Делаем плавную регулировку вентилятора печки

Делаем плавную регулировку вентилятора печки

Везде в интернете рассказывают, как поставить 4-х позиционный регулятор от Калины, принцип действия которого заключается в переключении 4-х силовых резисторов разного номинала. Но мы пойдем другим путем — решим вопрос кардинальным образом, применяя современные технологии. Будем делать плавный регулятор оборотов.

В описании к набору написано:
«Регулятор яркости ламп накаливания 12В/50A
Устройство предназначено для регулировки яркости ламп накаливания, работающих от постоянного тока, мощностью до 600Вт (50А). … Предлагаемое устройство можно использовать в качестве регулятора мощности различных нагревателей, работающих от напряжения постоянного тока, например, подогревателей автомобильных сидений или двигателей. Устройство можно использовать для регулирования оборотов мощных двигателей постоянного тока. Применение современной элементной базы позволило повысить КПД регулятора до 99 % и максимально уменьшить габариты устройства.»

Вентилятор печки потребляет до 6 ампер, соответственно, данный регулятор подойдет.
Будем собирать и смотреть. Продолжение следует…

UPD. В комментариях к набору обнаружил следующий диалог:
Евгений58 17.11.2016 04:16
Здравствуйте. Подключил этот регулятор к электромотору печки, добавив при этом диод между выводами мотора. Мотор при работе постоянно пищит, можно ли в этой схеме увеличить частоту ШИМ за диапазон слышимости? Как это сделать?
+1 Советник 17.11.2016 10:11
Замените конденсаторы С2 и С4 на номинал 2,2нФ и 22нФ соответственно, пищать перестанет.

Если будет пищать, знаю что делать.

Также сам вентилятор печки был заменен на вентилятор фирмы Luzar luzar.ru/catalogue/elektr…telya-2101-2107-lfh-0101/
Его преимущество в том, что он не на втулках, а на шарикоподшипниках. Лузаровские вентиляторы также подвергаются балансировке, благодаря чему значительно снижается шум от работы. Когда заменил вентилятор радиатора двигателя на лузаровский, работать стал бесшумно и дуть лучше в 2 раза. Штатный орал так, что слышно было этот вой из салона.
Думаю, вентилятор печки тоже свои преимущества покажет.

Продолжение 24.09.2017
Теперь задача сверстать все это на автомобиль.
Электрическая схема подключения вентилятора печки классики всем известна

Принцип ее в том, что с питания (желто-черного провода) с помощью трехпозиционного переключателя напряжение подается либо напрямую на мотор (в первом положении выключателя), либо через шунтирующее сопротивление (второе положение выключателя) — половинная скорость.

Я решил сохранить выбор вариантов следующим образом:
Первое положение переключателя — подача напряжения на двигатель через шунт, как и было раньше — фиксированная половинная скорость.
Второе положение переключателя — подача напряжения через схему плавной регулировки.
Однако, посмотрев на схему подключения регулировки, становится понятно, что напряжение на двигатель должно подаваться с точек 2 и 3, а с контактом GND у двигателя не будет прямого контакта, только через транзистор VT1 схемы плавного управления.

Поэтому сохранить управление через плюсовой провод не удастся, придется переделать трехпозиционный переключатель на минусовой провод. Схема получилась следующая:

Данную схему легче понять, читая наоборот, начиная от массы, и двигаясь по направлению к плюсовому проводу. Ток от выключателя пойдет либо по коричневому проводу, либо по серому.

Для чего нужен шунтирующий диод? — при прекращении импульса ШИМ с устройства питания индуктивная нагрузка (двигатель) создает обратный всплеск напряжения, который вредным образом воздействует на транзистор. Что и было проверено экспериментально: и с диодом, и без диода каких-либо существенных изменений в поведении двигателя не обнаружено, но с диодом транзистор был холодным. Как только отключал диод — транзистор сразу же начинал безбожно греться.

Следующий нюанс — частота управления ШИМ — 500 Гц — это звуковая частота, поэтому двигатель издавал писк. Чтобы писка не было, нужно, как уже было замечено, сдвинуть частоту ШИМ за предел слышимости — 20 000 Гц. Для этого заменил конденсаторы C2 и C4 на 2,2нФ и 22нФ соответственно. Писк исчез практически полностью. Но! Стал снова греться транзистор, хотя не так сильно, как без диода. Легко предположить вероятную причину: диод не рассчитан на частоту 20 кГц, он медленный, не успевает закрываться, и пропускает обратный импульс. Китайский диод на 10А 1000В.
Нужно заменить на высокочастотный (диод Шоттки или ультрафаст КД213).

Итак, заменил диод на КД213, однако транзистор все равно греется. Путем общения на форумах было выяснено, что при повышении частоты за 20 кГц резко падает КПД данного регулятора, транзистор не успевает открываться и закрываться полностью, поэтому работает не в ключевом режиме.

Понизил частоту до 10 Гц — эта частота находится тоже за пределами слышимости. Для этого увеличил номиналы конденсаторов С2 и С4 на 22нФ и 2,2мкФ соответственно. Теперь транзистор холодный и вентилятор тоже работает отлично.

Была еще одна особенность. Регулировка вентилятора работала не на всем диапазоне поворота потенциометра, а только где-то на участке 15% от его полного оборота. Поэтому был куплен переменный резистор на 10 кОм вместо 50 кОм, был вынесен за пределы печатной платы, и к каждой из боковых ножек временно припаяно по переменному резистору на 50 кОм. После установки на автомобиль были экспериментальным путем подобраны величины этих боковых резисторов таким образом, чтобы при минимуме главного потенциометра вентилятор обдувал едва-едва, а на максимуме — в полную силу.

После чего резисторы R1 и R3 были выпаяны и заменены на другие с параметрами, соответствующими найденным величинам.

Итоговый результат можно наблюдать на видео.

ВЫВОДЫ:
1. Справедливости ради надо сказать, что при минимальных регулировках обдува существующая система не дает заметного эффекта. Просто движение автомобиля без работы вентилятора дает больший обдув, чем работающий вентилятор на минимальных оборотах. Это связано с низкой эффективностью лопастного вентилятора. У всех современных автомобилей используется центробежный вентилятор (улитка), который при более бесшумной работе обеспечивает гораздо более сильный поток воздуха.
Поэтому корпус собранного регулятора я добавил пару подстроечных резисторов по 10 кОм, и величины были подобраны так, чтобы при минимальном положении регулятора обдув все-таки обеспечивался заметный. При максимальном положении — максимальный. А между ними, соответственно, свобода плавной регулировки.

2. Для совсем эффективной работы нужно подходить еще более коренным образом — менять конструкцию самой печки — лопастной вентилятор менять на улитку, с перепроектированием корпуса печки. Где-то на драйве были примеры такой переделки.

3. Еще хотелось бы добавить светодиодную индикацию (полоску) вокруг ручки регулятора, чтобы видеть уровень обдува визуально, т.к. проверять поток воздуха рукой не всегда удобно.

4. Электросхема классики такова, что вентилятор печки работает вне зависимости от того, включено ли зажигание. Т.е. теоретически возможно забыть выключить вентилятор, работающий на минимальных оборотах, и уйти, а утром придти и обнаружить посаженный аккумулятор. Поэтому нужно забор напряжения питания вентилятора переделать — брать с клеммы после замка зажигания, как у нормальных современных автомобилей. Для чего вентилятор сделан независимо от зажигания, непонятно. Ведь при выключенном двигателе обдув обеспечивает горячий воздух в течение минуты — не более, далее становится холодным.

Двунаправленный регулятор скорости двигателя постоянного тока. Схема и описание

Изменение скорости двигателя постоянного тока является фундаментальной задачей во многих устройствах, в которых используются двигатели.

В статье представлен несложный, а главное — «не микроконтроллерный» двунаправленный регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока с использованием метода ШИМ.

В этом устройстве для установки скорости двигателя используется потенциометр. В крайних положениях двигатель работает на максимальной скорости в заданном направлении. Двигатель останавливается и тормозит, когда потенциометр находится в среднем положении.

Изменение направления вращения выполняется автоматически в зависимости от положения потенциометра. В крайних положениях сигнал ШИМ имеет 100% заполнение, что обеспечивает минимальные потери при максимальной скорости. «Нулевое» положение имеет мертвую зону, что способствует стабильной остановке двигателя.

На контроллер можно подавать напряжение в диапазоне 8 … 30 В постоянного тока, что обеспечивает совместимость с типичными двигателями постоянного тока. Максимальная допустимая нагрузка по току составляет 2 А.

Принципиальная схема регулятора скорости вращения двигателя показана на рисунке ниже.

Регулятор состоит из четырех функциональных блоков:

• ШИМ генератор (0 … 100%), управляемый напряжением — интегральная схема LTC6992-1 (DD1).
• Блок обработки управляющего сигнала на микросхеме LM324 (DA1).
• Детектор направления и логическое управление приводом двигателя на микросхеме 74HC00 (DD2).
• Драйвер двигателя с защитой — интегральная микросхема DRV8871 (DD3).

Устройство питается от стабилизатора LM317 (DA2). Схема драйвера двигателя собрана на специализированной интегральной схеме DRV8871 (DD3). Блок-схема данной микросхемы показана на следующем рисунке.

Микросхема DRV8871 содержит все компоненты, необходимые для реализации управления щеточным электродвигателем постоянного тока:

• два MOSFET полумоста с низким сопротивлением Rdson и систему измерения тока двигателя, для которой не требуются внешние компоненты
• защитную логику
• зарядовый насос для управления силовыми транзисторами,
• встроенную систему защиты от перегрузки
• тепловую защиту
• логику управления входом

Встроенный датчик тока двигателя не требует внешнего измерительного резистора, но по-прежнему можно изменить максимальный ток обмотки путем подключения соответствующего резистора к выводу Ilim, в соответствии с формулой:

Ilim = 64 / R8

В прототипе ток был установлен на уровне 2 А, что соответствует сопротивлению R8 около 33 кОм. Минимальное значение резистора составляет 15 кОм. Резистор следует подобрать в зависимости от используемого двигателя.

Направление вращения двигателя регулируется с использованием входов IN1 / IN2. Логические схемы, построенные с использованием микросхемы DD2 (74HC00), меняют способ управления на стандарт PWM/DIR. Двухцветный светодиод LED1 указывает на направление вращения и индикацию заполнения ШИМ.

Компаратор на операционном усилителе DA1.1 сравнивает напряжение с ползунка потенциометра ШИМ с опорным напряжением REF = 2,5 В, генерируя внутренний сигнал DIR, определяющий направление вращения двигателя.

Опорное напряжение является производным от напряжения питания 5 В (стабилизированный DA2) через резистивный делитель R23 / R24 и буферизуется через DA1.2.

Когда заполнение сигнала ШИМ равно 0%, двигатель останавливается, т. е. замыкается встроенными ключами к массе. Сигнал ШИМ генерируется микросхемой LTC6992-1 (DD1), блок-схема которой показана на следующем рисунке.

Данная микросхема содержит все блоки, необходимые для реализации генератора ШИМ с фиксированной частотой и регулируемым рабочим циклом. Опорная частота встроенного генератора устанавливается резистором, подключенным к входу SET (R1). Дополнительное деление частоты устанавливает делитель, подключенный к выводу DIV (R2 / R3).

Изменение напряжения на клемме MOD в диапазоне 0 … 1 В изменяет рабочий цикл в пределах 0 … 100%. В прототипе частота генератора была установлена ​​на уровне около 128 кГц, а степень деления на уровне 256, что дает тактовую частоту 500 Гц.

Управляющий сигнал генератора ШИМ вырабатывается с помощью двух дифференциальных усилителей DA1.3 / DA1.4, которые отвечают за преобразование напряжения 0 … 5 В от ползунка потенциометра ШИМ в управляющее напряжение MOD U1 в диапазоне 0 … 1 В.

Усилитель DA1.3 работает для напряжения ползунка потенциометра в диапазоне 2,5…5 В, масштабируя до диапазона 0 … 1,7 В, а DA1.4 соответственно — 0…2,5 В масштабируя до 1,7 … 0 В.

Диоды VD2 и VD3 складывают напряжение усилителей DA1.3 / DA1.4 и вводят вместе с резисторами R15, R20 небольшую мертвую зону в среднем положении потенциометра. Диоды VD4 и VD5 защищают вход MOD DD1 от превышения допустимого диапазона напряжения. Кривые напряжения в системе управления показаны на рисунке ниже.

Напряжение питания 5 В подается стабилизатором DA2 типа LM317 в своем типовом применении. Питание на регулятор подается через разъем PWR напряжением 8 … 30 В с мощностью, соответствующей используемому двигателю. Двигатель подключен к разъему DCM.

В зависимости от требуемой точности регулировки вместо обычного 9-миллиметрового потенциометра (ШИМ) можно припаять SIP-разъем и использовать внешний многооборотный потенциометр с сопротивлением 1 кОм.

Микросхему DD3 необходимо снабдить небольшим радиатором для корпуса SO8 для облегчения рассеивания тепла. Модуль, собранный из исправных компонентов, не требует наладки, но стоит проверить управляющие напряжения CTRL, DIR, PWM в зависимости от положения потенциометра.

Простой регулятор мощности 3,5 кВт

Часто возникает необходимость регулировать мощность электрического тока. Например, что бы убавить напряжение электролампы и тем самым продлить ей срок службы или плавно менять частоту вращения электродвигателя, так же не лишним будет регулировка температуры жала паяльника и т.д. и т.п. Продолжать можно долго. Выход, конечно, есть, это может быть балластный резистор, ЛАТР, балластный конденсатор, но гораздо более эффективен, на мой взгляд, симисторный регулятор. В энергопотребителях не слишком критичных к форме питающего напряжения это наилучший выбор.

Сразу скажу, что я не большой специалист в данном вопросе, поэтому воспользовавшись интернетом, я был неприятно поражён сложными схемами управления симисторов. Предлагаемые схемы содержат слишком много деталей и, по-моему, устарели. Скажем, зачем городить схемы на транзисторах или микросхемах, когда существуют дешёвые и надёжные динисторы. Допустим симметричный (двунаправленный), динистор DB3 стоит в моём уральском городке всего три рубля. При сегодняшних ценах это даже смешно. А преимуществ, по сравнению с транзисторными схемами, где транзисторы работают в режиме обратимого пробоя (лавинообразно отпирающаяся транзисторная схема), много. Я уже не говорю о микросхемах. Для простого регулятора собирать подобные схемы невыгодно ни в плане экономии средств, ни в плане экономии времени, да и заморачиваться лишний раз не охота. Предлагаемая схема проста, надёжна и доступна для повторения. Собрать её сможет даже человек, не обладающий элементарными базовыми знаниями в электронике.

Современная элементная база позволяет собрать такую схему буквально из нескольких деталей (ушло несколько вечеров, причем львиную часть времени потратил на корпус и слесарку)! Привожу переднюю панель и фото самого регулятора. В продаже такой стоит более 100 баксов. А промышленный прибор легко переваливает за 400 баксов!

Он может пригодиться для регулировки освещения ламп накаливания, регулировки температуры ТЭНов, фенов, тепловых пушек, но не годится для работы на индуктивную ( трансформатор, асинхронный двигатель) или емкостную нагрузку. Симистор моментально выходит из строя.

На всякий случай поясню назначение деталей. Т1 – это симистор, в моём случае я использовал КУ 208, хотя возможно подключить и импортные симисторы (триаки) ВТА, ВТВ, ВТ. Элемент схемы Т – это и есть вышеупомянутый симметричный динистор (диак) импортного производства DB 3 (можно DB 4). По размеру он очень мал, что делает монтаж его очень удобным, я например, в некоторых случаях припаивал его непосредственно к управляющему выводу симистора. Выглядит он так:

Резистор 510.Оm – ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 mkF, то есть если движок переменного резистора поставить в положение 0.Оm, то сопротивление цепи всё равно будет 510.Оm

Справа на схеме резистор на 20 kOm и конденсатор 0.22mkF именуемая RC цепью. RC цепочка, это своеобразная защита симистора от выбросов напряжения при работе на индуктивную нагрузку. То есть если Ваша схема будет регулировать активную нагрузку (лампочка, паяльник, ТЭН и т.д.), то R3 и C можно исключить из схемы, а это делает схему до смешного простой.

Итак, конденсатор 0,1mkF заряжается через резисторы 510.Om и переменный резистор 420kOm, после того, как напряжение на конденсаторе достигнет напряжения открывания динистора DB 3, динистор формирует импульс, открывающий симистор, после чего, при проходе синусоиды, симистор закрывается. Частота открывания-закрывания симистора зависит от напряжения на конденсаторе 0.1 mkF, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления переменного резистора. Таким образом, прерывая ток (с большой частотой) схема регулирует мощность в нагрузке. Допустим, если подключить электролампу через диод, мы заставим работать её «в полнакала» и продлим её жизнь, однако не получиться регулировать яркость, да и неприятного мерцания не избежать. Этого недостатка нет в симисторных схемах, так как частота переключения сисмистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать своеобразное «пение», это частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.

Скажу для тех, кто не знает: электродрели прочий электроинструмент с регулировкой вращения так же использует симисторные схемы. Правда, двигатели в вышеперечисленном коллекторные. Но данная схема была испытана и с асинхронным двигателем 220 V(вытяжка в мастерской) и результат был отличный.

Электрическая схема для регулировки двигателя

Какие двигатели используют в стиральных машинах

В большинстве стиральных машин используются коллекторные электродвигатели. Они удобны тем, что не требуют пусковых и рабочих конденсаторов, могут напрямую подключаться к сети. К тому же простейший регулятор оборотов для них можно купить в любом магазине электротоваров.

Коллекторный двигатель от стиральной машины состоит из:

2. Ротора с коллектором;

3. Щеточного узла;

4. Тахогенератора или датчика холла.

Для измерения оборотов двигателя и их регулирования используются как раз-таки тахогенераторы или датчики холла. Они для обычного пуска от двигателя от сети 220В не используют, но нужны для работы со сложными регуляторами оборотов, которые поддерживают мощность на валу независимо от его нагрузки (в пределах номинальной, естественно).

Схема подключения

Изначально двигатели от стиральной машины подключаются к сети с помощью клеммной колодки. Если её не сняли до вас — при осмотре двигателя вы увидите подобную картинку:

Порядок расположение проводов может отличаться, но в основном их назначение такое:

1. 2 провода от щеток;

2. 2 или 3 провода от обмотки статора.

3. 2 провода от датчика оборотов.

Если у вас три провода от статора, то один из них — это средний вывод, используется для повышения оборотов в режиме отжима. Тогда если вы прозванивая обмотку нашли обнаружили что одна пара проводов даёт сопротивлении выше чем другая пара, то подключившись к концам с большим сопротивлением обороты будут меньше, но крутящий момент выше. А если выберет выводы с меньшим сопротивлением, то наоборот – обороты выше, а момент ниже.

В зависимости от конкретной модели на колодке могут быть выведены контакты какой-нибудь защиты, например, тепловой и прочее. В итоге для просто подключения к сети нам потребуется четыре провода, например, такие:

Напомним, что надбавляющие большинство двигателей стиральных машин — это коллекторные двигатели с последовательным возбуждением. Что это значит? Нужно подключать обмотку статора последовательно с обмоткой возбуждения, то есть с обмоткой якоря.

Чтобы это сделать нужно один конец обмотки статора подключить к сетевому проводу, второй конец обмотки статора соединяем с проводом одной из щеток, а вторую щетку подключаем ко второму сетевому проводу, такая схема подключения изображена на рисунке ниже.

Реверс

На практике случается так, что для применения в стенке из-за невозможно си закрепить двигатель в другой плоскости вам может не подойти его направление вращения. Отчаиваться не нужно. Чтобы изменить направление вращения двигателя от стиральной машины нужно всего лишь переключить местами концы обмотки статора и обмотки возбуждения.

Чтобы в процессе работы была возможность переключения направления вращения двигателя нужно использовать тумблер типа DPDT. Это шести контактные тумблеры, в которых есть две независимых контактных группы (два полюса) и два положения, в которых средний контакт соединяется либо с одним, либо с другим крайним контактом. Его внутренняя схема изображена выше.

Схема подключения двигателя от стиральной машины с возможностью переключения направления вращения и изображена ниже.

Вам нужно припаять провода от щеток к крайним контактам тумблера, а к одному из средних контактов провод от обмотки статора, ко второму — сетевой провод. Второй конец обмотки статора всё также соединяется с сетью. После этого нужно припаять перемычки к свободным двум контактам «крест—накрест».

Регулировка оборотов

Обороты всех коллекторных двигателей легко регулируются. Для этого изменяют ток через их обмотки. Сделать это можно изменив напряжение питания, например, срезав часть фазы, снизив действующее значение напряжения. Такой способ регулировки называется Система Импульсно-Фазового Управления (СИФУ).

На практике для регулировки двигателя от стиралки можно использовать любой бытовой диммер мощностью 2.5—3 кВт. Можно использовать диммер для осветительных ламп, но в таком случае замените симистор на BT138X-600 или BTA20-600BW, например, или любой другой с 10 кратным запасом по току относительно потребления двигателя, если конечно изначальных характеристик не окажется достаточно. Схему подключения вы видите ниже.

Но за простоту решения приходится платить. Так как мы уменьшаем напряжение питания мы ограничиваем и ток. Соответственно уменьшается и мощность. Однако при нагрузке двигатель, чтобы поддерживать заданные обороты, начинает потреблять больший ток. В результате из-за пониженного напряжения он двигатель не сможет развить максимальную мощность, и его обороты под нагрузкой упадут.

Чтобы этого избежать есть специальные платы, которые поддерживают заданные обороты получая обратную связь от датчика оборотов. Именно тех проводов, которые мы не задействовали в рассмотренных схемах. Работает это по алгоритму подобного такому:

1. Проверка заданного числа оборотов.

2. Считывание значений датчика и сохранение их в регистр.

3. Сравнение показаний датчика, реальных оборотов с заданными.

4. Если реальные обороты соответствуют заданным — ничего не делать. Если обороты не соответствуют тогда:

— Если обороты повышены — увеличиваем угол среза фазы СИФУ на определенное значение (понижаем напряжение, ток и мощность);

— Если обороты понижены — уменьшаем угол среза фазы СИФУ (повышаем напряжение, ток и мощность).

И так повторяется по кругу. Таким образом когда вы нагружаете вал двигателя — система сама принимает решение увеличить напряжение подаваемого на двигатель или уменьшить его — когда нагрузка увеличивается.

Необязательно бросаться за разработку такого устройства на микроконтроллерах, есть недорогие готовые решения. Примером такого устройства, построенные на интегральной микросхеме TDA1085. Пример схемы подключения вы видите ниже.

Здесь подписи обозначают:

М – выход на двигатель.

AC – подключение к сети.

T – подключение к таходатчику.

R0 – регулятор текущих оборотов.

R1 – минимальные обороты.

R2 – максимальные обороты

R3 – для подстройки схемы, если двигатель работает неравномерно.

Схема приведенной платы (для увеличения нажмите на рисунок):

Заключение

Учтите, что коллекторный, или как его еще называют в народе, щеточный двигатель от стиральных машин довольно высокооборотист, в районе 10000-15000 об/мин. Это связано с его конструкцией. Если вам нужно достичь малых оборотов, например, 600 об/мин – используйте ременную или зубчатую передачу. В противном случае, даже с применением специального регулятора – вам не получится добиться нормальной работы.

Ранее ЭлектроВести писали как правильно заземлить стиральную машину своими руками.