Регулятори для ручного свердління плат. Автоматичний регулятор обертів для двигунів типу ДПМ Схема регулятора обертів електродвигуна вогні, що біжать

Здійснювати регулювання швидкості обертання валу колекторного електродвигуна, що має малу потужність, можна послідовно приєднуючи в електроланцюг його живлення . Але цей варіант створює дуже низький ККД, до того ж відсутня можливість здійснювати плавну зміну швидкості обертання.

Основне, що цей спосіб часом призводить до повної зупинки електродвигуна за низької напруги живлення. Регулятор обертів електродвигуна постійного струму, описані у цій статті, не мають цих недоліків. Дані схеми можна з успіхом застосовувати і для зміни яскравості світіння ламп розжарювання на 12 вольт.

Опис 4 схем регуляторів обертів електродвигуна

Перша схема

Змінюють швидкість обертання змінним резистором R5, який змінює тривалість імпульсів. Так як, амплітуда ШІМ імпульсів постійна і дорівнює напрузі живлення електродвигуна, він ніколи не зупиняється навіть при дуже малій швидкості обертання.

Друга схема

Вона схожа з попередньою, але в ролі генератора, що задає, застосований операційний підсилювач DA1 (К140УД7).

Цей ОУ функціонує як генератор напруги, що виробляє імпульси трикутної форми і має частоту 500 Гц. Змінним резистором R7 виставляють частоту обертання електродвигуна.

Третя схема

Вона своєрідна, побудована вона на . генератор, Що Задає, діє з частотою 500 Гц. Ширина імпульсів, а отже, і частоту обертання двигуна можна змінювати від 2% до 98%.

Слабким місцем у всіх вищенаведених схемах є, що в них немає елемента стабілізації частоти обертання при збільшенні або зменшенні навантаження на валу двигуна постійного струму. Вирішити цю проблему можна за допомогою наступної схеми:

Як і більшість схожих регуляторів, схема цього регулятора має генератор напруги, що задає, що виробляє імпульси трикутної форми, частота яких 2 кГц. Вся специфіка схеми - наявність позитивного зворотного зв'язку (ПОС) крізь елементи R12, R11, VD1, C2, DA1.4, що стабілізує частоту обертання валу електродвигуна зі збільшенням або зменшенням навантаження.

При налагодженні схеми з певним двигуном опором R12 вибирають таку глибину ПОС, при якій ще не трапляються автоколивання частоти обертання при зміні навантаження.

Деталі регуляторів обертання електродвигунів

У цих схемах можна застосувати такі заміни радіодеталей: транзистор КТ817Б - КТ815, КТ805; КТ117А можна змінити КТ117Б-Г або 2N2646; Операційний підсилювач К140УД7 на К140УД6, КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 - С555, КР1006ВІ1; мікросхему TL074 - TL064, TL084, LM324.

При використанні більш потужного навантаження ключовий транзистор КТ817 можна поміняти потужним польовим транзистором, наприклад, IRF3905 або йому подібний.

Для виконання багатьох видів робіт з обробки деревини, металу чи інших типів матеріалів потрібні не високі швидкості, а гарне тягове зусилля. Правильніше сказати - момент. Саме завдяки йому заплановану роботу можна виконати якісно та з мінімальними втратами потужності. Для цього як приводний пристрій застосовуються мотори постійного струму (або колекторні), в яких випрямлення напруги живлення здійснюється самим агрегатом. Тоді для досягнення необхідних робочих характеристик необхідно регулювання обертів колекторного двигуна без втрати потужності.

Особливості регулювання швидкості

Важливо знати, що кожен двигун при обертанні споживаєяк активну, а й реактивну потужність. При цьому рівень реактивної потужності буде більшим, що пов'язано з характером навантаження. В даному випадку завданням конструювання пристроїв регулювання швидкості обертання колекторних двигунів є зменшення різниці між активною та реактивною потужностями. Тому подібні перетворювачі будуть досить складними і самостійно їх виготовити непросто.

Своїми руками можна сконструювати лише деяку подобу регулятора, але говорити про збереження потужності не варто. Що таке потужність? З погляду електричних показників, це твір споживаного струму, помножений на напругу. Результат дасть певне значення, яке включає активну та реактивну складові. Для виділення лише активної, тобто зведення втрат до нуля, необхідно змінити характер навантаження на активну. Такими характеристиками мають лише напівпровідникові резистори.

Отже, необхідно замінити індуктивність на резистор, Але це неможливо, тому що двигун перетвориться на щось інше і явно не стане приводити що-небудь в рух. Завдання регулювання без втрат полягає в тому, щоб зберегти момент, а не потужність: воно все одно змінюватиметься. Впоратися з подібним завданням зможе лише перетворювач, який керуватиме швидкістю за рахунок зміни тривалості імпульсу відкриття тиристорів або силових транзисторів.

Узагальнена схема регулятора

Прикладом регулятора, який здійснює принцип керування двигуном без втрат потужності, можна розглянути тиристорний перетворювач. Це пропорційно-інтегральні схеми з зворотним зв'язком, які забезпечують жорстке регулюванняхарактеристик, починаючи від розгону-гальмування та закінчуючи реверсом. Найефективнішим є імпульсно-фазове управління: частота проходження імпульсів відмикання синхронізується з частотою мережі. Це дозволяє зберігати момент без зростання втрат реактивної складової. Узагальнену схему можна представити кількома блоками:

• силовий керований випрямляч;
• блок керування випрямлячем або схема імпульсно-фазового регулювання;
• зворотний зв'язок по тахогенератору;
• блок регулювання струму в обмотках двигуна

Перед тим, як заглиблюватися в точніший пристрій і принцип регулювання, необхідно визначитися з типом колекторного двигуна. Від цього залежатиме схема керування його робочими характеристиками.

Різновиди колекторних двигунів

Відомо, як мінімум, два типи колекторних двигунів. До першого відносяться пристрої з якорем та обмоткою збудження на статорі. До другого можна віднести пристосування з якорем та постійними магнітами. Також необхідно визначитисьдля яких цілей потрібно сконструювати регулятор:

Конструкція двигуна

Конструктивно двигун від пральної машини «Індезит» нескладний, але при проектуванні регулятора управління його швидкістю необхідно врахувати параметри. Мотори можуть бути різними за характеристиками, через що змінюватиметься й керування. Також враховується режим роботи, від чого залежатиме конструкція перетворювача. Конструктивно колекторний двигун складається з наступних компонентів:

• Якір, на ньому є обмотка, покладена в пази сердечника.
• Колектор, механічний випрямляч змінної напругимережі, з якого воно передається на обмотку.
• Статор із обмоткою збудження. Він необхідний для створення постійного магнітного поля, в якому буде обертатися якір.

При збільшенні струму в ланцюгу двигуна, включеного по стандартною схемою, обмотка збудження включена послідовно з якорем. При такому включенні ми збільшуємо магнітне поле, що впливає на якір, що дозволяє досягти лінійності характеристик. Якщо поле буде незмінним, то отримати хорошу динаміку складніше, не кажучи вже про великі втрати потужності. Такі двигуни краще використовувати на низьких швидкостях, тому що ними зручніше керувати малими дискретними переміщеннями.

Організувавши роздільне управління збудженням і якорем, можна досягти високої точності позиціонування валу двигуна, але схема управління тоді суттєво ускладниться. Тому розглянемо докладніше регулятор, який дозволяє змінювати швидкість обертання від 0 до максимальної величини, але без позиціонування. Це може стати в нагоді, якщо з двигуна від пральної машини виготовлятиметься повноцінний свердлильний верстат з можливістю нарізування різьблення.

Вибір схеми

З'ясувавши всі умови, за яких використовуватиметься мотор, можна починати виготовляти регулятор обертів колекторного двигуна. Починати варто з вибору відповідної схеми, яка забезпечить вас усіма необхідними характеристиками та можливостями. Слід згадати їх:

• Регулює швидкість від 0 до максимуму.
• Забезпечення гарного моменту, що крутить, на низьких швидкостях.
• Плавність регулювання обертів.

Розглядаючи безліч схем в інтернеті, можна зробити висновок, що мало хто займається створенням подібних «агрегатів». Це з складністю принципу управління, оскільки необхідно організувати регулювання багатьох параметрів. Кут відкриття тиристорів, тривалість імпульсу управління, час розгону-гальмування, швидкість наростання моменту. Даними функціями займається схема на контролері, що виконує складні інтегральні обчислення та перетворення. Розглянемо одну із схем, яка користується популярністю у майстрів-самоучок або тих, хто просто хоче з користю застосувати старий двигун від пральної машини.

Всім нашим критеріям відповідає схема керування швидкістю обертання. колекторним двигуном, зібрана на спеціалізованій мікросхемі TDA 1085. Це повністю готовий драйвер для керування моторами, які дозволяють регулювати швидкість від 0 до максимального значення, забезпечуючи підтримку моменту використання тахогенератора.

Особливості конструкції

Мікросхема оснащена всім необхідним для здійснення якісного керування двигуном у різних швидкісних режимах, починаючи від гальмування, закінчуючи розгоном та обертанням з максимальною швидкістю. Тому її використання набагато спрощує конструкцію, одночасно роблячи весь привід універсальним, так як можна вибирати будь-які оберти з незмінним моментом на валу і використовувати не тільки як привод конвеєрної стрічки або свердлильного верстата, але і для переміщення столу.

Характеристики мікросхем можна знайти на офіційному сайті. Ми вкажемо основні особливості, які будуть потрібні для конструювання перетворювача. До них можна віднести: інтегровану схему перетворення частоти в напругу, генератор розгону, пристрій плавного пуску, блок обробки сигналів Тахо, модуль обмеження струму та інше. Як бачите, схема оснащена рядом захисту, які забезпечать стабільність функціонування регулятора в різних режимах.

На малюнку нижче зображено типова схемавключення мікросхеми.

Схема нескладна, тому цілком відтворена своїми руками. Є деякі особливості, до яких відносяться граничні значення та спосіб регулювання швидкістю:

Якщо потрібно організувати реверс двигуна, то для цього доведеться доповнити схему пускачем, який перемикатиме напрямок обмотки збудження. Також буде потрібна схема контролю нульових оборотів, щоб давати дозвіл на реверс. На малюнку не вказано.

Принцип управління

При заданні швидкості обертання валу двигуна резистором ланцюга виведення 5 на виході формується послідовність імпульсів для відмикання симистора на певну величину кута. Інтенсивність оборотів відстежується по тахогенератору, що відбувається у цифровому форматі. Драйвер перетворює отримані імпульси в аналогову напругу, через що швидкість валу стабілізується на єдиному значеннінезалежно від навантаження. Якщо напруга з тахогенератора зміниться, то внутрішній регулятор збільшить рівень вихідного сигналу керування симістором, що призведе до підвищення швидкості.

Мікросхема може керувати двома лінійними прискореннями, що дозволяють домагатися необхідної від двигуна динаміки. Одне з них встановлюється Ramp 6 висновок схеми. Даний регулятор використовується самими виробниками пральних машин, тому він має всі переваги для того, щоб бути використаним у побутових цілях. Це забезпечується завдяки наявності наступних блоків:

Використання подібної схемизабезпечує повноцінне керування колекторним мотором у будь-яких режимах. Завдяки примусовому регулюванню прискорення можна досягати необхідної швидкості розгону до заданої частоти обертання. Такий регулятор можна застосовувати для всіх сучасних двигунів від пралень, які використовуються з іншою метою.

Автоматичний регулятор обертів для двигунів типу ДПМ.

Згідно з розрахунками схема мала підвищувати напругу на двигуні від 5-6В на ХХ, до 24-27В при зростанні струму до 260мА. І відповідно знижувати – за його зменшення.
Вийшло, звичайно, не відразу, довелося повозитися з підбором номіналів інтегруючого ланцюжка R6, C1. Ввести додатково діоди VD1 та VD2 (як з'ясувалося, LM358 погано відпрацьовує свої функції при наближенні напруги на входах до верхньої межі напруги її живлення). Але, на щастя, мої муки були винагороджені. Результат мені дуже сподобався. Мотор тихенько крутився на ХХ і дуже активно чинив опір спробам його загальмувати.
Спробував практично. Виявилося, на таких оборотах можна було непогано прицілитися навіть без кернення, а хоч з маленькою зачіпкою... Причому запас регулювання був настільки великий, що кількість оборотів залежала від твердості матеріалу. Пробував на різних породах дерева, якщо було м'яке – максимальних обертів не набирав, тверде – крутив на всю котушку. У результаті виходило, що незалежно від матеріалу швидкість свердління була приблизно однакова. Коротше, свердлити стало дуже зручно.
Транзистор VT2 і резистор R3 грілися до 70 градусів. Причому перший грівся на ХХ, а другий при навантаженні. Символічний радіатор у вигляді бляшанки (вона корпус) зменшив температуру транзистора до 42 градусів. Резистор поки залишив у такому режимі, якщо згорить – заміню на 2 штуки по 5,1 Ом послідовно.
Ось фото пристрою:


Якщо хтось не здогадався по фото, корпус – це бляшанка від використаної крони.
Так, і ще більше 30В на схему не подавати - це максимальна напруга для LM358. Менше можна – у мене нормально свердлило і на 24В.
Ось, власне, і все. Якщо у мотор більш потужний треба зменшити опір R3 приблизно в стільки разів - у скільки разів більше у вас струм холостого ходу. Якщо максимальна напруга нижче 27В, треба зменшувати напругу живлення та номінал резистора R2. Це на практиці не випробувано, але, за розрахунками, має бути так. Формула наведена поряд із схемою. Коефіцієнт 100 вірний при вказаних на схемі номіналах R1, R2 та R3. За інших номіналів буде такий: R2*R3/R1.
Відповідно, при значній відмінності параметрів вашого двигуна від мого, можливо, доведеться підібрати R6 і C1. Ознаки такі: якщо двигун працює ривками (обороти то ростуть, то падають) номінали треба збільшити, якщо схема дуже задумлива (довго розганяється, довго зменшує оберти при зміні навантаження) номінали треба зменшувати.
Друк

Дякую за увагу, бажаю успіхів у повторенні конструкції.
P.S. Залив друк сюди.

Плавна робота двигуна, без ривків та стрибків потужності – це запорука його довговічності. Для контролю цих показників використовується регулятор обертів електродвигуна на 220В, 12В і 24В, всі частотники можна виготовити своїми руками або купити вже готовий агрегат.

Навіщо потрібний регулятор оборотів

Регулятор обертів двигуна, частотний перетворювач – це прилад на потужному транзисторі, який необхідний для того, щоб інвертувати напругу, а також забезпечити плавну зупинку та пуск асинхронного двигуна за допомогою ШІМу. ШІМ – широко-імпульсне керування електричними пристроями. Його застосовують для створення певної синусоїди змінного та постійного струму.

Найпростіший приклад перетворювача – це стандартний стабілізатор напруги. Але у приладу, що обговорюється, набагато більший спектр роботи і потужність.

Частотні перетворювачі використовуються в будь-якому пристрої, який живиться від електричної енергії. Регулятори забезпечують надзвичайно точний електричний моторний контроль, тому швидкість двигуна можна змінювати в меншу або більшу сторону, підтримувати оберти на потрібному рівні та захищати прилади від різких обертів. При цьому електродвигун використовується тільки енергія, необхідна для роботи, замість того, щоб запускати його на повній потужності.

Навіщо потрібний регулятор оборотів асинхронного електродвигуна:

1. Для економії електроенергії. Контролюючи швидкість двигуна, плавність його запуску та зупинки, сили і частоти оборотів, можна досягти значної економії власних коштів. Як приклад, зниження швидкості на 20% може дати економію енергії у розмірі 50%.
2. Перетворювач частоти може бути використаний для контролю температури процесу, тиску або без використання окремого контролера;
3. Не потрібно додаткового контролера для плавного запуску;
4. Значно знижуються витрати на технічне обслуговування.

Пристрій часто використовується для зварювального апарату(в основному для напівавтоматів), електричної пічки, ряду побутових приладів (пилососа, швейної машинки, радіо, пральної машини), домашнього обігрівача, різних судномоделей і т.д.

Принцип роботи регулятора обертів

Регулятор обертів є пристроєм, що складається з наступних трьох основних підсистем:

1. Двигуна змінного струму;
2. головного контролера приводу;
3. Приводу та додаткових деталей.

Коли двигун змінного струму запускається на повну потужність, відбувається передача струму з повною потужністюнавантаження, таке повторюється 7-8 разів. Цей струм згинає обмотки двигуна та виробляє тепло, яке виділятиметься тривалий час. Це може значно знизити довговічність двигуна. Іншими словами, перетворювач – це своєрідний ступінчастий інвертор, що забезпечує подвійне перетворення енергії.

Залежно від вхідної напруги, частотний регулятор числа обертів трифазного або однофазного електродвигуна відбувається випрямлення струму 220 або 380 вольт. Ця дія здійснюється за допомогою діода, що випрямляє, який розташований на вході енергії. Далі струм проходить фільтрацію за допомогою конденсаторів. Далі формується ШІМ, це відповідає електросхема. Тепер обмотки асинхронного електродвигуна готові до передачі імпульсного сигналу та їх інтеграції до потрібної синусоїди. Навіть у мікроелектродвигуна ці сигнали видаються, у буквальному значенні слова, пачками.

Як вибрати регулятор

Існує кілька характеристик, за якими потрібно вибирати регулятор оборотів для автомобіля, верстатного електродвигуна, побутових потреб:

1. Тип керування. Для колекторного електродвигуна бувають регулятори з векторною або скалярною системою керування. Перші найчастіше застосовуються, але другі вважаються надійнішими;
2. Потужність. Це один із найважливіших факторів для вибору електричного перетворювача частот. Потрібно підбирати частотник з потужністю, яка відповідає максимально допустимій на приладі, що охороняється. Але для низьковольтного двигуна краще підібрати регулятор потужніше, ніж допустима величина Ватт;
3. Напруга. Звичайно, тут все індивідуально, але по можливості потрібно купити регулятор обертів для електродвигуна, у якого принципова схемамає широкий діапазон допустимих напруг;
4. Діапазон частот. Перетворення частоти – це основне завдання даного приладу, тому намагайтеся вибрати модель, яка максимально відповідатиме Вашим потребам. Скажімо, для ручного фрезерабуде достатньо 1000 герц;
5. За іншими характеристиками. Це термін гарантії, кількість входів, розмір (для настільних верстатів та ручних інструментів є спеціальна приставка).

При цьому потрібно розуміти, що є так званий універсальний регулятор обертання. Це частотний перетворювач для безколекторних двигунів.

У цій схемі є дві частини – одна логічна, де на мікросхемі розташований мікроконтролер, а друга – силова. В основному, така електрична схема використовується для потужного електричного двигуна.

Відео: регулятор оборотів електродвигуна з ШИро V2

Як зробити саморобний регулятор обертів двигуна

Можна зробити простий симісторний регулятороборотів електродвигуна, його схема представлена ​​нижче, а ціна складається тільки з деталей, що продаються в магазині електротехніки.

Для роботи нам знадобиться потужний симістор типу BT138-600, її радить журнал радіотехніки.

В описаній схемі обороти будуть регулюватися за допомогою потенціометра P1. Параметром P1 визначається фаза вхідного імпульсного сигналу, який у свою чергу відкриває симистор. Така схема може застосовуватися як у польовому господарстві, так і домашньому. Можна використовувати цей регулятор для швейних машинок, вентиляторів, настільних свердлильних верстатів.

Принцип роботи простий: у момент, коли двигун трохи загальмовується, його індуктивність падає, і це збільшує напругу R2-P1 і C3, то в свою чергу тягне більш тривале відкриття сімістора.

Тиристорний регулятор із зворотним зв'язком працює трохи по-іншому. Він забезпечує зворотний хід енергії в енергетичну систему, що є дуже економним та вигідним. Цей електронний прилад передбачає включення до електричну схемупотужного тиристора. Його схема виглядає ось так:

Тут для подачі постійного струму та випрямлення потрібен генератор сигналу, що управляє, підсилювач, тиристор, ланцюг стабілізації оборотів.

На основі потужного симістора BT138-600 можна зібрати схему регулятора швидкості обертання двигуна змінного струму. Ця схема призначена для регулювання швидкості обертання електродвигунів свердлувальних машин, вентиляторів, пилососів, болгарок та ін. Швидкість двигуна можна регулювати шляхом зміни опору потенціометра P1. Параметр P1 визначає фазу імпульсу, що запускає, який відкриває симистор. Схема також виконує функцію стабілізації, яка підтримує швидкість двигуна навіть за великого його навантаження.

Наприклад, коли мотор свердлувального верстата гальмує через підвищений опір металу, ЕРС двигуна також зменшується. Це призводить до збільшення напруги R2-P1 і C3 викликаючи більш тривале відкривання симістора, і швидкість відповідно збільшується.

Регулятор для двигуна постійного струму

Найбільш простий та популярний метод регулювання швидкості обертання електродвигуна постійного струму заснований на використанні широтно-імпульсної модуляції ( ШИМ або PWM ). При цьому напруга живлення подається на двигун у вигляді імпульсів. Частота проходження імпульсів залишається постійною, які тривалість може змінюватися — так змінюється і швидкість (потужність).

Для генерації ШІМ сигналу можна взяти схему на основі мікросхеми NE555. Сама проста схемарегулятора оборотів двигуна постійного струму показано на малюнку:

Тут VT1 - польовий транзистор n-типу, здатний витримувати максимальний струм двигуна при заданій напрузі та навантаженні на валу. VCC1 від 5 до 16 В, VCC2 більше або дорівнює VCC1. Частоту ШИМ сигналу можна розрахувати за такою формулою:

F = 1.44/(R1*C1), [Гц]

де R1 у омах, C1 у фарадах.

При номіналах зазначених на схемі вище, частота ШІМ сигналу дорівнюватиме:

F = 1.44 / (50000 * 0.0000001) = 290 Гц.

Варто відзначити, що навіть сучасні пристрої, у тому числі й високій потужності управління, використовують у своїй основі саме такі схеми. Природно з використанням потужніших елементів, що витримують великі струми.