Регулятор оборотов коллекторного двигателя своими руками

Регулятор оборотов коллекторного двигателя своими руками

В настоящее время коллекторные двигатели получили широкое применение в быту и на производстве. Такие электромеханические устройства могут быть как постоянного, так и переменного тока. В зависимости от их предназначения возникает необходимость в изменении скорости вращения оборотов электродвигателя. С такой задачей может справиться тиристорный регулятор напряжения или симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Коллекторные электродвигатели

Коллекторный двигатель (КД) представляет собой электрическую машину, которая преобразовывает электрическую энергию в механическую и обратно. Классифицируются КД по роду питающего тока, их разделяют на следующие группы:

• Питание постоянным током. Имеют простую конструкцию, высокий пусковой момент и управляются плавной регулировкой частоты вращения.
• Универсальные КД можно питать от постоянного и переменного напряжения. Основные достоинства: простота управления, недорогая стоимость и компактность.

КД постоянного тока в зависимости от типа индуктора могут быть на постоянных магнитах или дополнительных катушках возбуждения. Постоянные магниты создают необходимый магнитный поток, способствующий образованию вращающего момента. Двигатели, где применяются катушки возбуждения, различаются по типу обмоток.

Двигатели универсальные состоят из следующих элементов:

1. Коллектора.
2. Щеткодержателей для фиксации щёток.
3. Щёток (графитовых или медно-графитовых), служащих для электрического контакта между статорными обмотками и обмотками якоря.
4. Статорного сердечника, как правило, состоящего из электротехнической стали.
5. Обмотки статора.
6. Вала якоря.

Такого типа КД могут быть с параллельным и последовательным возбуждением.

Универсальные двигатели могут работать также и от переменного напряжения, когда при смене полярности в обмотках возбуждения возникает наводящий ток необходимого направления для реверсирования вращения якоря (аверс/реверс). Для регулировки скорости вращения вала электродвигателя, используются различные электрические схемы регуляторов оборотов коллекторных двигателей.

Регуляторы оборотов для КД

Существует несколько типов управляющих схем для регулировки оборотов коллекторных двигателей. Для маломощных устройств с напряжением питания 12 В (вольт) можно использовать реостат или простейшую схему, собранную на транзисторе, за основу которой можно взять любой компенсационный стабилизатор постоянного тока с регулировкой напряжения.

Для плавной регулировки оборотов якоря более мощного КД необходим тиристорный регулятор напряжения постоянного тока. Для протекания тока через тиристор необходимо на его управляющий электрод подать кратковременный импульс. В зависимости от частоты поданных импульсов создаётся порог открывания тиристора, что изменяет величину напряжения на выходе регулятора оборотов. Частоту импульсов можно изменять, включив в схему регулятора генераторный транзистор, например, КТ117, или собрать схему управления на таймере 555 (КР1006ВИ1 отечественного производства).

Такой регулятор постоянного тока можно использовать только с КД постоянного напряжения. Используя тиристоры в высокоиндуктивной нагрузке, так как они могут не до конца закрыться, чревато для выхода из строя регулятора.

Регулировку рекомендуется производить с помощью регулятора оборотов коллекторного двигателя с обратной связью, который задаёт скорость вращения с помощью формирователя опорного напряжения в схеме. В момент нагрузки скорость вращения снижается, а вместе с ней вращающий момент.

За счёт уменьшения противо-ЭДС между управляющим электродом и катодом тиристора возникшей в двигателе пропорционально увеличится напряжение управления на тиристоре. Увеличение величины напряжения, с малым фазовым углом, открывается тиристор и подаёт на двигатель максимальный ток.

Тиристор подбирается таким образом, чтобы пусковой ток КД не превышал его максимально допустимые параметры. Регулировку можно производить только на КД состоящих из щёточного узла.

Тиристорный регулятор по схематическим соображениям не может регулировать обороты асинхронных электродвигателей.

Особенности бесколлекторного двигателя

С виду бесколлекторный двигатель схож с КД, но по конструктивным особенностям имеется различие из-за отсутствия коллектора и щёток. В бесколлекторном двигателе постоянные магниты расположены вокруг вала, так называемого ротора, а обмотки находятся непосредственно на статоре вокруг ротора и имеют определённое количество пар полюсов, от которых зависит скорость мотора. Некоторые бесколлекторные моторы оснащаются сенсорными датчиками, предназначенными для слежения за положением ротора, и управляются электронными регуляторами скорости, собранными на контроллере.

Основными достоинствами бесколлекторных моторов являются отсутствие искрения щёток, создающих помехи, и отсутствие постоянного трения, повышающего температуру внутри двигателя. Отсутствие изнашивающихся частей — коллектора и щёток — увеличивает срок эксплуатации таких моторов, не считая замены подшипников. К недостаткам можно отнести лишь высокую стоимость изделия.

Особой популярностью пользуются однофазные асинхронные двигатели переменного тока, которые используют в различных станках на производстве, а также в бытовых электроприборах, где необходимо использовать разные скорости вращения. Для этих целей используется симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Регулятор оборотов асинхронного двигателя своими руками можно сделать на ШИМ-контроллере tda1085, который управляет симистором. Контроллер можно использовать для управления стиральной машиной совместно с таходатчиком, который считывает импульсы от тахогенератора. Регулирование оборотов осуществляется без потери мощности и независимо от нагрузки.

РЕГУЛЯТОР ОБОРОТОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Попросил меня как-то знакомый посмотреть-отремонтировать самодельный регулятор оборотов электродвигателя печки с его «копейки». Регулятор он хвалил так как можно было плавно изменять обороты двигателя, но чего-то в нем сломалось.

Габариты корпуса регулятора меня сразу насторожили, уж больно он был громоздкий, когда я его разобрал то увидел внутри массивный радиатор с парочкой транзистор КТ819, еще в металлическом корпусе, и какую-то схемку собранную пайкой ножка к ножке от которой отходили провода на переменный резистор и на силовые транзисторы. Силовые транзисторы оказались пробитыми. Так как двигатель потреблял не малый ток то силовые транзисторы, особенно на малых оборотах, довольно сильно грелись. Посчитав такую схему регулировки устаревшей я решил собрать ШИМ (широтно-импульсная модуляция) регулятор с мощным полевым транзистором в качестве ключевого элемента. В качестве же собственно ШИМ модулятора решено было применить хорошо известный 555 таймер. Казалось бы, что можно сделать на микросхеме, которая разработана более 30 лет назад. Тем не менее, диапазон применений таймера 555 (наш аналог КР1006ВИ1) практически безграничен. Использование основных режимов работы и их модифицированных вариантов позволяет применять таймер во множестве разнообразных схем и устройств. Известно, что на микросхемах семейства 555 и 556 можно собрать следующие основные функциональные устройства:

• — генератор моностабильный (одновибратор);
• — генератор — мультивибратор;
• — генератор временной задержки;
• — широтно-импульсный модулятор;
• — детектор импульсов;
• — делитель частоты.

Схема регулятора оборотов электродвигателя получилась простой, с минимумом внешней обвязки:

Печатную плату на регулятор оборотов электродвигателя не травил, просто прорезал резаком контактные участки для таймера:

Запаял таймер и собрал обвеску. В качестве ключевого элемента применен мощный полевой n-канальный транзистор с изолированным затвором, так называемый Power MOSFET IRF540.

Закрепил его на небольшой радиатор — размеры выбираем исходя из рабочего тока электродвигателя. Если он небольшой, то охлаждение транзистору может вообще не понадобиться.

Защитный диод разместил возле двигателя. Собранное устройство разместил в старом корпусе, так как для него в машине уже было крепление. В будущем в этом же корпусе можно будет разместить еще какое нибудь необходимое в автомобиле устройство. Вот такой вот получился «тюнинг». С вами был – Самоделкин.

Электронный регулятор оборотов двигателя GAC ESD5111

Электронный регулятор скорости ESD5111 используется в дизель-генераторных установках на основе двигателей Cummins, с поддержкой встроенного привода управления скоростью. Конструкция электронного регулятора построена по схеме замкнутого контура автоматического регулирования, которая обеспечивает точное и быстрое реагирование на мгновенное изменение нагрузки при регулировке скорости вращения двигателя, при подключении привода внешнего управления подачи топлива (EFC — External Fuel Control) и магнитного датчика скорости. Дизайн регулятора обеспечивает простое подключение и пусконаладку, в том числе регулировку скорости на холостом ходу. Регулятор имеет защиту от переполюсовки напряжения аккумулятора, переходных напряжений, импульсных помех, короткого замыкания привода, потери сигналов с электромагнитного датчика скорости и потери напряжения питания. Существует возможность точной регулировки скорости в пределах ±100 об/мин, при подключении внешнего потенциометра сопротивлением 1 КОм

ДОСТАВКА:

1. Самовывоз со склада по предварительной договоренности с менеджером.
Если на складе в вашем городе нет нужного товара, то мы доставим его на терминал транспортной компании в вашем городе.

2. Транспортные компании:
«Деловые линии», «ПЭК», «GTD», «СДЭК», «Экспресс-Авто», «Jet Logistic», «Энергия», «Байкал сервис»

ОПЛАТА:

1. Наличными или картой в офисе
2. Онлайн на сайте
3. Покупка в кредит или лизинг
4. Оплата безналичным расчетом

Мы работаем с физическими и юридическими лицами
Консультацию по оплате и доставке вы можете получить у наших менеджеров по телефону или электронной почте.

Все наши товары имеют гарантийное и сервисное обслуживание, разрешающие сертификаты на использование.

К гарантийному обслуживанию относится бесплатное устранение недостатков товара, возникших по причине производителя, с условием соблюдения всех правил эксплуатации, хранения и транспортировки.

Сроки действия гарантийного обслуживания указываются индивидуально, в зависимости от выбранного товара и производителя.

Начало срока гарантии начинается с момента получения товара покупателе (при условии отсутствия уточнений по договору). Если информация о дне покупки отсутствует, то гарантия начинается с даты изготовления.

Все обязательства по обслуживанию и устранению неисправностей выполняют сервисные центры производителей.

Телефон тендерного отдела: +7 (351) 200-93-16, доб. 115

+7 (800) 200-66-15 Бесплатный звонок по России

Электронная почта для заявок: [email protected]

Режим работы будни: 9:00 — 18:00 (+2 МСК)

Менеджер по эл. торгам: Бычкова Татьяна Николаевна

Компания «ДЕЛЬТА-ИНЖИНИРИНГ» активно участвует в проводимых государственных, муниципальных и коммерческих тендерах (аукционах, конкурсах, запросах предложений, запросах ценовых котировок) поставки товаров и оборудования по всей территории РФ.

Наши специалисты полностью берут на себя подбор оборудования необходимого по государственным и коммерческим закупкам товаров и оборудования, работающим по 44-ФЗ или 223-ФЗ:

• Расчет спецификации, согласно, техническому заданию Заказчика.
• Подготовка необходимой документации, согласно, условиям тендера/аукциона/конкурса, включая расчеты аналогов.
• Непосредственное участие в электронных торгах на электронных торговых площадках.
• Оформление отгрузочной документации по заявленным Заказчиком условиям и срокам поставки.

Схема регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока – для новичков в радиоделе

Традиционная схема стабилизатора частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока в переносных кассетных магнитофонах, реализованная на двух транзисторах или на транзисторной микросборке и одном транзисторе, применяется нашей промышленностью уже более 15 лет в неизменном виде Современные радиоэлементы позволяют построить более простые в схемотехническом отношении стабилизаторы частоты вращения, но обладающие более совершенными характеристиками

Рис 331 Схема стабилизатора

В предлагаемом варианте стабилизатора использовано всего шесть радиоэлементов (не считая электродвигателя), но удалось добиться более высокой стабильности работы при изменении температуры окружающей среды и напряжения источника питания Диапазон питающих напряжений для данной схемы составляет 6..20 В При необходимости сместить диапазон регулирования скорости в область малых оборотов вала электродвигателя следует изменить полярность включения стабилитрона или заменить его другим, с меньшим напряжением стабилизации

Величина сопротивления резистора R3 зависит от сопротивления цепи якоря (Rя) применяемого двигателя н примерно равна 1,5 Rя Вместо микросхемы К140УД6 проверялась работа К140УД7 Транзистор КТ815А можно заменить транзисторами КТ815 и КТ817 с любым буквенным индексом Подстроечный резистор R1 типа CП5-2

П ЛЕОНЕНКО, г Кемерово, Радио

Как и в предыдущей главе, начнём рассказ с рассмотрения работы схемы

У коллекторных двигателей постоянного тока скорость вращения вала определяется, как правило, напряжением на двигателе Напряжение на двигателе и потребляемый им ток определят некоторое эквивалентное сопротивление, которое будет отличаться от измеренного омметром сопротивления обмотки двигателя Если у вас есть конкретный моторчик, для которого вы намерены создать схему стабилизации, то можно провести измерения и определиться с параметрами моделирования Если нет, то можно выбрать их «наугад», а позже привести к конкретному виду

С распределения напряжений в схеме и начнём

Обозначение резисторов на схеме ниже я не сохранил Двигатель заменил резистором R2 И, поскольку программа позволяет добавить много измерительных приборов, в количестве вольтметров я себя не ограничивал

Рис 332 Распределение напряжений в схеме

Рабочее напряжение стабилитрона КС133А – это 33В Если напряжение на двигателе стало больше, возрастает ток через стабилитрон, увеличивается падение напряжения на резисторе R2 При этом напряжение на выходе операционного усилителя уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы транзистора VT1 и уменьшению напряжения на эмиттере транзистора, а, следовательно, на двигателе При уменьшении напряжения процессы проходят в обратном направлении Изменяя напряжение питания, можно получить следующие результаты:

Рис 333 Напряжения на двигателе при разных напряжениях питания

Напряжение на двигателе, измеряемое вольтметром Pr1 изменяется незначительно при существенном изменении напряжения питания

Эквивалентное сопротивление двигателя (ток через моторчик) будет зависеть от нагрузки на валу двигателя Ток будет возрастать с возрастанием нагрузки Возрастающий ток увеличит падение напряжения на резисторе R1 Что увеличит падение напряжения на резисторе R4 и приведёт к увеличению напряжения на выходе операционного усилителя, то есть, к увеличению напряжения на двигателе А это, в свою очередь, должно увеличить скорость вращения вала, замедлившегося от увеличения нагрузки на валу Увеличение нагрузки на валу я буду моделировать уменьшением сопротивления R2 с 30 до 20 Ом

Рис 334 Изменение напряжения на двигателе при изменении нагрузки

Резисторы R1 и R2 мы можем рассматривать как резисторы отрицательной обратной связи, а резисторы R5 и R4 как резисторы положительной обратной связи Отрицательная обратная связь должна следить за напряжением на двигателе при изменении питающего напряжения, а положительная менять напряжение на двигателе при изменении нагрузки на валу

Разобрав на модели работу схемы, постараемся реализовать подобную или похожую схему на микроконтроллере Вновь скажу, что менять операционный усилитель на микроконтроллер, я особенного смысла не вижу Но считаю, что полезно это выполнить хотя бы за компьютером

Итак Микроконтроллер устройство в своей основе цифровое Поэтому можно использовать такой принцип регулировки напряжения на двигателе:

Как и в других случаях с переменным напряжением, напряжение на двигателе будет действующим В данном случае средним за период колебаний

Уменьшая длительность импульса с высоким уровнем напряжения, увеличив при этом длительность импульса с низким уровнем напряжения, мы получим уменьшение среднего напряжения И наоборот

Такой принцип регулирования напряжения на двигателе наилучшим образом подходит для цифрового устройства

Конечно, как и в случае аналогового управления, схема пополнится управляющим транзистором

Рис 335 Принцип регулировки напряжения на коллекторном двигателе

Воспроизвести такое напряжение с помощью программы не составляет труда Мы собирали такую программу для генератора прямоугольных импульсов Ту часть аналоговой схемы, которая следит за напряжением питания, можно пока оставить без внимания: микроконтроллер лучше питать стабилизированным напряжением

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012