Направи си сам тиристорен регулатор за колекторен двигател. Самостоятелно производство на регулатора на скоростта на двигателя

По някакъв начин един приятел ме помоли да потърся и ремонтирам домашен регулатор на скоростта за електрическия мотор на печката от неговата „стотинка“. Той похвали регулатора, тъй като е възможно плавно да се променят оборотите на двигателя, но нещо се счупи в него.

Размерите на корпуса на регулатора веднага ме предупредиха, беше болезнено обемист, когато го разглобих, видях вътре масивен радиатор с няколко транзистора KT819, все още в метална кутия, и някаква верига, сглобена чрез запояване крак в крак от които проводниците отиваха към променлив резистор и към мощни транзистори. Силовите транзистори бяха счупени. Тъй като двигателят не консумираше малък ток, силовите транзистори, особено при ниски обороти, доста се нагряваха. Като се има предвид, че такава схема за настройка е остаряла, реших да сглобя регулатор на PWM (импулсна модулация) с мощен транзистор с полеви ефекти като ключов елемент. Като действителен PWM модулатор беше решено да се използва добре познатият таймер 555. Изглежда какво може да се направи на микросхема, разработена преди повече от 30 години. Въпреки това обхватът на приложения на таймера 555 (нашият аналог KR1006VI1) е практически неограничен. Използването на основните режими на работа и техните модифицирани версии позволява таймерът да се използва в различни устройства. Известно е, че следните основни функционални устройства могат да бъдат сглобени на микросхеми от семействата 555 и 556:

• - моностабилен генератор (единичен вибратор);
• - генератор - мултивибратор;
• - генератор на времезакъснение;
• - широчинно-импулсен модулатор;
• - импулсен детектор;
• - честотен делител.

Веригата на регулатора на скоростта на двигателя се оказа проста, с минимум външни тръби:

Не отрових печатната платка за регулатора на скоростта на електродвигателя, просто изрязах контактните зони за таймера с нож:

Запоих таймера и сглобих бодикита.Като ключов елемент се използва мощен n-канален полеви транзистор с изолиран гейт, така нареченият Power MOSFET IRF540.

Фиксирах го на малък радиатор - избираме размерите въз основа на работния ток на електродвигателя. Ако е малък, тогава транзисторът може изобщо да не се нуждае от охлаждане.

Висококачествен и надежден регулатор на скоростта на въртене за монофазни колекторни двигатели може да бъде изработен на общи части само за 1 вечер. Тази схема има вграден модул за откриване на претоварване, осигурява плавен старт на управлявания двигател и стабилизатор на скоростта на двигателя. Такова устройство работи с напрежение от 220 и 110 волта.

Технически параметри на регулатора

• захранващо напрежение: 230 волта AC
• контролен диапазон: 5…99%
• напрежение на натоварване: 230 V / 12 A (2,5 kW с радиатор)
• максимална мощност без радиатор 300 W
• нисък шум
• стабилизиране на скоростта
• плавен старт
• размери на дъската: 50×60 мм

електрическа схема

Веригата на модула на системата за управление се основава на генератор на импулси PWM и триак за управление на двигателя - класическа схема за такива устройства. Елементите D1 и R1 гарантират, че захранващото напрежение е ограничено до стойността на микросхемата на генератора, която е безопасна за захранване. Кондензаторът C1 е отговорен за филтрирането на захранващото напрежение. Елементите R3, R5 и P1 са делител на напрежението с възможност за неговото регулиране, който се използва за настройка на количеството мощност, подадена към товара. Благодарение на използването на резистор R2, който е директно включен във входната верига към фазата m/s, вътрешните тела се синхронизират с триак VT139.

Следващата фигура показва разположението на елементите на печатната платка. По време на монтажа и пускането в експлоатация трябва да се обърне внимание на осигуряването на безопасни условия на работа - регулаторът се захранва от мрежа 220V и неговите елементи са директно свързани към фазата.

Увеличаване на мощността на регулатора

В тестовия случай е използван триак BT138/800 с максимален ток 12 A, което позволява да се контролира натоварване над 2 kW. Ако е необходимо да се контролират още по-високи токове на натоварване, препоръчваме тиристорът да се монтира извън таблото на голям радиатор. Трябва също да помните за правилен избор FUSE предпазител в зависимост от товара.

В допълнение към управлението на скоростта на електродвигателите, можете да използвате веригата за регулиране на яркостта на лампите без никакви промени.

Регулаторната верига, с помощта на която се променя скоростта на двигателя или вентилатора, е проектирана да работи от мрежа с променлив ток за напрежение 220 волта.

Двигателят, заедно със силовия тиристор VS2, е свързан към диагонала на диодния мост VD3, а другият се захранва с променливотоково напрежение от 220 волта. В допълнение, този тиристор управлява с достатъчно широки импулси, поради което прекъсванията на късо съединение, с които работят всички колекторни двигатели, не влияят на стабилната работа на веригата.

Транзисторът VT1, свързан според веригата на генератора на импулси, управлява първия тиристор. Веднага щом напрежението в кондензатора стане достатъчно за отваряне на първия транзистор, положителен импулс ще бъде изпратен към управляващия изход на тиристора. Тиристорът ще се отвори и сега на втория тиристор ще се появи дълъг управляващ импулс. И вече от него напрежението, което всъщност влияе на скоростта, се подава към двигателя.

Скоростта на въртене на електродвигателя се регулира от променливото съпротивление R1. Тъй като към веригата на втория тиристор е свързан индуктивен товар, е възможно спонтанно отваряне на тиристора дори при липса на управляващ сигнал. Следователно, за да се блокира това, във веригата е включен диод VD2, който е свързан паралелно с намотката на двигателя L1.

Когато настройвате веригата на регулатора на скоростта на двигателя, препоръчително е да използвате, който може да измерва скоростта на електрическия мотор или конвенционален стрелков волтметър за променлив ток, който е свързан паралелно на двигателя.

Чрез избиране на съпротивлението R3 диапазонът на напрежението се задава от 90 до 220 волта. Ако двигателят не работи правилно при минимални обороти, тогава е необходимо да се намали стойността на резистора R2.

Тази схема е много подходяща за регулиране на скоростта на вентилатора в зависимост от температурата.

Използва се като чувствителен елемент. В резултат на нагряването му съпротивлението му намалява и следователно на изхода на операционния усилвател, напротив, напрежението се увеличава и контролира скоростта на вентилатора през полевия транзистор.

Променливо съпротивление P1 - можете да зададете най-ниската скорост на вентилатора при най-ниската температура, а променливо съпротивление P2 регулира най-високата скорост при максимална температура.

При нормални условия задаваме минималната скорост на двигателя с резистора P1. След това сензорът се нагрява и се задава необходимата скорост на вентилатора със съпротивление P2.

Веригата контролира скоростта на вентилатора въз основа на показанията на температурата, използвайки конвенционален NTC.

Схемата е толкова проста, че в нея има само три радиокомпонента: регулируем регулатор на напрежението LM317Tи два резистора, образуващи делител на напрежение. Едно от съпротивленията е NTC термистор, а другото е конвенционален резистор. За улеснение на монтажния чертеж печатна електронна платкаНося по-долу.

За да спестите пари, можете да оборудвате типичен ъглошлайф с регулатор на скоростта. Такъв регулатор за смилане на корпуси на различно електронно оборудване е незаменим инструмент в арсенала на радиолюбител

Чипът U2008B е PWM контролер на скоростта за AC колекторни двигатели. Произведено от TELEFUNKEN, най-често може да се види в схемата за управление на електрическа бормашина, стъпков трион, електрически прободен трион и др., а също така работи с двигатели от прахосмукачки, което ви позволява да регулирате тягата. Вградената схема за плавен старт значително удължава живота на двигателите. Контролните вериги, базирани на този чип, могат също да се използват за управление на мощността, като нагреватели.

Всички съвременни бормашини се произвеждат с вградени регулатори на скоростта на двигателя, но със сигурност в арсенала на всеки радиолюбител има стара съветска бормашина, в която промяната на скоростта не е замислена, което драстично намалява производителността.

Можете да контролирате скоростта на въртене на асинхронен безчетков двигател, като зададете честотата на променливотоковото захранващо напрежение. Тази схема ви позволява да регулирате скоростта на въртене в доста широк диапазон - от 1000 до 4000 об / мин.

Колекторните двигатели често могат да бъдат намерени в домакински електрически уреди и електрически инструменти: пералня, мелница, бормашина, прахосмукачка и др. Което изобщо не е изненадващо, тъй като колекторните двигатели ви позволяват да получавате както високи скорости, така и висок въртящ момент (включително висок начален въртящ момент ) - което е необходимо за повечето електрически инструменти.

В същото време колекторните двигатели могат да се захранват както от постоянен ток (по-специално ректифициран ток), така и от променлив ток от битова мрежа. За контролиране на скоростта на въртене на ротора на колекторния двигател се използват регулатори на скоростта и те ще бъдат разгледани в тази статия.

Първо, нека си припомним устройството и принципа на работа на колекторния двигател. Колекторният двигател задължително включва следните части: ротор, статор и превключващ блок четка-колектор. Когато се подаде захранване към статора и ротора, те магнитни полетазапочнат да взаимодействат, в резултат на това роторът започва да се върти.

Захранването на ротора се осъществява чрез графитни четки, плътно закрепени към колектора (към колекторните ламели). За да промените посоката на въртене на ротора, е необходимо да промените фазирането на напрежението на статора или на ротора.

Намотките на ротора и статора могат да се захранват от различни източници или могат да бъдат свързани паралелно или последователно една с друга. Ето как се различават колекторните двигатели с паралелно и последователно възбуждане. Това са колекторни двигатели с последователно възбуждане, които могат да бъдат намерени в повечето домакински електрически уреди, тъй като такова включване позволява да се получи устойчив на претоварване двигател.

Говорейки за регулатори на скоростта, първо ще се съсредоточим върху най-простата тиристорна (триак) верига (виж по-долу). Това решение се използва в прахосмукачки, перални машини, мелници и показва висока надеждност при работа в AC вериги (особено от домакинска мрежа).

Тази схема работи доста непретенциозно: във всеки период на мрежовото напрежение се зарежда през резистор до отключващото напрежение на динистора, свързан към управляващия електрод на главния ключ (триак), след което се отваря и предава ток към товара (към колекторния двигател).

Чрез регулиране на времето за зареждане на кондензатора във веригата за управление на отварянето на триака се регулира средната мощност, подадена към двигателя, и скоростта се регулира съответно. Това е най-простият регулатор без текуща обратна връзка.

Схемата на триак е подобна на обичайната, в нея няма обратна връзка. За да се появи текущата обратна връзка, например, за да се поддържа приемлива мощност и да се предотвратят претоварвания, е необходима допълнителна електроника. Но ако разгледаме опции от прости и непретенциозни вериги, тогава веригата на триак е последвана от верига на реостат.

Реостатната верига ви позволява ефективно да контролирате скоростта, но води до разсейване на голямо количество топлина. Изисква радиатор и ефективно разсейване на топлината, а това е загуба на енергия и ниска ефективност в крайна сметка.

По-ефективни схеми на контролери на специални схеми за управление на тиристор или поне на интегриран таймер. Превключването на товара (колекторен двигател) на променлив ток се осъществява от мощен транзистор (или тиристор), който се отваря и затваря един или повече пъти по време на всеки период на мрежовата синусоида. Това регулира средната мощност, подавана към двигателя.

Контролната верига се захранва от 12 волта постоянен ток от собствен източник или от 220 волтова мрежа чрез демпферна верига. Такива схеми са подходящи за управление на мощни двигатели.

Принципът на регулиране с микросхеми при постоянен ток е разбира се. Един транзистор, например, се отваря на строго определена честота от няколко килохерца, но продължителността на отвореното състояние може да се регулира. И така, чрез завъртане на копчето на променливия резистор се задава скоростта на въртене на ротора на колекторния двигател. Този метод е полезен за поддържане на ниски скорости на колекторния двигател под товар.

По-добрият контрол е именно DC регулирането. Когато PWM работи на честота от около 15 kHz, чрез регулиране на ширината на импулса, напрежението се контролира при приблизително същия ток. Да речем, чрез регулиране на постоянното напрежение в диапазона от 10 до 30 волта, те получават различни обороти при ток от около 80 ампера, постигайки необходимата средна мощност.

Ако искате да направите прост регулатор за колекторен двигател със собствените си ръце без специални искания за обратна връзка, тогава можете да изберете тиристорна верига. Всичко, от което се нуждаете, е поялник, кондензатор, динистор, тиристор, двойка резистори и проводници.

Ако имате нужда от по-добър регулатор с възможност за поддържане на стабилна скорост при динамично натоварване, разгледайте по-отблизо регулаторите на микросхемите с обратна връзка, които могат да обработват сигнала от тахогенератора (сензор за скорост) на колекторния двигател, както е изпълнено, например в перални машини.

Андрей Повни

Въз основа на мощния триак BT138-600 можете да сглобите верига за контрол на скоростта на променлив ток. Тази схема е предназначена за управление на скоростта на въртене на електродвигателите на пробивни машини, вентилатори, прахосмукачки, ъглошлайфи и др. Скоростта на двигателя може да се регулира чрез промяна на съпротивлението на потенциометъра P1. Параметър P1 определя фазата на задействащия импулс, който отваря триака. Веригата изпълнява и стабилизираща функция, която поддържа скоростта на двигателя дори когато е силно натоварен.

Например, когато двигателят на пробивна машина се забави поради повишено съпротивление на метала, ЕМП на двигателя също намалява. Това води до увеличаване на напрежението в R2-P1 и C3, което кара триака да се отваря по-дълго и скоростта съответно се увеличава.

Регулатор за DC мотор

Най-простият и популярен метод за регулиране на скоростта на въртене на DC двигател се основава на използването на модулация на ширината на импулса ( ШИМ или ШИМ ). В този случай захранващото напрежение се прилага към двигателя под формата на импулси. Скоростта на повторение на импулса остава постоянна, а продължителността им може да се променя - така се променя скоростта (мощността).

За да генерирате PWM сигнал, можете да вземете схема, базирана на чипа NE555. Повечето проста схемаРегулаторът на скоростта на DC мотор е показан на фигурата:

Тук VT1 е n-тип полеви транзистор, способен да издържи максималния ток на двигателя при дадено напрежение и натоварване на вала. VCC1 е 5 до 16V, VCC2 е по-голямо или равно на VCC1. Честотата на PWM сигнала може да се изчисли по формулата:

F = 1,44/(R1*C1), [Hz]

Където R1 е в омове, C1 е във фаради.

С оценките, посочени в диаграмата по-горе, честотата на PWM сигнала ще бъде равна на:

F = 1,44/(50000*0,0000001) = 290 Hz.

Струва си да се отбележи, че дори съвременните устройства, включително контрол с висока мощност, се основават точно на такива схеми. Естествено, използвайки по-мощни елементи, които могат да издържат на високи токове.