Цены снижены! Бесплатная доставка контурной маркировки по всей России

Регулятор оборотов для коллекторного двигателя: Регулятор оборотов коллекторного электродвигателя — ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

Содержание

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потери мощности TDA1085

Описание

Плата регулятора коллекторного (щеточного) двигателя , выполнена на микросхеме TDA1085C и позволяет регулировать частоту оборотов без потери мощности. Мощность подключаемой нагрузки до 1,5кВт, запас мощности симистора до 3кВт. Данная конструкция позволит подключить к ней любой двигатель от стиральной машины–автомат (с таходатчиком/ с тахогенератором) или маломощный коллекторный двигатель с датчиком холла. Трансформаторный блок питания, светодиод и выключатель питания. Дополнительно можно приобрести комплект проводов с реверсным переключателем.

Наличие таходатчика обязательно, так как он передает сигнал на микросхему. Микросхема управляет симистором, что позволяет плавно установить необходимую частоту вращения ротора двигателя с сохранением момента силы на валу.

Плата управляет как новыми, так и б/у двигателями от стиральной машины с таходатчиком.

Хорошо подходит для конструирования (своими руками):

  • токарного, сверлильного или фрезерного станка
  • медогонки
  • гончарного круга
  • дровокола
  • корморезки
  • шлифовальной машины или гриндера

Подключение двигателя к сети 220В.

Коллекторный двигатель должен иметь минимум 6 выходов: 2 выхода – ротор, 2 выхода статор, 2 выхода – таходатчик. Выходы должны прозваниваться между собой тестером.

Для проверки двигателя на работоспособность – необходимо установить перемычку на 1 выход ротора и 1 выход статора. На оставшиеся выходы статора и ротора подать напряжение сети 220В. Двигатель должен заработать и резко выйти на максимальные обороты. Направление вращения двигателя, будет зависеть какие контакты ротор-статор соединены накоротко.

Подключение и настройка платы управления.

Для подключения двигателя к плате регулятора, необходимо провода  выхода ротора и выхода статора подключить к центральным разъемам 4 контактной клеммы (М1/М2 по маркировке).

Два выхода таходатчика подключить к боковой клемме TАХО.

Сетевое напряжение

подключается к боковым разъемам 4 контактной клеммы(AC220 по маркеровке)клеммы. Полярность подключения не имеет значения.

На плате установлены 3 подстроечных резистора, каждый который отвечает за определенную настройку: 

R3 – настройка таходатчика (убирает рывки в работе двигателя)

R2 – диапазон регулировки оборотов

R1 – плавность набора оборотов

Резисторы многооборотистые. Вращением по часовой (или против часовой) стрелки “до щелчка”, выполняется настройка каждого из них.  Настройка платы производится при работающем двигателе.

Внимание!: если максимально (до щелчка) выкрутить один из подстроечных резисторов, можно “сбить” настройку и плата перестанет регулировать двигатель. Тогда необходимо вернуть положение резистора в изначальную позицию.

Также предлагаем аналогичный регулятор, только на конденсаторном блоке питания. Заказать и посмотреть фото в комплектации

                         

Трансфоматорный блок питания Конденсаторный блок питания
Более надежная схема питания (гальванически развязана сеть, высокая надежность) Более назкая стоимость комплектующих с выполнением основных функций регулировки
Комплектуется выключателем пуска двигателя. Можно поставить перемычку Выключатель комплектуется отдельно
  • Перед продажей, платы проверяются и настраиваются на тестовом двигателе.
  • Используем только оригинальные компоненты.
  • Как производитель, предоставляем гарантийное и сервисное обслуживание!

ШИМ регулятор оборотов двигателя 12-40В, 10А

ШИМ регулятор оборотов коллекторного двигателя постоянного тока DC 12-40В 10А 13КГц.

ШИМ регулятор мощности имеет самое широкую область применения. Это регулятор хода коллекторных двигателей,

диммер для светодиодов и светодиодных лент, реобас для майнинг фермы.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока 10A предназначен для регулирования мощности низковольтных (+12…40 В) нагрузок постоянного тока (электродвигатели, лампы накаливания и т.п.). Благодаря использованию в схеме управления метода ШИМ (широтно-импульсная модуляция), подключенные к устройству электродвигатели могут устойчиво работать даже на малых оборотах. Усиленный радиатор охлаждения и распределенная нагрузка на транзисторы гарантируют его надежную работу в изделиях с непрерывным управлением. К ним относятся регуляторы скорости вращения двигателя постоянного тока, регуляторы освещения с лампой накаливания, а также в других схемах управления током.

ШИМ регулятор оборотов используется для регулирования оборотов мощных вентиляторов, это реобас для майнинг фермы. Вентиляторы подключаются параллельно и для соединения вентиляторов используются только черный и красный провода.

На плате регулятора есть предохранитель, рассчитанный до 10А силы тока, используется для предотвращения подачи на плату аварийного тока больше 10 А. Управление скоростью двигателя осуществляется с помощью регулировочного резистора на 10 кОм с ручкой.

  • Используется для точной регулировки скорости вращения коллекторных электродвигателей (вентиляторы, вакуумные масляные насосы, лопасти, двигатели стеклоочистителей и т. д.)
  • Высокая эффективность, высокий крутящий момент, низкий нагрев
  • С высокой защитой по току
  • Предназначен для управления нагрузкой до 10 А
  • Диапазон управления скоростью двигателя от 10 до 100%
  • На плате установлен электролитический конденсатор 1000 мкФ 50 В
  • Управление производится с помощью мощного полевого транзистора IRF3205

Характеристики
Напряжение питания: 12 – 40 В постоянного тока
Номинальный ток: 8 А
Максимальный ток: 10 А
ШИМ рабочий цикл: 10% – 100%
Частота ШИМ: 13 кГц
Размеры: 60 х 55 х 28 мм

Регулирует мощность: 12В*8А = 96Вт, 24В*8А = 192Вт, 40В*8А = 320Вт

Схема подключения:
На плате регулятора имеется 4 винтовых клеммы для подключения двигателя и питания. На задней стороне платы есть обозначения клемм.
Клеммы Power + и Power- подключаем к источнику питания соответственно + и — (например, к аккумулятору)
Клеммы Motor+ и Motor- подключаем к электродвигателю постоянного тока в соответствующей полярности (при смене полярности, двигатель будет вращаться в другую сторону).

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

На сегодняшний день практически все современные электроинструменты оснащены коллекторными двигателями. Они относятся к более универсальным конструкциям, поскольку могут работать не только при переменном, но и при постоянном напряжении. Однако данный тип электродвигателей обладает высокой частотой оборотов, которая не всегда требуется в рабочих процессах. В подобных ситуациях изменить частоту вращения и обеспечить плавный пуск поможет регулятор оборотов коллекторного двигателя, способный создавать наиболее оптимальные скоростные режимы.

Устройство и принцип работы

Современная бытовая техника и электроинструменты укомплектованы коллекторными и асинхронными электродвигателями. В самых современных устройствах второй вариант практически не применяется, поэтому более подробно следует рассматривать электродвигатели коллекторного типа.

Эти устройства отличаются компактностью, простотой управления и повышенной мощностью. Принцип действия такой же, как и у всех электродвигателей, основанный на вращении прямоугольной рамки, помещенной между магнитными полюсами, и по которой пропущен электрический ток.

В коллекторных двигателях функцию вращающейся рамки выполняют скользящие контакты, к которым также подводится ток. После поворота рамки на 180 ток начинает течь по этим контактам в обратном направлении. Сама рамка будет вращаться в прежнем напрявлении, при этом плавного вращения она не обеспечивает. Для того чтобы вращение было плавным, в конструкции двигателя используется большое количество этих рамок.

В состав агрегата входят следующие элементы:

  • Вращающаяся часть является ротором, а внешний магнит – статором.
  • Основой скользящих контактов являются графитовые щетки, через которые к вращающемуся якорю подается напряжение.
  • Характеристики вращения отслеживаются тахогенератором. Если равномерность движения нарушается, он выполняет корректировку напряжения, обеспечивая более плавный ход.

Статор может состоять не только из одного, но и из двух магнитов, соответственно, с двумя парами полюсов. В отдельных конструкциях используются не статические магниты, а электромагнитные катушки. Скорость двигателя регулируется очень просто – всего лишь путем изменения величины подаваемого напряжения. Ось вращения соединяется с рабочей частью напрямую, без каких-либо промежуточных элементов.

Необходимость регулятора оборотов

Регулирующее устройство по своей сути является частотным преобразователем. Схема регулятора оборотов создана на основе мощного транзистора, с помощью которого инвертируется напряжение, обеспечивается плавная остановка и пуск.

Все необходимые действия осуществляются посредством ШИМ – широтно-импульсного модулятора, управляющего электрическими устройствами. С его помощью создаются синусоиды заданной конфигурации для постоянного и переменного тока.

За счет установленных частотных преобразователей, регулятор оборотов коллекторного электродвигателя способен точно контролировать необходимые электрические процессы. В результате, скорость вращения может быть изменена в сторону увеличения или уменьшения, обороты поддерживаются на установленном уровне, а сам инструмент оказывается защищенным от резких перепадов оборотов.

Электродвигатель использует только то количество электроэнергии, которое необходимо для выполнения работы. Экономия потребления электричества достигает до 50% при снижении скорости вращения всего лишь на 20%

Действие регулятора оборотов

Работа регулятора оборотов коллекторного двигателя происходит следующим образом.

После запуска агрегата на полной мощности, электрическому току приходится преодолевать сопротивление полной нагрузки, повторяющееся несколько раз. Под действием тока обмотки двигателя деформируются и начинают выделять тепло в течение продолжительного времени. Это приводит к существенному снижению ресурса и движок становится менее долговечным.

Таким образом, регулятор выполняет функцию ступенчатого инвертора, осуществляющего двойное преобразование энергии.

Частотный регулятор напряжения выпрямляет ток на 220 В или 380 вольт, в зависимости от входного напряжения. Для этих целей используется выпрямляющий диод, расположенный на входе. После этого ток фильтруется через конденсаторы, далее происходит формирование широтно-импульсной модуляции. В конечном итоге после регулировки система оказывается подготовленной к созданию необходимой конфигурации синусоиды.

Выбор регулятора оборотов

Выбирать необходимое регулировочное устройство следует в соответствии с его техническими характеристиками и сферой использования.

Для выбора существуют следующие критерии:

  • Схема управления. Система управления в коллекторных двигателях бывает векторной или скалярной. У каждой имеются свои плюсы и минусы.
  • Важным параметром является мощность. Она должна совпадать с максимально допустимой мощностью регулируемого устройства. Для низковольтных двигателей рекомендуется использовать регулятор с мощностью, превышающей допустимую величину.
  • Допустимые напряжения желательно регулировать в максимально широком диапазоне. Исходя из этого следует выбирать и сам регулятор.
  • Частотный диапазон. Основная величина для регулирования, поскольку именно ее и преобразует прибор. Модификация выбирается исходя из конкретных потребностей. Например, для фрезерной машины хватит и 1000 Гц.

Самостоятельная сборка регулятора

Простейшее устройство, которое может быть собрано своими руками, представляет собой печатную плату, размером 50х50 мм. Для ее изготовления лучше всего подходит односторонний стеклотекстолит.

Схема дополняется двумя резисторами по 45 Ом, что дает возможность подключать обычный компьютерный вентилятор. В случае использования повышенной нагрузки схема блокируется демпферным диодом, рассчитанным на удвоенное значение тока нагрузки и питающего напряжения.

При отсутствии такого диода возможен перегрев всего устройства. Кроме того, сам элемент размещается на теплоотводе, представляющем собой металлическую пластину. Работа регулирующих ключей обеспечивает минимальные потери мощности.

Регулятор оборотов двигателя постоянного тока 12в без потери мощности


Зачем они нужны


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.

Как изготовить своими руками?

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

Вот схема его работы:

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 изменении силы тока, эта частота может изменяться между 3 кГц и 5 кГц. Переменный резистор R2 служит для регулировки тока. При использовании электродвигателя в бытовых условиях, рекомендуется использовать регулятор стандартного типа.

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:

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:

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.

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.

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.

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.

ШИМ-регулятор оборотов электродвигателей коллекторного типа

Для регулировки частоты вращения маломощных электродвигателей коллекторного типа обычно применяют резистор, который включают последовательно с двигателем. Но такой способ включения обеспечивает очень низкий КПД, а самое главное не позволяет осуществлять плавную регулировку оборотов (найти переменный резистор достаточной мощности на несколько десятков Ом совсем не просто). А самый главный недостаток такого способа, это то, что иногда происходит остановка ротора при снижении напряжения питания.

ШИМ-регуляторы, речь о которых пойдет в этой статье, позволяют осуществлять плавную регулировку оборотов без перечисленных выше недостатков. Помимо этого ШИМ-регуляторы так же можно применять и для регулировки яркости ламп накаливания.

Рис.1.

На рис.1 приведена схема одного из таких ШИМ-регуляторов. Полевой транзистор VT1 является генератором пилообразного напряжения (с частотой повторения 150 Гц), а операционный усилитель на микросхеме DA1 работает как компаратор, формирующий ШИМ-сигнал на базе транзистора VT2. Частота вращения регулируется переменным резистором R5, изменяющим ширину импульсов. Благодаря тому, что их амплитуда равна напряжению питания, электродвигатель не будет «тормозить», а кроме этого можно добиться более медленного вращения, чем в обычном режиме.

Рис.2.

Схема ШИМ регуляторов на рис.2 аналогична предыдущей, но задающий генератор здесь выполнен на операционном усилителе (ОУ) DA1. Этот ОУ функционирует в роли генератора импульсов напряжения треугольной формы с частотой повторения 500 Гц. Переменный резистор R7 позволяет осуществлять плавную регулировку вращения.

Рис.3.

На рис.3. представлена весьма интересная схема регулятора. Этот ШИМ регулятор выполнен на интегральном таймере NE555. Задающий генератор имеет частоту повторения 500 Гц. Длительность импульсов, а, следовательно, и частоту вращения ротора электродвигателя можно регулировать в диапазоне от 2 до 98 % периода повторения. Выход генератора ШИМ регулятора на таймере NE555 подключен к усилителю тока, выполненному на транзисторе VT1 и собственно управляет электродвигателем М1.

Главным недостатком схем рассмотренных выше является отсутствие элементов стабилизации частоты вращения вала при изменении нагрузки. А вот следующая схема, показанная на рис.4., поможет решить эту проблему.

Рис.4.

Данный ШИМ регулятор как и большинство аналогичных устройств, имеет задающий генератор импульсов напряжения треугольной формы (частота повторения 2 кГц), выполненный на DA1.1.DA1.2, компаратор на DA1.3, электронный ключ на транзисторе VT1, а также регулятор скважности импульсов, а по сути частоты вращения электродвигателя — R6. Особенностью схемы является наличие положительной обратной связи посредством резисторов R12, R11, диода VD1,конденсатора C2, и DA1.4, которая обеспечивает постоянную частоты вращения вала электродвигателя при изменении нагрузки. При подключении ШИМ регулятора к конкретному электродвигателю при помощи резистора R12 производится регулировка глубины ПОС, при которой не возникает автоколебаний частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на вал двигателя.

Элементная база. В приведенных в статье схемах можно использовать следующие аналоги деталей: транзистор КТ117А можно заменить на КТ117Б-Г или как вариант на 2N2646; КТ817Б — КТ815, КТ805; микросхему К140УД7 на К140УД6, или КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 на С555, или КР1006ВИ1; микросхему TL074 на TL064, или TL084, LM324. Если необходимо подключить к ШИМ-регулятору более мощную нагрузку ключевой транзистор КТ817 необходимо заменить более мощным полевым транзистором, как вариант, IRF3905 или подобным. Указанный транзистор способен пропускать токи до 50А.
Подготовлено по материалам статьи: А.В. Тимошенко, Радіоаматор №4, 2008г.
Оцените статью Рейтинг 3.67 (21 Голос)

Регулятор оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины

Обобщенная схема регулятора

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.

Как сделать устройство для изменения скорости вращения электродвигателя своими руками

Для регулировки маломощных однофазных АД можно использовать диммеры. Однако этот способ ненадежен и обладает серьезными недостатками: снижением КПД, серьезным перегревом устройства и опасностью повреждения двигателя.

Для надежного и качественного регулирования оборотов электродвигателей на 220В, лучше всего подходит частотное регулирование.

Приведенная ниже схема позволяет собрать частотное устройство для регулировки электромоторов мощностью до 500 Вт. Изменение скорости вращения производится в границах от 1000 до 4000 оборотов в минуту.

Устройство состоит из задающего генератора с изменяемой частотой, состоящего из мультивибратора, собранного на микросхеме К561ЛА7, счетчика на микросхеме К561ИЕ8, полумоста регулятора. Выходной трансформатор Т1 выполняет развязку верхнего и нижнего транзисторов полумоста.

Демпфирующая цепь С4, R7 гасит всплески напряжения опасные для силовых транзисторов VT3, VT4. Выпрямитель, удвоитель напряжения питающей сети, включает в себя диодный мост VD9, с конденсатором фильтра на которых происходит удвоение напряжения питания полумоста.

Напряжение первичной обмотки: 2х12В, вторичной обмотки 12В. Первичная обмотка трансформатора управления ключами, состоит из 120 витков медного провода сечением 0,7мм, с отводом от середины. Вторичная – две обмотки, каждая по 60 витков повода сечением 0,7 мм.

Вторичные обмотки необходимо максимально надежно заизолировать друг от друга, так как разница потенциалов между ними доходит до 640 В. Подключение выходных обмоток к затворам ключей производится в противофазе.

Материалы по теме:

  • Как подключить трехфазный двигатель на 220 и 380 Вольт
  • Типовые схемы и способы пуска синхронных двигателей
  • 5 схем сборки самодельного светорегулятора
  • Как выбрать диммер

Опубликовано:
16.08.2019
Обновлено: 16.08.2019

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

  1. Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
  2. Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
  3. Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
  4. Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
  5. По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

Хорошо себя зарекомендовали приборы марки Sinus, E-Sky и Pic.

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

Фото — схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Сначала подключим

Прежде чем регулировать обороты двигателя стиральной машины, его нужно правильно подключить. Коллекторные двигатели от стиральных машин автомат имеют несколько выходов и многие начинающие самоделкины путают их, не могут понять, как осуществить подключение. Расскажем обо всем по порядку, а заодно и проверим работу электродвигателя, ведь существует же вероятность, что он вовсе неисправен.

  • Для начала нужно взять двигатель от стиральной машины, покрутить его и найти катушки возбуждения или башмаки, от которых должно идти 2, 3 и более проводов. Башмаки выглядят примерно так, как показано на рисунке ниже.
  • Берем омметр, выставляем тумблер на минимальное сопротивление и начинаем поочередно звонить все выходы. Наша задача выбрать из всех выходов катушки возбуждения 2, у которых значение сопротивления больше всех, если их всего два, то ничего выбирать не нужно.
  • Далее нужно найти коллектор двигателя и щетки, от которых также будут идти 2 провода. В данном случае выхода будет только два, если их больше, значит, вы что-то перепутали или один из проводов банально оторван.
  • Следующая группа выходов, которые нам позарез нужно обнаружить – это выходы таходатчика. В ряде случаев провода, идущие от таходатчика, можно заметить прямо на корпусе двигателя, но иногда их прячут в недра корпуса и тогда, чтобы подключиться, приходится частично разбирать двигатель.

  • Далее берем один провод, идущий от коллектора, и соединяем с одним из проводов катушки.
  • Второй провод коллектора и второй провод катушки подключаем к сети 220 В.
  • Если нам нужно поменять направление вращения якоря, то мы просто меняем местами подключаемые провода, а именно первый провод коллектора и первый провод катушки включаем в сеть, а вторые провода соединяем между собой.
  • Отмечаем ярлычками провода катушки, таходатчика и коллектора, чтобы не перепутать и производим пробный пуск двигателя.

Подключим через регулятор напряжения

Простейший вариант регулировки электродвигателя стиральной машины – использование любого регулятора напряжения (диммера, гашетки от дрели и прочего). Смысл регулировки в том, что на двигатель подается сначала максимальное напряжение, и он вращается с максимальной скоростью. Поворачивая тумблер диммера, мы уменьшаем напряжение, и двигатель соответственно начинает снижать обороты. Схема подключения следующая:

  • один провод катушки соединяем с одним проводом якоря;
  • второй провод катушки подключаем к сети;
  • второй провод якоря соединяем с диммером, а второй выход диммера подключаем к сети;
  • производим пробный пуск двигателя.

Проверяем, как работает двигатель на минимальной мощности. Вы можете убедиться, что даже на минимальной мощности обороты без нагрузки внушительны, но стоит только прислонить деревянный брусочек к вращающейся оси, и двигатель тут же останавливается. Каков вывод? А вывод таков, что данный способ регулировки оборотов электродвигателя стиральной машины приводит к катастрофической потере мощности при уменьшении напряжения, что неприемлемо, если вы собираетесь делать из двигателя какую-то самоделку.

Изначально мы ставили задачу научиться своими руками регулировать обороты двигателя стиральной машины без потери или с минимальной потерей мощности, но возможно ли это? Вполне возможно, просто схема подключения несколько усложнится.

Реостатные регуляторы оборотов коллекторных двигателей

При подключении нагрузки, излишек электроэнергии превращается в тепло. Но такие регуляторы применяются лишь на дешёвых моделях, в которых стоят моторы малой мощности, зато очень важна цена.

Из-за неоправданных тепловых потерь, ресурс аккумуляторной батареи модели заметно снижается. Не улучшают положение и потери на движущихся контактах реостата. А ведь долговечность аккумулятора является одним из основных критериев выбора систем управления оборотами мотора.

Отдельная неприятность — нежелательный перегрев всей конструкции, что не лучшим образом влияет на её долговечность и как следствие, необходимость принудительного отвода тепла. На серьёзные модели такие механически системы управления двигателем давно не устанавливают.

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Прекрасный для самоделок мотор от стиральной машины имеет слишком высокие обороты, и малый ресурс на максимальных оборотах. Поэтому я применяю простой самодельный регулятор оборотов (без потери мощности). Схема опробована и показала прекрасный результат. Обороты регулируются примерно от 600 до max.

Потенциометр электрически изолирован от сети, что повышает безопасность пользования регулятором.

Симистор необходимо поставить на радиатор.

Оптопара (2 шт) практически любая, но EL814 имеет внутри 2 встречных светодиода, и просится в эту схему.

Высоковольтный транзистор можно поставить, например, IRF740 (от БП компьютера), но жалко такой мощный транзистор ставить в слаботочную цепь. Хорошо работают транзисторы 1N60, 13003, КТ940.

Вместо моста КЦ407 вполне подойдет мост из 1N4007, или любой на >300V, и ток >100mA.

Печатка в формате .lay5. Печатка нарисована «Вид со стороны М2 (пайка)», так что при выводе на принтер ее надо зеркалить. Цвет М2 = черный, фон = белый, остальные цвета не печатать. Контур платы (для обрезки) выполнен на стороне М2, и будет указателем границ платы после травления. Перед запайкой деталей его следует удалить. В печатку добавлен рисунок деталей со стороны монтажа для переноса на печатку. Она тогда приобретает красивый и законченный вид.

Регулировка от 600 оборотов подходит для большинства самоделок, но для особых случаев предлагается схема с германиевым транзистором. Минимальные обороты удалось снизить до 200.

Минимальные обороты получил 200 об/мин (170-210, электронный тахометр на низких оборотах плохо меряет), транзистор Т3 поставил ГТ309, он прямой проводимости,и их много. Если поставить МП39, 40, 41, П13, 14, 15, то обороты должны еще снизиться, но уже не вижу надобности. Главное, что таких транзисторов как грязи, в отличие от МП37 (смотри форум).

Плавный пуск прекрасно работает, Правда на валу мотора пусто, но от нагрузки на валу при пуске, подберу R5 при необходимости.

R5 = 0-3к3 в зависимости от нагрузки;; R6 = 18 Ом — 51 Ом — в зависимости от симистора, у меня сейчас этого резистора нет;; R4 = 3к — 10к — защита Т3;; RР1 = 2к-10к — регулятор скорости, связан с сетью, защита от сетевого напряжения оператора обязательна. Есть потенциометры с пластмассовой осью, желательно использовать. Это большой недостаток данной схемы, и если нет большой необходимости в малых оборотах, советую использовать V17 (от 600 об/мин).

С2 = плавный пуск, = время задержки включения мотора;; R5 = заряд С2, = наклон кривой заряда, = время разгона мотора;; R7 — время разряда С2 для следующего цикла плавного пуска (при 51к это примерно 2-3 сек)

«>

Конструкция

Конструкция регулятора изменяемых оборотов RSV в основном отличается от конструкции регулятора RQV. Имеется только одна пружина регулятора (12). Когда обороты двигателя устанавливаются рычагом управления, положение пружины и натяжение подбираются для требуемых оборотов, обеспечивая состояние взаимного баланса между крутящим моментом на натяжном рычаге и моментом, вырабатываемым грузиками. Все установки на рычаге управления (7), так же как и ход грузика (15) преобразуются к управляющей рейке через соединительные рычаги регулятора.

Пусковая пружина (2), прицепленная к верхнему концу изменяемого шарнирного рычага (17), оттягивает управляющую рейку (3) в положение запуска, автоматически устанавливая количество подаваемого при запуске топлива.

Стопор режима полной нагрузки (18) и механизм управления крутящим моментом (14 — пружина управления крутящим моментом) встроены в регулятор. Дополнительная пружина режима холостого хода (13) и регулировочный винт, встроенные в крышку регулятора (8), служат для стабилизации оборотов холостого хода.

Один конец пружины регулятора прицеплен к натяжному рычагу (10), а другой конец — к рокеру (коромыслу) (5). Винт рокера может быть отрегулирован для изменения усилия, с которым пружина регулятора воздействует на точку поворота натяжного рычага. Это делает возможным регулировку коэффициента снижения оборотов регулятора в определенных пределах, не заменяя пружину регулятора. Это одно из преимуществ регулятора RSV. Для повышенных оборотов вращения предназначены более легкие грузики.

Устройство системы

Коллекторный тип двигателя состоит главным образом из ротора, статора, а также щёток и тахогенератора.

  1. Ротор — это часть вращения, статор — это внешний по типу магнит.
  2. Щётки, которые произведены из графита — это главная часть скользящего контакта, через которую на вращающийся якорь и стоит подавать напряжение.
  3. Тахогенератор —это устройство, которое производит слежку за характеристикой вращения прибора. Если происходит нарушение в размеренности процесса вращения, то он корректирует поступающий в двигатель уровень напряжения, тем самым делая его наиболее плавным и медленным.
  4. Статор. Такая деталь может включать в себя не один магнит, а, к примеру, две пары полюсов. Вместе с этим на месте статических магнитов здесь будут находиться катушки электромагнитов. Совершать работу такое устройство способно как от постоянного тока, так и от переменного.

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

В виде регуляторов оборотов электродвигателей 220 В и 380 В применяются особые частотные преобразователи. Такие устройства относят к высокотехнологическим, они и помогают совершить кардинальное преобразование характеристики тока (форму сигнала, а также частоту). В их комплектации имеются мощные полупроводниковые транзисторы, а также широтно-импульсный модулятор. Весь процесс осуществления работы устройства происходит с помощью управления специальным блоком на микроконтроллере. Изменение скорости во вращении ротора двигателей происходит довольно медленно.

Именно по этой причине частотные преобразователи применяются в нагруженных устройствах. Чем медленнее будет происходить процесс разгона, тем меньшая нагрузка будет совершена на редуктор, а также конвейер. Во всех частотниках можно найти несколько степеней защиты: по нагрузке, току, напряжению и другим показателям.

Некоторые модели частотных преобразователей совершают питание от однофазового напряжения (оно будет доходить до 220 Вольт), создают из него трехфазовое. Это помогает совершить подключение асинхронного мотора в домашних условиях без применения особо сложных схем и конструкций. При этом потребитель сможет не потерять мощность во время работы с таким прибором.

https://youtube.com/watch?v=EYkb8_6F-Sw

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

  1. Для существенной экономии электроэнергии. Так, не любому механизму нужно много энергии для выполнения работы вращения мотора, в некоторых случаях можно уменьшить вращение на 20−30 процентов, что поможет значительно сократить расходы на электроэнергию сразу в несколько раз.
  2. Для защиты всех механизмов, а также электронных типов цепей. При помощи преобразовательной частоты можно осуществлять определённый контроль за общей температурой, давлением, а также другими показателями прибора. В случае когда двигатель работает в виде определённого насоса, то в ёмкости, в которую совершается накачка воздуха либо жидкости, стоит вводить определённый датчик давления. Во время достижения максимальной отметки мотор попросту автоматически закончит свою работу.
  3. Для процесса плавного запуска. Нет особой необходимости применять дополнительные электронные виды оборудования — все можно осуществить при помощи изменения в настройках частотного преобразователя.
  4. Для снижения уровня расходов на обслуживание устройств. С помощью таких регуляторов оборотов в двигателях 220 В можно значительно уменьшить возможность выхода из строя приборов, а также отдельных типов механизмов.

Схемы, по которым происходит создание частотных преобразователей в электродвигателе, широко используются в большинстве бытовых устройств. Такую систему можно найти в источниках беспроводного питания, сварочных аппаратах, зарядках телефона, блоках питания персонального компьютера и ноутбука, стабилизаторах напряжения, блоках розжига ламп для подсветки современных мониторов, а также ЖК-телевизоров.

Применение электронных регуляторов

Использование мощных асинхронных двигателей невозможно без применения соответствующих регуляторов оборотов. Такие преобразователи используются для следующих целей:

  • Ступенчатый разгон и возможность понижения оборотов двигателя при уменьшении нагрузки позволяет уменьшить потребление электроэнергии. Использование частотных преобразователей с мощными асинхронными двигателями позволяет вдвое сократить расходы на электроэнергию.
  • Защита электронных механизмов. Преобразователи частоты позволяют контролировать показатели давления, температуры и ряд других параметров. При использовании двигателя в качестве привода насоса в емкости, в которую закачивается жидкость или воздух, может быть установлен датчик давления, отвечающий за управление механизмом и предотвращающий его выход из строя.
  • Обеспечение плавного запуска. При запуске электродвигателя, когда мотор сразу начинает работать на максимальных оборотах, на привод приходится повышенная нагрузка. Использование регулятора оборотов обеспечивает плавность запуска, что гарантирует максимально возможную долговечность работы привода и отсутствие его серьезных поломок.
  • Сокращаются расходы на техническое обслуживание насосов и самих силовых агрегатов. Наличие регуляторов оборотов снижает риск поломок отдельных механизмов и всего привода.

Используемая частотными преобразователями схема работы аналогична у большинства бытовых приборов. Похожие устройства также используются в сварочных аппаратах, ИБП, питании ПК и ноутбуков, стабилизаторах напряжения, блоках розжига ламп, а также в мониторах и жидкокристаллических телевизорах.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

  • стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
  • высокой надёжностью в эксплуатации;
  • низкие эксплуатационные затраты;
  • долговечностью функционирования без обслуживания;
  • сравнительно высокими показателями КПД;
  • невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

  • высокие пусковые токи;
  • чувствительность к перепадам напряжений;
  • низкие коэффициенты скольжений;
  • необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
  • ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

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:

  • 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.

https://youtube.com/watch?v=yLHAaZTr0hQ

Одноканальный регулятор для мотора

Устройство управляет одним мотором, питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт.

Основные элементы конструкции регулятора представлены на фото. 3. Устройство состоит из пяти компонентов: два резистор переменного сопротивления с сопротивлением 10 кОм (№1) и 1 кОм (№2), транзистор модели КТ815А (№3), пара двухсекционных винтовых клеммника на выход для подключения мотора (№4) и вход для подключения батарейки (№5).

Порядок работы регулятора мотора описывает электросхема (рис. 1).  С учетом полярности на разъем ХТ1 подают постоянное напряжение. Лампочку или мотор подключают к разъему ХТ2. На входе включают переменный резистор R1, вращение его ручки изменяет потенциал на среднем выходе в противовес минусу батарейки. Через токоограничитель R2 произведено подключение среднего выхода к базовому выводу транзистора VT1. При этом транзистор включен по схеме регулярного тока. Положительный потенциал на базовом выходе увеличивается при перемещении вверх среднего вывода от плавного вращения ручки переменного резистора. Происходит увеличение тока, которое обусловлено снижением сопротивления перехода коллектор-эмитттер в транзисторе VT1. Потенциал будет уменьшаться, если ситуация будет обратной.

Принципиальная электрическая схема

Необходима печатная плата размером 20х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита (допустимая толщина 1-1,5 мм). В таблице 1 приведен список радиокомпонентов.

Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл termo1), а монтажный чертеж (файл montag1) – на белом листе офисной (формат А4).

Далее чертеж монтажной платы (№1 на фото. 4) наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы (№2 на фото. 4). Необходимо сделать отверстия (№3 на фото. 14) на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпадать.  На фото.5 показана цоколёвка транзистора КТ815.

Вход и выход клеммников-разъемов маркируют белым цветом . Через клипсу к клеммнику подключается источник напряжения. Полностью собранный одноканальный регулятор отображен на фото.  Источник питания (батарея 9 вольт) подключается на финальном этапе сборки. Теперь можно регулировать скорость вращения вала с помощью мотора, для этого нужно плавно вращать ручку регулировки переменного резистора.

Для тестирования устройства необходимо из архива распечатать чертеж диска. Далее нужно наклеить этот чертеж (№1) на плотную и тонкую картонную бумагу (№2 ). Затем с помощью ножниц вырезается диск (№3).

Полученную заготовку переворачивают (№1 ) и к центру крепят квадрат черной изоленты (№2) для лучшего сцепления поверхности вала мотора с диском. Нужно сделать отверстие (№3) как указано на изображении. Затем диск устанавливают на вал мотора и можно приступать к испытаниям. Одноканальный регулятор мотора готов!

Для чего болгарке плавный пуск и регулятор оборотов?

В современных углошлифовальных машинах используют 2 необходимые опции, увеличивающие характеристики и безопасность оснащения:

  • регулятор оборотов (частотный преобразователь) – устройство, предназначенное для преобразования числа оборотов мотора в разных режимах функционирования;
  • устройство плавного пуска – схема, которая обеспечивает неторопливое наращивание оборотов мотора от нулевой отметки до предельного значения при подключении агрегата.

Используются в электромеханическом оборудовании, в структуре которого практикуется электромотор переменного тока с коллектором. Содействуют снижению изнашивания мехчасти агрегата при включении. Уменьшают нагрузку на электрические компоненты машины, вводя их в работу плавно. Как выявили изучения качеств материалов, особенно сильная выработка соприкасающихся узлов производится в процессе внезапного перехода из неподвижного состояния к быстрой активности. Например, один пуск ДВС в автомашине равняется по изнашиванию поршня и группы уплотняющих колец к 700 километрам пробега.

При подаче электропитания совершается скачкообразный переход от неподвижного состояния до вращения круга со стремительностью 2,5-10 тысяч оборотов за 60 секунд. Тому кто пользовался угловой шлифмашиной, отлично известно чувство, что инструмент прямо «вылетает из рук». Как раз в этот миг и случается большая часть аварий, сопряженных с мехчастью агрегата.

Обмотки ротора и статора ощущают не меньшую нагрузку. Электромотор переменного тока с коллектором запускается в режиме короткого замыкания, ЭДС уже выталкивает вал вперед, однако сила инерции еще не дает возможность ему вертеться. Зарождается скачок пускового электротока в катушках электродвигателя. Несмотря на то что по конструкции они разработаны для подобной работы, со временем приходит мгновение (к примеру, при перепаде напряжения в электросети), когда изолятор обмотки не способен выдержать и проистекает замыкание между витками.

При введении в электросхему инструментария схем приспособления плавного пуска и перемены частотности вращения мотора все вышеописанные неприятности самопроизвольно пропадают. Помимо всего, решается вопрос внезапного и значительного снижения напряжения в общей электросети во время пуска инструмента. Отсюда понятно, что бытовые электроприборы не подвергнутся опасности выхода из строя. А автоматические выключатели на электросчетчике не станут срабатывать и выключать ток в квартире либо доме.

Схема плавного пуска применяется в углошлифмашинах среднего и высокого ценового сегмента, узел регулирования оборотов – все больше в профессиональных модификациях болгарок. Регулирование оборотов дает возможность подвергать обработке угловой шлифмашиной мягкие материалы, осуществлять деликатное шлифование и полировку, так как на больших оборотах дерево либо краска попросту сгорят. Вспомогательная электросхема повышает цену инструментария, но продлевает срок эксплуатации и степень безопасности при использовании.

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Существует несколько способов:

  1. Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.
  1. Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:

U1=4,44w1k1

Данное выражение означает, что для сохранения постоянного магнитного потока, означающего сохранение перегрузочной способности электромотора, следует одновременно с преобразованием частоты корректировать и уровень питающего напряжения. Если сохраняется выражение, вычисленное по формуле:

U1/f1=U’1/f’1

то это означает, что критический момент не изменен. А механические характеристики соответствуют рисунку ниже, если вы не понимаете, что значат эти характеристики, то в этом случае регулировка происходит без потери мощности и момента.

Достоинствами данного метода являются:

  • плавное регулирование;
  • изменение скорости вращения ротора в большую и меньшую сторону;
  • жесткие механические характеристики;
  • экономичность.

Недостаток один — необходимость в частотном преобразователе, т.е. увеличение стоимости механизма. К слову, на современном рынке представлены модели с однофазным и трёхфазным входом, стоимость которых при мощности 2-3 кВт лежит в диапазоне 100-150 долларов, что не слишком дорого для полноценной регулировки привода станков в частной мастерской.

Переключение числа пар полюсов

Данный метод применяется для многоскоростных двигателей со сложной обмоткой, позволяющей изменять число пар ее полюсов. Самое широкое применение получили двухскоростные, трехскоростные и четырехскоростные АД. Принцип регулировки проще всего рассмотреть на основе двухскоростного АД. В такой машине обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения изменяется при подключении их последовательно или параллельно.

В четырехскоростном электродвигателе обмотка выполнена в виде двух независимых друг от друга частей. При изменении числа пар полюсов первой обмотки производится изменение скорости работы электромотора с 3000 до 1500 оборотов в минуту. При помощи второй обмотки производится регулировка вращения 1000 и 500 оборотов в минуту.

При изменении числа пар полюсов происходит и изменение критического момента. Для его сохранения неизменным, требуется одновременно с изменением числа пар полюсов регулировать и питающее напряжение, например, переключением схемы звезда-треугольник и их вариациями.

Достоинства данного метода:

  • жесткие механические характеристики двигателя;
  • высокий КПД.

Недостатки:

  • ступенчатая регулировка;
  • большой вес и габаритные размеры;
  • высокая стоимость электромотора.

Список источников

  • www.asutpp.ru
  • 220v.guru
  • tokar.guru
  • ustroistvo-avtomobilya.ru
  • volt-index.ru
  • nadouchest.ru
  • mashmaster.ru
  • stroy-podskazka.ru
  • samelectrik.ru
  • elektro.guru

Цифровой ШИМ регулятор оборотов коллекторного двигателя.

Еще один обзор на тему всяких вещей для самоделок. На этот раз я расскажу о цифровом регуляторе оборотов. Вещица по своему интересная, но хотелось большего.
Кому интересно, читайте дальше 🙂

Имея в хозяйстве некоторые низковольтные устройства типа небольшой шлифовальной машинки и т.п. я захотел немного увеличить их функциональный и эстетический вид. Правда это не получилось, хотя я надеюсь все таки добиться своего, возможно в другой раз, на за саму вещицу расскажу сегодня.
Производитель данного регулятора фирма Maitech, вернее именно это название часто встречается на всяких платках и блочках для самоделок, хотя сайт этой фирмы почему то мне не попался.

Из-за того, что я не сделал в итоге то, что хотел, обзор будет короче обычного, но начну как всегда с того, как это продается и присылается.
В конверте лежал обычный пакетик с защелкой.

В комплекте только регулятор с переменным резистором и кнопкой, жесткой упаковки и инструкции нет, но доехало все целым и без повреждений.

Сзади присутствует наклейка, заменяющая инструкцию. В принципе большего для такого устройства и не требуется.
Указан рабочий диапазон напряжения 6-30 Вольт и максимальный ток в 8 Ампер.

Внешний вид весьма неплох, темное «стекло», темно-серый пластик корпуса, в выключенном состоянии кажется вообще черным. По внешнему виду зачет, придраться не к чему. Спереди была приклеена транспортировочная пленка.
Установочные размеры устройства:
Длина 72мм ( минимальное отверстие в корпусе 75мм), ширина 40мм, глубина без учета передней панели 23мм (с передней панелью 24мм).
Размеры передней панели:
Длина 42.5, мм ширина 80мм

Переменный резистор идет в комплекте с ручкой, ручка конечно грубовата, но для применения вполне сойдет.
Сопротивление резистора 100КОм, зависимость регулировки — линейная.
Как потом выяснилось, 100КОм сопротивление дает глюк. При питании от импульсного БП невозможно выставить стабильные показания, сказывается наводка на провода к переменному резистору, из-за чего показания скачут +\- 2 знака, но ладно бы скакали, вместе с этим скачут обороты двигателя.
Сопротивление резистора высокое, ток маленький и провода собирают все помехи вокруг.
При питании от линейного БП такая проблема отсутствует полностью.
Длина проводов к резистору и кнопке около 180мм.

Кнопка, ну тут ничего особенного. Контакты нормально открытые, установочный диаметр 16мм, длина 24мм, подсветки нет.
Кнопка выключает двигатель.
Т.е. при подаче питания индикатор включается, двигатель запускается, нажатие на кнопку его выключает, второе нажатие включает опять.
Когда двигатель выключен то индикатор так же не светится.

Под крышкой находится плата устройства.
На клеммы выведены контакты питания и подключения двигателя.
Плюсовые контакты разъема соединены вместе, силовой ключ коммутирует минусовой провод двигателя.
Подключение переменного резистора и кнопки разъемное.
На вид все аккуратно. Выводы конденсатора немного кривоваты, но я думаю что это можно простить 🙂

Дальнейшую разборку я спрячу под спойлер.

Подробнее

Индикатор довольно большой, высота цифры 14мм.
Размеры платы 69х37мм.

Плата собрана аккуратно, около контактов индикатора присутствуют следы флюса, но в целом плата чистая.
На плате присутствуют: диод для защиты от переполюсовки, стабилизатор 5 Вольт, микроконтроллер, конденсатор 470мкФ 35 Вольт, силовые элементы под небольшим радиатором.
Так же видны места под установку дополнительных разъемов, назначение их непонятно.

Набросал небольшую блок-схему, просто для примерного понимания что и как коммутируется и как подключается. Переменный резистор так и включен одной ногой к 5 Вольт, второй на землю. потому его можно спокойно заменить на более низкий номинал. На схеме нет подключений к нераспаянному разъему.

В устройстве использован микроконтроллер 8s003f3p6 производства STMicroelectronics.
Насколько мне известно, этот микроконтроллер используется в довольно большом количестве разных устройств, например ампервольтметрах.

Стабилизатор питания 78M05, при работе на максимальном входном напряжении нагревается, но не очень сильно.

Часть тепла от силовых элементов отводится на медные полигоны платы, слева видно большое количество переходов с одной стороны платы на другую, что помогает отводить тепло.
Так же тепло отводится при помощи небольшого радиатора, который прижат к силовым элементам сверху. Такое размещение радиатора кажется мне несколько сомнительным, так как тепло отводится через пластмассу корпуса и такой радиатор помогает несильно.
Паста между силовыми элементами и радиатором отсутствует, рекомендую снять радиатор и промазать пастой, хоть немного но станет лучше.

В силовой части применен транзистор IRLR7843, сопротивление канала 3.3мОм, максимальный ток 161 Ампер, но максимальное напряжение всего 30 Вольт, потому я бы рекомендовал ограничивать входное на уровне 25-27 Вольт. При работе на околомаксимальных токах присутствует небольшой нагрев.
Так же рядом расположен диод, который гасит выбросы тока от самоиндукции двигателя.
Здесь применен STPS1045 10 Ампер, 45 Вольт. К диоду вопросов нет.

Первое включение. Так получилось, что испытания я проводил еще до снятия защитной пленки, потому на этих фото она еще есть.
Индикатор контрастный, в меру яркий, читается отлично.

Сначала я решил попробовать на мелких нагрузках и получил первое разочарование.
Нет, претензий к производителю и магазину у меня нет, просто я надеялся, что в таком относительно недешевом устройстве будет присутствовать стабилизация оборотов двигателя.
Увы, это просто регулируемый ШИМ, на индикаторе отображается % заполнения от 0 до 100%.
Мелкого двигателя регулятор даже не заметил, дня него это совсем смешной ток нагрузки 🙂

Внимательные читатели наверняка обратили внимание на сечение проводов, которыми я подключил питание к регулятору.
Да, дальше я решил подойти к вопросу более глобально и подключил более мощный двигатель.
Он конечно заметно мощнее регулятора, но на холостом ходу его ток около 5 Ампер, что позволило проверить регулятор на режимах более приближенных к максимальным.
Регулятор вел себя отлично, кстати я забыл указать что при включении регулятор плавно увеличивает заполнение ШИМ от нуля до установленного значения обеспечивая плавный разгон, на индикаторе при этом сразу показывается установленное значение, а не как на частотных приводах, где отображается реальное текущее.
Регулятор не вышел из строя, немного нагрелся, но не критично.

Так как регулятор импульсный, то я решил просто ради интереса потыкаться осциллографом и посмотреть что происходит на затворе силового транзистора в разных режимах.
Частота работы ШИМа около 15 КГц и не меняется в процессе работы. Двигатель заводится примерно при 10% заполнения.

Изначально я планировал поставить регулятор в свой старый (скорее уже древний) блок питания для мелкого электроинструмента (о нем как нибудь в другой раз). по идее он должен был стать вместо передней панели, а на задней должен был расположиться регулятор оборотов, кнопку ставить не планировал (благо при включении устройство сразу переходит в режим — включено).
Должно было получиться красиво и аккуратно.

Но дальше меня ждало некоторое разочарование.
1. Индикатор хоть и был немного меньше по габаритам чем вставка передней панели, но хуже было то, что он не влазил по глубине упираясь в стойки для соединения половинок корпуса.
и если пластмассу корпуса индикатора можно было срезать, то не стал бы все равно, так как дальше мешала плата регулятора.
2. Но даже если бы первый вопрос я бы решил, то была вторая проблема, я совсем забыл как у меня сделан блок питания. Дело в том, что регулятор рвет минус питания, а у меня дальше по схеме стоит реле реверса, включения и принудительной остановки двигателя, схема управления всем этим. И с их переделкой оказалось все куда сложнее 🙁

Если бы регулятор был со стабилизацией оборотов, то я бы все таки заморочился и переделал схему управления и реверса, либо переделал регулятор под коммутацию + питания. А так можно и переделаю, но уже без энтузиазма и теперь не знаю когда.
Может кому интересно, фото внутренностей моего БП, собирался он лет так около 13-15 назад, почти все время работал без проблем, один раз пришлось заменить реле.

Резюме.
Плюсы
Устройство полностью работоспособно.
Аккуратный внешний вид.
Качественная сборка
В комплект входит все необходимое.

Минусы.
Некорректная работа от импульсных блоков питания.
Силовой транзистор без запаса по напряжению
При таком скромном функционале завышена цена (но здесь все относительно).

Мое мнение. Если закрыть глаза на цену устройства, то само по себе оно вполне неплохое, и выглядит аккуратно и работает нормально. Да, присутствует проблема не очень хорошей помехозащищенности, думаю что решить ее несложно, но немного расстраивает. Кроме того рекомендую не превышать входное напряжение выше 25-27 Вольт.
Больше расстраивает то, что я довольно много смотрел варианты всяких готовых регуляторов, но нигде не предлагают решение со стабилизацией оборотов. Возможно кто то спросит, зачем мне это. Объясню, как то попала в руки шлифовальная машинка со стабилизацией, работать гораздо приятнее чем обычной.

На этом все, надеюсь что было интересно 🙂

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

TDA1085 — Регулятор оборотов коллекторного двигателя — DataSheet

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
  • Внутренний преобразователь частоты в напряжение
  • Встроенный генератор разгона
  • Плавный пуск
  • Ограничение тока нагрузки
  • Отслеживание целостности цепи таходатчика
  • Прямое питание от источника переменного тока
  • Функция безопасного подключения двигателя

Исполнение в пластиковом корпусе CASE 648

С буквой D в маркировке. Пластиковый корпус CASE 751B (SO–16)

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

Блок — схема и назначение выводов

1 Синхронизация тока
2 Синхронизация напряжения
3 Ограничение тока двигателя
4 Текущая скорость
5 Установка скорости
6 Управление током генератора пилообразного сигнала
7 Время генератора разгона
8 Общий провод
9 Плюс питания
10 Подключение параллельного стабилизатора и балластного резистора
11 Накапливающий конденсатор
12 Цифровой датчик скорости
13 Выход генератора запускающих импульсов
14 Конденсатор пилообразного напряжения
15 Установка пилообразного тока
16 Замкнутый контур стабилизации
Максимальные значения (TA = 25°C, все напряжения измеряются относительно земли, вывод 8)
Параметр Обозначение Значение Ед. изм.
Питающее напряжение на выводе 9 VCC 15 В
Максимальное напряжение на следующих выводах Вывод 3 VPin +5 В
Выводы –5–6–7–13–14–16 от 0 до VCC
Вывод 10 от 0 до +17
Максимальный ток на следующих выводах Выводы 1 и 2 IPin от -3 до +3 мА
Вывод 3 0т -1 до 0
Вывод 9 (VCC) 15
Вывод 10 параллельный стабилизатор 35
Вывод 12 от -1 до +1
Вывод 13 -200
Максимальная рассеиваемая мощность PD 1 Вт
Тепловое сопротивления, кристалл-воздух RΘJA 65 ºC/Вт
Диапазон рабочих температур кристалла TJ от – 10 до + 120 ºC
Температура хранения Tstg от – 55 до + 150 ºC
Электрические характеристики (TA = 25°C)
Параметр Обозначение Мин. Тип. Макс. Ед. изм.
Стабилизатор напряжения
Внутренне регулируемое напряжение стабилизации (Vpin 9) (Ipin 7 = 0, Ipin 9 +  IPin 10 = 15 mA, Ipin 13 = 0) VCC 15 15,3 15,6 В
Температурный коэффициент напряжения стабилизации TF — 100 ppm/°C (одна миллионная доля вольта на градус Цельсия) 
Потребляемый ток (Ipin 9) (V9 = 15 В, V12 = V8 = 0, I1 = I2 = 100 мкА, все другие выводы не подключены) ICC 4,5 6,0 мА
Контроль напряжения стабилизации уровень включения VCC EN  VCC — 0.4  В
Контроль напряжения стабилизации уровень выключения VCC DIS  VCC — 1.0
Генератор разгона
Диапазон напряжений на входе для задаваемой скорости VPin 5 0,08 13,5 В
Опорный ток смещения на входе -IPin 5 0 0,8 1,0 мкА
Опорный ток смещения при выборе разгона -IPin 6 0 1,0 мкА
Начальный уровень при задании разгона VDS 0 2,0 В
Конечный уровень при задании разгона VPin6 = 0.75 В VDF/VDS 2,0 2,09 2,2
Зарядный ток при быстром разгоне VPin 7 = 0 В -IPin 7 1.0 1.7 мА
Зарядный ток при быстром разгоне VPin 7 = 10 В 1.0 1,2 1.4
Зарядный ток при задании разгона VPin7= 2.0 В -IPin 7 4,0 5,0 6,0 мА
Ограничитель тока
Ограничение тока усилителя — IPin 7/IPin 3 (IPin 3 = — 300 мкА) Cg 130 180 250
Отслеживание порогового напряжения IPin 3 = -10 мкА VPin 3 TH 50 65 80 мВ
Преобразователь частоты в напряжение
Входной сигнал «Низкий уровень напряжения» V12 L -100 мВ
Входной сигнал «Высокий уровень напряжения» V12 H +100
Напряжение сброса V12 R 5.0 В
Отрицательное напряжение срабатывания IPin 12 = — 200 мкА -V12 CL 0,6 В
Ток смещения на входе -IPin 12 25 мкА
Внутренний коэффициент усиления тока G = IPin 4/IPin 5 , VPin 4 = VPin 5 = 0 G.O 9,5 11
Линейность усиления в зависимости от напряжения на выводе 4 (G8.6 = Усилению при VPin 4 =  8.6 В)    G.-G8.6
 При V4=0 В 1.04 1.05 1.06
 При V4 = 4.3 В 1.015  1.025 1.035
При V4 = 12 В  0.965 0.975 0.985
Температурный коэффициент усиления (VPin 4 = 0) TF 350 ppm/°C
Ток поверхностной утечки на выходе (IPin 11 = 0) -IPin 4 0 100 нА
Усилитель управления
Диапазон напряжений на входе для текущей скорости VPin4 0 13,5 В
Напряжение смещения на входе VPin 5 — VPin 4 (IPin16=0, VPin16 = 3.0 и 8.0 В) Voff 0 50 мВ
Крутизна усиления (IPin 16/Δ (V5-V4)) (IPin 16 = ± 50 мкА, VPin 16 = 3.0 В) T 270 340 400 мкА/В
Возможное отклонение выходного тока источника IPin 16 -200 -100 -50 мкА
Возможное отклонение выходного тока стока 50 100 200
Напряжение насыщения на выходе V16 sat 0,8 В
Генератор импульсов
Уровни токов синхронизирующих импульсов в линии напряжения IPin 2 ±50 ±100 мкА
Уровни токов синхронизирующих импульсов в линии тиристора IPin 1 ±50 ±100
Задержка запускающего импульса (CPin 14 = 47 нФ, RPin 15 = 270 кОм TP 55 мкс
Период повторения запускающих импульсов TR 220 мкс
Импульсный ток на выходе VPin 13 = VCC — 4.0 В -IPin 13 180 192 мА
Ток поверхностной утечки на выходе VPin 13 = — 3.0 В I13 L 30 мкА
Напряжение на входе при полном угле проводимости V14 11,7 В
Высокий уровень пилоообразного напряжения V14 H 12 12,7 D
Ток разряда пилообразного напряжения, IPin 15 = 100 мкА IPin 14 95 105 мкА

Принципиальная схема включения TDA1085

Предельный ток 10 А настраивается экспериментально, подбором резистора R4

Диапазон скоростей вращения двигателя:

от 0 до 15000 об/мин

Максимальный разгон: до 3200 об/мин за 1 секунду
Нормальный разгон: за 10 с от 850 до 1300 об/мин  8 полюсной тахогенератор должен выдавать максимальное напряжение 30 В при 6000 об/мин, в разомкнутой цепи
Скорость вращения, об/мин Напряжение на выводе 5 Конвертер частоты вращения в напряжение: 8 мВ на 1 об/мин (12 в при максимальной частоте вращения, CPin 11 = 680 пФ, VCC = 15.3 В
800 609 мВ Симистор на 15 А, 600 В, минимальный ток на управляющем электроде 90 мА
1300 966 мВ
7500 5,912 В
15000 12 В

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.

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 платыВнутренняя 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 (VPin4) в вольтах:

VPin 4  = G.0 ∙ (VCC–Va) ∙ CPin 11 ∙ R4 ∙ f ∙ 1/(1+120k/RPin 11)

G.0 ∙ (VCC – Va) ≈ 140

Va = 2.0 VBE

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.

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.

Купить регулятор оборотов на TDA1085 в корпусе

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

Как контролировать скорость электродвигателей?

В этой статье мы поговорим о том, как управлять скоростью электродвигателей.

Управление скоростью однофазных асинхронных двигателей:

Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя может быть легко приспособлена для обеспечения двух синхронных скоростей, одна из которых вдвое больше другой. На рис. 1.88 (а) показаны соединения для двухполюсных двигателей, в которых две катушки А и В соединены последовательно, их МДС помогают друг другу.Если соединения с катушкой B поменять местами, так что обе катушки снова соединены последовательно, но их ммс напротив друг друга, как показано на рис. 1.88 (b), образуются 4 полюса, а синхронная скорость уменьшается вдвое. Точно так же четырехполюсный двигатель можно переподключить, чтобы получить 8 полюсов. Переключение с одной скорости на другую легко и быстро осуществляется с помощью двухполюсного переключателя на два направления.

Кроме того, из-за сравнительно небольшой мощности однофазных асинхронных двигателей чрезмерное скольжение, приводящее к небольшому снижению скорости, не является серьезным с точки зрения потери мощности, как в случае с 3-фазными асинхронными двигателями.По этой причине в различных случаях, например, для вентиляторов и воздуходувок, где могут потребоваться скорости 1100 или 1300 об/мин, нередко используется 4-полюсный двигатель с высоким скольжением.

Это можно сделать:

(i) При использовании высокого сопротивления ротора, в этом случае изменение скорости не происходит, но двигатель имеет падающую кривую скорости; или

(ii) За счет снижения напряжения, подаваемого на обмотку статора.

Для этой цели катушка переменного сопротивления или катушка реактивного сопротивления с отводами последовательно с двигателем могут использоваться для регулирования скорости.Этот метод неэффективен, дает большие колебания скорости при изменении нагрузки, но, несмотря на эти недостатки, он широко используется. В качестве альтернативы, напряжение, подаваемое на обмотку статора двигателя, можно изменять либо с помощью трансформатора с отводами на его вторичной обмотке, либо с помощью вариатора, который обеспечивает максимально возможное количество отводов и, таким образом, обеспечивает точную регулировку скорости.

Это один из самых простых способов регулирования скорости двигателей с дробной киловаттой. Скоростью однофазного асинхронного двигателя также можно управлять, используя обмотку возбуждения с ответвлениями, так что источник постоянного напряжения может воздействовать на всю обмотку или на ее часть.Таким образом, обеспечивается нормальная скорость и одна пониженная скорость.

Регулирование скорости из-за его более общего применения привело к стандартизации скоростей вентиляторов, что позволило использовать двигатели с высоким скольжением. Двигатель с короткозамкнутым ротором с 8-10-процентным скольжением и низким тяговым моментом удовлетворительно работает не только для приводов с постоянной скоростью, но и для приводов с регулируемой скоростью за счет использования регулирования напряжения на обмотке статора. При таком способе регулирования скорости моментно-скоростные характеристики напоминают характеристики двигателя с фазным ротором с другим числом внешних сопротивлений в цепи ротора.

Управление скоростью трехфазных синхронных двигателей:

Скорость синхронного двигателя зависит от двух факторов, а именно, числа полюсов P и частоты питания f. Поскольку конструкция ротора синхронного двигателя фиксирована, количество полюсов на роторе также фиксировано и не может быть изменено в процессе эксплуатации. Однако, когда на один синхронный двигатель подается питание от генератора переменного тока, как в случае корабельной тяги, скорость двигателя можно изменить, изменив скорость генератора переменного тока — скорость двигателя изменяется точно в той же пропорции, что и скорость двигателя. генератора, подающего на него питание.

Здесь следует отметить, что напряжение и частота прямо пропорциональны скорости вращения генератора. Таким образом, для поддержания постоянного отношения V/f не требуется никакого специального контроля. Однако управление возбуждением поля требуется, поскольку напряжение, подаваемое на клеммы статора, изменяется. В противном случае сильно пострадает коэффициент мощности.

Если предположить, что двигатель работает с коэффициентом мощности, близким к единице, и с нормальным напряжением, увеличение скорости вызывает увеличение приложенного напряжения на клеммах статора двигателя, и двигатель сильно недовозбужден (т.е., низкий коэффициент мощности отставания) для фиксированного возбуждения постоянного тока. С другой стороны, снижение скорости вызывает перевозбуждение (т. е. низкий опережающий коэффициент мощности). Таким образом, контроль возбуждения поля имеет важное значение.

Управление скоростью коллекторных двигателей переменного тока:

Регулирование скорости коллекторных двигателей переменного тока может осуществляться либо путем изменения приложенного напряжения, либо путем перемещения щеток вокруг коллектора. В первом методе используются отводы на трансформаторе или, иногда, на последовательном резисторе или катушке индуктивности, чтобы обеспечить ступенчатое изменение напряжения, в то время как смещение щетки обеспечивает постепенное управление во всем диапазоне.

В случае однофазного последовательного двигателя переменного тока регулирование скорости может осуществляться, когда это необходимо, только изменением напряжения, поскольку он работает с фиксированным положением щетки. Ответвления трансформатора обеспечивают изменение между нулевой и максимальной скоростью, как показано на рис. 1.89, без каких-либо заметных дополнительных потерь, которые могут возникнуть при последовательном сопротивлении. Последний метод используется только тогда, когда регулирование скорости требуется очень редко и когда капитальные затраты имеют первостепенное значение.

В случае репульсионных двигателей щеточное переключение является самым простым методом управления скоростью в диапазоне скоростей примерно от 0,5 до 1,1 синхронной скорости, но за пределами этого диапазона управление изменением напряжения предпочтительнее из-за трудностей коммутации. Скоростно-моментные характеристики при различных положениях щеток показаны на рис. 1.90.

В случае трехфазных двигателей щеточное переключение является наиболее экономичным методом управления скоростью и обеспечивает диапазон от 3 до 4 с характеристиками, аналогичными характеристикам репульсионных двигателей.

Регулятор скорости двигателей переменного тока Alstom

Регулятор скорости двигателей переменного тока Alstom


Электрические машины — Вопросы и ответы
Информация предоставлена ​​ALSTOM.

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ АС

1. Какие трехфазные двигатели доступны для регулирования скорости?

В дополнение к двигателю с контактными кольцами, следующее:

  1. Асинхронные двигатели с переключением полюсов или, в последнее время, с короткозамкнутым ротором с модуляцией полюсов по амплитуде, подходящие для приводов, требующих двух или трех заранее определенных скоростей.
  2. Асинхронные двигатели с тиристорными регуляторами для обеспечения питания с переменной частотой.
  3. Коллекторные двигатели различных типов, в которых на ротор подается собственное напряжение, позволяющее изменять скорость в широких пределах без потерь энергии.
  4. Комбинации асинхронных двигателей и коллекторных машин переменного тока, обеспечивающие любое желаемое управление скоростью.

2. Как можно намотать асинхронный двигатель так, чтобы он давал две или более скорости?

Статор может быть намотан двумя отдельными обмотками, каждая из которых имеет разное количество полюсов.Путем переключения линий питания с одной на другую обмотка такого статора может быть сделана дающей две разные скорости. Например. 8-полюсные и 10-полюсные обмотки дадут скорости 750 и 600 об/мин (синхронные).

Другой способ получения двух скоростей состоит в том, чтобы расположить одну обмотку так, чтобы перевернув одну половину катушек, ее можно заменить на обмотку с удвоенным числом полюсов, например. 4-полюсная на 8-полюсную обмотку. Это называется обмоткой с переключением полюсов или обмоткой с ответвлениями, принцип которой показан на схеме.Продолжая идею, два можно использовать обмотки с ответвлениями, в результате чего получается четырехскоростная машина, например. 4/8 и 6/12 полюсов для скорости 1 500/750 об/мин и 1 000/500 об/мин (синхронно).

Рис. 38 — Базовое расположение обмоток с переключением полюсов или обмоток с ответвлениями.

3. Что такое полюсно-амплитудная модуляция?

Это метод, используемый при проектировании обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя. Использование p.a.m. двигатель может иметь две или более различных рабочих скоростей только с одной обмоткой статора.В отличие от обмотки с переключением полюсов, соотношение скоростей отличается от 2:1. может быть получен. В принципе, выбран половинки фазных обмоток перепутаны местами; используются специальные группы катушек, а в некоторых случаях некоторые катушки опускаются. Переключение осуществляется внешней по отношению к двигателю схемой управления. Типичная характеристика крутящий момент/скорость для час дня двигатель, предназначенный для работы на двух скоростях в соотношении 1,5:1, показан на рисунке 39.

Рис. 39 – Моментно-скоростная характеристика для двухскоростного р.двигатель a.m. со скоростями в соотношение 1,5:1.

4. Как поживает Пэм? обмотки подключены, чтобы дать две скорости двигателя?

Возможны различные конфигурации в зависимости от конкретного применения, но на рис. 40 показана типичная конфигурация. Для работы на низких скоростях механизм управления соединяет полуфазные обмотки последовательно-звездой, а для высоких скоростей обмотки соединяются параллельно звездой.

Инжир.40 — Устройство обмотки для двухскоростного п.а.м. мотор.
Для нормальной (немодулированной) работы: запитайте U3, V3 и W3, изолируйте U2, V2 и W2.
Для модулированной работы: подайте 112, V2 и W2, соедините U3, V3 и W3.

5. Что такое p.a.m. двигатели используются для?

Применения, где скорость не так критична, например, в вентиляторах и некоторых типах насосов, не требуют двигателя с плавным регулированием скорости с соответствующими расходами. Здесь относительная дешевизна р.а.м. двигатель по сравнению с эквивалентным двухобмоточным двигателем является ведущим к более широкому использованию p.a.m. двигателей для этих целей.

6. Какая другая форма управления скоростью используется с асинхронными двигателями?

Плавно регулируемую скорость можно получить, если на статор подается трехфазное напряжение переменной частоты. Используя полупроводниковые переключатели, известные как тиристоры, частоту питания можно изменять от нуля до примерно четырехкратного исходного значения, что позволяет непрерывно изменять скорость двигателя в широком диапазоне.

7. Что такое тиристор?

Это твердотельное устройство с тремя выводами (рис. 41), проводящее только в одном направлении (от анода к катоду) и только тогда, когда оно «запускается» импульсом, подаваемым на вывод затвора. При использовании с источником переменного тока тиристор после запуска проводит положительный полупериод питания, но при изменении полярности он отключается сам по себе. Когда питание становится положительным, необходимо подать импульс к затвору тиристора, чтобы снова включить его.Двумя типами контроллеров, наиболее часто используемых для управления асинхронными двигателями, являются циклопреобразователь и инвертор звена постоянного тока.

Рис. 41 — Условное обозначение тиристора — трехвыводного твердотельного ключа.

Таким образом, тиристор позволяет использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором для приложений с регулируемой скоростью с сопутствующими преимуществами двигателя, такими как прочность, дешевизна и высокое отношение мощности к весу.

8.Каковы недостатки тиристорных регуляторов?

Основными недостатками являются стоимость тиристоров и связанных с ними схем, а также создание гармоник в двигателе и питании. система. Особым недостатком циклопреобразователя является его ограниченная выходная частота, которая ограничивает максимальную скорость любого двигателя. с которым он используется. Инвертор звена постоянного тока не страдает от этого ограничения, поскольку он обеспечивает гораздо больший диапазон скоростей, но требует использования большего количества тиристоров и, следовательно, является более дорогим.

9. Какие существуют три основных типа трехфазных коллекторных двигателей переменного тока?

  1. питание от статора.
  2. С роторным питанием (или зарядом).
  3. Ряд.

10. На что влияет питание обмотки ротора напряжением от внешнего источника?

Подавая внешнее переменное напряжение требуемой частоты (через коммутатор) в обмотку ротора, можно изменять скорость двигателя выше и ниже синхронной скорости.На каждой из этих скоростей двигатель ведет себя так же, как обычный асинхронный двигатель.

Принцип можно объяснить на простом примере ротора с напряжением покоя 100 вольт, индуцированным в его обмотках вращающимся магнитным полем с короткозамкнутыми обмотками ротора. Ротор будет разгоняться почти до синхронной скорости, если он не нагружен, до тех пор, пока фактически напряжение ротора не станет практически нулевым, и не будет протекать достаточный ток для обеспечения очень небольшого крутящего момента на холостом ходу.Если теперь э.д.с. на ротор подается 20 вольт в противоположном направлении и с той же частотой, что и напряжение, обычно индуцируемое вращающимся полем, двигатель будет работать с такой скоростью, что поле индуцирует в нем около 20 вольт.

Это индуцированное напряжение возникает, когда скольжение составляет 20 % (или скорость составляет 80 %) от синхронной скорости, и в этот момент индуцированное напряжение ротора и напряжение, приложенное к ротору извне, практически уравновешиваются.

Если 20 вольт, подаваемые в обмотку ротора, имеют то же направление, что и нормальное индуктивное напряжение ротора, двигатель будет работать на 20 процентов выше синхронности, индуцированное ротором напряжение меняет направление.

11. Как этот метод изменения скорости соотносится по эффективности с регулированием скорости роторным сопротивлением?

Это намного эффективнее, потому что мощность, подаваемая на ротор, возвращается в линию. Кроме того, изменения нагрузки не приводят к большим колебаниям скорости.

12. Как работает коллекторный двигатель переменного тока с питанием от статора с регулируемой скоростью?

Обмотка статора асинхронного типа, питается от сети переменного тока. Обмотка ротора подключена к коллектор вместо контактных колец и напоминает обычный якорь постоянного тока. Щетки равномерно распределены вокруг коллектора по числу фаз. Например, двухполюсный ротор может иметь 3 щетки на равном расстоянии друг от друга, чтобы получить три фазы.

Важно отметить тот факт, что вращающееся поле, создаваемое обмотками статора, проходит мимо щеток с синхронной скоростью и, следовательно, частотой эл.м.ф. появление на кистях такое же, как и в статор. При подаче питания на статор частотой 50 Гц частота щеток также будет равна 50 Гц независимо от того, с какой скоростью движется ротор.

Следовательно, если мы хотим обеспечить Э.Д.С. ротора для изменения скорости мы можно сделать это от источника питания 50 Гц. Это питание щеток ротора обычно осуществляется через индукционный регулятор, который действует как трансформатор с переменным коэффициентом, позволяя инжектировать плавное изменение напряжения до любого желаемого значения.

Рис. 42 — Соединения для коллекторного двигателя переменного тока с питанием от статора.

Устройство обычно называют коллекторным двигателем переменного тока с питанием от статора или фиксированной щеткой с шунтирующей характеристикой.

13. Как работает коллекторный двигатель переменного тока с регулируемой скоростью вращения?

В этом типе двигателя, также называемом Scharge или коллекторным двигателем переменного тока с регулируемой щеткой, используется другой метод впрыска электродвигателя с переменной скоростью.м.ф. во вторичную обмотку. Ссылаясь на Рисунок 45, источник питания к обмотке ротора через контактные кольца, причем обмотка ротора является первичной. Вторичная обмотка находится на статор. На роторе расположена дополнительная регулирующая обмотка с коммутатором. Концы статорные (вторичные) обмотки подключены к щеткам, расположенным на коммутаторе.

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что, когда ротор остановлен, вращающееся поле проходит мимо вторичной обмотки и щеток с синхронной скоростью.По мере набора скорости двигателя частота во вторичных обмотках и, соответственно, к коммутатору частота на щетках снижается одновременно. Независимо от того, с какой скоростью вращается ротор, частота щеток связана со вторичной частотой. и, в результате, напряжение может сниматься с коммутатора и подаваться на вторичные обмотки.

Метод изменения э.д.с. вводится во вторичные обмотки путем изменения количества коллектора, натянутого каждой парой щеток.Пары щеток расположены так, что их можно перемещать одновременно на равные расстояния от линейного положения. При последовательном соединении каждая пара щеток опирается на один и тот же сегмент коллектора. В этом положении каждая вторичная фазная обмотка закорочена и фазное напряжение не подается; следовательно, скорость такая же, как у обычного асинхронного двигателя. Движение кистей в ту или иную сторону увеличивает или уменьшает скорость. Движение кисти может быть выполнено с помощью маховиком или с помощью небольшого сервопривода или пилотного двигателя с дистанционным управлением.Общие характеристики этого роторного двигателя двигателя такие же, как и у статорного типа.

14. Как работает серийный коллекторный двигатель переменного тока с регулируемой скоростью?

Последовательная характеристика обеспечивается последовательным соединением статора и ротора, как показано на схеме. Коммутатор на роторе питается от трансформатора, потому что, как правило, напряжение питания слишком велико, чтобы позволить удовлетворительная коммутация. Это также полезно, когда источник питания находится под высоким напряжением (например,грамм. 3300 вольт) и составляет одно из преимуществ этого типа, так как практически невозможно организовать двигатель с роторным питанием для питания высокого напряжения, хотя Тип с питанием от статора несколько проще в этом отношении.

Скорость регулируется движением щетки, что приводит к изменению фазового согласования между сталером и ротором и, таким образом, к усилению или ослаблению поля.

Рис. 43 — Расположение обмоток коллекторного двигателя переменного тока с роторным питанием.
«Р» — первичная обмотка, расположенная на роторе под обмоткой коммутатора и питаемая через контактные кольца. «S» — вторичная обмотка, расположенная на статоре. «С» — коммутатор.

Характеристика скорость-момент очень похожа на характеристику двигателя постоянного тока, с той разницей, что даже при самой высокой скорости скорость холостого хода возрастает всего до 170 процентов от номинальной. синхронная скорость. Следовательно, нет опасности разгона скорости, если нагрузка с двигателя снята.Этот тип двигателя особенно подходит для больших приводов печатных машин, поскольку последовательная характеристика обеспечивает очень хорошее распределение нагрузки между группой двигателей, приводящих в движение машину.

15. Какие механизмы управления необходимы для двигателей с короткозамкнутым ротором и переключением полюсов?

Механизм управления должен быть выбран в соответствии с обмотками двигателя, будь то (1) одна обмотка с ответвлениями, (2) две отдельные обмотки, (3) две отдельные обмотки с одной или обеими отводами.

Контакторные пускатели являются обычными, хотя небольшие размеры могут управляться одним контактором в сочетании с селекторным переключателем.

Прямой пуск от сети является нормальным явлением, но иногда контакторы блокируются, так что пуск должен осуществляться при подключении на самой низкой скорости. Это указано только для защиты ведомой машины, так как двигатель с переключением полюсов подходит для запуск на любой скорости соединения. Для двигателей с одной обмоткой с ответвлениями, дающей две скорости, три требуются контакторы или переключатели. Показаны два обычно используемых альтернативных соединения обмоток.

Для двигателей с двумя отдельными обмотками давая две скорости, используются два контактора прямого включения, по одному на каждую обмотку, которые блокируются, чтобы предотвратить их совместное замыкание.

Рис. 44 — Типовые соединения трехфазного последовательного коллекторного двигателя.

Рис. 45 — Принципиальные схемы управления двухскоростным двигателем переменного тока с переключением полюсов.

Для двигателей с двумя отдельными обмотками, одна или обе с ответвлениями, требуется комбинация вышеуказанного.

16. Как осуществляется управление коллекторным двигателем с питанием от статора?

Коллекторный двигатель с питанием от статора питается от статора, а отдельный регулятор для управления скоростью подключается к коллектору для фиксации щеточного механизма.

В зависимости от диапазона скоростей может использоваться прямой пуск с блокировкой низкой скорости, установленной на регуляторе, чтобы убедиться, что машина настроена на пуск до срабатывания автоматического выключателя или источника питания. контактор можно замкнуть. Показана типовая схема.

Там, где диапазон скоростей короткий, прямой пуск может быть недопустим, а некоторые форма сопротивления скворец тогда требуется. Это может быть как первичное, так и вторичное сопротивление, сопротивление ротора обычно используется в высоковольтных источниках питания или при высоком крутящем моменте. требуется запуск.На схеме показаны два способа подключения пускового сопротивления.

Рис. 46 — Пуск коллекторного двигателя переменного тока с питанием от статора сопротивлением.

Электронное управление коллекторными машинами




.Изучение электродвигателей и генераторов обычно начинается с машин постоянного тока. и переходит к типам переменного тока. Это, как и многие другие классификации, весьма условно.В самом деле, можно легко предложить веские аргументы в пользу обратной трактовки предмет. Например, верно, что арматура практически все машины постоянного тока фактически несут переменный ток. Причина, по которой определенные машины называются типами постоянного тока, потому что они имеют коммутатор. Коммутатор это выпрямитель или реверсивный переключатель, который усложняет машину. Таким образом, было бы неразумно сначала изучить машины переменного тока, а затем уже продвигаться вперед. к двигателям и генераторам постоянного тока.

Для удобства можно принять план классификации для изучение приложений электронного управления к электрическим машинам. Вместо того, чтобы рассматривать концепцию двигателей и генераторов постоянного и переменного тока, эти машины можно рассматривать на основе того, имеют они или нет коммутаторы. Это мой метод покрытия схем и обсуждаемых систем. в этом разделе и в следующем разделе. тем самым я обхожу дилемма выбора наиболее подходящего способа классификации твердотельных контроллеры универсальных двигателей.

В этом разделе исследуется электронное управление машинами с коммутаторами. Тот факт, что некоторые схемы или системы предназначены для работы от источников постоянного тока, в то время как другие питаются от сети переменного тока, безусловно, достопримечательность. Однако основным классификационным критерием будет предполагает наличие коммутатора.

Регулятор скорости универсального двигателя с SCR

Отличительной чертой системы управления скоростью, показанной на РИС.1 это простота. Это полуволновая система, потому что единственный кремниевый управляемый выпрямитель позволяет прохождение чередующихся импульсов от мощности оттенка. Эти однонаправленные импульсы являются дробными частями чередования — насколько велика дробь определяется временем в цикле переменного тока, когда срабатывает SCR. Этот синхронизация, в свою очередь, определяется фазовым сдвигом, возникающим на стыке C1 и P1 по отношению к катоду тиристора. Контроль над этим фазовый сдвиг обеспечивается регулировкой Р1.

Хотя двигатель получает импульсную энергию посредством действия этой цепи, частота повторения импульсов достаточно высока, чтобы создать по существу плавный крутящий момент.

Чем позже срабатывает SCR в цикле переменного тока, тем меньше средний ток это через двигатель. Соответственно, развивается меньший внутренний крутящий момент. и скорость при этом снижается. В такой полуволновой системе максимальная скорость двигателя меньше, чем была бы, если бы он был подключен непосредственно через линию электропередач.Это легко видно из следующего рассмотрение. Максимальная скорость будет достигнута при использовании SCR, проводящего полные 180° каждого переменного переменного тока. Но SCR, работающий таким образом будет имитировать обычный выпрямительный диод. Тогда двигатель «увидит». простой полуволновой источник питания. Полуволновое выпрямление составляет 45 процент среднего тока, доступного для нагрузки, который был бы доступен при прямом подключении (понятие среднего тока, а не Среднеквадратичное значение относится к работе двигателя, поскольку крутящий момент зависит от среднего ток).В некоторых приложениях переключатель размещается на SCR в для того, чтобы обеспечить вариант полной мощности для работы двигателя. Еще одно ограничение фактором в отношении диапазона управления является невозможность фазового сдвига схема, обеспечивающая идеальную регулировку диапазона от 0 до 180 градусов.

Даже при низкой эффективности выпрямления в полуволновом режиме процесс происходит с очень небольшой диссипацией энергии. Следовательно, двигатель управление с помощью схемы, такой как на фиг.1 намного эффективнее, чем простая регулировка скорости реостатом. Кроме того, базовая характеристика скорости/крутящего момента двигателя существенно не изменился. Единственное важное рассеяние в 8CR связано с его прямым падением напряжения, которое относительно низко. Общий результат заключается в том, что большими двигателями можно управлять таким образом с минимальной заботой об отводе тепла.


РИС. 1 Схема управления скоростью SCR для универсальных двигателей. Дженерал Электрик Ко.

Неоновая лампа из-за высокого напряжения зажигания относительно невосприимчива к к неустойчивому срабатыванию. Это иногда является важным соображением из-за к переходным процессам, наложенным на линию щеточным искрением. Хотя банально неоновых ламп может быть достаточно для использования с очень маленькими двигателями, обычно лучше всего использовать специально разработанные агрегаты. Это связано с тем, что большой ток импульсы необходимы для срабатывания SCR.

Коммутация и методы управления двигателем

Область управления движением обычно не известна своими громкими прорывами или быстрыми разработками.Конструкции двигателей, как правило, развиваются медленно, и инженеры по понятным причинам проявляют осторожность, когда дело доходит до изменения проверенных временем подходов. Однако в последнее время наблюдается активная деятельность по использованию передовых методов управления током, в частности полевого управления (FOC). Этот сложный математический метод управления бесщеточными асинхронными двигателями постоянного и переменного тока стал основным направлением в отрасли управления движением из-за его потенциала для повышения производительности и снижения энергопотребления.

Поле-ориентированное управление представляет собой значительное улучшение по сравнению со стандартным подходом для бесщеточных двигателей постоянного тока с трапециевидной коммутацией на основе Холла и имеет преимущество в диапазоне скоростей по сравнению с более сложной техникой синусоидальной коммутации.Для асинхронных двигателей переменного тока FOC представляет собой значительное улучшение по сравнению со стандартными методами привода с регулируемой скоростью и является двоюродным братом векторного управления потоком, который в чем-то похож на метод управления недорогими трехфазными асинхронными двигателями переменного тока, чтобы заставить их работать так, как если бы они были более дорогие бесколлекторные двигатели постоянного тока. Фактически, многие поставщики используют эти два термина как синонимы.

По сравнению с другими типами серводвигателей, такими как щеточные двигатели постоянного тока, которые до сих пор используются в ряде важных приложений, бесщеточные асинхронные двигатели постоянного и переменного тока обеспечивают большую удельную мощность, намного большую надежность и, в случае асинхронного двигателя переменного тока, более низкую стоимость. .Чтобы получить полный доступ к этим возможностям, дизайнеры движения и инженеры используют платформы быстрых алгоритмов в виде DSP (цифровых сигнальных процессоров) и специализированных микропроцессоров для повышения производительности и эффективности.

В приложениях с бесщеточными двигателями постоянного тока более высокая производительность означает более плавное движение и большую рабочую скорость. Потенциал асинхронных двигателей переменного тока еще более захватывающий. По сравнению с простым управлением «все вкл/выкл», FOC означает, что двигатели могут работать более эффективно, иметь более оптимальные размеры и эксплуатироваться с меньшим выделением тепла.Это также позволяет использовать такие функции, как реверс направления, и может позволить отказаться от внешнего оборудования, такого как тормоза или сцепления. Учитывая, что 60–65% всей энергии в США используется для привода электродвигателей, неудивительно, что рынок все чаще требует более эффективных двигателей.

Магнитное притяжение

С точки зрения создания крутящего момента хорошей рабочей моделью для большинства двигателей является простой стержневой магнит. Стержневой магнит вращается вокруг своего центра (моделируя ротор двигателя) и взаимодействует с магнитными полями, создаваемыми в статоре фиксированными неподвижными катушками.В бесколлекторных двигателях постоянного тока магнитное поле ротора создается магнитами, установленными непосредственно на роторе. Для асинхронных двигателей переменного тока магнитное поле ротора создается за счет индукции (отсюда и название двигателя) из магнитных полей в статоре. Направление этого магнитного поля, в отличие от бесщеточного двигателя постоянного тока, изменяется в зависимости от нескольких факторов, включая частоту и ток возбуждения статора, скорость вращения ротора и крутящий момент двигателя.

Обмотки статора для бесколлекторных двигателей постоянного тока обычно имеют трехфазную конфигурацию, как и обмотки для асинхронных двигателей переменного тока, используемых с методами FOC.В частности, для асинхронных двигателей переменного тока стоит отметить, что также используются другие конфигурации обмоток, в частности, однофазный асинхронный двигатель переменного тока. Этот двигатель является рабочей лошадкой, используемой в большинстве семейных кондиционеров, холодильников, стиральных и сушильных машин, но он не подходит для самых передовых методов векторного управления, поскольку обмотки статора не могут управляться по отдельности.

В любом случае три фазы статора расположены на расстоянии 120 электрических градусов друг от друга.Это сумма сил, создаваемых этими тремя фазами, которая в конечном итоге создает полезное вращение двигателя. В зависимости от того, как сфазированы отдельные магнитные катушки, они могут взаимодействовать, создавая силу, которая не создает вращательный момент, или они могут создавать силу, которая вызывает вращение. Эти два разных вида силы известны как квадратурная (Q) и прямая (D), при этом полезные квадратурные силы (не путать со схемой квадратурного кодирования для устройств обратной связи по положению) действуют перпендикулярно оси полюса ротора, а Прямые силы, не создающие крутящего момента, действуют параллельно оси полюса ротора.Рисунок 1 показывает это.

Хитрость в создании вращения состоит в том, чтобы максимизировать Q (квадратурный) и минимизировать D (прямой) крутящий момент. В случае с бесколлекторным двигателем постоянного тока это, по крайней мере теоретически, несложно, потому что в бесколлекторных двигателях постоянного тока магниты установлены непосредственно на роторе. Таким образом, если угол ротора измеряется с помощью датчика Холла или датчика положения, направление магнитного поля от ротора известно. Все становится более интересным для приложений управления скоростью и крутящим моментом, где предпринимаются попытки управления без датчиков.Поскольку не существует прямых механических измерений положения ротора, угол должен быть выведен из профиля напряжения противо-ЭДС на трех обмотках. Хотя это и не тривиально, в наши дни управление обратной ЭДС довольно распространено. Помните, однако, что противо-ЭДС требует, чтобы двигатель вращался, поэтому она не подходит для приложений позиционирования, которые должны удерживаться в устойчивом положении.

В случае асинхронного двигателя переменного тока используется аналогичный подход, однако из-за дополнительного требования поддерживать некоторую величину индуктивного потока сила D не приводится к нулю, а вместо этого приводится к небольшому постоянному значению, характерному для мотор.Кроме того, измерения положения ротора с помощью датчиков Холла или энкодера недостаточно для определения угла магнитного поля ротора, поскольку оно не сообщает нам эффективного угла магнитного поля, создаваемого ротором. Напомним, что это магнитное поле индуцируется и поэтому непрерывно изменяется.

Эта разница между положением ротора и магнитным углом ротора называется углом скольжения. Чем больше фактический крутящий момент двигателя, тем больше величина проскальзывания и, следовательно, тем больше компенсирующий крутящий момент двигателя.Это равновесие мало чем отличается от того, как работает гидростатическая трансмиссия. Чем больше разница в скорости между двигателем и колесами, тем больше крутящий момент, создаваемый трансмиссией. Это означает, что скорость вращения двигателя будет меньше частоты вращения статора.

Для типов приложений, в которых обычно используется индукция переменного тока, таких как кондиционеры, стиральные машины, сушилки и т. д., скорость двигателя с уменьшенным скольжением не является проблемой. Но для приложений позиционирования или для работы двигателя с максимальной эффективностью это скольжение должно явно контролироваться.Есть несколько способов сделать это, но все они требуют измерения или оценки индуцированного ротором электрического поля. Еще раз, распространенный способ добиться этого — использовать методы обратной ЭДС. Другой популярный подход известен как управление вектором потока, при котором измеряется механический угол ротора и делается попытка вычислить магнитный угол ротора алгоритмически, используя оценки различных характеристик двигателя.

Поле ориентированных контрольных снов

Поле-ориентированное управление стало важным подходом к управлению/коммутации для бесколлекторных двигателей постоянного тока, а также для асинхронных двигателей переменного тока, поскольку оно обеспечивает широкий диапазон используемых скоростей двигателя.Поучительно сравнить FOC с ранее наиболее распространенным методом для бесколлекторных двигателей постоянного тока, синусоидальной коммутацией.

На рис. 2 (ниже) показаны схемы управления как для синусоидальной коммутации, так и для управления, ориентированного на поле. При синусоидальном подходе к управлению команда крутящего момента «векторизуется» с помощью синусоидальной справочной таблицы, тем самым вырабатывая отдельную команду для каждой обмотки двигателя. По мере продвижения ротора угол обзора увеличивается в натуральной форме. Как только векторизованная фазовая команда сгенерирована, она передается в токовую петлю, по одной для каждой обмотки, которая пытается поддерживать фактический ток обмотки на желаемом значении тока.

Важной особенностью этого подхода является то, что по мере увеличения частоты вращения двигателя возрастает сложность поддержания желаемого тока. Это связано с тем, что токовая петля напрямую «видит» частоту вращения, и любое отставание в токовой петле, определенное количество которого неизбежно, приводит к расхождению между желаемым моментом статора и фактическим. Это отставание, незначительное при низких скоростях вращения, создает увеличивающееся количество D (нежелательного) крутящего момента при более высоких скоростях вращения, что приводит к уменьшению доступного крутящего момента.

Схема управления для подхода управления, ориентированного на поле, отличается тем, что токовая петля возникает без ссылки на вращение двигателя. То есть независимо от вращения двигателя. В подходе FOC есть две фактические токовые петли: одна для крутящего момента Q и одна для крутящего момента D. Контур крутящего момента Q приводится в действие требуемым пользователем крутящим моментом от сервоконтроллера. Контур D управляется входной командой, равной нулю, чтобы свести к минимуму нежелательную составляющую прямого крутящего момента.

Хитрость, позволяющая выполнить всю эту работу, заключается в интенсивных математических операциях преобразования, известных как преобразований Парка и Кларка , которые преобразуют векторизованный фазовый угол в систему отсчета D и Q с разыменованными ссылками.Это делается дважды: один раз для преобразования выходных данных контуров управления D и Q в команду трехфазного двигателя и один раз для преобразования измерения угла ротора обратно в кадры D и Q. Хотя об этих преобразованиях известно уже много лет, их практическая реализация в бесколлекторных асинхронных приводах постоянного и переменного тока ждала появления дешевых, высокопроизводительных цифровых сигнальных процессоров и микропроцессоров.

Теперь, когда они доступны, асинхронные двигатели переменного тока, использующие метод FOC, могут развивать КПД двигателя более 85% по сравнению с примерно 60% для подходов, не ориентированных на поле.Для сравнения, бесщеточные двигатели, в которых используется метод FOC, могут достигать еще более высокой эффективности до 95%. Синусоидальная коммутация для бесколлекторных двигателей постоянного тока также работает очень эффективно, но не так эффективно, как FOC в самом высоком диапазоне скоростей двигателя.

Куда попадает магнитное поле

Практически говоря, ваш выбор двигателя и усилителя часто диктует метод управления, который вы будете использовать.

Если вы используете бесколлекторный двигатель постоянного тока для позиционирования, то бессенсорное управление не подходит.Вам понадобится энкодер и, скорее всего, датчик Холла. Если вы хотите получить максимальную производительность от вашего двигателя, вы будете тяготеть к управлению, ориентированному на поле. Однако, если вы не готовы собрать свой собственный усилитель (что для большинства является сложной задачей), вам придется приобрести дисковод со встроенной функцией.

В этой конфигурации привод обычно включает в себя высокоуровневые функции управления движением, такие как генерация профиля, контур сервопривода положения и входы и выходы в стиле ПЛК.Существует ряд компактных одноосевых приводов, которые предлагают управление на основе Холла, синусоидальное или ориентированное на поле. Эти приводы обычно располагаются на шине RS/485, CANbus, Ethernet или другой последовательной шине. Все, что вам нужно сделать, это подключить двигатель и питание и отправить команды.

Если вы используете карточный подход, который вы приобрели или который вы разработали сами, ваши возможности по внедрению ориентированного на поле управления ограничены. Это связано с тем, что большинство готовых усилителей вводят аналоговый управляющий сигнал +/- 10 Вольт и не обеспечивают управление, ориентированное на поле.Те, которые это делают, как правило, дороги, потому что они включают в себя множество функций, которые вы не будете использовать, имея отдельную карту движения. Однако есть и хорошие новости: ряд поставщиков предлагают синусоидальное управление коммутацией. Это можно сделать с помощью карты управления движением путем вывода двух аналоговых сигналов +/- 10 В, представляющих требуемый ток фаз A и B. Для многих приложений синусоидальная коммутация обеспечивает значительное улучшение по сравнению с 6-ступенчатой ​​коммутацией на основе Холла и по-прежнему является отличным выбором для широкого спектра приложений движения.

Если вы используете бесколлекторные двигатели постоянного тока для устройств управления скоростью, например, в центрифугах, ленточных накопителях или других устройствах без позиционирования, у вас есть несколько вариантов конструкции. Бессенсорное управление, безусловно, возможно, хотя приводы, которые предлагают безсенсорное ориентированное на поле управление, все еще редки. Более распространены приводы без датчиков, которые обеспечивают функцию коммутации, подобную синусоиде. Их можно приобрести на уровне IC или на уровне привода.

Если вы работаете с асинхронными двигателями переменного тока, вы, вероятно, разрабатываете приложения для управления скоростью или крутящим моментом, а не для приложений позиционирования.Много обсуждаемых в технических журналах практических примеров использования асинхронных двигателей переменного тока для позиционирования встречаются редко, за исключением некоторых специализированных областей, таких как приводы очень высокой мощности.

В любом случае у вас есть выбор, но обычно он сводится к подходу «сделай сам» или подходу «купи диск». Если вы решите купить привод, у вас есть выбор уровней производительности, начиная с простых инверторов управления скоростью и заканчивая очень сложными приводами, ориентированными на поле, и приводами с вектором потока.

Если вы решите создать собственную плату контроллера или усилитель, простое регулирование скорости не составит труда, если вы знакомы с базовой конструкцией инвертора и методами переключения MOSFET или IGBT. Для более продвинутых конструкций вы можете обратиться к доступным готовым ИС для выполнения ориентированного на поле управления асинхронными двигателями переменного тока.

Резюме

Развитие методов управления движением, растущий спрос на энергоэффективность и доступные недорогие микропроцессоры в совокупности позволили значительно поднять планку производительности бесколлекторных асинхронных двигателей постоянного и переменного тока.Независимо от того, создаете ли вы свой собственный контроллер или покупаете готовый, знание того, как реализовать эти новые подходы, важно для максимизации экономической эффективности и минимизации времени разработки проекта.

 

Вас также может заинтересовать:

 

Будьте впереди конкурентов.

Если ваше существующее оборудование нуждается в повышении производительности или вам необходимо разработать новый продукт в кратчайшие сроки, узнайте о решениях для управления движением от Performance Motion Devices.

  • Разработка в 2 раза быстрее
  • Решения для управления движением от интегральных схем до готовых плат
  • Простота реализации
  • Всегда поддерживается

 

 

 

Наилучшие и важные методы контроля

В период самого 18 го века происходила эволюция двигателей постоянного тока. Развитие двигателей постоянного тока значительно расширилось, и они широко применяются во многих отраслях промышленности.В начале 1800-х годов и с усовершенствованиями, сделанными в 1832 году, двигатели постоянного тока были первоначально разработаны британским исследователем Стердженом. Он изобрел первоначальный тип коллекторного двигателя постоянного тока, который также может моделировать механизмы. Но может возникнуть вопрос, какова функциональность двигателя постоянного тока и почему важно знать об управлении скоростью двигателя постоянного тока. Итак, эта статья ясно объясняет его работу и различные методы управления скоростью.


Что такое двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока работает на постоянном токе, где он преобразует полученную электрическую энергию в механическую энергию.Это запускает ротационные изменения в самом устройстве, что обеспечивает мощность для работы различных приложений в нескольких доменах.

Управление скоростью двигателя постоянного тока является одной из наиболее полезных функций двигателя. Управляя скоростью двигателя, вы можете изменять скорость двигателя в соответствии с требованиями и получать требуемую работу.

Механизм управления скоростью применим во многих случаях, таких как управление движением роботизированных транспортных средств, движением двигателей на бумажных фабриках и движением двигателей в лифтах, где используются различные типы двигателей постоянного тока.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока работает по тому принципу, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила. В практическом двигателе постоянного тока якорь является проводником с током, а поле создает магнитное поле.

Когда на проводник (якорь) подается ток, он создает собственный магнитный поток. Магнитный поток либо складывается с магнитным потоком из-за обмоток возбуждения в одном направлении, либо компенсирует магнитный поток из-за обмоток возбуждения.Накопление магнитного потока в одном направлении по сравнению с другим оказывает на проводник силу, и поэтому он начинает вращаться.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, вращение проводника создает ЭДС. Эта ЭДС, согласно закону Ленца, стремится противодействовать причине, т. е. приложенному напряжению. Таким образом, двигатель постоянного тока имеет особую характеристику регулирования своего крутящего момента в случае изменения нагрузки из-за противо-ЭДС.

Почему важно управление скоростью двигателя постоянного тока?

Управление скоростью в машине оказывает влияние на скорость вращения двигателя, причем это прямое влияние на функциональность машины и так важно для производительности и результата работы.Во время сверления каждый вид материала имеет свою скорость вращения, которая также зависит от размера сверла.

В сценарии с насосными установками будет меняться пропускная способность, поэтому конвейерная лента должна быть синхронизирована с функциональной скоростью устройства. Эти факторы прямо или косвенно зависят от скорости двигателя. Из-за этого следует учитывать скорость двигателя постоянного тока и использовать различные методы управления скоростью.

Регулирование скорости двигателя постоянного тока выполняется либо вручную рабочим, либо с помощью любого автоматического управляющего устройства.Это, по-видимому, отличается от ограничения скорости, когда необходимо регулирование скорости, противодействующее естественному изменению скорости из-за изменения нагрузки на вал.

Принцип управления скоростью

Из приведенного выше рисунка уравнение напряжения простого двигателя постоянного тока равно

.

В = Eb + IaRa

В — подаваемое напряжение, Eb — противо-ЭДС, Ia — ток якоря, Ra — сопротивление якоря.

Мы уже знаем, что

Eb = (PøNZ)/60A.

P – количество полюсов,

А – постоянная

Z – количество проводников

N- скорость двигателя

Подставляя значение Eb в уравнение напряжения, получаем

В = ((PøNZ)/60A) + IaRa

Или, V – IaRa = (PøNZ)/60A

т. е. N = (PZ/60A) (V – IaRa)/ ø

Вышеупомянутое уравнение также может быть записано как:

N = K (V – IaRa)/ ø, K – константа

Это подразумевает три вещи:

  1. Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению питания.
  2. Скорость двигателя обратно пропорциональна падению напряжения якоря.
  3. Скорость двигателя обратно пропорциональна потоку из-за полевых выводов

Таким образом, скоростью двигателя постоянного тока можно управлять тремя способами:

  • Путем изменения напряжения питания
  • Путем изменения потока и изменения тока через обмотку возбуждения
  • Путем изменения напряжения якоря и изменения сопротивления якоря

Несколько методов управления скоростью двигателя постоянного тока

Поскольку существует два типа двигателей постоянного тока, здесь мы четко обсудим методы управления скоростью как для двигателей постоянного тока, так и для параллельных двигателей.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока в серийных моделях

Его можно разделить на два типа:

  • Техника, управляемая арматурой
  • Техника управления полем

Техника, управляемая якорем, далее подразделяется на три типа

  • Управляемое сопротивление якоря
  • Управление шунтирующей арматурой
  • Напряжение на клеммах якоря
Управляемое сопротивление якоря

Этот метод наиболее широко используется, когда регулирующее сопротивление последовательно соединено с сопротивлением питания двигателя.Картинка ниже поясняет это.

Управление сопротивлением якоря

Потери мощности, происходящие в управляющем сопротивлении двигателя постоянного тока, можно не принимать во внимание, поскольку этот метод регулирования в основном используется в течение длительного периода времени для снижения скорости во время сценариев с малой нагрузкой. Это экономичный метод для постоянного крутящего момента, который в основном применяется в кранах, поездах и других транспортных средствах.

Управление шунтирующей арматурой

Здесь реостат будет как в последовательном, так и в шунтирующем соединении с якорем.Уровень напряжения, подаваемого на якорь, изменится, и это зависит от последовательного реостата. Тогда как изменение тока возбуждения происходит изменением шунтирующего реостата. Этот способ управления скоростью в двигателе постоянного тока не так затратен из-за значительных потерь мощности в сопротивлениях регулирования скорости. Скорость можно регулировать до некоторой степени, но не выше нормального уровня скорости.

Метод управления скоростью двигателя постоянного тока с шунтирующим якорем
Напряжение на клеммах якоря

Скорость последовательного двигателя постоянного тока также может быть обеспечена за счет подачи питания на двигатель с использованием индивидуального переменного напряжения питания, но этот подход является дорогостоящим и широко не применяется.

Техника, управляемая полем, далее подразделяется на два типа:

  • Полевой дивертер
  • Управление постукивающим полем (управление постукивающим полем)
Техника полевого дивертора

В этом методе используется дивертор. Скорость потока через поле можно уменьшить, шунтируя часть тока двигателя через последовательное поле. Чем меньше сопротивление дивертора, тем меньше ток возбуждения. Этот метод используется для диапазона скоростей, выходящего за рамки обычного, и применяется в электроприводах, где скорость увеличивается при снижении нагрузки.

Field Diverter Управление скоростью двигателя постоянного тока
Управление полем с ответвлениями

Здесь также, с уменьшением потока, скорость будет увеличиваться, и это достигается за счет уменьшения витков обмотки возбуждения, от которых происходит протекание тока. Здесь вычитается количество ответвлений в обмотке возбуждения, и этот прием используется в электрической тяге.

Управление скоростью параллельного двигателя постоянного тока

Его можно разделить на два типа:

  • Техника, управляемая полем
  • Техника с управлением арматурой
Метод полевого управления для параллельного двигателя постоянного тока

В этом методе магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, изменяется для изменения скорости двигателя.

Поскольку магнитный поток зависит от тока, протекающего через обмотку возбуждения, его можно изменять, изменяя ток через обмотку возбуждения. Этого можно добиться, включив переменный резистор последовательно с резистором обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор удерживается в минимальном положении, через обмотку возбуждения протекает номинальный ток из-за номинального напряжения питания, и в результате скорость поддерживается в норме. При постепенном увеличении сопротивления ток через обмотку возбуждения уменьшается.Это, в свою очередь, уменьшает производимый поток. Таким образом, скорость двигателя увеличивается сверх своего нормального значения.

Метод контроля сопротивления якоря для параллельного двигателя постоянного тока

С помощью этого метода можно управлять скоростью двигателя постоянного тока, контролируя сопротивление якоря, чтобы контролировать падение напряжения на якоре. В этом методе также используется переменный резистор, включенный последовательно с якорем.

Когда переменный резистор достигает своего минимального значения, сопротивление якоря находится на нормальном уровне, и, следовательно, напряжение якоря падает.При постепенном увеличении значения сопротивления напряжение на якоре уменьшается. Это, в свою очередь, приводит к снижению скорости двигателя.

Этот метод обеспечивает скорость двигателя ниже нормального диапазона.

Метод управления напряжением якоря для параллельного двигателя постоянного тока (метод Уорда-Леонарда)

Техника Уорда Леонарда для схемы управления скоростью двигателя постоянного тока показана следующим образом:

На приведенном выше рисунке M является основным двигателем, скорость которого должна регулироваться, а G соответствует генератору постоянного тока с индивидуальным возбуждением, который приводится в действие с помощью трехфазного двигателя и может быть синхронным или асинхронным двигателем.Эта комбинация генератора постоянного тока и двигателя переменного тока называется набором MG.

Напряжение генератора изменяется путем изменения тока возбуждения генератора. Этот уровень напряжения при подаче на секцию якоря двигателя постоянного тока, а затем М изменяется. Чтобы поддерживать постоянный поток поля двигателя, ток поля двигателя должен поддерживаться постоянным. Когда скорость двигателя регулируется, ток якоря двигателя должен быть таким же, как и номинальный уровень.

Подаваемый ток возбуждения будет отличаться, так что уровень напряжения якоря изменится от «0» до номинального уровня. Поскольку регулирование скорости соответствует номинальному току и постоянному потоку поля двигателя и потоку поля до достижения номинальной скорости. А так как мощность это произведение скорости и крутящего момента и она прямо пропорциональна скорости. При этом при увеличении мощности увеличивается скорость.

Оба вышеупомянутых метода не могут обеспечить регулирование скорости в желаемом диапазоне.Кроме того, метод управления потоком может повлиять на коммутацию, тогда как метод управления якорем приводит к огромным потерям мощности из-за использования резистора, включенного последовательно с якорем. Поэтому часто желателен другой метод — тот, который регулирует напряжение питания для управления скоростью двигателя.

Следовательно, при методике Уорда Леонарда привод с регулируемой мощностью и постоянное значение крутящего момента получают от уровня скорости, минимального до уровня базовой скорости. Техника регулирования потока поля в основном используется, когда уровень скорости больше, чем базовая скорость.

Здесь в функциональности ток якоря поддерживается на постоянном уровне на заданном уровне, а значение напряжения генератора поддерживается на постоянном уровне. В таком методе на обмотку возбуждения подается фиксированное напряжение, а на якорь — переменное.

Один из таких методов контроля напряжения включает использование распределительного механизма для подачи переменного напряжения на якорь, а другой использует генератор с приводом от двигателя переменного тока для подачи переменного напряжения на якорь (система Уорда-Леонарда).

преимущества и недостатки подопечного Леонарда метод d:

Преимущества использования метода Уорда Леонарда для управления скоростью двигателя постоянного тока заключаются в следующем:

  • В обоих направлениях можно плавно регулировать скорость устройства в расширенном диапазоне
  • Эта техника имеет встроенную тормозную способность
  • Запаздывающие реактивные вольт-амперы уравновешиваются через привод, а синхронный двигатель с экстенсивным возбуждением действует как привод, поэтому коэффициент мощности увеличивается
  • При наличии мигающей нагрузки приводным двигателем является асинхронный двигатель с маховиком, который используется для уменьшения мигающей нагрузки до минимального уровня

Недостатки метода Уорда Леонарда:

  • Так как у этой техники есть комплект мотора и генератора, то стоимость больше
  • Устройство сложное по конструкции и имеет слишком большой вес
  • Требуется больше места для установки
  • Требуется регулярное техническое обслуживание, а фундамент нерентабелен
  • Будут огромные потери, поэтому эффективность системы снизится
  • Генерируется больше шума

И применение метода Уорда Леонарда — это плавное регулирование скорости двигателя постоянного тока.Вот несколько примеров: шахтные подъемники, бумажные фабрики, подъемники, прокатные станы и краны.

Помимо этих двух методов, наиболее широко используется метод управления скоростью двигателя постоянного тока с использованием ШИМ для достижения управления скоростью двигателя постоянного тока. ШИМ включает в себя применение импульсов различной ширины к драйверу двигателя для управления напряжением, подаваемым на двигатель. Этот метод оказывается очень эффективным, так как потери мощности сведены к минимуму, и он не требует использования какого-либо сложного оборудования.

Метод управления напряжением

На приведенной выше блок-схеме представлен простой регулятор скорости электродвигателя. Как показано на приведенной выше блок-схеме, микроконтроллер используется для подачи ШИМ-сигналов на драйвер двигателя. Драйвер двигателя представляет собой микросхему L293D, которая состоит из схем Н-моста для управления двигателем.

PWM достигается путем изменения импульсов, подаваемых на вывод включения микросхемы драйвера двигателя для управления приложенным напряжением двигателя. Изменение импульсов осуществляется микроконтроллером с входным сигналом от кнопок.Здесь предусмотрены две кнопки, каждая для уменьшения и увеличения коэффициента заполнения импульсов.

Итак, в этой статье дано подробное объяснение различных методов управления скоростью двигателя постоянного тока и того, как наиболее важно соблюдать регулирование скорости. Кроме того, рекомендуется знать о регуляторе скорости двигателя 12 В постоянного тока.

Каковы лучшие способы контроля скорости?

Универсальный двигатель — это электродвигатель с последовательным возбуждением, который может работать как от сети переменного, так и постоянного тока.Это много по сравнению с двигателями постоянного тока, но серийный двигатель развивает меньший крутящий момент при работе от источника переменного тока, чем при работе от эквивалентного источника постоянного тока. Направление вращения можно изменить, поменяв местами соединения с полем относительно якоря, как в двигателе постоянного тока.

Работа универсального двигателя аналогична работе последовательного двигателя постоянного тока. С другой стороны, универсальный двигатель предназначен для работы на переменном токе. Он может работать как на переменном, так и на постоянном токе. Таким образом, его развитие немного своеобразно.Обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно; обе обмотки находятся под напряжением при подаче напряжения на двигатель. Обмотки возбуждения и якоря создают магнитное поле, которое заставляет якорь вращаться. Скромные универсальные двигатели обычно не имеют вознаграждения и сменной обмотки; они имеют два явно выраженных полюса с обмоткой возбуждения. Реакция между магнитными полями вызвана мощностью переменного или постоянного тока.

Универсальный двигатель

Универсальный двигатель создает электрический крутящий момент, пропорциональный квадрату тока питания.Поскольку через обмотку возбуждения и якорь протекает один и тот же ток, из этого следует, что изменение направления переменного тока с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное одновременно влияет как на полярность потока поля, так и на направление тока через якорь. Это означает, что направление развиваемого момента останется положительным, и вращение продолжится в том же направлении. Таким образом, универсальный двигатель может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Таким образом, электрический крутящий момент имеет одно и то же направление крутящего момента при любой полярности тока, а также при мощности переменного тока.Пусковой момент универсального двигателя определяется током, протекающим через якорь и обмотки возбуждения. Из-за индуктивного сопротивления этих обмоток пусковой ток переменного тока всегда будет меньше пускового тока постоянного тока . Следовательно, пусковой момент при питании от сети переменного тока будет ниже, чем пусковой момент при питании от постоянного тока. Характеристики универсального двигателя очень похожи на характеристики двигателей постоянного тока, но серийный двигатель развивает меньший крутящий момент при работе от А.C., чем при работе от эквивалентного источника постоянного тока.

Существуют различные приложения, в которых используются универсальные двигатели, такие как электрические дрели, стиральные машины, воздуходувки и кухонные приборы и т. д. Они также используются для множества различных целей, где необходимы контроль скорости и высокое качество скорости. Мы также можем найти универсальные двигатели мощностью менее 1000 Вт. Универсальные двигатели данной номинальной мощности значительно меньше других типов двигателей переменного тока, работающих на той же частоте.

Управление скоростью Universal Motors возможно следующими способами

  1. Контроль фазового угла
  2. Управление прерывателем ШИМ

 В методе управления фазовым углом Управление скоростью достигается за счет изменения угла включения симистора. Управление фазовым углом является очень экономичным решением, но не очень эффективным. В методе ШИМ выпрямленное сетевое напряжение переменного тока переключается на высокой частоте с помощью устройства Power MOSFET или IGBT для создания изменяющегося во времени напряжения для двигателя.В этом методе для управления двигателями требуется стабильная регулировка скорости, предотвращение больших токов и получение минимального гармонического тока от сети переменного тока. Для выполнения этих требований предпочтительно использовать прерыватель переменного тока с обратной связью по току и скорости.

Универсальный привод переменного тока регулирует скорость вращения с помощью частичного фазового угла. Этот метод заключается в изменении действующего напряжения, подаваемого на двигатель. В этом случае напряжение является функцией угла открытия симистора.Непрерывное регулирование скорости универсального двигателя, работающего на постоянном токе, очень легко осуществляется с помощью тиристорной схемы. Тиристор питает двигатель во время положительного полупериода сети. И тиристор, и его управление подключены таким образом, что противо-ЭДС двигателя компенсирует колебания нагрузки двигателя для регулирования скорости. Метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ), также известный как привод прерывателя, используется для регулировки напряжения, подаваемого на двигатель. С изменением рабочего цикла ШИМ можно изменить эффективное напряжение, воспринимаемое двигателем.Преимуществом ШИМ-модуляции в части фазового угла является более высокая эффективность, меньший акустический шум и лучшее поведение ЭМС, но это может повлиять на срок службы щетки.

В приведенном ниже приложении обмотки возбуждения и якоря двигателя соединены последовательно через коммутатор якоря. Поэтому универсальный двигатель также известен как двигатель серии переменного тока или коллекторный двигатель переменного тока. Универсальный двигатель может управляться как фазоугловой привод. В этом приложении мы использовали метод управления фазовым углом для управления напряжением, подаваемым на двигатель.Фазовый сдвиг импульсов затвора позволяет изменять эффективное напряжение, воспринимаемое двигателем. Для привода фазового угла требуется только TRIAC. Они являются частью семейства тиристоров и тесно связаны с выпрямителями с кремниевым управлением. Однако, в отличие от SCR, которые представляют собой однонаправленные устройства, которые могут проводить ток только в одном направлении, TRIAC являются двунаправленными, и поэтому ток может течь в любом направлении, они чаще встречаются в цепях, таких как приводы двигателей. Симисторы обычно используются в простых устройствах с низким энергопотреблением, таких как бытовые диммеры.

MOC3021 представляет собой оптопары. Оптопара соединяет входную и выходную стороны с помощью луча света, модулированного входным током. Он преобразует полезный входной сигнал в свет, направляет его через диэлектрический канал, улавливает свет на выходе и преобразует его обратно в электрический сигнал. состоит из двух отдельных устройств: оптического передатчика, обычно светодиода на основе арсенида галлия, и оптического приемника, такого как фототранзистор или управляемый светом диак.Они разделены прозрачным барьером, который блокирует любой электрический ток между ними, но пропускает свет. Серия MOC3020 состоит из инфракрасных излучающих диодов на основе арсенида галлия, оптически связанных с двусторонним кремниевым переключателем. Они предназначены для приложений, требующих изолированного запуска симистора.

Теперь у вас есть представление об универсальных двигателях, если у вас есть дополнительные вопросы по этой теме или электрические и электронные проекты, оставьте раздел комментариев ниже.

Универсальные моторные проекты

Коллекторные двигатели постоянного тока, часть II

См. часть I этой статьи

Коллекторный двигатель постоянного тока требует понимания таких вопросов, как кривые скорости/крутящего момента, противо-ЭДС, зубчатые колеса и конструкция обмотки.

В первой части этой статьи, состоящей из двух частей, мы рассмотрели базовую теорию коллекторных двигателей постоянного тока. Во второй части мы обсудим нюансы конструкции и эксплуатации, которые необходимо знать пользователям, чтобы выбрать двигатель, подходящий для их применения.

Экономичные и простые коллекторные двигатели постоянного тока обеспечивают выходную мощность от милливатт до мегаватт, что делает их рабочей лошадкой для таких разнообразных применений, как портативные инфузионные насосы и сталепрокатные станы. Синхронные устройства обладают линейностью, что позволяет легко рассчитать рабочие параметры для данного двигателя в различных условиях. При постоянном входном напряжении скорость двигателя постоянного тока падает линейно по мере увеличения нагрузки, например, ток будет увеличиваться в зависимости от нагрузки, приложенной к выходному валу.Мы можем использовать эти отношения для определения тока, необходимого для конкретного двигателя, чтобы управлять желаемой нагрузкой.

Поскольку задействованные отношения являются линейными, нам нужно всего две точки данных для построения каждой из наших кривых (см. рис. 1). Мы можем построить кривую скорости как функции крутящего момента, зная скорость при ненагруженном двигателе (скорость холостого хода, w n ) и нагрузку, необходимую для остановки двигателя, соответствующую максимальному крутящему моменту, который может выдержать двигатель. генерировать (крутящий момент, t с ).Точно так же мы можем построить зависимость между током и нагрузкой, которую двигатель может перемещать при этом токе, зная ток холостого хода In и ток останова Is. Как только мы узнаем нагрузку, которую мы приводим в движение нашим двигателем, мы ищем ток/скорость, которые соответствуют крутящему моменту, представленному нашей нагрузкой.

Поскольку зависимости скорость/момент и ток/момент являются линейными и не зависят от приложенного напряжения, изменить кривую для другого напряжения так же просто, как масштабировать кривую (см. рис. 2).Очевидно, что это упрощенная модель, которая не учитывает переменное напряжение и механизмы потерь, помимо проволочных катушек, но дает представление о преимуществах двигателей постоянного тока.

Противоэдс
Учитывая, что ротор в основном состоит из множества витков провода, мы можем смоделировать двигатель постоянного тока как простую цепь, состоящую из батареи и резистора (см. рис. 3), как описано в законе Ома:

 В с = ИК [1]

, где V s равно напряжению питания, I — току, а R — сопротивлению катушки.

При постоянном напряжении потребляемый двигателем ток обратно пропорционален сопротивлению, которое мы можем аппроксимировать как сопротивление провода в катушках — довольно низкое. Это означает, что особенно в условиях низкой скорости или заблокированного ротора двигатель может потреблять достаточный ток, чтобы сжечь катушки. К счастью, есть и другие факторы. Якорь двигателя постоянного тока состоит из катушек, движущихся через магнитное поле. Как мы обсуждали в первой части, магнитное поле от якоря или якоря воздействует на токонесущие провода катушки, создавая крутящий момент.В то же время верно и обратное – движущиеся в магнитном поле провода создают электродвижущую силу, или ЭДС (?)

 [2]

Другими словами, каждый двигатель постоянного тока одновременно действует как генератор. По закону Ленца направление ЭДС противоположно направлению Vs. Это представлено знаком минус в уравнении, которое мы представляем со знаком минус. Но мы можем представить магнитный поток через петлю как:

  [3]

Это означает, что для плотно намотанной катушки из N витков, вращающихся в постоянном магнитном поле B, площадь витка A изменяется со временем, поэтому мы можем переформулировать уравнение 2 как

 [4]

Более того, закон Ленца гласит, что ЭДС фактически будет противодействовать приложенному напряжению, и что противоЭДС увеличивает скорость вращения катушки.Теперь наша эквивалентная схема включает еще один компонент (см. рис. 4)

.

и уравнение 1 становится

[5]

Решая для тока, получаем

  [6]

Другими словами, чем выше противо-ЭДС, тем ниже потребляемый ток и тем ниже уровень рассеиваемого тепла. Также обратите внимание, что уравнение 4 говорит нам о том, что чем выше скорость двигателя, тем больше значение ?b, что снова снижает ток.Рассмотрим наше состояние без нагрузки. Сразу после запуска ток резко возрастает, но противо-ЭДС сразу же начинает увеличиваться, противодействуя напряжению источника. Это приводит к падению текущего розыгрыша. К тому времени, когда двигатель достигает максимальной скорости, противо-ЭДС почти уравновешивает напряжение источника, и в результате двигатель, работающий без нагрузки, потребляет очень небольшой ток. Как только мы применяем нагрузку, скорость и противо-ЭДС падают, позволяя току увеличиваться и двигателю производить полезную мощность.

Это соотношение позволяет использовать противо-ЭДС в качестве инструмента для контроля скорости или проверки работы двигателя.

Зубчатая передача
Наиболее распространенной конструкцией щеточного двигателя постоянного тока является железный сердечник, в котором ротор состоит из ламинированного железного сердечника, обмотанного проволокой для создания катушек. Коллекторные двигатели постоянного тока с железным сердечником надежны и способны создавать большой крутящий момент, но они страдают от явления, известного как зубчатое зацепление, которое может придавать вращению двигателя ступенчатое движение. Заклинивание вызвано притяжением между железными зубьями ротора и магнитами статора и присутствует даже при выключенном двигателе.Когда зубья якоря проходят по краям магнитов статора, притяжение между ними возмущает вращение. В случае применения с высоким крутящим моментом или высокой инерцией зубчатое зацепление не представляет большой проблемы. В случае приложения управления движением это может привести к ошибке позиционирования, достаточно большой, чтобы поставить под угрозу выполнение поставленной задачи.

Один из способов уменьшить зубчатое зацепление — перекосить зубья, по сути скрутив якорь так, чтобы зубья располагались под углом по отношению к краям магнитов (см. рис. 3).Это сглаживает эффект. Конечно, есть компромиссы. Перекос якоря снижает крутящий момент. «Вы жертвуете, возможно, 3% крутящего момента, чтобы добиться плавного позиционирования», — говорит Дэн Джонс, президент Incremotion Inc. (Таузенд-Оукс, Калифорния). «Во многих случаях это хороший компромисс, но вы увеличиваете свои затраты, потому что теперь вам приходится работать с перекошенным, искривленным стеком. Установка оснастки и намотка стоят немного дороже».

Еще один способ избежать зазубрин — использовать конструкцию без сердечника.Роторы двигателей без сердечника состоят из косо намотанной проволоки без сердечника. Они предлагают более низкую инерцию и индуктивность, а также нулевое зубчатое зацепление. С другой стороны, отсутствие ядра означает, что они менее эффективны при передаче тепла, поэтому могут перегреваться. Двигатели без сердечника, как правило, хорошо подходят для высокопроизводительных и высокоточных приложений, таких как медицинские устройства, системы промышленной автоматизации и военные/аэрокосмические системы.

Конструкция обмотки
Обмотки представляют ключевую степень свободы в конструкции двигателя.Напомним, что сопротивление катушки напрямую влияет на потребляемый ток и скорость. Двигатель может иметь одинаковые физические размеры и вес, но изменяя диаметр провода и количество витков в катушке, конструктор может получить совершенно разные характеристики (см. рис. 5). С одной стороны, обмотки с низким сопротивлением состоят из более толстого провода с меньшим количеством витков. Обмотки с низким сопротивлением обеспечивают более высокие пусковые токи и более высокие рабочие скорости. С другой стороны, обмотки с высоким сопротивлением имеют более тонкие провода с большим количеством витков, что обеспечивает более низкие пусковые токи и более низкие рабочие скорости.

Лучший выбор обмотки зависит от области применения. Например, медицинское устройство с батарейным питанием, вероятно, будет иметь серьезные ограничения по потреблению тока и лучше подходит для обмоток с высоким сопротивлением. Для приложения, работающего от источника питания и сетевой розетки, ток не является проблемой, но размер двигателя или шум могут быть более важными, поэтому для устройства лучше использовать обмотки с низким сопротивлением.

Правильный выбор щетки
Щетки играют важную роль в работе коллекторного двигателя постоянного тока, коммутируя напряжение привода, чтобы двигатель продолжал вращаться.Разные материалы щеток обеспечивают разный уровень производительности — выбор зависит от области применения. Хотя наиболее распространенным материалом для щеток является углерод, они также могут быть изготовлены из драгоценных металлов, таких как золото, серебро или платина, а также сплавов, таких как графит меди или графит серебра. «У вас может быть идеальная конструкция двигателя, и если вы выберете неправильную щетку, у вас будут проблемы через несколько минут — щетки полностью изнашиваются», — говорит Джонс. «У вас может быть нормальный ток, поступающий в двигатель с неправильными материалами щеток, и это механически изнашивает щетки в течение нескольких часов.

Что нужно знать перед визитом
возьмите телефон

Чтобы правильно выбрать двигатель для вашей системы, вам необходимо знать ряд характеристик вашего приложения, в том числе:

Требования к нагрузке/скорости
Ограничения по размеру (максимальная скорость, максимальный диаметр, максимальная длина)
Доступный ток
Доступное напряжение
Источник питания (т.е. питание от розетки или от аккумулятора)?
Окружающая среда
Ограничения по электрическому шуму
Ограничения звукового шума
Рабочий цикл
Ограничения ЭМС
—K.L.

Графит представляет собой надежное решение, особенно для двигателей диаметром 15 мм и больше. Графитовые щетки имеют тенденцию со временем образовывать мусор, который может попасть в коллектор, вызывая периодические сбои. Как правило, двигатели, использующие графитовые щетки, должны работать на достаточно высокой скорости (выше 1000 об/мин), чтобы отбрасывать мусор, и в течение длительных рабочих циклов, чтобы сжигать мусор.«Пока вы не допускаете попадания мусора в коллектор, графитовые щетки имеют тенденцию быть более прочными и более надежными», — говорит Пол МакГрат, инженер по продажам в Maxon Precision Motors (Фолл-Ривер, Массачусетс).

Щетки из драгоценных металлов, как правило, покрыты пальцами, поэтому они не так прочны, как щетки из цельного графита. Они производят меньше электрических и звуковых шумов, что делает их подходящими для чувствительных приложений. Они занимают меньше места, чем угольно-графитовые щетки, что делает их подходящими для небольших двигателей (диаметром менее 15 мм), а также для маломощных приложений с низким рабочим циклом.

Падение напряжения между коммутатором и щеткой имеет тенденцию быть небольшим для щеток из драгоценных металлов, что делает двигатели совместимыми с низковольтными системами. Драгоценные щетки не обладают самосмазывающимися характеристиками графитовых щеток, что со временем приводит к их большему износу. В результате обычно добавляется смазка коммутатора.

Существуют дополнительные аспекты приложения, которые могут повлиять на дизайн кисти. Щетки могут работать только с ограниченной плотностью тока; после определенного момента они могут начать гореть.Скорость представляет собой механическую проблему — щетка может фактически слететь с коллектора. Двигатели, предназначенные для работы на большой высоте, требуют специальных щеток, которые могут выдерживать или компенсировать низкую влажность окружающей среды, например, щетки, легированные дисульфидом молибдена или карбонатом лития.

Неисправности коммутатора также могут вызвать проблемы. Когда щетки пересекают зазоры между двумя половинами коллектора, энергия, накопленная в обмотке двигателя в виде магнитного поля, вызывает дугу между щеткой и сегментом коллектора.Это происходит не только при нормальной коммутации, но и в ситуациях, когда щетки «подпрыгивают» на вращающемся коллекторе. На более высоких скоростях это приводит к более быстрому износу щеток и электроэрозии.

Ошибки, которых следует избегать
Определение правильного двигателя начинается с понимания целей. Например, для приложения позиционирования может потребоваться очень специфический профиль скорость-крутящий момент, в то время как приложение скорости может больше сосредоточиться на достижении заданной выходной мощности.Нагрузка, например, является ключевым параметром. Условия окружающей среды также важны. Пользователи должны знать о нюансах того, как температура влияет на производительность, а также о том, как смазка или масло в подшипниках реагируют на низкие температуры или на высокие температуры в течение длительного периода времени. Вооружившись этой информацией, они могут пойти на компромисс или изменить конструкцию для точной настройки производительности. «Как правило, это возвращается к нагрузке, потому что, если вы сообщите мне нагрузку, мы сможем рассчитать, способен ли мой двигатель обеспечить эту нагрузку, скорее всего, в наихудших условиях», — говорит Майк Эккерт, инженер по применению двигателей в NMB Technologies Corp.«Если у нас его нет, мы можем внести коррективы в обмотку, изменив количество витков или изменив сечение магнитной проволоки. Мы также можем отрегулировать многие физические части двигателя (длину магнита или тип магнита), длину якоря. Все это позволяет производителям двигателей настраивать двигатели в соответствии с целями наших клиентов.

Пользователи должны быть реалистичными в плане ожиданий. Это может показаться очевидным, но даже самый точно настроенный двигатель может генерировать только определенную скорость и крутящий момент при заданном напряжении и токе.Хотя пользователи часто перегружают двигатели для достижения желаемой производительности, это может поставить под угрозу срок службы и, возможно, точность.

Важно помнить, что если к двигателю добавлен редуктор, максимальная скорость, указанная в спецификации, больше не применяется. «Как только вы добавите редуктор к двигателю, вам действительно захочется, чтобы мотор-редуктор работал на более низких скоростях, чем двигатель, фактически рассчитанный на работу сам по себе», — говорит МакГрат. «Клиенты скажут: «О, хорошо, если я запущу этот двигатель при номинальном напряжении или выше, чем номинальное напряжение, я смогу получить эту скорость, которая подходит для двигателя сама по себе, но на самом деле она намного быстрее, чем в головке редуктора». чем мы хотели бы видеть.

Инерция и точность позиционирования представляют собой еще один компромисс. Ротор большего размера может создавать больший крутящий момент, но инерция ротора равна четвертой степени диаметра, что может снизить точность позиционирования. «Если я попытаюсь двигаться быстро, я проиграю, потому что буду делать ротор все больше и больше», — говорит Джонс. «Возможно, мне придется использовать более толстый провод с меньшим сопротивлением или, возможно, изменить форму ротора. Скажем, я не могу использовать бочкообразную форму. Может быть, я смогу обойти это, выбрав большой диск, но тогда инерция в конечном итоге ограничит меня.Я мог бы использовать двигатель с поперечным магнитным потоком, который имеет самый высокий крутящий момент на единицу веса среди всех существующих двигателей, но проблема в том, что он работает медленно — обычно ниже 1000 об/мин».

Правильная спецификация двигателя — это сложный процесс — обсуждение здесь предназначено только как отправная точка и основано на ряде приближений. Пользователи должны работать со своим производителем, чтобы найти правильное решение. Используя преимущества различных вариантов конструкции, таких как индивидуальные обмотки, материалы щеток и т.

alexxlab / 21.12.1992 / Разное

Добавить комментарий

Почта не будет опубликована / Обязательны для заполнения *