Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы

Самостоятельное изготовление регулятора оборотов электродвигателя

Регулятор оборотов электродвигателя

Регулятор оборотов в двигателе нужен для совершения плавного разгона и торможения. Широкое распространение получили такие приборы в современной промышленности. Благодаря им происходит измерение скорости движения в конвейере, на различных устройствах, а также при вращении вентилятора. Двигатели с производительностью на 12 Вольт применяются в целых системах управления и в автомобилях.

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

Регулятор 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.

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

Как подключить регулятор оборотов

  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.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в

Его можно изготовить совершенно самостоятельно, но для этого нужно будет изучить все возможные технические особенности прибора. По конструкции можно выделить сразу несколько разновидностей главных деталей. А именно:

  1. Сам электродвигатель.
  2. Микроконтроллерная система управления блока преобразования.
  3. Привод и механические детали, которые связаны с работой системы.

Самодельный регулятор оборотов электродвигателя

Перед самым началом запуска устройства, после подачи определённого напряжения на обмотки, начинается процесс вращения двигателя с максимальным показателем мощности. Именно такая особенность и будет отличать асинхронные устройства от остальных видов. Ко всему прочему происходит прибавление нагрузки от механизмов, которые приводят прибор в движение. В конечном счёте на начальном этапе работы устройства мощность, а также потребляемый ток лишь возрастают до максимальной отметки.

В это время происходит процесс выделения наибольшего количества тепла. Происходит перегрев в обмотках, а также в проводах. Использование частичного преобразования поможет не допустить этого. Если произвести установку плавного пуска, то до максимальной отметки скорости (которая также может регулироваться оборудованием и может быть не 1500 оборотов за минуту, а всего лишь 1000) двигатель начнёт разгоняться не в первый момент работы, а на протяжении последующих 10 секунд (при этом на каждую секунду устройство будет прибавлять по 100−150 оборотов). В это время процесс нагрузки на все механизмы и провода начинает уменьшаться в несколько раз.

Как сделать регулятор своими руками

Можно совершенно самостоятельно создать регулятор оборотов электродвигателя около 12 В. Для этого стоит использовать переключатель сразу нескольких положений, а также специальный проволочный резистор. При помощи последнего происходит изменение уровня напряжения питания (а вместе с этим и показателя частоты вращения). Такие же системы можно применять и для совершения асинхронных движений, но они будут менее эффективными.

Ещё много лет назад широко использовались механические регуляторы — они были построены на основе шестеренчатых приводов или же их вариаторов. Но такие устройства считались не очень надёжными. Электронные средства показывали себя в несколько раз лучше, так как они были не такими большими и позволяли совершать настройку более тонкого привода.

Для того чтобы создать регулятор вращения электродвигателя, стоит использовать сразу несколько устройств, которые можно либо купить в любом строительном магазине, либо снять со старых инвенторных устройств. Чтобы совершить процесс регулировки, стоит включить специальную схему переменного резистора. С его помощью происходит процесс изменения амплитуды входящего на резистор сигнала.

Внедрение системы управления

Подключение устройств к регулятору скорости вращения

Чтобы значительно улучшить характеристику даже самого простого оборудования, стоит в схему регулятора оборотов двигателя подключить микроконтроллерное управление. Для этого стоит выбрать тот процессор, в котором есть подходящее количество входов и выходов соответственно: для совершения подключения датчиков, кнопок, а также специальных электронных ключей.

Для осуществления экспериментов стоит использовать особенный микроконтроллер AtMega 128 — это наиболее простой в применении и широко используемый контроллер. В свободном использовании можно найти большое число схем с его применением. Чтобы устройство совершало правильную работу, в него стоит записать определённый алгоритм действий — отклики на определённые движения. К примеру, при достижении температуры в 60 градусов Цельсия (замер будет отмечаться на графике самого устройства), должно произойти автоматическое отключение работы устройства.

Регулировка работы

Теперь стоит поговорить о том, как можно осуществить регулировку оборотов в коллекторном двигателе. В связи с тем, что общая скорость вращения мотора может напрямую зависеть от величины подаваемого уровня напряжения, для этого вполне пригодны совершенно любые системы для регулировки, которые могут осуществлять такую функцию.

Стоит перечислить несколько разновидностей приборов:

  1. Лабораторные автотрансформеры (ЛАТР).
  2. Заводские платы регулировки, которые применяются в бытовых устройствах (можно взять даже те, которые используются в пылесосах, миксерах).
  3. Кнопки, которые применяются в конструкции электроинструментов.
  4. Бытовые разновидности регуляторов, которые оснащены особым плавным действием.

Как отрегулировать обороты электродвигателя

Но при этом все такие способы имеют определённый изъян. Совместно с процессами уменьшения оборотов уменьшается и общая мощность работы мотора. Иногда его можно остановить, даже просто дотронувшись рукой. В некоторых случаях это может быть вполне нормальным, но по большей части это считается серьёзной проблемой.

Наиболее приемлемым вариантом станет выполнение функции регулировки оборотов при помощи применения тахогенератора.

Его чаще всего устанавливают на заводе. Во время отклонения скорости вращения моторов через симистры в моторе будет происходить передача уже откорректированного электропитания, сопутствующего нужной скорости вращения. Если в такую ёмкость будет встроена регулировка вращения самого мотора, то мощность не будет потеряна.

Как же это выглядит в виде конструкции? Больше всего используется именно реостатная регулировка процесса вращения, которая создана на основе применения полупроводника.

В первом случае речь пойдёт о переменном сопротивлении с использованием механического процесса регулировки. Она будет последовательно подключена к коллекторному электродвигателю. Недостатком в этом случае станет дополнительное выделение некоторого количества тепла и дополнительная трата ресурса всего аккумулятора. Во время такой регулировки происходит общая потеря мощности в процессе совершения вращения мотора. Он считается наиболее экономичным вариантом. Не используется для довольно мощных моторов по вышеуказанным причинам.

Во втором случае во время применения полупроводников происходит процесс управления мотором при помощи подачи определённого числа импульсов. Схема способна совершать изменение длительности таких импульсов, что, в свою очередь, будет изменять общую скорость вращения мотора без потери показателя мощности.

Характеристики регулятора оборотов электродвигателя

Если вы не хотите самостоятельно изготавливать оборудование, а хотите купить уже полностью готовое к применению устройство, то стоит обратить особое внимание на главные параметры и характеристики, такие, как мощность, тип системы управления прибором, напряжение в устройстве, частоту, а также напряжение рабочего типа. Лучше всего будет производить расчёт общих характеристик всего механизма, в котором стоит применять регулятор общего напряжения двигателя. Стоит обязательно помнить, что нужно производить сопоставление с параметрами частотного преобразователя.

Регулятор оборотов электродвигателя 220В: особенности выбора, принцип действия, способы подключения

В зависимости от режима работы электрический двигатель вращается с различной скоростью. Контроль за процессом преобразования электрического тока в механическое движение осуществляется при помощи специального прибора – регулятора оборотов.

Современное производство промышленной и бытовой техники подразумевает наличие какого-либо привода для задействования исполнительных механизмов. Двигатель для работы, как правило, является электрическим. Рабочим органом может быть отдельная деталь: например, в конструкцию виброплиты входит подвижный компонент, взаимодействующий с обрабатываемой поверхностью. При этом уровень нагрузки может меняться вплоть до 3кВт и больше. В некоторых промышленных системах используется электродвигатель 220 кВт и мощнее, что требует дополнительной настройки. Чтобы адаптировать систему к выбранному режиму работы, используется регулятор оборотов электродвигателя 220В.

Основным преимуществом регулятора оборотов для электромоторов является плавное изменение темпа вращения движущего вала. Это не единственная выгода использования настроечной системы в агрегатах мощностью 3000 Вт и выше; также регулятор отсекает скачки напряжения в комплексе энергоснабжения, защищая двигатель и периферийные электрические цепи от перегрузки. Благодаря этому пусковая установка и все связанные устройства стабильно служат в течение всего заявленного производителем периода эксплуатации.

Основные задачи

Регулятор оборотов в любой электрической установке предназначается для настройки числа оборотов за определенную единицу времени. Обычно измерение скорости вращения производится в оборотах за минуту (об/мин). Когда нажата кнопка запуска, происходит подача пускового импульса; в этот момент регулятор оборотов настраивает двигатель для мягкого старта, корректируя частоту, силу и напряжение тока. Определенные технические процедуры подразумевают снижение темпа движения рабочих органов оборудования на конкретную величину.

В зависимости от условий эксплуатации регулятор оборотов, подключаемый к электродвигателю, может выполнять ряд других задач:

  • управление текущим температурным состоянием и уровнем давления в системе без необходимости использования узла обратной связи с приводимыми в движение органами оборудования либо же в случае использования асинхронного двигателя;
  • увеличение степени сохранения электрической энергии без потери мощности. Адаптируя двигатель для плавного пуска, регулятор снижает потери КПД при старте и остановке ротора, в процессе наращивания или снижения скорости и настройки тяги. Если выбран двигатель для работы короткими импульсами (например, воздушный компрессор), который при этом достаточно маленький, наличие регулятора оборотов является необходимостью;
  • асинхронные электродвигатели, находящиеся под высокой нагрузкой на валу, используют регулятор для предотвращения подачи слишком сильного стартового импульса. Это снижает вероятность ложного срабатывания защитной автоматики благодаря уменьшению нагрузки на токопроводящие сети;
  • электрический двигатель для работы в трехфазной сети требует наличия регулятора для стабилизации скорости на определенной величине. Это облегчает осуществление точных технологических операций, от тонкости настройки которых напрямую зависит качество итоговой продукции. Нарушение методики может происходить из-за скачков энергоснабжения или нагрузки на вал. С предустановленным регулятором электродвигатель 220 вольт работает более стабильно;
  • если система имеет стандартную конфигурацию и электромотор питается от сети с напряжением 220В, регулятор оборотов зачастую выполняет только базовые функции – изменение скорости от нуля до допустимого предела. Также сюда относится поддержание крутящего момента при медленном ходе мотора.

Наличие тех или иных возможностей в определенной модели регулятора зависит от его конструкции. Немаловажную роль также играет принцип действия и особенности проектирования.

Как выбрать

Чтобы найти ту разновидность регулятора оборотов, которая подстроит двигатель для работы в определенных условиях, необходимо изучить расчетные показатели, которые выдает мотор при штатной нагрузке. Важным нюансом являются условия эксплуатации, с учетом которых изготовлен электродвигатель, а также их способ функционирования и конструкция.

Регуляторы векторного типа сочетаются с коллекторными двигателями. Важно обратить внимание на мощность регулятора, которая должна несколько превышать аналогичный показатель мотора для стабильной и безопасной работы привода. Векторный тип управления настраивается в зависимости от характера обратной связи, а также показателей постоянного магнитного потока. Скалярное управление рассчитывается от фактической нагрузки на вал двигателя. Этот способ является более простым, но не отличается надежностью.

Читайте также:  Особенности и установка подоконников из искусственного и натурального камня

Регулятор постоянно защищает двигатель, для чего в нем стоит узел контроля напряжения. Чтобы этот комплекс срабатывал в нужные моменты, следует выбирать модель с широким диапазоном. Следует проверить, чтобы число и размеры входных контактов соответствовали спецификациям имеющейся разновидности электродвигателя. Также входное напряжение проходит через аппаратную широтно-импульсную модуляцию, для реализации которой используется ШИМ-регулятор.

Диапазон доступных величин выбирается относительно имеющегося оборудования. К примеру, для простого вентилятора будет достаточно от 500 до 1000 оборотов в минуту. Более быстроходные агрегаты, такие как станки и другие производственные системы, могут вращаться до 3000 об/мин.

Не менее важным техническим нюансом являются габаритные размеры регулятора. Настраивая двигатель для работы в связке с настроечным модулем оборотов, необходимо учитывать наличие свободного пространства для установки последнего. Обычно для монтажа регулятора оборотов предусматривается ниша, полка или свободное место другого характера.

Принцип действия

Говоря о бытовых и промышленных устройствах, таких как электропривод для медогонки 220В, подогреватель двигателя 220В с помпой и других системах, стоит помнить, что в момент запуска этих и других электроприводов происходит деформация обмотки силового узла с одновременным его нагревом. Приемником напряжения выступает контроллер, который осуществляет выпрямление тока через диод. Далее энергия направляется на систему конденсаторов, играющих роль фильтра. Выходной поток мощности представляет собой ток, проведенный через ШИМ-регулятор и выпущенный на обмотки ротора, настраивая двигатель для работы на определенной частоте вращения.

Настройка оборотов электрического привода медогонки или другого производственного оборудования выполняется несколькими способами изменения параметров подаваемого в обмотки двигателя энергоснабжения:

  • снижение или увеличение показателя напряжения;
  • изменение текущей частоты;
  • регулировка силы тока.

Наиболее часто используемые типы регулировки оборотов:

  • автотрансформаторная система реализована в виде движущегося контакта, который соприкасается с обмоткой. Это изменяет скорость вращения ротора. Такой тип управления используется в подогревателях двигателя 220В с помпой и других системах, где нужна четкая синусоида переменного напряжения и высокое сопротивление вероятной перегрузке;
  • симисторное, или тиристорное, регулирование скорости меняет уровень подаваемого напряжения посредством активации тиристорной пары, собранной встречно, либо же их включение одновременно с симистором. Эта схема применяется не только в промышленных асинхронных электромоторах, но и в небольших бытовых приборах, таких как электрический привод медогонки, диммер, различные переключатели и пр.;
  • внедрение сопротивления выполняется посредством одного или нескольких типов преобразователей – переменных резисторов, разделяющих устройств и др. Эта методика положительно зарекомендовала себя в однофазных конфигурациях моторов, где с ее помощью производится контроль скольжения. Изменение разницы между скоростью якоря и величиной магнитного поля статора эффективно способствует снижению оборотов. Для реализации настройки сопротивлением используются высокомощные электрические двигатели, так как на них можно дать меньше напряжения. При этом стандартное соотношение будет равно до двух раз в меньшую сторону.

Каждый тип управления имеет свои преимущества. Осуществлять выбор необходимо под конкретный двигатель (однофазный, трехфазный и т.д.), а также согласно параметрам потребителя.

Способы подключения

Прежде чем начать интеграцию регулятора оборотов, необходимо изучить руководство. Там указан тип и механизм работы имеющейся модели. Без этой информации можно допустить ошибку и спровоцировать поломку модуля либо двигателя. Как правило, схема подключения регулятора оборотов не особенно отличается по разновидностям последних, поэтому в руководстве пользователя будет представлен чертеж типовой электроцепи.

Изучив схему интеграции, необходимо понять, как используется метод распиновки. С его помощью определяется количество выводов для полноценного управления имеющейся разновидностью электрического мотора. Далее проводится сопоставление выходных контактов электродвигателя и цветовых обозначений разъемов регулятора. Необходимо подбирать приборы так, чтобы не оставалось неподключенных выходов. Если какой-то контакт останется неиспользуемым, их можно закоротить, чтобы не нарушилась работа мотора. Когда все обозначения совпадут, можно начинать соединение и подключение к энергоснабжению.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в без потери мощности

Практически во всех бытовых приборах и электроинструментах используется коллекторныйдвигатель. В более новых моделях болгарок, шуруповертов, ручных фрезеров, пылесосов, миксеров и других присутствует регулировка оборотов двигателя, но в более поздних моделях такой функции нет. Такими инструментами и бытовыми приборами не всегда удобно работать, и поэтому существуют регуляторы оборотов с поддержанием мощности.

Виды двигателей и принцип работы

Двигатели делятся на три типа: коллекторный, асинхронный и бесколлекторный. В большинстве электроинструментов стоит первый тип. Этот электродвигатель имеет довольно компактный размер. Его мощность значительно выше, чем у асинхронного, а цена довольно низкая. Что касается асинхронных, то этот тип в основном используется в металлообрабатывающей отрасли, а также широкое распространение они получили в угледобывающих шахтах. Довольно редко их можно встретить в быту.

Бесколлекторный электродвигатель используется там, где нужны большие обороты, точное позиционирование и малые размеры. Например, в различной медицинской технике, авиамоделировании. Принцип работы довольно прост. Если рамку прямоугольной формы, которая имеет ось вращения, поместить между плюсами постоянного магнита, то она начнет вращаться. Направление зависит от направления тока в рамке. В составе этого типа присутствуют якорь и статор. Якорь вращается, а статор стоит неподвижно. Как правило, на якоре стоит не одна рамка, а 4,5 или более.

Асинхронный двигатель работает по другому принципу. Благодаря эффекту переменного магнитного поля в статорных катушках он приводится во вращение. Если углубиться в курс физики, то можно вспомнить, что вокруг проводника, через который проходит ток, создается своеобразное магнитное поле, заставляющее вращаться ротор.

Принцип работы бесколлекторного типа основан на включении обмоток так, чтобы магнитные поля статора и ротора были ортогональны друг другу, а вращающий момент регулируется специальным драйвером.

На рисунке отчетливо видно, что для перемещения ротора нужно выполнить необходимую коммутацию, но и регулировать обороты не представляется возможным. Тем не менее бесколлекторный двигатель может очень быстро набирать обороты.

Устройство коллекторного двигателя

Коллекторный электродвигатель состоит из статора и ротора. Ротором называется часть, которая

Читайте также: Что такое огнепреградительный клапан и зачем он нужен при работе с автогенным оборудованием

вращается, а статор является неподвижным. Еще одной составляющей электродвигателя являются графитовые щетки, по которым ток течет к якорю. В зависимости от комплектации могут присутствовать датчики Холла, которые дают возможность плавного запуска и регулировки оборотов. Чем выше подаваемое напряжение, тем выше обороты. Этот тип может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

По классификации коллекторные двигатели можно разделить на те, что работают от переменного и от постоянного тока. Их также можно разделить по типу возбуждения обмотки: двигатели с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) возбуждением.

Типы регулировки

Существует довольно много вариантов регулировки оборотов. Вот основные из них:

  • Блок питания с регулировкой выходного напряжения.
  • Заводские устройства регулировки, которые идут изначально с электромотором.
  • Регуляторы на кнопочном управлении и стандартные регуляторы, которые просто ограничивают напряжение.

Эти типы регулировки плохи тем, что с уменьшением или увеличением напряжения падает и мощность. В некоторых электроинструментах это допустимо, но, как показывает практика, в большинстве случаев это является неприемлемым из-за сильного падения мощности и, соответственно, КПД.

Наиболее приемлемым вариантом будет регулятор на основе симистора или тиристора. Мало того что такой регулятор не уменьшает мощность при уменьшении напряжения, он еще и позволяет осуществлять более плавный пуск и регулировку оборотов. К тому же такую схему можно сделать своими руками. Ниже изображен регулятор оборотов с поддержанием мощности. Схема собрана на базе симистора BTA 41 800 В.

Все номиналы электроэлементов обозначены на схеме. Это схема после сборки, работает довольно стабильно и обеспечивает плавную регулировку коллекторного двигателя. При уменьшении выходного напряжения мощность не уменьшается, что является весомым плюсом.

При желании можно собрать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220 В своими руками. Эта схема собрана на базе симистора ВТА26−600, который предварительно необходимо установить на радиатор, так как при нагрузке этот элемент довольно сильно греется.

К готовой схеме возможно подключить электромотор, мощность которого не превышает 4 кВт.

Схема выглядит следующим образом.

Она успешно справится с регулировкой таких электроинструментов, как дрель, болгарка, циркулярка, лобзик. При желании можно использовать схему в качестве регулятора мощности ТЭН-ов, обогревателей и в качестве диммера. К минусам можно отнести невозможность регулировки мощности приборов, которые питаются от постоянного тока.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Менеджеры компании ответят на все Ваши вопросы, подберут необходимое оборудование и подготовят коммерческое предложение.

Часто возникает задача изменить скорость однофазного вращения двигателя. Разберём какие существуют для этого способы и какой из-них подойдёт в Вашем случае.

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки – рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Схема обмоток конденсаторного электромотораКонденсаторный двигатель с фазосдвигающей обмоткой

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя – разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2 – скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения – из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз – то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор – это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

Регулировка скорости асинхронного двигателя

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора

      Недостатки:

          • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
          • все недостатки присущие регулировке напряжением

          Регулирование напряжением скорости вращения двигателяУправление скоростью двигателя трансформатором

          Тиристорный регулятор оборотов двигателя

          В данной схеме используются ключи – два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

          Принципиальная электронная схема регулятора оборотов двигателя вентилятора

          Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно “отрезается” кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

          Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

          Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки – ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

          Ещё один способ регулирования – пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно – шумы и рывки при работе.

          Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

          • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
          • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
          • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения – для гарантированного старта двигателя
          • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

          Достоинства тиристорных регуляторов:

              • низкая стоимость
              • малая масса и размеры

              Недостатки:

                  • можно использовать для двигателей небольшой мощности
                  • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
                  • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
                  • все недостатки регулирования напряжением

                  Используется для изменения оборотов вентилятораУстройство тиристорного регулятора

                  Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

                  Транзисторный регулятор напряжения

                  Как называет его сам производитель – электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

                  Электронный трансформатор для двигателя вентилятора

                  Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы – полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

                  Электронная схема трансформатора регулировки вращения двигателя

                  Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

                  Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

                  Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы – диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

                  Плюсы электронного автотрансформатора:

                        • Небольшие габариты и масса прибора
                        • Невысокая стоимость
                        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
                        • Отсутствует гул на низких оборотах
                        • Управление сигналом 0-10 Вольт

                        Слабые стороны:

                              • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
                              • Все недостатки регулировки напряжением

                              Частотное регулирование

                              Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина – не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

                              Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие – массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

                              На данный момент частотное преобразование – основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

                              Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

                              Однофазные двигатели могут управляться:

                              • специализированными однофазными ПЧ
                              • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

                              Преобразователи для однофазных двигателей

                              В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей – INVERTEK DRIVES.

                              Это модель Optidrive E2

                              Частотный преобразователь для однофазных двигателей

                              Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

                              При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

                              f – частота тока

                              С – ёмкость конденсатора

                              В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

                              Преобразователь частоты для однофазного двигателя

                              Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя – в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

                              Преимущества специализированного частотного преобразователя:

                                    • интеллектуальное управление двигателем
                                    • стабильно устойчивая работа двигателя
                                    • огромные возможности современных ПЧ:
                                      • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
                                      • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
                                      • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
                                      • различные выходы
                                      • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
                                      • предустановленные скорости
                                      • ПИД-регулятор

                                      Минусы использования однофазного ПЧ:

                                            • ограниченное управление частотой
                                            • высокая стоимость

                                            Использование ЧП для трёхфазных двигателей

                                            Частотный преобразователь Тошиба

                                            Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

                                            Из однофазного двигателя удаляют конденсатор

                                            Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

                                            Расположение обмоток

                                            Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого – магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

                                            В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

                                            При работе без конденсатора это приведёт к:

                                            • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
                                            • разному току в обмотках

                                            Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

                                            Преимущества:

                                                    • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
                                                    • огромный выбор по мощности и производителям
                                                    • более широкий диапазон регулирования частоты
                                                    • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

                                                    Недостатки метода:

                                                            • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
                                                            • пульсирующий и пониженный момент
                                                            • повышенный нагрев
                                                            • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

                                                            Менеджеры компании ответят на все Ваши вопросы, подберут необходимое оборудование и подготовят коммерческое предложение.

                                                            Менеджеры компании ответят на все Ваши вопросы, подберут необходимое оборудование и подготовят коммерческое предложение.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            При пуске электродвигателя происходит превышение потребления тока в 7 раз, что способствует преждевременному выходу из строя электрической и механической частей мотора. Для предотвращения этого следует применять регулятор оборотов электродвигателя. Существует много моделей заводского плана, но для того чтобы сделать такое устройство самостоятельно, необходимо знать принцип действия электродвигателя и способы регулирования оборотов ротора.

                                                            Общие сведения

                                                            Электродвигатели переменного тока получили широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности человека, а именно — модели асинхронного типа. Основное назначение двигателя как электрической машины — трансформация электрической энергии в механическую. Асинхронный в переводе означает неодновременный, так как частота вращения ротора отличается от частоты переменного напряжения (U) в статоре. Существует две разновидности асинхронных двигателей по типу питания:

                                                            1. Однофазные.
                                                            2. Трехфазные.

                                                            Однофазные применяются для домашних бытовых нужд, а трехфазные используются на производстве. В трехфазных асинхронных двигателях (далее ТАД) используются два вида роторов:

                                                            Замкнутые составляют около 95% от всех применяемых двигателей и обладают значительной мощностью (от 250 Вт и выше). Фазный тип конструктивно отличается от АД, но применяется достаточно редко по сравнению с первым. Ротор представляет собой стальную фигуру цилиндрической формы, которая помещается внутрь статора, причем на его поверхность напрессован сердечник.

                                                            Короткозамкнутый и фазный роторы

                                                            Впаянные или залитые в поверхность сердечника и накоротко замкнутые с торцов двумя кольцами высокопроводящие медные (для машин большой мощности) или алюминиевые стержни (для машин меньшей мощности) играют роль электромагнитов с полюсами, обращенными к статору. Стержни обмотки не имеют какой-либо изоляции, так как напряжение в такой обмотке нулевое.

                                                            Более часто используемый для стержней двигателей средней мощности алюминий отличается малой плотностью и высокой электропроводностью.

                                                            Для уменьшения высших гармоник электродвижущей силы (ЭДС) и исключения пульсации магнитного поля стержни ротора имеют определенным образом рассчитанный угол наклона относительно оси вращения. Если используется электромотор маленькой мощности, то пазы представляют собой закрытые конструкции, которые отделяют ротор от зазора с целью увеличения индуктивной составляющей сопротивления.

                                                            Ротор в виде фазного исполнения или типа характеризуются обмоткой, концы ее соединены по типу «звезда» и присоединены к контактным кольцам (на валу), по которым скользят графитовые щетки. Для устранения вихревых токов поверхность обмоток покрывается оксидной пленкой. Кроме того, в цепь обмотки ротора добавляется резистор, позволяющий изменять активное сопротивление (R) роторной цепи для уменьшения значений пусковых токов (Iп). Пусковые токи отрицательно влияют на электрическую и механическую части электромотора. Переменные резисторы, используемые для регулирования Iп:

                                                            1. Металлические или ступенчатые с ручным переключением.
                                                            2. Жидкостные (за счет погружения на глубину электродов).

                                                            Щетки, выполненные из графита, изнашиваются, и некоторые модели оборудованы короткозамкнутым конструктивным исполнением, которое поднимает щетки и замыкает кольца после запуска мотора. АД с фазным ротором являются более гибкими в плане регулирования Iп.

                                                            Конструктивные особенности

                                                            Асинхронный двигатель не имеет выраженных полюсов в отличие от электромотора постоянного тока. Число полюсов определяется количеством катушек в обмотках неподвижной части (статор) и способом соединения. В асинхронной машине с 4-мя катушками проходит магнитный поток. Статор выполняется из листов спецстали (электротехническая сталь), сводящих к нулю вихревые токи, при которых происходит значительный нагрев обмоток. Он приводит к массовому межвитковому замыканию.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Железняк или сердечник ротора напрессовывается непосредственно на вал. Между ротором и статором существует минимальный воздушный зазор. Обмотка ротора выполняется в виде «беличьей клетки» и сделана из медных или алюминиевых стержней.

                                                            В электромоторах мощностью до 100 кВт применяется алюминий, обладающий незначительной плотностью — для заливки в пазы сердечника ротора. Но несмотря на такое устройство, двигатели этого типа греются. Для решения этой проблемы используются вентиляторы для принудительного охлаждения, которые насаживаются на вал. Эти двигатели просты и надежны. Однако двигатели потребляют при пуске большой ток, в 7 раз больше номинального. Из-за этого они имеют низкий пусковой момент, так как большая часть энергии электричества идет на нагрев обмоток.

                                                            Электромоторы, у которых повышенный момент пуска, отличаются от обыкновенных асинхронных конструкцией ротора. Ротор изготавливается в виде двойной «беличьей клетки». Эти модели имеют сходство с фазными типами изготовления ротора. Он состоит из внутренней и наружной «беличьих клеток», причем наружная является пусковой и обладает большим активным и малым реактивным R. Наружная обладает незначительным активным и высоким реактивным R. При увеличении частоты вращения I переключается на внутреннюю клетку и работает в виде короткозамкнутого ротора.

                                                            Принцип работы

                                                            При протекании I по статорной обмотке в каждой из них создается магнитный поток (Ф). Эти Ф сдвинуты на 120 градусов относительно друг друга. Полученный Ф является вращающимся, создающим электродвижущую силу (ЭДС) в алюминиевых или медных проводниках. В результате этого и создается пусковой магнитный момент электромотора, и ротор начинает вращаться. Этот процесс называется еще в некоторых источниках скольжением (S), показывающим разность частоты n1 электромагнитного поля стартера, которое становится больше, чем частота, полученная при вращении ротора n2. Вычисляется в процентах и имеет вид: S = ((n1-n2)/n1) * 100%.

                                                            Значение S при начальном старте электромотора равно примерно 1, но при возрастании значений n2 становится меньше. В этот момент I в роторе уменьшается, следовательно, и ЭДС становится меньше номиналом. При холостом ходе S минимально, но при увеличении момента статического взаимодействия ротора и статора эта величина достигает критического значения. Если выполняется неравенство: S > Sкр, то мотор работает нормально, однако при превышении значения Sкр он может «опрокинуться». Опрокидывание вызывает нестабильную работу, но с течением времени исчезает.

                                                            Методы настройки оборотов

                                                            Для предотвращения отрицательного влияния во время пуска нужно уменьшить обороты электродвигателя 220 в или 380 в. Существует несколько способов достижения этой цели:

                                                            1. Изменение значения R цепи ротора.
                                                            2. Изменение U в обмотке статора.
                                                            3. Изменение частоты U.
                                                            4. Переключение полюсов.

                                                            При изменении значения R роторной части при помощи дополнительных резисторов приводит к снижению частоты вращения, но в результате этого уменьшается мощность. Следовательно, получается значительная потеря электроэнергии. Этот тип регулирования следует применять для фазного ротора.

                                                            При изменении значений U на статорной катушке возможно механическое или электрическое управление частотой вращения ротора. В этом случае используется регулятор U. Использование такого способа позволяет применять его только при вентиляторном характере нагрузки (например, регулятор оборотов вентилятора 220в). Для всех остальных случаев применяют трехфазные автоматические трансформаторы, позволяющие плавно изменять значения U, или тиристорные регуляторы.

                                                            Исходя из формулы зависимости частоты вращения от частоты питающего U можно производить регулирование количества оборотов ротора. Частота вращающегося магнитного поля статора вычисляется по формуле: Nст = 60 * f /p (f — частота тока питающей сети, p — число пар полюсов). Этот способ обеспечивает возможность плавного регулирования частоты вращения роторной части. Для получения высокого коэффициента полезного действия нужно изменять частоту и U. Этот способ является оптимальным для двигателей с короткозамкнутым ротором, так как потери мощности минимальны. Существует два метода изменения количества пар полюсов:

                                                            1. В статор (в пазы) нужно уложить 2 обмотки с различным числом p.
                                                            2. Обмотка состоит из двух частей, соединенных параллельно или последовательно.

                                                            Основным недостатком этого метода является поддержание ступенчатого характера изменения частоты электромотора с короткозамкнутым ротором.

                                                            Виды и критерии выбора

                                                            Для выбора регулятора нужно руководствоваться определенными характеристиками для конкретного случая. Среди всех критериев можно выбрать следующие:

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            1. По типу управления. Для двигателей коллекторного типа применяются регуляторы с векторной или скалярной системой управления.
                                                            2. Мощность является основным параметром, от которого нужно отталкиваться.
                                                            3. По диапазону U.
                                                            4. По диапазону частот. Нужно выбирать модель, которая соответствует требованиям пользователя для конкретного случая.
                                                            5. Прочие характеристики, в которые включены гарантия, габариты, комплектация.

                                                            Кроме того, регулятор подбирается мощнее, чем сам электродвигатель по формуле: Pрег = 1,3 * Pдвиг (Pрег, Pдвиг — мощность регулятора и двигателя соответственно). Его нужно выбирать на разные диапазоны U, так как универсальность играет важную роль.

                                                            Устройство на тиристорах

                                                            В этой модели, представленной на схеме 1, применяются 2 тиристора, включенных встречно-параллельно, хотя их можно заменить одним симистором.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Схема 1 — Тиристорная регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

                                                            Эта схема производит регулирование с помощью открытия или закрытия тиристоров (симистора) при фазовом переходе через нейтраль. Для корректного управления коллекторным двигателем применяют следующие способы модификации схемы 1:

                                                            1. Установка защитных LRC-цепей, состоящих из конденсаторов, резисторов и дросселей.
                                                            2. Добавление на входе емкости.
                                                            3. Использование тиристоров или симистора, ток которых превышает номинальное значение силы тока двигателя в диапазоне от 3..8 раз.

                                                            Этот тип регуляторов имеет достоинства и недостатки. К первым относятся низкая стоимость, маленький вес и габариты. Ко вторым следует отнести следующие:

                                                            • применение для моторов небольшой мощности;
                                                            • происходит шум и рывки мотора;
                                                            • при использовании схемы на симисторах происходит попадание постоянного U на двигатель.

                                                            Этот тип регулятора ставится в вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины и электродрели . Отлично выполняет свои функции, несмотря на недостатки.

                                                            Транзисторный тип

                                                            Еще одним названием регулятора транзисторного типа является автотрансформатор или ШИМ-регулятор (схема 2). Он изменяет номинал U по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при помощи выходного каскада, в котором применяются транзисторы типа IGBT.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Схема 2 — Транзисторный ШИМ-регулятор оборотов.

                                                            Коммутация транзисторов происходит с высокой частотой и благодаря этому можно изменить ширину импульсов. Следовательно, при этом изменится и значение U. Чем длиннее импульс и короче паузы, тем выше значение U и наоборот. Положительные аспекты применения этой разновидности следующие:

                                                            1. Незначительный вес прибора при низких габаритах.
                                                            2. Довольно низкая стоимость.
                                                            3. При низких оборотах отсутствие шума.
                                                            4. Управление за счет низких значений U (0..12 В).

                                                            Основной недостаток применения заключается в том, что расстояние до электромотора должно быть не более 4 метров.

                                                            Регулирование за счет частоты

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Регулирование оборотов моторов различных типов за счет частоты получило широкое применение. Частотное преобразование занимает лидирующую позицию на рынке сбыта устройств-регуляторов оборотов и осуществления плавного пуска. Благодаря своей универсальности возможно влиять на мощность, производительность и скорость любого устройства с электродвигателем. Эти устройства применяются для однофазных и трехфазных двигателей. Применяются такие виды частотных преобразователей:

                                                            1. Специализированные однофазные.
                                                            2. Трехфазные без конденсатора.

                                                            Для регулирования оборотов используется конденсатор, включенный с обмотками однофазного двигателя (схема 3). Этот преобразователь частоты (ПЧ) имеет емкостное R, которое зависит от частоты протекающего переменного тока. Выходной каскад такого ПЧ выполнен на IGBT-транзисторах.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Схема 3 — Частотный регулятор оборотов.

                                                            У специализированного ПЧ есть свои преимущества и недостатки. Преимуществами являются следующие:

                                                            1. Управление АД без участия человека.
                                                            2. Стабильность.
                                                            3. Дополнительные возможности.

                                                            Существует возможность управлять работой электромотора при определенных условиях, а также защита от перегрузок и токов КЗ. Кроме того, возможно расширять функционал при помощи подключения цифровых датчиков, мониторинга параметров работы и использования PID-регулятора. К минусам можно отнести ограничения при управлении частотой и довольно высокую стоимость.

                                                            Для трехфазных АД применяются также устройства регулирования частоты (схема 4). Регулятор имеет на выходе три фазы для подключения электромотора.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Схема 4 — ПЧ для трехфазного двигателя.

                                                            У этого варианта тоже есть свои сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие: низкую стоимость, выбор мощности, широкий диапазон частотной регуляции, а также все преимущества однофазных преобразователей частоты. Среди всех отрицательных сторон можно выделить основные: предварительный подбор и нагрев при пуске.

                                                            Изготовление своими руками

                                                            Если нет возможности, а также желания приобретать регулятор заводского типа, то можно собрать его своими руками. Хотя регуляторы типа » tda1085 » зарекомендовали себя очень хорошо. Для этого нужно детально ознакомиться с теорией и приступить к практике. Очень популярны схемы симисторного исполнения, в частности регулятор оборотов асинхронного двигателя 220в (схема 5). Сделать его несложно. Он собирается на симисторе ВТ138, хорошо подходящем для этих целей.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Схема 5 — Простой регулятор оборотов на симисторе.

                                                            Этот регулятор может быть использован и для регулировки оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт, так как является довольно простым и универсальным. Обороты регулируются благодаря изменению параметров Р1, определяющему фазу входящего сигнала, который открывает переход симистора.

                                                            Принцип работы прост. При запуске двигателя происходит его затормаживание, индуктивность изменятся в меньшую сторону и способствует увеличению U в цепи «R2—>P1—>C2». При разряде С2 симистор открывается в течение некоторого времени.

                                                            Существует еще одна схема. Она работает немного по-другому: путем обеспечения хода энергии обратного типа, которое является оптимально выгодным. В схему включен довольно мощный тиристор.

                                                            Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

                                                            Схема 6 — Устройство тиристорного регулятора.

                                                            Схема состоит из генератора сигнала управления, усилителя, тиристора и участка цепи, выполняющего функции стабилизатора вращения ротора.

                                                            Наиболее универсальной схемой является регулятор на симисторе и динисторе (схема 7). Он способен плавно убавить скорость вращения вала, задать реверс двигателю (изменить направление вращения) и понизить пусковой ток.

                                                            Принцип работы схемы:

                                                            1. С1 заряжается до U пробоя динистора D1 через R2.
                                                            2. D1 при пробитии открывает переход симистора D2, который отвечает за управление нагрузкой.

                                                            ​Напряжение при нагрузке прямо пропорционально зависит от частотной составляющей при открытии D2, зависящего от R2. Схема применяется в пылесосах. Она содержит универсальное электронное управление, а также способность простого подключения питания 380 В. Все детали следует расположить на печатной плате, изготовленной по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Подробно с этой технологии изготовления плат можно ознакомиться в интернете.

                                                            Таким образом, при выборе регулятора оборотов электродвигателя возможна покупка заводского или изготовление своими руками. Самодельный регулятор сделать достаточно просто, так как при понимании принципа действия устройства можно с легкостью собрать его. Кроме того, следует соблюдать правила безопасности при осуществлении монтажа деталей и при работе с электричеством.

                                                            Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

                                                            Обороты двигателя

                                                            Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать – момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

                                                            Особенности регулирования скорости

                                                            Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

                                                            Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

                                                            Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор, но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

                                                            Обобщенная схема регулятора

                                                            Как устроен регулятор

                                                            Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

                                                            • силовой управляемый выпрямитель;
                                                            • блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
                                                            • обратная связь по тахогенератору;
                                                            • блок регулирования тока в обмотках двигателя.

                                                            Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

                                                            Разновидности коллекторных двигателей

                                                            Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться, для каких целей требуется сконструировать регулятор:

                                                            Виды регуляторов

                                                            • Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
                                                            • Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

                                                            Конструкция мотора

                                                            Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

                                                            • Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
                                                            • Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
                                                            • Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

                                                            Принцип работы двигателя

                                                            При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

                                                            Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования. Это может пригодиться, если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

                                                            Выбор схемы

                                                            Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

                                                            • Регулирование скорости от 0 до максимума.
                                                            • Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
                                                            • Плавность регулирования оборотов.

                                                            Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования. Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

                                                            Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

                                                            Особенности конструкции

                                                            Сфера применения регулятора

                                                            Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным, так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

                                                            Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

                                                            На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

                                                            Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

                                                            Схема регулятор без потерь

                                                            • Максимальный ток в обмотках двигателя не должен превышать 10 А (при условии той комплектации, которая представлена на схеме). Если применить симистор с большим прямым током, то мощность может быть выше. Учтите, что потребуется изменить сопротивление в цепи обратной связи в меньшую сторону, а также индуктивность шунта.
                                                            • Максимальная скорость вращения достигается 3200 об/мин. Эта характеристика зависит от типа двигателя. Схема может управлять моторами до 16 тыс. об/мин.
                                                            • Время разгона до максимальной скорости достигает 1 секунды.
                                                            • Нормальный разгон обеспечивается за 10 секунд от 800 до 1300 об/мин.
                                                            • На двигателе использован 8-полюсный тахогенератор с максимальным выходным напряжением на 6000 об/мин 30 В. То есть он должен выдавать 8мВ на 1 об/мин. При 15000 об/мин на нем должно быть напряжение 12 В.
                                                            • Для управления двигателем используется симистор на 15А и предельным напряжением 600 В.

                                                            Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

                                                            Принцип управления

                                                            При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

                                                            Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы. Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

                                                            Особенности запуска двигателя

                                                            • Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
                                                            • Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
                                                            • Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
                                                            • Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
                                                            • Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
                                                            • Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

                                                            Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

Ссылка на основную публикацию