на себя часть напряжения. Однако, на малых и средних оборотах, у этой конструкции низкий коэффициент полезного действия.

Транзисторные балластные ключи рассеивают большое количество тепловой мощности, поэтому они должны очень хорошо охлаждаться. Вся система регулирования скорости от нуля до максимума была разработана с применением импульсной схемы, при которой изменяется ширина поступающих на обмотку импульсов напряжения. Эта схема получила название широтно-импульсной модуляции.

Вторая конструкция также отличается достаточной простотой. Она создана на основе интегрального таймера, получившего широкое распространение. Этот таймер осуществляет нагрузку на затвор, установленный в полевом транзисторе.

В состав схемы включена микросхема с большим значением выходного тока. В связи с этим, могут применяться полевые транзисторы любых наименований. Если ток нагрузки менее 0,1 ампера, то эта нагрузка включается сразу в микросхему, без использования транзисторов. Чтобы канал транзистора был полностью открыт, напряжение на его затворе должно составлять от 12 до 15 вольт, поэтому и напряжение питания должно иметь такое же значение. Обе приведенные схемы позволяют выполнять регулировку оборотов и при напряжении более 12 вольт.

Если оборотов коллекторного двигателя смонтирован правильно, то ее можно дополнительно не регулировать.

Регулятор оборотов с обратной связью по скорости , токовой отсечкой и плавным запуском для универсального коллекторного двигателя. — Электропривод

Привет всем.В этой теме я расскажу про регулятор оборотов с обратной связью по скорости , токовой отсечкой и плавным запуском для универсального коллекторного двигателя или двигателя постоянного тока.Получилось подобие сервопривода.Схема подойдет не только для доработки мини-дрели , но и как блок управления коллекторным двигателем для небольших китайских станков, вместо штатной платы.

У меня была тема в законченных проэктах про сверлильное приспособление для часового токарного станка Т-28 на основе китайской мини-дрели Hilda.

Все отлично работало,насверлил кучу отверстий сверлами 1.2 мм и меньше.Но вот срочно понадобилось сверлить сверлами диаметром 3-4 мм.И здесь штатный регулятор оборотов перестал справляться со своей задачей.Я решил собрать нормальный регулятор.

Пару лет назад я за несколько  дней придумал и собрал для постоянного клиента блок управления крупным универсальным коллекторным  двигателем, который крутил шнек на немецком экструдере на производстве пластикового профиля.Родной блок выгорел после залития водой из лопнувшей трубы.Этот блок не только спас клиенту горящий заказ но и оказался надежнее и удобнее родного.Там их уже 4 штуки работает и ничего пока не ломалось.

Я решил для сверлильного приспособления просто выкинуть все лишнее из блока управления движком экструдера-схема вышла удачная, зачем второй раз велосипед изобретать.

Сразу предупреждаю, что блок управления был собран в основном из радиодеталей конца СССР, которых у меня  схабарено с забросок в виде разных ЗИП ов просто огромное колличество.И оно все растет!Покупать и изобретать что то крутое и современное было некогда-у клиента горел заказ, о чем он был предупрежден само собой.

Этот регулятор оборотов то же на устаревшей элементной базе, но никто не мешает повторить этот принцип на чем угодно , если кто то ненавидит старую элементную базу.Мне иногда наоборот нравится немного онанизма со старыми радиодеталями.

Вот схема:

Немного про то, как оно работает:

То, что обведено пунктиром-находится непосредственно в корпусе мини-дрели.Это оптический датчик оборотов из инфракрасных фототранзистора и светодиода.Вместо диска с отверстиями или темными-светлыми участками используются лопасти вентилятора.Со специальным диском с большим колличеством отверстий было бы лучше -но в данном случае его некуда поставить.VT13-усилитель сигнала фоторанзистора.С самим регулятором он связан экранированным кабелем.

На элементах TV1,VDS1, DA1  и то что рядом с ними собран стабилизированный источник питания 12 вольт.Выключатель SA2 включает -выключает двигатель сверлилки.Вентилятор работает все время.

На транзисторах VT1-VT2 собран датчик перехода напряжения через ноль.На конденсаторе С6 имеем подобие «пилы».

Транзистор VT3-буферный каскад для «пилы».

Резистором R5 задается минимальная скорость вращения.

Транзистор VT4-каскад сравнения.На базу подается «пила» на эмитер-напряжение пропорциональное скорости вращения.

VT5- ключ, разрешающий работу блокинг-генератора на транзисторе VT6.Он вырабатывает пачки импульсов управления , которые через импульсный трансформатор TV2 поступают на управляющий электрод тиристора.

На диодах VD5-VD6 и элементах рядом с ними собран преобразователь частоты импульсов с датчика скорости в напряжение пропорциональное скорости.Обращаю внимание на конденсатор С13.Его емкость тем меньше, чем больше отверстий в диске-датчике скорости.А чем больше отверстий -тем более линейную регулировку имеем.

VT7-буферный каскад , на его выходе резистор R16-регулятор скорости.

Транзистор VT8  обеспечивает плавный разгон двигателя.Время разгона можно корректировать емкостью конденсатора С15.Диоды VD7-VD8 для его быстрой разрядки при отключении питания и повторном запуске.

Трансформатор тока TA1- датчик тока.Напряжение с него подается на R25 , которым регулируется чувствительность защиты по току.Потом напряжение выпрямляется VD10 и поступает на тригер на транзисторах VT10-VT11.При заклинивании или перегрузке тригер переключается, загорается светодиод HL3 -«авария» и ключевой транзистор VT9 , блокирует импульсы управления на тиристор.Перезапуск -выключением питания SA2.Конденсатор С17 определяет небольшую задержку на срабатывание токовой отсечки.

Трансформатор TV1-любой малогабаритный на 12 вольт.Трансформатор TA1-трансформатор тока самодельный.Можно использовать что угодно с готовой вторичной обмоткой , добавив первичную.

Импульсный трансформатор самодельный или любой промышленный из плат с тиристорами.

Дроссель L1 для подавления помех, самодельный или подходящий по току от импульсных блоков питания.

Силовая часть схемы не содержит ничего интересного.Элементы взяты с запасом по току.Варистор VDR1 и C11-R11 гасят выбросы напряжения в переходных режимах работы электродвигателя.

Колличество транзисторов и вспомоготельных элементов завышено.Но зато схема начинает работать сразу, после сборки.Не надо подбирать режимы, чем грешило большинство схем из «Радио».

Транзисторы-любые маломощные , не принципиально.На месте VT6-средней мощности.

А теперь немного фоток, как я запихал оптопару в мини дрель.

Вот мини дрель в разборе

  

  

А вот оптопара от какой то оргтехники

Пилим ее пополам и немного обточим напильником

 

В корпусе мини-дрели вырезаем два окна для крепления оптопары

 

Части оптопары сажаем на кусочек макетной платы

Вставляем ротор на место и потом оптопару , теперь она смотрит через вентилятор

 

Закрываем крышечкой

Делаем крепление для вентилятора

 

Собираем на кусочке макетной платы усилитель оптопары

И собираем все-понятно из фоток

  

   

 

А вот разводить плату мне было лень!Если кто то это сделает и выложит-да еще возможно на СМД шках-тому респект!Я как в радиолюбительской юности быстро нарезал площадки на куске стеклотекстолита и собран аккуратно навесным монтажем

Корпус по быстрому согнул из оцинковки-а то уже сверлить пора

  

   

Корпус без вентиляции-там почти ничего не греется, а попадание стружки не входит в наши планы.

И вот оно в готовом виде.

  

А вот так оно теперь выглядит на станке

Результат меня полностью устроил.Отлично сверлит , скорость не проседает, при изменении нагрузки.Учитывая что это мини-дрель и часовой станок -сверло 5мм по стали в легкую.Если сверло все же заклинило-срабатывает токовая отсечка.За счет компьютерного вентилятора, который работает и в паузах между сверлениями, двигатель не перегревается.А уж плавный запуск-это просто приятно.Скорость регулируется визуально от оборотов 300- для мелких сверл меньше не надо.Можно бы сделать почти от нуля, но тогда в качестве датчика уже не пойдут лопасти вентилятора-будет нужен диск с отверстиями или прорезями с несколькими десятками отверстий.Подойдет и готовый узел от например принтера.

Если у этого регулятора усилить силовую часть схемы-он вполне справится и с гораздо более крупными электромоторами типа стиралочного и крупнее.Возможен вариант и  без диодного моста в силовой части -с двумя встречно включенными  тиристорами.Только добавить еще одну обмотку к импульсному трансформатору.

При небольшой доработке схема будет работать вместо оптического датчика с тахогенератором.

Заранее приношу извинения, если где то в описании перепутал обозначения деталей.Но на самой схеме все точно-проверял многократно.

Автоматический регулятор оборотов для мини-дрели

При работе с мини-дрелью, особенно с самодельной, возникает множество мелких неудобств из-за отсутствия регулировки оборотов. В этой статье мы расскажем о то, как самостоятельно собрать автоматический регулятора оборотов для коллекторного электродвигателя.

При работе с выводными компонентами приходится изготавливать печатные платы с отверстиями, это, пожалуй, одна из самых приятных частей работы, и, казалось бы, самая простая. Однако, очень часто при работе микродрель приходится то отложить в сторону, то снова взять ее в руки, чтобы продолжить работу. Микродрель лежащая на столе во включенном состоянии создает довольно много шума из-за вибрации, к тому же она может слететь со стола, а зачастую и двигатели прилично нагреваются при работе на полную мощность. Опять же, из-за вибрации довольно трудно точно прицеливаться при засверливании отверстия и нередко бывает так, что сверло может соскользнуть с платы и проделать борозду на соседних дорожках.

Решение проблемы напрашивается следующее: нужно сделать так, чтобы микродрель имела маленькие обороты на холостом режиме, а при нагрузке частота вращения сверла увеличивалась. Таким образом, нужно реализовать следующий алгоритм работы: без нагрузки – патрон крутится медленно, свело попало в кернение — обороты возросли, прошло насквозь – обороты снова упали. Самое главное, что это очень удобно, к тому же двигатель работает в облегченном режиме, с меньшим нагревом и износом щеток.

Ниже приведена схема такого автоматического регулятора оборотов, обнаруженная в интернете и немного доработанная нами для расширения функционала:

Рис.1 — Исходная схема регулятора

После сборки и тестирования выяснилось, что под каждый двигатель приходится подбирать новые номиналы элементов, что совершенно неудобно. Также добавили разрядный резистор (R4) для конденсатора, т.к. выяснилось, что после отключения питания, а особенно при отключённой нагрузке, он разряжается довольно долго. Изменённая схема пробрела следующий вид:

Рис.2 — Доработанная принципиальная схема автоматического регулятора оборотов

Автоматический регулятор оборотов работает следующим образом — на холостых оборотах сверло вращается со скоростью 15-20 оборотов/мин., как только сверло касается заготовки для сверления, обороты двигателя увеличиваются до максимальных. Когда отверстие просверлено и нагрузка на двигатель ослабевает, обороты вновь падают до 15-20 оборотов/мин.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Рис.3 — Собранный автоматический регулятор оборотов


Рис.4 — Вид печатной платы со стороны пайки


На вход подается напряжение от 12 до 35 вольт, к выходу подключается микродрель, после чего резистором R3 выставляется требуемая частота вращения на холостом ходу и можно приступать к работе. Здесь следует отметить, что для разных двигателей регулировка будет отличаться, т.к. в нашей версии схемы был упразднен резистор, который требовалось подбирать для установки порога увеличения оборотов.

Транзистор Т1 желательно размещать на радиаторе, т.к. при использовании двигателя большой мощности он может довольно сильно нагреваться.

Ёмкость конденсатора C1 влияет на время задержки включения и отключения высоких оборотов и требует увеличения если двигатель работает рывками.

Самым важным в схеме является номинал резистора R1, от него зависит чувствительность схемы к нагрузке и общая стабильность работы, к тому же через него протекает почти весь ток, потребляемый двигателем, поэтому он должен быть достаточно мощным. В нашем случае мы сделали его составным, из двух одноваттных резисторов.

Печатная плата регулятора имеет размеры 40 х 30 мм и выглядит следующим образом:

Рис.5 — Разводка печатной платы автоматического регулятора оборотов

Скачать рисунок платы в формате PDF для ЛУТ (При печати указывайте масштаб 100%).

Весь процесс изготовления и сборки регулятора для минидрели занимает около часа. После травления платы и очистки дорожек от защитного покрытия (фоторезиста или тонера, в зависимости от выбранного метода изготовления платы) необходимо засверлить в плате отверстия под компоненты. При этом обратите внимание на размеры выводов различных элементов — они могут существенно отличаться.

Рис.6 — Вытравленная печатная плата

Сверлить отверстия рекомендуется со стороны дорожек, а для того, чтобы компоненты было легче устанавливать – со стороны деталей все отверстия необходимо немного раззенковать сверлом большего диаметра (3-4 мм).

Рис.7 — Зенковка отверстий

Затем дорожки и контактные площадки покрываются флюсом, что очень удобно делать при помощи флюс-аппликатора, при этом достаточно флюса СКФ или раствора канифоли в спирте.

Рис.8 — Покрытие платы флюсом

После лужения платы расставляем и припаиваем компоненты. Автоматический регулятор оборотов для микродрели готов к эксплуатации.

Рис.9 — Автоматический регулятор оборотов для минидрели (вид сзади)

Данное устройство было проверено с несколькими видами двигателей, парой китайских различной мощности, и парой отечественных, серии ДПР и ДПМ – со всеми типами двигателей регулятор работает корректно после подстройки переменным резистором. Важным условием является чтобы коллекторный узел двигателя был в хорошем состоянии, т.к. плохой контакт щеток с коллектором двигателя может вызывать странное поведение схемы и работу двигателя рывками. На двигатель желательно установить искрогасящие конденсаторы и диод для защиты схемы от обратного тока при отключении питания.

Схема электронного регулятора скорости вращения двигателя

В этом посте обсуждается схема электронного регулятора скорости вращения двигателя или схема контроллера, использующая контур сигнала обратной связи оборотов двигателя через сеть датчиков Холла. Идею предложил г-н Имса Нага.

Цели и требования Circuit

  1. Большое спасибо за ваше время. Я считаю, что эта схема подойдет для однофазного питания. Мой генератор переменного тока трехфазный, 7 кВА, и я хотел бы соединить его с дизельным двигателем, имеющим акселератор вместо регулятора скорости.
  2. То, что я хотел бы реализовать, это — «ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ», который, вероятно, будет иметь электронный механизм с сервоуправлением, такой как — Цепь датчика скорости (датчик оборотов двигателя) для привода серводвигателя для приведения в действие механизма акселератора, чтобы поддерживать постоянную скорость двигателя относительно нагрузки, приложенной к генератору переменного тока.
  3. Это поможет сохранить как частоту, так и напряжение генератора. Я мог бы позаботиться о механическом аспекте, если бы вы любезно разработали схему управления серводвигателем таким образом, чтобы его можно было поворачивать в любом направлении в зависимости от изменения оборотов двигателя.Большое спасибо в ожидании.

Схема цепи

ПРИМЕЧАНИЕ: ДВИГАТЕЛЬ МОЖЕТ БЫТЬ ЗАМЕНЕН ПОДПРУЖИНЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ МАТЕРИАЛОМ НА 12 В

Конструкция

Схема регулятора или контроллера скорости дизельного двигателя показана на приведенном выше рисунке с использованием процессора оборотов обратной связи или цепь тахометра

Ступень IC1 555 с левой стороны образует простую цепь тахометра, которая оснащена датчиком на эффекте Холла, прикрепленным к опорному колесу двигателя для определения частоты вращения.

Число оборотов в минуту преобразуется в пропорционально изменяющуюся частоту или частоту импульсов и применяется к основанию биполярного транзистора для переключения вывода №2 микросхемы IC1.

Работа схемы

IC1 в основном работает в моностабильном режиме, что заставляет его выход генерировать пропорционально регулируемое переключение ВКЛ/ВЫКЛ, период которого устанавливается с помощью показанного потенциометра 1M.

Выходной сигнал от IC1, который передает содержание оборотов в минуту в виде длительных синхронизированных импульсов, адекватно сглаживается каскадом интегратора, состоящим из пары RC-компонентов с использованием резисторов 1K, 10K и 22uF.Конденсаторы 2,2 мкФ.

Этот каскад преобразует грубые данные об оборотах моностабильного двигателя в достаточно плавно или экспоненциально изменяющееся напряжение.

Это экспоненциально изменяющееся напряжение можно увидеть подключенным к контакту № 5 следующего каскада IC2 555, сконфигурированного как нестабильная схема.

Функция этой нестабильной схемы состоит в том, чтобы генерировать очень узкий или низкий выходной сигнал ШИМ на выводе № 3 в нормальных рабочих условиях.

Здесь нормальное рабочее состояние относится к ситуации, когда измеренное число оборотов находится в пределах указанного предела, а на вывод № 5 микросхемы IC2 не поступает входное напряжение от эмиттерного повторителя.Этот низкий выход ШИМ может быть реализован соответствующей настройкой двух резисторов 100 кОм и конденсатора 1 мкФ, связанных с выводами № 6/2 и № 7 IC2.

Этот низкий уровень ШИМ от вывода №3 микросхемы IC2 не может достаточно сильно переключить TIP122, поэтому указанный узел мотор-колеса не может получить требуемый импульс и поэтому остается деактивированным.

Однако по мере того, как число оборотов начинает расти, тахометр начинает экспоненциально повышать напряжение, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное увеличение напряжения на выводе № 5 микросхемы IC2.
Это впоследствии позволяет TIP122 вести себя более жестко, а подключенный двигатель набирает достаточный крутящий момент, чтобы он начал нажимать на прикрепленную педаль акселератора в режиме замедления.

Эта процедура заставляет дизельный двигатель снизить скорость, что, соответственно, приводит к возврату тахометра и ступеней ШИМ в исходное состояние, а также обеспечивает требуемую регулируемую скорость для дизельного двигателя.

Вместо показанной компоновки двигателя акселератора коллектор TIP122 может быть альтернативно подключен к блоку CDI дизельного двигателя для идентичного снижения скорости, для облегчения твердотельного состояния и более надежной реализации обсуждаемого электронного управления скоростью двигателя или электронного цепь регулятора оборотов двигателя.

Как настроить

Сначала отключите каскады IC1, IC2, удалив эмиттерный повторитель с контакта №5 IC2.

Затем убедитесь, что два резистора по 100 кОм правильно изменены и отрегулированы таким образом, чтобы вывод № 3 микросхемы IC2 генерировал как можно более узкие ШИМ (приблизительно 5% времени включения).

После этого, используя регулируемый источник питания от 0 до 12 В, подайте переменное напряжение на контакт № 5 IC2 и подтвердите пропорциональное увеличение ШИМ на контакте № 3.

После того, как нестабильная секция проверена, ее тахометр необходимо проверить, подав известные импульсы оборотов, соответствующие желаемому превышению предела оборотов.Во время настройки базовая установка эмиттерного повторителя BJT настроена таким образом, чтобы его эмиттер мог генерировать не менее 10 В или уровень, достаточный для того, чтобы ШИМ IC2 создавал требуемый крутящий момент на подключенном двигателе управления педалью.

После некоторых дополнительных настроек и экспериментов вы можете рассчитывать на достижение необходимого автоматического управления скоростью двигателя и связанной с ним нагрузкой.

ОБНОВЛЕНИЕ

Если двигатель заменить подпружиненным соленоидом, то вышеуказанная конструкция может быть значительно упрощена, как показано ниже: .

Дополнительные параметры преобразователя частоты в напряжение см. в этой статье .

Контроллер скорости двигателя постоянного тока с силовым транзистором 2SC2625

Что такое регулятор скорости двигателя постоянного тока?

Для управления скоростью и направлением двигателей переменного/постоянного тока можно использовать множество различных методов. Контроллер скорости двигателя постоянного тока позволяет инженерам и техническим специалистам контролировать скорость и направление приводов переменного/постоянного тока в таких отраслях, как текстильная, механическая и электрическая, для ряда различных производственных процессов.В сегодняшнем уроке мы разработаем регулятор скорости двигателя постоянного тока с использованием силового транзистора 2SC2625.

Основой этой схемы является силовой транзистор 2SC2625. 2SC2625 — высоковольтный быстродействующий переключающий транзистор. Это NPN-транзистор в корпусе TO-39 с максимальным напряжением коллектор-база 450 В и рассеиваемым током коллектора 80 Вт, поэтому во время работы транзистора используйте соответствующий радиатор.

Мы очень благодарны JLCPCB за спонсирование проектов на этом веб-сайте и канале YouTube.JLCPCB является передовой компанией по производству и производству прототипов печатных плат в Китае, предоставляя нам лучший сервис, который мы когда-либо испытывали в отношении (качество, цена, сервис и время). Мы настоятельно рекомендуем заказывать печатные платы у JLCPCB, все, что вам нужно сделать, это просто скачать файл Gerber и загрузить его на веб-сайт JLCPCB после создания учетной записи, как указано в видео выше, посетите их веб-сайт, чтобы найти больше! .

Необходимое оборудование

Для сборки этого проекта вам понадобятся следующие детали:

2SC2625 Распиновка

Двигатель постоянного тока

Полезные шаги

1) Припаяйте клеммы базы и коллектора транзистора 2SC2625 к скользящему и неподвижному концам потенциометра 10K соответственно.

Чтобы купить изготовленные на заказ печатные платы по невероятно низкой цене 2 доллара за 5 печатных плат, посетите: www.jlcpcb.com

2) После этого припаяйте клеммы +ve и -ve батареи постоянного тока 3,7 В к базовой клемме транзистора и фиксированному концу потенциометра 10K соответственно.

3) Припаяйте плюсовую клемму двигателя постоянного тока без сердечника к эмиттеру транзистора. После этого припаяйте клемму «-ve» двигателя постоянного тока к фиксированному концу потенциометра 10K и клемме «-ve» соединения батареи постоянного тока.

4) Прикрепите лопасти вентилятора к валу двигателя постоянного тока. Проверьте цепь, медленно увеличивая сопротивление потенциометра на 10 кОм, поворачивая ручку. RPM фанатов будет увеличиваться по мере того, как вы увеличиваете стоимость банка в 10 000.

Рабочее объяснение

Эта схема работает следующим образом. Предустановленный потенциометр 10K устанавливает управляющий сигнал на базе силового транзистора 2SC2625. При повороте ручки предустановленного потенциометра сопротивление потенциометра увеличивается, что приводит к увеличению управляющего сигнала на базе силового транзистора.Затем выход коллектора позволяет валу двигателя постоянного тока вращаться, и двигатель набирает скорость.

При уменьшении предварительно заданного постомного сопротивления поворотом ручки в другую сторону управляющий сигнал на базе транзистора уменьшается, что приводит к уменьшению скорости вращения вала (об/мин) двигателя постоянного тока, что замедляет двигатель постоянного тока.

Приложения

  • Эта схема может использоваться для управления скоростью двигателей постоянного тока, которые, следовательно, могут использоваться в таких приложениях, как вентиляторы постоянного тока, двигатели, дроны и т. д.

Чтобы купить изготовленные на заказ печатные платы по невероятно низкой цене 2 доллара за 5 печатных плат Посетите: www.jlcpcb.com

См. также: Лазерная охранная сигнализация Tripwire с использованием микросхемы таймера NE555 | Как сделать умный дверной замок с помощью пары ИК-светодиодов и серводвигателя | Контроллер двигателя/драйвер H-Bridge

Джонс о схемах управления шаговым двигателем

Джонс о схемах управления шаговым двигателем

Этот раздел учебника по степперу посвящен основному заключительному этапу. схемы управления шаговыми двигателями.Эта схема сосредоточена на одном проблема, включение и выключение тока в каждой обмотке двигателя и управление его направление. Схема, обсуждаемая в этом разделе, подключается напрямую к обмоткам двигателя и источнику питания двигателя, и эта схема управляется цифровой системой, которая определяет, когда переключатели повернуты включено или выключено.

В этом разделе рассматриваются все типы двигателей, начиная с элементарной схемы, необходимой для управления двигателем с переменным сопротивлением, к схеме Н-моста, необходимой для управлять биполярным двигателем с постоянными магнитами.Каждый класс схемы привода проиллюстрированы практическими примерами, но эти примеры не предназначены для исчерпывающий каталог коммерчески доступных схем управления, а также информация, представленная здесь, предназначена для замены информации, найденной в паспортах компонентов производителя для упомянутых деталей.

В этом разделе рассматриваются только самые элементарные схемы управления для каждого класс мотора. Все эти схемы предполагают, что питание двигателя обеспечивает напряжение привода не выше номинального напряжения двигателя, и это существенно ограничивает двигательную активность.Следующий раздел, посвященный текущим ограниченным схема привода, охватывает практические высокопроизводительные схемы привода.

Типовые контроллеры для шаговых двигателей с переменным сопротивлением являются вариациями контура, показанного на рис. 3.1:

  Рисунок 3.1  
На рис. 3.1 прямоугольники используются для обозначения переключателей; контроль блок, не показанный, отвечает за подачу управляющих сигналов на открытие и замкните выключатели в соответствующее время, чтобы раскрутить моторы. Во многих случаях блоком управления будет компьютер или программируемый интерфейс. контроллер с программным обеспечением, непосредственно генерирующим выходные данные, необходимые для управления переключатели, но в других случаях вводится дополнительная схема управления, иногда безвозмездно!

Обмотки двигателя, соленоиды и подобные устройства являются индуктивными нагрузками.В виде таким образом, ток через обмотку двигателя не может быть включен или выключен мгновенно без привлечения бесконечных напряжений! Когда переключатель управляющая обмотка двигателя замкнута, позволяя току течь, результат это медленное нарастание тока. Когда переключатель, управляющий двигателем обмотка разомкнута, результатом этого является всплеск напряжения, который может серьезно повредить переключатель, если не принять меры по обращению с ним должным образом.

Есть два основных способа справиться с этим скачком напряжения.Один из них шунтировать обмотку двигателя диодом, а другой шунтировать двигатель обмотка с конденсатором. Рисунок 3.2 иллюстрирует оба подхода:

  Рисунок 3.2  
Диод, показанный на рис. 3.2, должен выдерживать полный ток. через обмотку двигателя, но он будет проводить только кратковременно каждый раз, когда выключатель выключается, так как ток через обмотку затухает. Если относительно медленные диоды, такие как обычное семейство 1N400X, используются вместе с быстрым переключателем может потребоваться добавить небольшой конденсатор в параллельно диоду.

Конденсатор, показанный на рис. 3.2, имеет более сложную конструкцию! Когда переключатель замкнут, конденсатор разряжается через переключатель на землю, и коммутатор должен быть в состоянии справиться с этим кратким всплеском разрядный ток. Резистор последовательно с конденсатором или последовательно с блоком питания будет ограничивать этот ток. Когда переключатель открыт, накопленная энергия в обмотке двигателя зарядит конденсатор до напряжение значительно выше напряжения питания, и переключатель должен быть способен выдержать это напряжение.Чтобы определить размер конденсатора, приравняем две формулы запасенной энергии в резонансном контуре:

Р = С В 2 / 2
P = L I 2 / 2
Где:
P — накопленная энергия в ватт-секундах или кулон-вольтах
C — емкость, в фарадах
В — напряжение на конденсаторе
L — индуктивность обмотки двигателя, в генри
I — ток через обмотку двигателя
Решение для минимального размера конденсатора, необходимого для предотвращения перенапряжения на коммутаторе довольно легко:
С > L I 2 / ( В б В с ) 2
Где:
В б — напряжение пробоя выключателя
В с — напряжение питания
Двигатели с переменным сопротивлением имеют переменную индуктивность, которая зависит от угол вала.Поэтому для выбора нужно использовать схему наихудшего случая. конденсатор. Кроме того, индуктивность двигателя часто плохо документируется. если вообще.

Конденсатор и обмотка двигателя вместе образуют резонансный контур. Если система управления управляет двигателем на частотах, близких к резонансным частота этой цепи, ток двигателя через обмотки двигателя, и, следовательно, крутящий момент, создаваемый двигателем, будет совсем другим от установившегося крутящего момента при номинальном рабочем напряжении! Резонансный частота:

ф = 1 / ( 2π ( L C ) 0.5 )
Опять же, электрическая резонансная частота для двигателя с переменным сопротивлением будет зависеть от угла вала! Когда работают двигатели с переменным сопротивлением с возбуждающими импульсами, близкими к резонансу, колебательный ток в обмотка двигателя приведет к магнитному полю, которое удваивается до нуля резонансной частоты, и это может сильно снизить доступный крутящий момент!

Типовые контроллеры для униполярных шаговых двигателей являются вариациями контура, показанного на рис. 3.3:

  Рис. 3.3  
На рис. 3.3, как и на рис. 3.1, прямоугольники используются для представления переключателей; блок управления, не показанный, отвечает за подачу управляющих сигналов открывать и закрывать переключатели в нужное время, чтобы вращаться моторы. Блок управления обычно представляет собой компьютер или программируемый контроллер интерфейса с программным обеспечением, непосредственно генерирующим необходимые выходные данные для управления переключателями.

Как и в случае со схемой привода для двигателей с переменным сопротивлением, мы должны иметь дело с индуктивный толчок, возникающий при выключении каждого из этих переключателей.Опять же, мы можем шунтировать индуктивный удар с помощью диодов, но теперь 4 диода требуются, как показано на рисунке 3.4:

  Рисунок 3.4  
Дополнительные диоды необходимы, потому что обмотка двигателя не является двумя независимыми. катушки индуктивности, это одна катушка индуктивности с центральным отводом с центральным выводом на фиксированное напряжение. Это действует как автотрансформатор! Когда один конец двигателя обмотка опущена, другой конец взлетит вверх, и наоборот. Когда переключатель размыкается, индуктивная отдача приводит в действие этот конец обмотки двигателя. к плюсу питания, где он зажат диодом.Противоположный конец полетит вниз, и если бы он не плавал при напряжении питания на время, он упадет под землю, инвертируя напряжение на переключателе в что конец. Некоторые переключатели невосприимчивы к таким реверсам, но другие могут быть серьезно поврежден.

Конденсатор также можно использовать для ограничения напряжения отдачи, как показано на рис. Рисунок 3.5:

  Рисунок 3.5  
Правила выбора конденсатора, показанные на рис. 3.5, такие же, как и для правила выбора размера конденсатора показаны на рисунке 3.2, но эффект резонанс совсем другой! С двигателем с постоянными магнитами, если конденсатор вращается на резонансной частоте или около нее, крутящий момент увеличится до вдвое больше крутящего момента на низких оборотах! Результирующая кривая зависимости крутящего момента от скорости может быть довольно сложным, как показано на рис. 3.6:
  Рисунок 3.6  
На рис. 3.6 показан пик располагаемого крутящего момента при электрическом резонансе. частоте и долине на механической резонансной частоте. Если электрическая резонансная частота помещается соответственно выше того, что было бы была скорость отсечки для двигателя с использованием драйвера на основе диода, эффект может значительно увеличить эффективную скорость отсечки.

Механическая резонансная частота зависит от крутящего момента, поэтому, если механическая резонансная частота близка к электрическому резонансу, он будет сдвинут электрическим резонансом! Кроме того, ширина механического резонанса зависит от локального наклона кривая зависимости крутящего момента от скорости; если крутящий момент падает со скоростью, механический резонанс будет острее, а если крутящий момент будет расти с увеличением скорости, то быть более широким или даже разделенным на несколько резонансных частот.

В приведенных выше схемах детали необходимых переключателей были намеренно игнорируется.Любая коммутационная техника, от тумблеров до силовые МОП-транзисторы будут работать! Рисунок 3.7 содержит некоторые предложения по реализация каждого переключателя с обмоткой двигателя и защитным диодом включено для целей ориентации:

  Рисунок 3.7  
Каждый из переключателей, показанных на рис. 3.7, совместим с входом TTL. Источник питания 5 вольт, используемый для логики, включая 7407 с открытым коллектором. Драйвер, используемый на рисунке, должен быть хорошо отрегулирован. Мощность двигателя, обычно от 5 до 24 вольт, требует минимальной регулировки.это Стоит отметить, что эти силовые схемы переключения подходят для соленоидов, двигателей постоянного тока и других индуктивных нагрузок, а также для управления шаговые двигатели.

Транзистор SK3180, показанный на рис. 3.7, представляет собой силовой дарлингтон с текущий прирост свыше 1000; таким образом, 10 мА, протекающие через 470 Ом резистора смещения более чем достаточно, чтобы транзистор мог переключаться на несколько ток через обмотку двигателя. Буфер 7407, используемый для управления Дарлингтон можно заменить любой высоковольтной микросхемой с открытым коллектором, которая может поглотить по крайней мере 10 миллиампер.В случае выхода из строя транзистора высоковольтный драйвер с открытым коллектором служит для защиты остальная часть логической схемы от источника питания двигателя.

IRC IRL540, показанный на рис. 3.7, представляет собой силовой полевой транзистор. Это может выдерживать токи до 20 ампер и ломается. неразрушающий при 100 вольт; в результате этот чип может поглощать индуктивное шипы без защитных диодов, если он подключен к достаточно большому накалу раковина. У этого транзистора очень быстрое время переключения, поэтому защита диоды должны быть сравнительно быстродействующими или зашунтированы небольшими конденсаторами.Это особенно важно с диодами, используемыми для защиты транзистора против обратного смещения! В случае выхода из строя транзистора стабилитрон диод и резистор 100 Ом защищают схему ТТЛ. Резистор 100 Ом также несколько замедляет время переключения транзистора.

Для приложений, где каждая обмотка двигателя потребляет менее 500 миллиампер, в ULN200x семейство массивов Дарлингтона из Аллегро Микросистемс, также доступен как DS200x от National Semiconductor и как Массив Дарлингтона Motorola MC1413 будет управлять несколько обмоток двигателя или другие индуктивные нагрузки непосредственно с логических входов.На рис. 3.8 показана разводка контактов широко доступного чипа ULN2003, массива из 7 транзисторов Дарлингтона с TTL-совместимыми входами:

  Рисунок 3.8  
Базовый резистор на каждом транзисторе Дарлингтона соответствует стандарту. биполярные ТТЛ выходы. Каждый дарлингтон NPN подключен к своему эмиттеру. подключен к контакту 8, предназначенному для заземления, каждый транзистор в этом корпусе защищен двумя диодами, один закорачивающий эмиттер к коллектору, защищая от обратного напряжения на транзистор, и один, соединяющий коллектор с выводом 9; если контакт 9 подключен к плюсу двигателя, этот диод защитит транзистор от индуктивные шипы.

Микросхема ULN2803 по сути такая же, как описанная микросхема ULN2003. выше, за исключением того, что он находится в 18-контактном корпусе и содержит 8 дарлингтонов, позволяет использовать один чип для управления парой обычных однополярных двигатели с постоянными магнитами или с переменным сопротивлением.

Для двигателей с током менее 600 мА на обмотку УДН2547Б Quad Power Driver производства Аллегро Микросистемс будет обрабатывать все 4 обмотки общего униполярного шаговые двигатели. Для двигателей с током менее 300 мА на обмотку: Texas Instruments SN7541, 7542 и 7543 с двойным питанием водители — хороший выбор; обе эти альтернативы включают некоторую логику с силовыми драйверами.

С биполярными шаговыми двигателями с постоянными магнитами все сложнее. потому что у них нет центральных отводов на их обмотках. Поэтому, чтобы обратить направление поля, создаваемого обмоткой двигателя, нам нужно изменить на противоположное ток через обмотку. Мы могли бы использовать двойной бросок с двойным полюсом переключатель, чтобы сделать это электромеханически; электронный эквивалент такого коммутатор называется H-мостом и показан на рис. 3.9:

  Рисунок 3.9  
Как и в униполярных приводных схемах, которые обсуждались ранее, используемые переключатели в H-мосте должны быть защищены от скачков напряжения, вызванных поворотом пропадание питания в обмотке двигателя.Обычно это делается с помощью диодов, как показано на рисунке. на рисунке 3.9.

Стоит отметить, что Н-мосты применимы не только для управления биполярные шаговые двигатели, но и для управления двигателями постоянного тока, двухтактные соленоиды (с плунжерами на постоянных магнитах) и многие другие применения.

С 4 переключателями базовый H-мост предлагает 16 возможных режимов работы, 7 из которых коротит по питанию! Следующее Интересуют режимы работы:

Прямой режим , переключатели A и D замкнуты.
Режим реверса , переключатели B и C замкнуты.
Это обычные рабочие режимы, позволяющие протекать току от питания, через обмотку двигателя и далее на землю. Рисунок 3.10 иллюстрирует прямой режим:
  Рисунок 3.10  
Режим быстрого затухания или режим выбега , все переключатели разомкнуты.
Любой ток, протекающий через обмотку двигателя, будет работать против полное напряжение питания плюс два падения диода, поэтому ток будет затухать быстро.Этот режим практически не оказывает динамического тормозного эффекта на ротор двигателя, так что ротор будет свободно вращаться по инерции, если все обмотки двигателя питается в этом режиме. На рис. 3.11 показано течение тока сразу после переключения с прямой режим работы в режим быстрого затухания.
  Рисунок 3.11  
Режимы медленного затухания или режимы динамического торможения .
В этих режимах возможна рециркуляция тока по обмотке двигателя с минимальным сопротивлением.В результате, если ток течет в двигателе обмотка при входе в один из этих режимов ток будет медленно затухать, и если ротор двигателя вращается, он индуцирует ток, который будет действовать как тормоз ротора. На рис. 3.12 показан один из многих полезных режимы медленного затухания при замкнутом переключателе D; если обмотка двигателя недавно находился в режиме прямого хода, состояние переключателя B может быть либо разомкнуто, либо закрыто:
  Рисунок 3.12  
Большинство H-мостов сконструированы таким образом, что логика, необходимая для предотвращения короткого схема включена в конструкцию на очень низком уровне.Рисунок 3.13 иллюстрирует то, что, вероятно, является лучшим расположением:
  Рисунок 3.13  
Здесь доступны следующие режимы работы:
XY ABCD Режим
00 0000 быстрый распад
01 1001 вперед
10 0110 реверс
11 0101 медленный распад
Преимущество такой компоновки в том, что все полезные режимы работы сохраняются и кодируются минимальным количеством битов; последний важно при использовании микроконтроллера или компьютерной системы для управления H-мост, потому что многие такие системы имеют только ограниченное количество доступных битов. для параллельного вывода.К сожалению, немногие из интегрированных чипов H-моста на рынке есть такая простая схема управления.

На рынке имеется ряд встроенных драйверов Н-моста, но по-прежнему полезно взглянуть на реализацию дискретных компонентов для понимания как работает Н-мост. Антонио Рапозо ([email protected]) предложил схему H-моста, показанную на рис. 3.14;

  Рисунок 3.14  
Входы X и Y этой схемы могут управляться открытым коллектором. Выходы TTL, как в схеме униполярного возбуждения на основе Дарлингтона. на рисунке 3.7. Обмотка двигателя будет находиться под напряжением, если ровно один из входы X и Y высокие, и ровно один из них низкий. Если оба низкий уровень, оба понижающих транзистора будут выключены. Если оба имеют высокий уровень, оба подтягивающих транзистора будут выключены. В результате эта простая схема переводит двигатель в режим динамического торможения. как в состоянии 11, так и в состоянии 00, и не предлагает режим движения по инерции.

Схема на рис. 3.14 состоит из двух одинаковых половинок, каждая из которых может быть правильно описан как двухтактный драйвер. Термин половинный H-мост иногда применяется к этим схемам! Также стоит отметить, что полуH-мост имеет схему, очень похожую на схему выходного привода используется в логике TTL.Фактически, линейные драйверы TTL с тремя состояниями, такие как 74LS125A, а 74LS244 можно использовать как полуH-мост для небольших нагрузок, как показано на рисунке. на рисунке 3.15:

  Рисунок 3.15  
Эта схема эффективна для управления двигателями сопротивлением до 50 Ом на обмотки при напряжении примерно до 4,5 вольт с использованием источника питания 5 вольт. Каждый буфер с тремя состояниями в LS244 может потреблять примерно в два раза больше тока, чем он может быть источником, а внутреннее сопротивление буферов достаточно, когда источник тока, чтобы равномерно разделить ток между драйверами, которые выполняются параллельно.Этот моторный привод допускает все полезные состояния достигается драйвером на рис. 3.13, но эти состояния не кодируются как эффективно:
XYE Режим
—1 быстрый распад
000 более медленное затухание
010 вперед
100 реверс
110 медленный распад
Второй режим динамического торможения, XYE=110, обеспечивает несколько более слабое торможение. эффект, чем первый из-за того, что драйверы LS244 могут больше просадить ток, чем они могут получить.

Микрочип (ранее Telcom Semiconductor) TC4467 Драйвер Quad CMOS — еще один пример драйвера общего назначения. которые можно использовать как 4 независимых полупроводниковых моста. В отличие от предыдущих драйверов, техпаспорт этого драйвера даже предлагает использовать его для управления двигателем приложений, с напряжением питания до 18 вольт и до 250 миллиампер на обмотку двигателя.

Одна из проблем с серийно выпускаемым управлением шаговым двигателем чипов заключается в том, что многие из них имеют относительно короткий срок жизни на рынке.За например, серия микросхем Seagate IPxMxx с двойным H-мостом (от IP1M10 до IP3M12) были очень хорошо продуманы, но, к сожалению, оказалось, что Seagate делала их только тогда, когда они использовали шаговые двигатели для позиционирования головы. в дисководах Seagate. Драйвер двойного H-моста Toshiba TA7279 будет еще один отличный выбор для двигателей до 1 ампера, но опять же, это судя по всему, сделано только для внутреннего пользования.

То SGS-Томпсон (и другие) L293 двойной H-мост — близкий конкурент для вышеперечисленных микросхем, но в отличие от них не содержит защитных диодов.L293D Чип, представленный позже, совместим по выводам и включает в себя эти диоды. Если используется более ранняя версия L293, каждая обмотка двигателя должна быть подключена через перемычку. выпрямитель (аналог 1N4001). Использование внешних диодов позволяет резистор, который нужно поместить в текущий путь рециркуляции, чтобы ускорить распад ток в обмотке двигателя при его выключении; это может быть желательно в некоторых приложениях. Семейство L293 предлагает отличный выбор для вождения. небольшие биполярные шаговые двигатели, потребляющие до одного ампера на обмотку двигателя при напряжении до 36 вольт.На рис. 3.16 показана общая для микросхем L293B и L293D разводка выводов:

  Рисунок 3.16  
Этот чип можно рассматривать как 4 независимых полупроводниковых моста, включенных попарно. или как два полных Н-моста. Это силовой DIP-пакет с контактами 4, 5, 12. и 13 предназначены для отвода тепла к печатной плате или внешнему радиатору.

То SGS-Томпсон (и другие) L298 двойной H-мост очень похож на выше, но способен выдерживать до 2 ампер на канал и упакован как силовой компонент; как и в случае с LS244, безопасно подключать два H-моста. в корпусе L298 в один 4-амперный H-мост (в паспорте на эту микросхему дает конкретные советы о том, как это сделать).Одно предупреждение уместно относительно L298; этот чип очень быстро переключается, достаточно быстро, чтобы банальные защитные диоды (эквивалент 1N400X) не работают. Вместо, используйте диод, такой как BYV27. Национальный полупроводник LMD18200 H-мост — еще один хороший пример; это обрабатывает до 3 ампер и имеет встроенный защитные диоды.

В то время как встроенные H-мосты недоступны для очень больших токов или очень высоким напряжением, на рынке есть хорошо спроектированные компоненты, упрощающие построение Н-мостов из дискретных коммутаторов.Например, International Rectifier продает линейку драйверы половинного Н-моста; два таких чипа плюс 4 переключающих транзистора MOSFET достаточно построить H-мост. То ИР2101, ИР2102 и ИР2103 являются основными драйверами половины Н-моста. Каждая из этих микросхем имеет 2 логических входа для напрямую управлять двумя переключающими транзисторами на одной ножке H-моста. То ИР2104 и ИР2111 имеют аналогичную логику на стороне выхода для управления переключателями H-моста, но они также включают логику на стороне ввода, которая в некоторых приложениях может уменьшить потребность во внешней логике.В частности, 2104 включает в себя вход включения, поэтому что 4 микросхемы 2104 плюс 8 переключающих транзисторов могут заменить L293 без нужна дополнительная логика.

Технический паспорт для Микрочип (ранее Telcom Semiconductor) TC4467 семейство четырехъядерных CMOS-драйверов включает информацию о том, как использовать драйверы в этом семейство для управления силовыми полевыми МОП-транзисторами Н-моста, работающими от напряжения до 15 вольт.

Ряд производителей выпускают сложные микросхемы Н-моста, включающие ток схема ограничения; они являются предметом следующего раздела.Также стоит отметить наличие ряда 3-х фазных мостовых драйверов на рынок, подходящий для привода Y или треугольника, 3-фазный, постоянный магнитные степперы. Таких моторов мало, и фишек этих не было разработан с учетом степперов. Тем не менее, Toshiba TA7288P, GL7438, TA8400 и TA8405 — чистые конструкции, и 2 таких чипа, с один из 6 игнорируемых полумостов будет чисто управлять 5-обмоточной 10 шаг на оборот двигателя.

Простое ШИМ-управление скоростью двигателя постоянного тока

 

Модель 555 используется повсеместно и может использоваться как простое ШИМ-управление скоростью

Описание

555 Ic подключен как нестабильный, а частота постоянна и не зависит от рабочего цикла, так как общее сопротивление (R заряд + R разряд, обратите внимание на диод) постоянно и равно 22 кОм (что дает частоту около 1 кГц, обратите внимание на гул).

Когда потенциометр полностью поднят, сопротивление заряда R составляет 1,0 кОм (диод предотвращает заряд конденсатора через вторую секцию потенциометра и другой резистор 1,0 кОм), а Rразряд составляет 21 кОм, что дает 5% рабочего цикла и частота 1 кГц.

Когда потенциометр полностью выключен, сопротивление заряда R составляет 21,0 кОм (диод предотвращает заряд конденсатора через вторую секцию потенциометра и другой резистор 1,0 кОм), а Rразряд составляет 1 кОм, что дает Рабочий цикл 95% и частота 1 кГц.

Когда потенциометр установлен на 50%, сопротивление заряда R составляет 11,0 кОм (диод предотвращает заряд конденсатора через вторую секцию потенциометра и другой резистор 1,0 кОм), а Rразряд составляет 11 кОм, что дает рабочий цикл 50% и частота 1 кГц.

555 обеспечивает хороший ток для быстрого управления полевым МОП-транзистором и биполярным транзистором.

На самом деле я использую эту систему для привода двигателя постоянного тока моей небольшой катушки Тесла с вращающимся искровым разрядником с переменной скоростью

Если вас раздражает гул двигателя на частоте 1 кГц, попробуйте поднять частоту за пределы слышимого диапазона (заменив потенциометр), но помните, что при более высокой частоте возрастает индуктивное сопротивление двигателя, поэтому КПД падает.

Важно

Очевидно, что полевой МОП-транзистор (или биполярный) должен иметь достаточный ток для управления двигателем, поэтому ток стока (или коллектора) должен быть равен максимальному току двигателя (при напряжении питания, когда он заблокирован). Снаббер-диод тоже, потому что он закорачивает двигатель в выключенном состоянии. И MOSFET (или биполярный), и диод должны быть подключены (если вы не хотите, чтобы их сварили ;-)) к радиатору
, если максимальный ток двигателя превышает 100 или 200 мА. Я предлагаю не перенапрягать двигатель слишком большой работой, потому что он перегревает и двигатель, и транзистор, и диод.

Если вы не хотите торможения в выключенном состоянии, просто поместите резистор последовательно со снабберным диодом, это должно немного повысить эффективность, но иметь большую инерцию при замедлении двигателя. Номинал резистора должен быть R=V (пробой транзистора) / I max , а мощность должна быть 5Вт. Мосфеты имеют внутренний стабилитрон, но на это не рассчитывайте 😉

Эффект насыщения — обзор

CMOS A/Ds

Поскольку компаратор CMOS автоматически обнуляется в каждом цикле преобразования, эффекты перегрузки по входу и насыщения, возникающие в биполярных компараторах, не имеют значения.Однако при превышении порога нарастания полоса пропускания для больших сигналов резко пострадает.

Чтобы увидеть, как определяется этот порог, на рис. 2-28 снова показана схема КМОП-компаратора с автоматическим обнулением, но она также включает паразитные диоды, которые являются неотъемлемыми элементами, полученными в процессе изготовления. Выводы истока и стока полевого МОП-транзистора формируются путем создания соединения p n с материалом противоположной полярности, который образует подложку и вывод задней крышки.Эти диоды обычно поддерживаются в состоянии обратного смещения путем подключения задних затворов p (или n ) к самому отрицательному (или положительному) потенциалу в цепи.

Рисунок 2-28. (а) КМОП-компаратор с паразитными диодами. (b) Эквивалентная схема во время зажима.

Собственные диоды на входе компаратора, связанного с переключателем автообнуления, являются источником проблемы с ограничением входного нарастания. Этот суммирующий узел, смещенный к напряжению примерно посередине шкалы между источниками питания, должен поддерживаться при высоком импедансе для правильной работы.Для высокочастотных входных сигналов или быстро меняющихся сигналов, таких как импульсы, паразитные диоды могут смещаться в прямом направлении, что приводит к потере заряда конденсатора связи.

Проверить состояние компаратора в верхней части диапазона преобразования с опорным потенциалом около В REF . Перед началом интервала выборки входного сигнала потенциал конденсатора связи будет равен В REF В DD /2. Если полномасштабные V REF и V DD оба имеют 5 В, суммирующий узел изначально равен 2.на 5 В ниже потенциала входа. В случае, когда в следующем тактовом цикле немедленно замеряется сигнал, близкий к земле, узел суммирования будет пытаться следовать за изменением входного сигнала на — 5 В, поворачивая его в сторону — 2,5 В, сохраняя первоначальный заряд на конденсаторе. Тем не менее, паразитные устройства на суммирующем узле будут ограничены примерно на уровне -0,7 В, когда диод, образованный клеммой истока/стока типа n переключателя, станет смещенным в прямом направлении. Напряжение на конденсаторе сразу меняется от 2.5 В до 0,7 В, разрушая опорный уровень.

На самом деле такое же явление имеет место для ряда компараторов с опорными напряжениями, которые удовлетворяют следующему условию:

VREFX−Vin>Vaz=0,7

опорный заряд снимается диодами с прямым смещением. Противоположная ситуация будет иметь место для переходов типа p в компараторах вблизи земли, которые впоследствии переключаются на уровни, близкие к В REF даже если это происходит для сигналов постоянного и переменного тока.Однако некоторые КМОП-устройства могут быть чувствительны к фиксации паразитных тринисторов, которые могут включаться путем подачи тока в подложку.

Компараторы, в которых индуцируется ограничение диода, не влияют на оцифрованный результат, если сигнал в течение одного интервала дискретизации не возвращается к напряжению, эквивалентному опорному уровню одного из этих каскадов. В противном случае компаратор с ограничением не требуется для определения точного уровня сигнала, а направление ограничения всегда обеспечивает правильную полярность логического выхода.Однако во время фиксации эквивалентный вход компаратора изменяется, как показано на рис. 2-28b. Полное сопротивление входного конденсатора, которое зависит от входной частоты, включено последовательно с сопротивлением прямого смещения диода во включенном состоянии. Поскольку импеданс диода обычно намного меньше, чем входной конденсатор, можно с уверенностью предположить, что на входе компаратора появляется очень небольшая часть сигнала. Также разумным приближением является то, что все ограничивающие компараторы смещаются до одинаковых напряжений после включения диодов.

Конечным результатом является то, что зажатые компараторы больше не могут работать. Когда окончательный уровень дискретизированного сигнала находится в пределах диапазона нефункциональных компараторов, на энкодер термометра не может быть подан активный выходной сигнал. Вместо этого граница 1/0 застревает на уровне последнего функционирующего компаратора. В конце концов, когда компараторы возвращаются в режим автообнуления, низкого импеданса переключателя обратной связи и выхода компаратора достаточно, чтобы поднять вход и отключить паразитный диод.

Входную частоту, при которой можно наблюдать начало фиксации, можно рассчитать, если известна продолжительность периода дискретизации. Для синусоидального входа, который начинается с 0 В и заканчивается 3,2 В в периоде выборки T с , как показано на рис. 2-29, расчет частоты выполняется следующим образом:

рис. 2-29. Порог ограничения диода в КМОП-компараторах с автообнулением.

3.2=2.5⋅1+sinωTs−π/2=2.5⋅1−cosωTsFclamp=cos−11−3.2/2.5]2πTs

Когда используется тактовый генератор с рабочим циклом 50%, эта частота всегда больше скорости Найквиста .Например, когда T s составляет 25 нсек, что эквивалентно тактовой частоте 20 МГц, F зажим составляет 11,8 МГц. В некоторых флэш-АЦП на КМОП, которые позволяют напрямую управлять длительностью импульса дискретизации, можно использовать сужение ширины импульса для расширения полосы пропускания большого сигнала до более высоких частот. В аналого-цифровых преобразователях на КМОП, которые способны работать с уменьшенным диапазоном опорного напряжения (меньше, чем сумма напряжения автонуля и прямого напряжения на диоде), проблемы фиксации можно полностью избежать.

Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью ATtiny85

В предыдущих двух уроках этой серии мы видели, как изменять интенсивность (яркость) светодиодов с помощью ШИМ-выхода ATtiny85. В этом руководстве мы будем использовать выход ШИМ для изменения скорости двигателя постоянного тока.

Скорость двигателя постоянного тока изменяется при изменении положения потенциометра. Как мы узнали из предыдущего урока, потенциометр дает аналоговый выход от 0 до 5 В. ATtiny85 использует этот аналоговый вход и генерирует выходной ШИМ для изменения скорости двигателя постоянного тока.Давайте посмотрим, как это делается.

Если вы не следуете этой серии руководств с самого начала, вам следует пройти следующие два руководства, которые объясняют и демонстрируют, как работать с ATtiny85, и пошаговое руководство по созданию приветственного мира (светодиод мигает) применение.
Как работать с ATtiny85
Светодиод мигает с помощью ATtiny85

Принципиальная схема

Соединения цепи
Цепь состоит всего из 3-4 компонентов.Потенциометр (потенциометр) имеет три контакта, а средний (ползунковый) вывод подключен к контакту 2 аналогового входа A1. Две другие клеммы потенциометра соединены с 5V и Gnd, как показано на рисунке. Выходной контакт ШИМ PB0 управляет двигателем постоянного тока с помощью транзистора Дарлингтона TIP122. Он подключен к базовому входу TIP122 через токоограничивающий резистор сопротивлением 220 Ом. Выход коллектора TIP122 приводит в действие двигатель постоянного тока, а эмиттер подключен к земле. На двигатель подается питание 12 В, а на ATtiny85 подается питание 5 В, как показано на рисунке.

Работа схемы
Когда потенциометр изменяется, он выдает аналоговое выходное напряжение от 0 до 5 В. Это показано как аналоговый вход для ATtiny85. Встроенный АЦП ATtiny85 преобразует это в цифровое, давая цифровое значение от 0 до 1023 (из-за 10-битного разрешения). На основе этого значения он будет генерировать выход ШИМ на выводе PB0 для изменения скорости двигателя постоянного тока

.

Программа
Программа написана в программном обеспечении Arduino IDE с использованием языка программирования C.Он компилируется и создается HEX-файл, который загружается во внутреннюю флэш-память ATtiny85

.

Логика программы
Логика программы проста. Во-первых, ATtiny85 считывает аналоговое напряжение на аналоговом входном контакте A1 и получает значение от 0 до 1023. Это значение будет генерировать ШИМ-выход на контакте 5 (PB0) путем деления этого значения на 4. Значение делится на четыре, потому что значение ШИМ находится в диапазоне от 0 до 255, а диапазон ввода — от 0 до 1023.

В следующем уроке мы научимся генерировать разные цвета с помощью RGB-светодиода.


Рубрики: Учебные пособия
С тегами: Arduino, ATtiny85
 

Регулирование постоянной скорости двигателя

Описание

Простая схема обратной связи на операционном усилителе, предназначенная для регулирования скорости двигателя постоянного тока.

Примечания

Эта схема не требует пояснений. Используемый операционный усилитель — вездесущий 741 . Используя одно напряжение питания, которое может составлять до 30 В постоянного тока, на неинвертирующий вход подается управляющее напряжение от линейного потенциометра 10 кОм.Операционный усилитель используется в качестве повторителя напряжения, его выходной ток увеличивается за счет последовательного проходного транзистора BD139 .

TIP139 также находится в эмиттерном повторителе и подает ток на двигатель. Напряжение эмиттера подается обратно на инвертирующий вход 741 . Операционный усилитель с отрицательной обратной связью будет поддерживать баланс между входами. Напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход через систему управления, будет таким же, как и на инвертирующий вход, и это обеспечивает постоянное напряжение на двигателе.

Постоянное напряжение означает, что скорость двигателя будет поддерживаться независимо от механической нагрузки, прилагаемой к двигателю. Если нагрузка двигателя увеличивается, якорь двигателя потребляет больше тока, что приводит к падению напряжения на инвертирующем входе, и операционный усилитель увеличивает выходное напряжение, противодействуя эффекту увеличения нагрузки двигателя.

Для цепей двигателя всегда измеряйте ток, потребляемый двигателем с нагрузкой, так как это ток, который должен обеспечивать последовательный транзистор.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *