Sheme regulatora brzine za brušene DC motore. Opis regulatora brzine elektromotora bez gubitka snage

Povezuje se između napajanja i opterećenja. Napajanje se može napajati iz baterije ili AC/DC adaptera odgovarajućeg opterećenja.

Opterećenje može biti bilo koji DC motor ili žarulja sa žarnom niti. Zahvaljujući impulsnom radu (PWM), krug radi gotovo bez gubitka energije. Upravljačkom tranzistoru nije potreban hladnjak.

Regulatorni krug je idealan za podešavanje brzine bušilice za bušenje ploča. Pri malim brzinama osigurava da bušilica radi s relativno visokim obrtnim momentom.

Opis regulatora brzine elektromotora

Logički elementi DD1.1, DD1.2 se koriste u obliku klasičnog PWM generatora. Otpornik R1 obavlja samo zaštitnu funkciju. Frekvencija generatora je određena kapacitivnošću C2 ili C3 i otporom potenciometra PR1 zajedno sa R2, R3. Paralelno povezani logički elementi DD1.3, DD1.4 upravljaju MOSFET tranzistorom (VT1).

Kada koristite MOSFET tranzistor u krugu, otpornik R4 nije potreban i na njegovo mjesto je instaliran kratkospojnik. Ovaj otpornik (R4) je dostupan samo ako je umjesto MOSFET-a instaliran Darlington tranzistor n-p-n strukture npr. BD649. Zatim, da ograniči struju baze, otpornik R4 bi trebao imati vrijednost od 1k...2,2k.

PR1 vam omogućava da promijenite radni ciklus generiranog signala u vrlo širokom rasponu, od približno 1% do približno 99%. Signal iz generatora povremeno otvara i zatvara tranzistor VT1, a prosječna snaga koja se dovodi do opterećenja (konektor Z2) ovisi o radnom ciklusu signala. Dakle, potenciometar PR1 omogućava nesmetano podešavanje snage koja se dovodi do opterećenja.

VD4 dioda spojena "obrnuto" nezamjenjiva je kada se koristi induktivno opterećenje (na primjer, električni motor). Bez diode VD4, u trenutku gašenja mogu se pojaviti impulsi na odvodu tranzistora VT1 koji znatno prelaze dozvoljenu vrijednost za dati tranzistor i to ga može oštetiti.

Zahvaljujući impulsnom radu, gubici snage na tranzistoru VT1 su mali i stoga ne zahtijevaju radijator, čak i pri strujama od nekoliko ampera, odnosno snage opterećenja do 100 W. Treba imati na umu da je uređaj regulator snage, a ne stabilizator brzine motora, tako da brzina motora ovisi o njegovom opterećenju.

PAŽNJA! Krug regulira snagu u pulsirajućem modu, primjenjujući meandar na opterećenje. Takvi impulsi mogu biti izvor elektromagnetnih smetnji. Da bi se smetnje svele na minimum, treba koristiti kratke veze između jedinice i opterećenja.

Kabel za povezivanje treba da bude u obliku upredenog para (obične dve žice upletene zajedno). Također se preporučuje dodatno priključiti elektrolitski kondenzator (skup kondenzatora) kapaciteta 1000 ... 10000 mikrona na konektor za napajanje Z1.

Krug osigurava dodatni kondenzator C3, povezan pomoću kratkospojnika J1. Uključivanje ovog kondenzatora uzrokuje smanjenje frekvencije generatora sa 700Hz na približno 25Hz. Ovo je korisno u smislu generiranih elektromagnetnih smetnji.

Iako u nekim slučajevima smanjenje frekvencije može biti neprihvatljivo, na primjer, može uzrokovati primjetno treperenje lampe. Zatim morate samostalno odabrati optimalni kapacitet C3.

Nije svaka moderna bušilica ili brusilica opremljena tvorničkim regulatorom brzine, a najčešće kontrola brzine uopće nije predviđena. Međutim, i kutne brusilice i bušilice su izgrađene na bazi komutatorskih motora, što omogućava svakom njihovom vlasniku, čak i ako zna kako da rukuje lemilom, da od dostupnih elektronskih komponenti, domaćih ili uvoznih, napravi vlastiti regulator brzine.

U ovom članku ćemo pogledati dijagram i princip rada najjednostavnijeg regulatora brzine motora za električni alat, a jedini uslov je da motor mora biti komutatorskog tipa - sa karakterističnim lamelama na rotoru i četkama (koje ponekad zaiskre ).

Gornji dijagram sadrži minimum dijelova i pogodan je za električne alate do 1,8 kW i više, za bušilicu ili brusilicu. Sličan krug se koristi za podešavanje brzine u automatskim mjenjačima. mašine za pranje veša, koji sadrže komutatorske brze motore, kao i u dimerima za žarulje sa žarnom niti. Takvi krugovi će vam u principu omogućiti regulaciju temperature grijanja vrha lemilice, električnog grijača na bazi grijaćih elemenata itd.

Sljedeće elektronske komponente će biti potrebne:

Konstantni otpornik R1 - 6,8 kOhm, 5 W.

Varijabilni otpornik R2 - 2,2 kOhm, 2 W.

Konstantni otpornik R3 - 51 Ohm, 0,125 W.

Filmski kondenzator C1 - 2 µF 400 V.

Filmski kondenzator C2 - 0,047 uF 400 volti.

Diode VD1 i VD2 - za napon do 400 V, za struju do 1 A.

Tiristor VT1 - za potrebnu struju, za obrnuti napon od najmanje 400 volti.

Krug je baziran na tiristoru. Tiristor je poluvodički element sa tri terminala: anodom, katodom i kontrolnom elektrodom. Nakon što se kratki impuls pozitivnog polariteta primijeni na kontrolnu elektrodu tiristora, tiristor se pretvara u diodu i počinje provoditi struju sve dok se ova struja u njegovom krugu ne prekine ili promijeni smjer.

Nakon što struja prestane ili kada se promijeni njen smjer, tiristor će se zatvoriti i prestati provoditi struju sve dok se sljedeći kratki impuls ne primijeni na kontrolnu elektrodu. Pa, budući da je napon u kućnoj mreži naizmjenični sinusoidan, tada će svaki period sinusoidne mreže tiristor (kao dio ovog kola) raditi striktno počevši od postavljenog trenutka (u zadatoj fazi), a što je tiristor manji otvoren tokom svakog perioda, to je manja brzina električnog alata, a što je duže tiristor otvoren, to će biti veća brzina.

Kao što vidite, princip je jednostavan. Ali kada se primjenjuje na električni alat s komutatorskim motorom, krug radi pametnije, a o tome ćemo govoriti kasnije.

Dakle, mreža ovdje uključuje paralelno: mjerni kontrolni krug i strujni krug. Mjerni krug se sastoji od konstantnih i varijabilnih otpornika R1 i R2, kondenzatora C1 i diode VD1. Čemu služi ovaj lanac? Ovo je razdjelnik napona. Napon iz razdjelnika, i ono što je bitno, povratni EMF iz rotora motora, sabiraju se u antifazi i formiraju impuls za otvaranje tiristora. Kada je opterećenje konstantno, tada je vrijeme otvorenog tiristora konstantno, stoga je brzina stabilizirana i konstantna.

Čim se poveća opterećenje alata, a samim tim i motora, vrijednost povratnog EMF-a se smanjuje, jer se brzina smanjuje, što znači da se signal kontrolnoj elektrodi tiristora povećava, a otvaranje se događa s manjim kašnjenjem , odnosno snaga koja se dovodi do motora se povećava, povećavajući smanjenu brzinu. Na taj način brzina ostaje konstantna čak i pod opterećenjem.

Kao rezultat kombinovanog djelovanja signala povratnog EMF-a i otpornog razdjelnika, opterećenje ne utječe mnogo na brzinu, ali bez regulatora bi ovaj utjecaj bio značajan. Dakle, korištenjem ovog kola, stabilna kontrola brzine se postiže u svakom pozitivnom poluperiodu sinusoida mreže. Pri srednjim i malim brzinama rotacije ovaj efekat je izraženiji.

Međutim, s povećanjem brzine, odnosno s povećanjem napona koji se uklanja s promjenjivog otpornika R2, smanjuje se stabilnost održavanja konstantne brzine.

U ovom slučaju, bolje je osigurati shunt dugme SA1 paralelno s tiristorom. Funkcija dioda VD1 i VD2 je da osiguraju polutalasni rad regulatora, jer se naponi iz razdjelnika i rotora upoređuju samo u odsustvu struje kroz motor.

Kondenzator C1 proširuje kontrolnu zonu pri malim brzinama, a kondenzator C2 smanjuje osjetljivost na smetnje zbog iskrenja četkice. Tiristor mora biti visoko osjetljiv kako bi ga mogla otvoriti struja manja od 100 μA.

Regulatorni krug, koji se koristi za promjenu brzine rotacije motora ili ventilatora, dizajniran je za rad iz mreže naizmjenične struje na naponu od 220 volti.

Motor je, zajedno sa energetskim tiristorom VS2, povezan na dijagonalu diodnog mosta VD3, dok drugi prima AC mrežni napon od 220 volti. Osim toga, ovaj tiristor provodi upravljanje s dovoljno širokim impulsima, zbog čega prekidi kratkih spojeva, s kojima rade svi komutatorski motori, ne utječu na stabilan rad kruga.

Prvim tiristorom upravlja tranzistor VT1, spojen prema kolu generatora impulsa. Čim napon na kondenzatoru postane dovoljan za otvaranje prvog tranzistora, pozitivan impuls će se poslati na upravljački terminal tiristora. Tiristor će se otvoriti i sada će se na drugom tiristoru pojaviti dugi kontrolni impuls. I iz njega napon, koji zapravo utječe na brzinu, ide na motor.

Brzina rotacije elektromotora se podešava promjenjivim otporom R1. Budući da je induktivno opterećenje priključeno na kolo drugog tiristora, moguće je spontano otvaranje tiristora, čak iu odsustvu upravljačkog signala. Stoga, da bi se to blokiralo, dioda VD2 je uključena u krug, koja je povezana paralelno s L1 namotom motora.

Prilikom postavljanja kruga regulatora broja obrtaja motora, preporučljivo je koristiti jedan, kojim se može mjeriti broj okretaja elektromotora, ili običan pokazivač voltmetra za izmjeničnu struju, koji je povezan paralelno s motorom.

Odabirom otpora R3, raspon napona se postavlja od 90 do 220 volti. Ako motor ne radi ispravno pri minimalnoj brzini, tada je potrebno smanjiti vrijednost otpornika R2.

Ovaj krug je vrlo pogodan za podešavanje brzine ventilatora ovisno o temperaturi.

Koristi se kao osjetljivi element. Kao rezultat njegovog zagrijavanja, njegov otpor se smanjuje, i stoga, na izlazu operativnog pojačala, naprotiv, napon se povećava i kontrolira brzinu ventilatora kroz tranzistor s efektom polja.

Sa varijabilnim otporom P1 možete podesiti najnižu brzinu rotacije ventilatora na najnižoj temperaturi, a sa promjenjivim otporom P2 možete kontrolirati najveću brzinu rotacije na maksimalnoj temperaturi.

U normalnim uvjetima, otpornik P1 postavljamo na minimalnu brzinu motora. Zatim se senzor zagrijava i željena brzina ventilatora se postavlja otporom P2.

Krug kontrolira brzinu ventilatora ovisno o očitanim temperaturama, koristeći konvencionalni negativni temperaturni koeficijent.

Kolo je tako jednostavno da sadrži samo tri radio komponente: podesivi regulator napona LM317T i dva otpora koji formiraju djelitelj napona. Jedan od otpora je negativni TCR termistor, a drugi je običan otpornik. Da pojednostavim montažu, dajem crtež štampane ploče ispod.

Kako biste uštedjeli novac, standardnu kutnu brusilicu možete opremiti regulatorom brzine. Takav regulator za mljevenje kućišta različite elektroničke opreme nezamjenjiv je alat u arsenalu radio-amatera.

Mikrokrug U2008B je PWM kontroler brzine za AC komutatorske motore. Proizvođač TELEFUNKEN, najčešće se može videti u upravljačkom krugu električne bušilice, step testere, ubodne testere, itd., a radi i sa motorima iz usisivača, omogućavajući vam podešavanje vuče. Ugrađeni sklop za meki start značajno produžava vijek trajanja motora. Upravljački krugovi zasnovani na ovom čipu mogu se koristiti i za regulaciju snage, na primjer, grijača.

Sve moderne bušilice proizvode se s ugrađenim regulatorima brzine motora, ali sigurno, u arsenalu svakog radio-amatera postoji stara sovjetska bušilica, u kojoj promjena brzine nije bila predviđena, što naglo smanjuje karakteristike performansi.

Možete regulirati brzinu rotacije asinhronog motora bez četkica podešavanjem frekvencije napona napajanja izmjeničnom strujom. Ova šema omogućava vam podešavanje brzine rotacije u prilično širokom rasponu - od 1000 do 4000 o / min.

Ovaj DIY krug se može koristiti kao regulator brzine za 12V DC motor sa jakom strujom do 5A, ili kao dimmer za 12V halogene i LED lampe do 50W. Kontrola se vrši modulacijom širine impulsa (PWM) pri brzini ponavljanja impulsa od oko 200 Hz. Naravno, frekvencija se može mijenjati ako je potrebno, odabirom za maksimalnu stabilnost i efikasnost.

Većina ovih konstrukcija se montira po mnogo većoj cijeni. Ovdje predstavljamo napredniju verziju koja koristi 7555 tajmer, bipolarni tranzistorski drajver i moćni MOSFET. Ovaj dizajn pruža poboljšanu kontrolu brzine i radi u širokom rasponu opterećenja. Ovo je zaista vrlo efikasna shema i cijena njegovih dijelova kada se kupuje za samomontažu je prilično niska.

Kolo koristi 7555 tajmer za stvaranje varijabilne širine impulsa od oko 200 Hz. Upravlja tranzistorom Q3 (preko tranzistora Q1 - Q2), koji kontrolira brzinu elektromotora ili sijalica.

Postoji mnogo aplikacija za ovo kolo koje će se napajati 12V: električni motori, ventilatori ili lampe. Može se koristiti u automobilima, čamcima i električnim vozilima, u modelima željeznice i tako dalje.

Ovdje se mogu bezbedno priključiti i LED lampe od 12 V, na primjer LED trake. Svi to znaju LED sijalice Mnogo efikasniji od halogena ili žarulja, trajat će mnogo duže. A ako je potrebno, napajajte PWM kontroler od 24 volta ili više, budući da sam mikro krug sa međuspremnim stupnjem ima stabilizator napajanja.

Kvalitetan i pouzdan regulator brzine rotacije za jednofazne komutatorske elektromotore može se napraviti od zajedničkih dijelova doslovno za 1 večer. Ovaj sklop ima ugrađeni modul za detekciju preopterećenja, osigurava meki start kontroliranog motora i stabilizator brzine rotacije motora. Ova jedinica radi sa naponom od 220 i 110 volti.

Tehnički parametri regulatora

Napon napajanja: 230 volti AC
raspon regulacije: 5…99%
napon opterećenja: 230 V / 12 A (2,5 kW sa radijatorom)
maksimalna snaga bez radijatora 300 W
nizak nivo buke
stabilizacija brzine
meki start
dimenzije ploče: 50×60 mm

Shematski dijagram

Shema regulatora motora na triac i U2008

Kolo modula upravljačkog sistema bazira se na PWM impulsnom generatoru i triaku za upravljanje motorom - klasičnom dizajnu kola za takve uređaje. Elementi D1 i R1 osiguravaju da je napon napajanja ograničen na vrijednost koja je sigurna za napajanje mikrokola generatora. Kondenzator C1 je odgovoran za filtriranje napona napajanja. Elementi R3, R5 i P1 su djelitelj napona sa mogućnošću njegove regulacije, koji služi za podešavanje količine snage koja se dovodi do opterećenja. Zahvaljujući upotrebi otpornika R2, koji je direktno uključen u ulazno kolo za m/s fazu, unutrašnje jedinice su sinhronizovane sa VT139 triakom.

Štampana ploča

Sljedeća slika prikazuje raspored elemenata na štampanoj ploči. Prilikom ugradnje i puštanja u rad treba obratiti pažnju na osiguravanje sigurnih radnih uvjeta - regulator se napaja iz mreže od 220V i njegovi elementi su direktno povezani na fazu.

Povećanje snage regulatora

U testnoj verziji korišten je triac BT138/800 s maksimalnom strujom od 12 A, što omogućava kontrolu opterećenja veće od 2 kW. Ako trebate kontrolisati još veće struje opterećenja, preporučujemo ugradnju tiristora izvan ploče na veliki hladnjak. Također trebate zapamtiti da odaberete ispravan osigurač FUSE u zavisnosti od opterećenja.