Меню

Ограничитель тока коллекторного двигателя

Как сделать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220В своими руками: схемы

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя 220в бывает двух типов стандартная и модифицированная. Все зависит непосредственно от регулятора, который вы используете.

Зачем они нужны

Схема коллекторного двигателя и его устройство

Множество бытовых приборов и электроинструментов не обходятся без коллекторного электродвигателя. Такая популярность подобного электродвигателя обусловлена универсальностью.

Для коллекторного электродвигателя может использование питание от тока постоянного или переменного напряжения. Дополнительным преимуществом является эффективный пусковой момент. При этом работа от постоянного или переменного тока электродвигателя сопровождается высокой частотой оборотом, что подходит далеко не всем пользователям. Чтобы обеспечить более плавный пуск и иметь возможность настраивать частоту вращения, используется регулятор оборотов. Простой регулятор вполне можно изготовить своими руками.

Но прежде чем будет обсуждаться схема, сначала нужно разобраться в коллекторных двигателях.

Коллекторные электродвигатели

Конструкция любого коллекторного двигателя включает несколько основных элементов:

  • Коллектор,
  • Щетки,
  • Ротор,
  • Статор.

Работа стандартного коллекторного электродвигателя основана на следующих принципах.

  1. Осуществляется подача тока от источника напряжения 220в. Именно 220 Вольт является стандартным напряжением бытовой сети. Для большинства приборов с электромоторами более 220 Вольт не требуется. Причем подача тока идет на ротор и статор, которые соединяются один с другим.
  2. В результате подачи тока от источника 220в образуется поле магнитное.
  3. Под воздействием магнитного напряжения начинается вращение ротора.
  4. Щетки осуществляют передачу напряжения непосредственно на ротор устройства. Причем щетки обычно изготавливают на основе графита.
  5. Когда направление тока в роторе или статоре меняется, вал вращается в обратную сторону.

Кроме стандартных коллекторных электродвигателей, существуют другие агрегаты:

  • Электромотор последовательного возбуждения. Их устойчивость к перегрузкам более внушительная. Часто встречаются в бытовых электроприборах,
  • Устройства параллельного возбуждения. У них сопротивление не отличается большими показателями, количество витков существенно больше, чем у аналогов,
  • Однофазный электромотор. Его очень легко изготовить своими руками, мощность на приличном уровне, а вот коэффициент полезного действия оставляет желать лучшего.

Регуляторы оборотов

Теперь возвращаемся к теме регулятора оборотов. Все доступные сегодня схемы можно разделить на две большие категории:

  • Стандартная схема регулятора оборотов,
  • Модифицированные устройства контроля оборотов.

Разберемся в особенностях схем подробнее.

В конструкции регулятора применена интегральная схема

Стандартные схемы

Стандартная схема регулятора коллекторного электромотора имеет несколько особенностей:

  • Изготовить динистор не составит труда. Это важное преимущество устройства,
  • Регулятор отличается высокой степенью надежности, что положительно сказывается в течение его периода эксплуатации,
  • Позволяет комфортно для пользователя менять обороты двигателя,
  • Большинство моделей основаны на тиристорном регуляторе.

Если вас интересует принцип работы, то такая схема выглядит довольно просто.

  1. Заряд тока от источника 220 Вольт идет к конденсатору.
  2. Далее идет напряжение пробоя динистора через переменный резистор.
  3. После этого происходит непосредственно сам пробой.
  4. Симистор открывается. Этот элемент несет ответственность за нагрузку.
  5. Чем выше окажется напряжение, чем чаще будет происходить открытие симистора.
  6. За счет подобного принципа работы происходит регулировка оборотов электродвигателя.
  7. Наибольшая доля подобных схем регулировки электродвигателя приходится на импортные бытовые пылесосы.
  8. Но при использовании стандартной схемы регулятора оборотов важно понимать, что он обратной связью не обладает. И если с нагрузкой произойдут изменения, обороты электродвигателя придется настраивать.

Стандартная схема регулятора коллекторного электромотора

Модифицированная схема

Прогресс не стоит на месте. Несмотря на удовлетворительные характеристики стандартной схемы регулятора оборотов двигателя, усовершенствования никому еще не навредили.

Наиболее часто применяемыми схемами являются две:

  • Реостатная. Из названия становится очевидно, что здесь основой выступает реостатная схема. Такие регуляторы высокоэффективные при смене количества оборотов электродвигателя. Высокие показатели эффективности объясняются использованием силовых транзисторов, отбирающих часть напряжения. Так меньшее количество тока из источника 220 Вольт поступает на двигатель, ему не приходится работать с большой нагрузкой. При этом схема имеет определенный недостаток большое количество выделяемого тепла. Чтобы регулятор работал длительное время, для электроинструмента потребуется активное постоянное охлаждение,
  • Интегральная. Для работы интегрального устройства регулирования используется интегральный таймер, который отвечает за нагрузку на электродвигатель. Здесь могут быть задействованы всевозможные транзисторы. Это обусловлено наличием микросхемы в конструкции с большими параметрами выходного тока. При нагрузке менее 0,1 Ампер, все напряжение идет непосредственно на микросхему, обходя транзисторы. Чтобы регулятор работал эффективно, на затворе требуется наличие напряжения в 12 Вольт. Из этого вытекает, что электрическая цепь и напряжение питания обязаны отвечать данному диапазону.

Простой самодельный регулятор

Если вы не хотите покупать готовый регулятор оборотов для двигателя, его вполне можно попробовать изготовить своими руками для контроля мощности устройства.

Это дополнительные навыки для вас и определенная экономия средств для кошелька.

Для изготовления регулятора вам потребуется:

  • Набор проводков,
  • Паяльник,
  • Схема,
  • Конденсаторы,
  • Резисторы,
  • Тиристор.

Монтажная схема будет выглядеть следующим образом.

Монтажная схема

Согласно представленной схеме, регулятор мощности и оборотов будет контролировать 1 полупериод. Расшифровывается она следующим образом.

  1. Питание от стандартной сети 220в поступает на конденсатор. 220 Вольт стандартный показатель бытовых розеток.
  2. Конденсатор, получив заряд, вступает в работу.
  3. Нагрузка переходит к нижнему кабелю и резисторам.
  4. Положительный контакт конденсатора соединяется с электродом тиристора.
  5. Идет один достаточный заряд напряжения.
  6. Второй полупроводник при этом открывается.
  7. Тиристор через себя пропускает полученную от конденсатора нагрузку.
  8. Происходит разряжение конденсатора, и полупериод вновь повторяется.

При большой мощности электродвигателя, питающегося от постоянного или переменного тока, регулятор дает возможность применять агрегат более экономично.

Самодельные регуляторы оборотов имеют полное право на свое существование. Но когда речь заходит о необходимости использовать регулятор электродвигателя для более серьезного оборудования, рекомендуется купить готовое устройство. Пусть оно обойдется дороже, но вы будете уверены в работоспособности и надежности агрегата.

Источник



Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

Обороты двигателя

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
  • Обобщенная схема регулятора
  • Разновидности коллекторных двигателей
  • Конструкция мотора
  • Выбор схемы
  • Особенности конструкции
  • Принцип управления

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

Как устроен регулятор

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:

Виды регуляторов

  • 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.
Читайте также:  Электрический ток в вакууме термоэлектронная эмиссия электронные пучки

Принцип работы двигателя

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

Сфера применения регулятора

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:

Схема регулятор без потерь

  • 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:

Особенности запуска двигателя

  • 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.

Фотография Дмитрия Викторовича

Локтев Дмитрий

Источник

DataSheet

Техническая документация к электронным компонентам на русском языке.

TDA1085 — Регулятор оборотов коллекторного двигателя

Микросхема TDA1085 фирмы MOTOROLA (отечественный аналог — КС1027ХА4) представляет собой контроллер коллекторного электродвигателя (ЭД) переменного тока. Она включает в себя все необходимые управляющие узлы и элементы, обеспечивающие функционирование ЭД в различных режимах его работы (например, в режимах разгона и стабилизации выбранной скорости вращения).

Особенности

Готовый регулятор оборотов или все для его сборки вы можете заказать в нашем интернет-магазине

Диапазон скоростей вращения двигателя:

от 0 до 15000 об/мин

Общее описание

Микросхема TDA 1085C управляет симистором в соответствии с задаваемой скоростью. Скорость вращения двигателя отслеживается тахогенератором в цифровом формате (считаются импульсы от тахогенератора), а затем преобразуется в аналоговое напряжение. Скорость устанавливается, внешне фиксированной, и подается на вход внутреннего линейного регулятора после того, как будут заданы программируемые линейные ускорения. Общий результат состоит в поддержании полного диапазона скоростей с двумя линейными ускорениями, которые позволяют эффективно управлять стиральной машиной. Кроме того, TDA 1085C защищает всю систему от переменного тока питающей сети, при остановке или колебаниях, и от перегрузки по току в двигателе или при неисправности таходатчика.

Функции входов и выходов ( для рисунков 1 и 8)

Регулятор напряжения (стабилизатор) – (Контакты 9 и 10). Это регулятор параллельного типа способный поглощать большие токи и давать хорошие характеристики. Питание подается от сети переменного тока через внешние гасящие резисторы R1, R2, (резисторы 6.8 кОм и 270 Ом) и выпрямитель. Полуволна тока после диода 1N4007 подается на сглаживающий фильтр, состоящий из двух конденсаторов, емкостью 100 мкФ и резистора 270 Ом, напряжение на котором контролируется микросхемой. Когда питание (Vcc) превысит 15 В, ток проходит по другому гасящему резистору R10 на вывод 10. Эти три резисторы должны быть подобраны таким образом, чтобы удовлетворять следующим условиям:

  • Выдавать ток 10 мА через вывод 10, когда напряжение питания переменного тока минимально и потребление напряжения постоянного тока (Vcc) максимально (при быстром разгоне двигателя и присутствии импульсов)
  • Поддерживать напряжение 3 В на выводе 10, когда в линия питания переменного тока выдает максимальный ток, а потребление напряжения постоянного тока минимальное (нет разгона и пульсаций).
  • Задержку пускового импульса, пока ток проходит через ноль, при широких границах пуска и индуктивных нагрузках.

Отказ по питанию в цепи переменного тока приведет к отключению. Двойной емкостный фильтр, состоящий из резисторов R1 и R2, хорошо сглаживает пульсации и устраняет шумы при разгоне двигателя.

Контроль частоты вращения (выводы 4, 11, 12). Микросхема может работать с внешним аналоговым датчиком скорости вращения: его выход должен быть подключен выводу 4, а выводы 12 и 8 должны быть соединены между собой.

В большинстве случаев более удобно использовать цифровой датчик скорости вращения двигателя с одним недорогим тахогенератором, который не нуждается в настройке. За каждый положительный цикл на выводе 12, конденсатор, подключенный к выводу 11, заряжается почти до напряжения Vcc . В это же время, на вывод 4 подается ток в 10 раз превышающий, зарядный ток конденсатора C11. Ток источника называется G и жестко задан, но тем не менее, требует регулировки подстроечным сопротивлением 50 кОм, подключенном к выводу 4. Ток через этот резистор пропорционален емкости на выводе 11 и скорости вращения двигателя; напряжение на выводе 4 фильтруется от помех с помощью конденсатора и представляет “истинную фактическую скорость вращения двигателя”.

Чтобы сохранить линейность на высоких оборотах, важно убедиться, что емкость, подключенная к выводу 11 полностью заряжается: внутреннее сопротивление источника, подключенного к выводу 11, имеет импеданс 100 кОм. Тем не менее емкость на выводе 11, должна быть максимально высокой, так как она имеет большое влияние на температурный коэффициент. Резистор 470 кОм между выводами 11 и 9 уменьшает ток утечки и влияние температурного коэффициента.

Читайте также:  Ограничители перенапряжений нелинейные класс напряжения 10 кв номинальный разрядный ток 10 ка

Через вывод 12 осуществляется функция контроля: когда напряжение на нем превышает 5 В, запускающие импульсы тормозятся и микросхема сбрасывается. Так же через него отслеживается целостность цепи тахогенератора, и в случае ее нарушения, запускающие импульсы тормозятся, что защищает двигатель от ухода из-под контроля. Внутри TDA1085C к выводу 12 подключен демпферный диод, что дает возможность сделать схему более компактной.

Генератор пусковых импульсов — (Выводы 1, 2, 5, 13, 14, 15)

Эта цепь выполняет четыре функции:

  • Преобразование уровня выходного сигнала с усилителя постоянного тока в пропорциональный угол регулирования.
  • Калибровку длительности импульса.
  • Повторение импульса, если симистор не переключился или нет тока через щетки двигателя (обрыв цепи питания).
  • Задержку запускающих импульсов, пока ток не пройдет через ноль при широком угле регулирования и индуктивных нагрузках.

Сопротивление на выводе 15 задает разрядный ток конденсатора на выводе 14. Пилообразный сигнал определяется R15 и С14(обычно 47 нФ). Длительность управляющего импульса и период повторения находятся в обратно пропорциональной зависимости от крутизны наклона пилообразного напряжения.

Генератор пилообразного напряжения – (выводы 5, 6, 7). Истинные значения скорости устанавливаются в соответствии со значениями на выходе генератора пилообразного сигнала (вывод 7). В соответствии с заданным значением скорости ( напряжение на выводе 5), генератор пилообразного напряжения заряжает внешний конденсатор C7 до момента, когда напряжение на выводе 5 (заданная скорость) сравняется с напряжением на выводе 4 (действительная скорость), смотрите рисунок 2. Микросхема имеет внутренний источник зарядного тока в 1.2 мА, который выдает от 0 до 12 В на выводе 7. Он дает быстрый разгон двигателя (обычно за 5.0 с), что позволяет быстро изменять скорость без чрезмерной нагрузки на механические части привода. В TDA 1085C есть возможность снизить этот высокое ускорение с введением низкого разгона. Это достигается путем уменьшения тока через вывод 7 до 5.0 мА, оставаясь под полным управлением напряжением на выводе 6. Это возможно при соблюдении следующих условий:

  • Наличие быстрого разгона VPin 5 > VPin 4
  • Происходит разделение в диапазоне напряжений на выводе 4 (действительная скорость двигателя) определяется VPin 6 ≤ VPin 4 ≤ 2.0 VPin 6

Для двух фиксированных значений VPin 5 и VPin 6, скорость мотора будет иметь большой разгон. Если сброс произойдет (независимо от причин), указанных выше последующий разгон будет полностью перерабатываться от 0 до максимальной скорости. Если напряжение на выводе 6 равно 0, возникает только высокий темп разгона.

Чтобы установить действительную нулевую скорость надо ,чтобы напряжение на выводе 5 (от 0 до 80 мВ) интерпретировалось как истинный ноль. Как следствие, при изменении устанавливаемой скорости, проектировщик должен быть уверен, что любой переходный процесс не будет проходить через ноль (напряжение на выводе 5 не будет ниже 80 мВ) иначе вся схема будет перезапущена.

Как и напряжения, подаваемые на контакты 5 и 6, являются производными от внутреннего стабилизатора напряжения, так и напряжение на выводе 4 тоже происходит от того же источника питания, скорость мотора (которая определяется соотношением между вышеуказанными напряжениями) является полностью независимой от колебаний напряжения питания Vcc и температурного фактора.

Усилитель управления – (пин 16) он усиливает разницу между истинным значением скорость (вывод 4) и заданной скорости (контакт 5), посредством генератора пилообразного сигнала (генератора разгона). Его сигнал на выходе (вывод 16) имеет двойную чувствительность с максимальным возможностям ± 100 мА и заданной крутизной (340 мА/В это типовое значение). Вывод 16 напрямую управляет генератором пусковых импульсов, и должен быть нагружен на электрическую сеть, которая компенсирует механические характеристики двигателя и его нагрузку, для того, чтобы обеспечить стабильность в любом состоянии и кратчайшую переходную характеристику см. Рис.4.

Эта сеть должна быть подобрана экспериментально.

В случае периодического изменения крутящего момента, вывод 16 непосредственно обеспечивает угол сдвига фаз колебаний.

Вывод 13 является импульсным выходом, и внешний ограничивающий резистор на нем обязателен.

Ограничитель тока – (вывод 3). Безопасная работа двигателя и симистора при все условиях обеспечивается за счет ограничения пикового тока. Ток двигателя дает переменное напряжение на шунтирующем резисторе (0,05 Вт рис. 4). Отрицательные полуволны передаются на вывод 3, который имеет положительный потенциал, определяемый резисторами R3 и R4. Когда возрастает ток двигателя, динамический диапазон напряжения на выводе 3 тоже увеличивается. Когда вывод 3 становится немного отрицательным относительно вывода 8 , ток начинает проходить по нему. Этот ток, как правило, усиливают в 180 раз, затем используется для разрядки конденсатора на выводе 7 . Как следствие, уменьшается угол регулирования до значения, где будет достигнуто равновесие. Выбор резисторов R3, R4 и шунта определяет величина тока разряда конденсатора на выводе 7.

Обратите внимание, что ограничитель тока действует только на пике тока симистора.

Разводка печатной платы Разводка печатной платы Внутренняя схема Внутренняя схема

Применение

Правила компоновки печатной платы.

В большинстве схем, где используется TDA1085C, на одной печатной плате рядом с большими токами и напряжениями могут присутствовать сигналы низкого напряжения значением в несколько милливольт.

Самое главное разделить их друг от друга, для этого следует соблюдать следующие правила:

  • Выводы развязывающего конденсатора, которые также являются входами одинаковых компараторов, должны располагаться, как можно ближе к микросхеме и друг к другу, и заземлены в одной точке.
  • Заземление от тахогенератора должно быть подключено непосредственно к контакту 8, при этом должен заземляться только тахогенератор. По сути, последнее является основной причиной возникновения шума из-за своей близости к двигателю, который индуцирует высокие значение dφ/dt.
  • Схема заземления должна быть типа «звезда», чтобы полностью устранить силовые токи, протекающие в цепи заземления, передающиеся через развязывающие конденсаторы на чувствительные выводы: 4, 5, 7, 11, 12, 14, 16.

В качестве примера на рисунке 5 представлена плата, на которой показано подключение группы чувствительных к помехам выводов и связанных с ними конденсаторов в соответствии с вышеперечисленными правилами. Обратите внимание на полное разделение низковольтной сигнальной части и мощной высоковольтной части. Их раздел идет вдоль линии AB.

Соблюдение этих правил дает возможность регулировки во всем диапазоне скоростей.

Источник питания

Поскольку рассеивающий резистор рассеивает заметную мощность, необходимо по возможности снизить потребление тока до минимума. При изношенном щеточном узле схема может подавать запускающие импульсы несколько раз, что вызывает увеличение потребляемого тока. При выборе гасящего резистора нужно это учитывать. Кроме того параллельный стабилизатор должен всегда находиться в следующем динамическом диапазоне: ток через вывод 10 должен быть выше 1 мА, а напряжение выше 3 В при самой плохой конфигурации. Двойной фильтр на выходе обязателен.

Цепь тахогенератора

Напряжение сигнала от тахогенератора должно быть пропорционально скорости вращения двигателя. Для устойчивой работы к выходу тахогенератора необходимо подключить RC-фильтр. Выполнение этих факторов, дает сигнал постоянной амплитуды на выводе 12 на всем диапазоне скоростей вращения двигателя. Рекомендуется проверить, чтобы эта максимальная амплитуда находилась в пределах 1,0 В, чтобы иметь самое большое отношение сигнал/шум без перезапуска микросхемы (что может произойти, если напряжение на выводе 12 достигнет 5,5 В). Необходимо также проверить, чтобы сигнал на выводе 12 находился в балансе между «высоким значением» (более 300 мВ) и «низким». 8-полюсный тахогенератор — это минимум для стабильности на низких оборотах, а 16-полюсник еще лучше.

RC фильтр в цепи тахогенератора должен быть настроен на 30 Гц, чтобы быть как можно дальше от 150 Гц, что соответствует третьей гармонике сети переменного тока, генерируемой двигателем во время запуска. Кроме того, подключенный к выводу 12, высокоомный резистор, дает положительное смещение на этом выводе, устраняя шум, который может интерпретироваться как сигнал от тахогенератора. Это смещение должно быть спроектировано таким образом, чтобы на выводе 12 было не менее 200 мВ (отрицательное напряжение) при самой низкой скорости вращения двигателя.

Преобразователь частоты в напряжение

Емкость на выводе 11 имеет рекомендованное значение 820 пФ для 8-полюсных тахогенераторов с максимальной скоростью вращения двигателя 15000 об/мин, а сопротивление на выводе 11 всегда должно быть 470 кОм.

Сопротивление подключенное к выводу 4 должно выбираться так, чтобы давать 12 В при максимальной скорости вращения двигателя, чтобы максимизировать отношение сигнал / шум. Поскольку отношение FV / C, а также значение CPin 11 разделены, RPin 4 должно быть регулируемым. Оно должно состоять из постоянного резистора и подстроечного, составляющего 25% от их общего сопротивления. Регулировка при этом станет проще.

После регулировки, например, при максимальной скорости вращения двигателя, FV / C имеет остаточную нелинейность; коэффициент преобразования (мВ на один об / мин) увеличивается на 7,7% по мере того, как скорость приближается к нулю. Гарантированный разброс последнего очень узкий, максимальная ошибка при этом составит 1% от скорости вращения.

Следующие формулы определяют напряжение на выводе 4 (VPin 4) в вольтах:

120 k = Rint, (входное сопротивление на выводе 11)

Установка скорости вращения — (контакт 5) При проектировании подбирают цепь внешних резисторов, которые задают серию различных напряжений, соответствующих различным скоростям вращения двигателя. При переключении внешних резисторов необходимо убедиться убедитесь, что на контакт 5 не подается напряжение ниже 80 мВ. Если такое случиться, произойдет полная перезагрузка схемы.

Генератор разгона — (Pin 6) Если требуется только высокий темп разгона, соедините вывод 6 с землей.

При задании разгона, устанавливается напряжение на выводе 6, соответствующее точке разгона двигателя. Задание (или медленный разгон) будет продолжаться до момента, когда скорость двигателя достигнет удвоенного начального значения.

Соотношение двух напряжений может быть изменено вниз (рисунок 6) или вверх (рисунок 7).

Задаваемый разгон может быть уменьшен внешним резистором от VCC, заряжающим емкость на выводе7, добавляя его ток к току внутреннего генератор 5.0 мА.

Силовые цепи

Переключающий импульс симистора должен определяться резистором на выводе 13 в соответствии с потребностями в квадранте IV.Длительность запускающего импульса может быть нарушена шумовыми сигналами, генерируемыми самим симистором, которые интерферируют в пределах контактов 14 и 16, именно те, которые его определяют. Легко заметный, этот эффект безвреден.

Читайте также:  Где взять сахар в тока бока

Симистор должен быть защищен от скачков напряжения во внешней цепи питания цепочкой 100 нФ х 100 Ом.

Шунтирующий резистор должен быть как можно более неиндуктивным. Его можно изготовить, используя константановую проволоку.

Когда нагрузка представляет собой универсальный двигатель постоянного тока, подключенный через выпрямительный мост, симистор должен быть защищен от скачков напряжений при коммутации, катушкой 1,0-2,0 мГн, подключенной последовательно с выводом симистора MT2.

Функции синхронизации выполняются резисторами, определяющими напряжение в линии переменного тока и проводимость симистора. Значение 820 кОм является нормальным, но может быть уменьшено до 330 кОм для того, чтобы обнаруживать «нули» и уменьшить остаточную составляющую в линии постоянного тока ниже 20 мА.

Ограничение тока

Ограничитель тока начинает разряжать конденсатор 7 (опорная скорость), когда ток двигателя достигает заданного порогового уровня. Коэффициент усиления контура определяется резистором, соединяющим вывод 3 с последовательным шунтом. Опыт показал, что оптимальное значение для ограничения среднеквадратичного тока 10 A находится в пределах 2,0 кВт. Вывод 3 имеет чувствительность по току, которая ограничена разумными значениями и не должна реагировать на пиковые значения.

Если не используется, контакт 3 должен быть подключен к максимальному положительному напряжению 5,0 В вместо того, чтобы оставаться свободным.

Стабильность контура

Цепочка на выводе 16 является преобладающей и должна быть скорректирована экспериментально во время разработки модуля. Значения, указанные на рисунке 4, типичны для стиральных машин, но допускают большие изменения от одной модели к другой. R16 (единственное ограничение) не должен опускаться ниже 33 кОм, в противном случае ограничение скорости нарастания вызовет большие переходные ошибки при нагрузках.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Как сделать регулятор оборотов коллекторного двигателя?

При использовании электродвигателя в инструментах, одной из серьёзных проблем является регулировка скорости их вращения. Если скорость недостаточно высока, то действие инструмента является недостаточно эффективным.

Коллекторный двигатель

  • Устройство ↓
  • Регулировка ↓
  • Как изготовить своими руками? ↓
  • Критерии выбора и соимость ↓

Если же она излишне высока, то это приводит не только к существенному перерасходу электрической энергии, но и к возможному пережогу инструмента. При слишком высокой скорости вращения, работа инструмента может стать также менее предсказуемой. Как это исправить? Для этой цели принято использовать специальный регулятор скорости вращения. Особенно вас должны интересовать схемы, которые работают без потери мощности

Двигатель для электроинструментов и бытовой техники обычно относится к одному из 2 основных типов:

  1. Коллекторные двигатели.
  2. Асинхронные двигатели.

В прошлом, вторая из указанных категорий имела наибольшее распространение. Сейчас, примерно 85% двигателей, которые употребляются в электрических инструментах, бытовой или кухонной технике, относятся к коллекторному типу. Объясняется это тем, что они имеют большую степень компактности, они мощнее и процесс управления ими является более простым.

Действие любого электродвигателя построено на очень простом принципе: если между полюсами магнита поместить прямоугольную рамку, которая может вращаться вокруг своей оси, и пустить по ней постоянный ток, то рамка станет поворачиваться. Направление вращения определяется согласно «правилу правой руки».

Эту закономерность можно использовать для работы коллекторного двигателя.

Важным моментом здесь является подключение тока к этой рамке. Поскольку она вращается, для этого используются специальные скользящие контакты. После того, как рамка повернётся на 180 градусов, ток по этим контактам потечёт в обратном направлении. Таким образом, направление вращения останется прежним. При этом, плавного вращения не получится. Для достижения такого эффекта принято использовать несколько десятков рамок.

Устройство

Устройство коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель состоит обычно из ротора (якоря), статора, щёток и тахогенератора:

  1. Ротор — это вращающаяся часть, статор — это внешний магнит.
  2. Щётки, сделанные из графита – это основная часть скользящих контактов, через которую на вращающийся якорь подаётся напряжение.
  3. Тахогенератор – это прибор, который отслеживает характеристики вращения. В случае нарушения равномерности движения, он корректирует поступающее в двигатель напряжение, тем самым делая его более плавным.
  4. Статор может содержать не один магнит, а, например, 2 (2 пары полюсов). Также, вместо статических магнитов, здесь могут быть использованы и катушки электромагнитов. Работать такой мотор может как от постоянного, так и от переменного тока.

Простота регулировки скорости коллекторного двигателя определяется тем, что скорость вращения прямо зависит от величины поданного напряжения.

Кроме этого, важной особенностью является то, что ось вращения непосредственно можно присоединять к вращающемуся инструменты без использования промежуточных механизмов.

Если говорить об их классификации, то можно говорить о:

  1. Коллекторных двигателях постоянного тока.
  2. Коллекторных двигателях переменного тока.

В этом случае, речь идёт о том, каким именно током происходит питание электродвигателей.

Разница состоит в том, как организованы эти подключения.

Тут принято различать:

  • Параллельное возбуждение.
  • Последовательное возбуждение.
  • Параллельно-последовательное возбуждение.

Регулировка

Коллекторный двигатель

Теперь расскажем о том, как можно регулировать обороты коллекторных двигателей. В связи с тем, что скорость вращения мотора просто зависит от величины подаваемого напряжения, то любые средства регулировки, которые способны выполнять эту функцию для этого вполне пригодны.

Перечислим несколько такого рода вариантов для примера:

  1. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
  2. Заводские платы регулировки, используемые в бытовых приборах (можно использовать в частности те, которые применяются в миксерах или в пылесосах).
  3. Кнопки, используемые в конструкции электроинструментах.
  4. Бытовые регуляторы освещения с плавным действием.

Однако, все вышеперечисленные способы имеют очень важный изъян. Вместе с уменьшением оборотов, одновременно уменьшается и мощность работы мотора. В некоторых случаях, его можно остановить даже просто рукой. В некоторых случаях, это может быть приемлемо, но большей частью, это является серьёзным препятствием.

Хорошим вариантом является выполнение регулировки оборотов посредством использования тахогенератора. Его обычно устанавливают на заводе. При отклонениях в скорости вращения мотора, через симисторы в мотор передаётся уже откорректированное электропитание, соответствующее требуемой скорости вращения. Если в эту схему встроить регулировку вращения мотора, то потери мощности здесь происходить не будет.

Как это выглядит конструктивно? Наиболее распространены реостатная регулировка вращения, и сделанная на основе использования полупроводников.

В первом случае, речь идёт о переменном сопротивлении с механической регулировкой. Она последовательно подключается к коллекторному электродвигателю. Недостатком является дополнительное выделение тепла и дополнительная трата ресурса аккумулятора. При таком способе регулировк, происходит потеря мощности вращения мотора. Является дешёвым решением. Не применяется для достаточно мощных моторов по упомянутым причинам.

Во втором случае, при использовании полупроводников, происходит управление мотором путём подачи определённых импульсов. Схема может менять длительность таких импульсов, что в свою очередь, меняет скорость вращения без потери мощности.

Как изготовить своими руками?

Существуют различные варианты схем регулировки. Приведём один из них более подробно.

Вот схема его работы:

Схема работы регулировки

Первоначально, это устройство было разработана для регулировки коллекторного двигателя на электротранспорте. Речь шла о таком, где напряжение питания составляет 24 В, но эта конструкция применима и для других двигателей.

Слабым местом схемы, которое было определено при испытаниях её работы, является плохая пригодность при очень больших значениях силы тока. Это связано с некоторым замедлением работы транзисторных элементов схемы.

Рекомендуется, чтобы ток составлял не более 70 А. В этой схеме нет защиты по току и по температуре, поэтому рекомендуется встроить амперметр и контролировать силу тока визуально. Частота коммутации составит 5 кГц, она определяется конденсатором C2 ёмкостью 20 нф.

При этом, рекомендуется подобрать величину R1 таким образом, чтобы правильно настроить работу регулятора. С выхода микросхемы, управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее идёт уже на транзисторы.

Печатная плата имеет размер 50 на 50 мм и изготавливается из одностороннего стеклотекстолита:

Печатная плата

На этой схеме дополнительно указаны 2 резистора по 45 ом. Это сделано для возможного подключения обычного компьютерного вентилятора для охлаждения прибора. При использовании в качестве нагрузки электродвигателя, необходимо схему заблокировать блокирующим (демпферным) диодом, который по своим характеристикам соответствует удвоенному значению тока нагрузки и удвоенному значению питающего напряжения.

Работа устройства при отсутствии такого диода может привести к поломке вследствие возможного перегрева. При этом, диод нужно будет поместить на теплоотвод. Для этого, можно воспользоваться металлической пластиной, которая имеет площадь 30 см2.

Регулирующие ключи работают так, что потери мощности на них достаточно малы. В оригинальной схеме, был использован стандартный компьютерный вентилятор. Для его подключения использовалось ограничительное сопротивление 100 Ом и напряжение питания 24 В.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Собранное устройство

Собранное устройство

При изготовлении силового блока (на нижнем рисунке), провода должны быть присоединены таким образом, чтобы было минимум изгибов тех проводников по которым проходят большие токи.Мы видим, что изготовление такого прибора требует определённых профессиональных знаний и навыков. Возможно, в некоторых случаях имеет смысл воспользоваться покупным устройством.

Критерии выбора и соимость

Для того, чтобы правильно выбрать наиболее подходящий тип регулятора, нужно хорошо представлять себе, какие есть разновидности таких устройств:

  1. Различные типы управления. Может быть векторная или скалярная система управления. Первые применяются чаще, а вторые считаются более надёжными.
  2. Мощность регулятора должна соответствовать максимально возможной мощности мотора.
  3. По напряжению удобно выбирать устройство, имеющее наиболее универсальные свойства.
  4. Характеристики по частоте. Регулятор, который вам подходит, должен соответствовать наиболее высокой частоте, которую использует мотор.
  5. Другие характеристики. Здесь речь идёт о величине гарантийного срока, размерах и других характеристиках.

В зависимости от назначения и потребительских свойств, цены на регуляторы могут существенно различаться.

Большей частью они находятся в диапазоне примерно от 3,5 тысяч рублей до 9 тысяч:

  1. Регулятор оборотов KA-18 ESC, предназначенный для моделей масштаба 1:10. Стоит 6890 рублей.
  2. Регулятор оборотов MEGA коллекторный (влагозащищенный). Стоит 3605 рублей.
  3. Регулятор оборотов для моделей LaTrax 1:18. Его цена 5690 рублей.

Источник