Регулятор оборотов с обратной связью для коллекторных двигателей переменного тока

Каждый из нас дома имеет какой-то электроприбор, который работает в доме не один год. Но со временем мощность техники слабеет и не выполняет своих прямых предназначений. Именно тогда стоит обратить внимание на внутренности оборудования. В основном проблемы возникают с электродвигателем, который отвечает за функциональность техники. Тогда стоит обратить свое внимание на прибор, который регулирует обороты мощности двигателя без снижения их мощности.

Оглавление:

Виды двигателей

Регулятор оборотов с поддержанием мощности — изобретение, которое вдохнет новую жизнь в электроприбор, и он будет работать как только что приобретенный товар. Но стоит помнить о том, что двигатели бывают разных форматов и у каждого своя предельная работа.

Двигатели разные по характеристикам. Это значит то, что та или иная техника работает на разных частотах оборота вала, запускающего механизм. Мотор может быть:

1. однофазным,
2. двухфазным,
3. трехфазным.

В основном трехфазные электромоторы встречаются на заводах или крупных фабриках. В домашних условиях используются однофазные и двухфазные. Данного электричества хватает на работу бытовой техники.

Предлагаем Вашему вниманию познавательную статью о параллельном и последовательном соединении резисторов.

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Регулятор оборотов электродвигателя 220 В без потери мощности используется для поддержки первоначальной заданной частоты оборотов вала. Это один из основных принципов данного прибора, который называется частотным регулятором.

С помощью него электроприбор работает в установленной частоте оборотов двигателя и не снижает ее. Также регулятор скорости двигателя влияет на охлаждение и вентиляцию мотора. C помощью мощности устанавливается скорость, которую можно как поднять, так и снизить.

Вопросом о том, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, задавались многие люди. Но данная процедура довольно проста. Стоит только изменить частоту питающего напряжения, что существенно снизит производительность вала мотора. Также можно изменить питание двигателя, задействуя при этом его катушки. Управление электричеством тесно связано с магнитным полем и скольжением электродвигателя. Для таких действий используют в основном автотрансформатор, бытовые регуляторы, которые уменьшают обороты данного механизма. Но стоит также помнить о том, что будет уменьшаться мощность двигателя.

Вращение вала

Двигатели делят на:

1. асинхронные,
2. коллекторные.

Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя зависит от подключения тока к механизму. Суть работы асинхронного мотора зависит от магнитных катушек, через которые проходит рамка. Она поворачивается на скользящих контактах. И когда при повороте она развернется на 180 градусов, то по данным контактам связь потечет в обратном направлении. Таким образом, вращение останется неизменным. Но при этом действии нужный эффект не будет получен. Он войдет в силу после внесения в механизм пары десятков рамок данного типа.

Коллекторный двигатель используется очень часто. Его работа проста, так как пропускаемый ток проходит напрямую — из-за этого не теряется мощность оборотов электродвигателя, и механизм потребляет меньше электричества.

Двигатель стиральной машины также нуждается в регулировке мощности. Для этого были сделаны специальные платы, которые справляются со своей работой: плата регулировки оборотов двигателя от стиральной машины несет многофункциональное употребление, так как при ее применении снижается напряжение, но не теряется мощность вращения.

Схема данной платы проверена. Стоит только поставить мосты из диодов, подобрав оптрон для светодиода. При этом еще нужно поставить симистор на радиатор. В основном регулировка двигателя начинается от 1000 оборотов.

Если не устраивает регулятор мощности и не хватает его функциональности, можно сделать или усовершенствовать механизм. Для этого нужно учитывать силу тока, которая не должна превышать 70 А, и теплоотдачу при использовании. Поэтому можно установить амперметр для регулировки схемы. Частота будет небольшой и будет определена конденсатором С2.

Далее стоит настроить регулятор и его частоту. При выходе данный импульс будет выходить через двухтактный усилитель на транзисторах. Также можно сделать 2 резистора, которые будут служить выходом для охладительной системы компьютера. Чтобы схема не сгорела, требуется специальный блокиратор, который будет служить удвоенным значением тока. Так данный механизм будет работать долго и в нужном объеме. Регулирующие приборы мощности обеспечат вашим электроприборам долгие годы службы без особых затрат.

Рубрики Это интересно

• Торцовочная пила с протяжкой по дереву: устройство, рейтинг
• Фуговальный станок по дереву для домашней мастерской
• Циркулярный станок по дереву: конструкция и разновидности
• Описание, характеристики и выбор электрического рубанка
• Электрический паяльник с регулировкой температуры и мощности

Здравствуйте дорогие мои посетители. Хочу сегодня продолжить тему о коллекторных электродвигателях, а именно как подключить двигатель от стиральной машины с помощью платы регулирования оборотов с поддержкой мощности. Как вы, видели, я затрагивал уже эту тему. Снимал по этому поводу видео «Подключение и регулировка оборотов коллекторного двигателя от стиральной машины-автомат». Это видео стало очень популярным на моём канале, зрители оставили множество разных комментариев по этой теме. Также я там выложил источник, где я взял схему регулятора оборотов с поддержкой мощности коллекторных электродвигателей. И как мне показалось на тот момент, что человек скачает себе этот файл и соберет себе такую же схему как у меня, и будет её использовать. Но нет, оказалось не все так просто как мне этого хотелось, посыпалась, куча вопросов от людей не только гуманитариев, но и совсем не плохих радиолюбителей. Были даже предложения о покупке плат регулирования оборотов. Что бы сразу ответить на многие вопросы, Вам, мои дорогие читатели, и появилась эта статья.  Занимаюсь я ремонтом электроинструмента в частности перемоткой электродвигателей. И во время ремонта качественного электроинструмента замечал там «Константную электронику»,  которая при снижении оборотов на электроинструменте поддерживала мощность электродвигателя. Меня это очень заинтересовало, начал пробовать различные простые регуляторы оборотов, регуляторы оборотов с обратной связью по току, в общем, кучу разных штуковин. Пока не наткнулся на сайт «chipmaker.ru» где пользователь  «Bogdan» выложил «схему управления коллекторным двигателем на TDA1085». Собственно говоря, вот эта ссылка: http://www.chipmaker.ru/files/file/1490/ . После того как Вы перешли, жмем на кнопку «Загрузить»  В следующем окне обратно жмем «Загрузить»  У нас скачивается архив, разархивировав который, видим в нем несколько файлов (два варианта схем для управления двигателями постоянного и переменного тока с монтажными платами), нам для двигателя переменного тока нужны PSD файлы с пометкой «АС»  Распечатав  их (принципиальная, монтажная и печатная плата), я отнес их своему очень хорошему товарищу Игорю , который мне спая регулятор оборотов с поддержкой мощности (сам я, к сожалению, не люблю работу с паяльником). Я испытал регулятор оборотов электроинструмента на TDA1085 на своей «болгарке». К счастью мой товарищ оказался хорошим радиолюбителем и нашел некоторые неточности в этих схемах и исправил их.  Я не могу вам сейчас сказать что этот регулятор оборотов коллекторных электродвигателей панацея, возможно, есть что-то и лучше я не знаю. Как поведет она себя на высоких или даже средних оборотах, честно сказать я не знаю( здесь уже можно посмотреть тест этой платы в разных режимах). Эта схема отлично ведет себя на низких оборотах, и вот уже целый год  отлично себя показывает на Самодельном лобзиковом станке, приводом там служит та самая «болгарка»  на которой я испытывал регулятор оборотов. К клеммам «Фаза и Ноль» подключаем напряжение 220 Вольт (фазировка не влияет на работу схемы), светодиод «HL» служит нам индикатором питания платы регулятора оборотов, к клеммам « М1» подключаем наш электродвигатель, «таходатчик» который выдает постоянный ток подключаем к «Х3» а если же у вас он выдает переменный ток или импульсы, то к «Х2» (Как сделать таходатчик). К контактам «Х4» можно подключить тумблер (выключатель) который будет отключать наш двигатель, его ставить не обязательно, можно также отключать двигатель с помощью  регулятора оборотов «R1» который подключается к контактам «Х1». У Bogdana  на этой схеме не был указан конденсатор «С 100µF х25V» хотя он присутствует на монтажной плате (забыл указать). Также у него в схеме находится очень мощный симистор «ВТА41 800V» который подходит для управления мощными коллекторными электродвигателями, а для нас подойдет совсем другой на 10…16 Ампер (по цене будет на много дешевле). Симистор должен обязательно быть  с радиатором (вся эта схема построена  для управления этим симистором, который в свою очередь управляет непосредственно нашим электродвигателем). Ниже симистора на схеме указаны два мощных сопротивления «R31» и «R33» рассчитанные на 0,1 Ом и мощностью 5 Ватт каждый. Под каждые электродвигатель нужно индивидуально настраивать плату регулятора оборотов (как это сделать). Регулируется схема с помощью подстрочных сопротивлений «R3» и «R21». Построечный резистор «R3» регулирует плавность пуска двигателя, а «R21» служит для быстроты реагирования на нагрузку электродвигателя (в зависимости отнего схема будет реагировать плавно или резко на нагрузку).  Для лучшего удобства я подготовил Вам список всех деталей, которые применяются в этом регуляторе оборотов с поддержкой мощности («+» обозначены полярные конденсаторы):

Изначально автор Bogdan на монтажной плате регулятора оборотов не указал буквенные обозначения всех деталей, но благодаря моему товарищу (огромное ему спасибо) он расставил все обозначения и исправил все неточности которые были у Bogdanа ВНИМАНИЕ!!! В расположении деталей ОШИБКА!Сопротивление R21 обозначено как R27. Будьте внимательны!<o> Вот так выглядит моя плата регулятора оборотов с поддержкой мощности:  https://drive.google.com/file/d/0B6x0JsiBUva0d3pUMzNXU0gtTjA/view?usp=sharing Ссылки для скачивания: Схема регулятора:http://www.chipmaker.ru/files/file/1490/список деталей:  https://drive.google.com/file/d/0B6x0JsiBUva0UmlaNV9nSEZGeTA/view?usp=sharing расположение деталей:https://drive.google.com/file/d/0B6x0JsiBUva0R05OYkhKazZCczA/view?usp=sharing ОЧЕНЬ интересные видео по теме!!! Агрессивные тесты. Ссылка на немецкий вариант схемы: http://zisoft.de/elektronik/drehzahlregelung.htmlДобавлено Анатолием:Я думаю Александр не обидится если я в его теме выскажу несколько своих соображений.Собрал уже не одну плату и могу сказать со сто процентной уверенностью. Если у кого то что то не работает, то проверяйте качество изготовления платы, качество и правильность монтажа, исправность элементов и двигателя. Все причины не работы (некорректной работы) кроются только в этом. Печатки и схемы выложенные в нете рабочие. Сам недавно столкнулся с подобным, две разные платы, а проявление неисправности одно и тоже. При включении и добавлении оборотов двигатель раскручивается рывками было ощущение как будто семистор работает на одном полупериоде. Оказалось на одной плате при травлении исчезла дорожка к конденсатору С10 на 47,0х16V, во втором случае этот же конденсатор был высохший.Попутно убедился, что если уменьшить С11 идущий на 14 ногу микросхемы до 22Н, то двигатель стартует, набирает максимальные обороты и обороты не регулируются. Поэтому с ним тоже нельзя ошибаться 47Н и точка.Теперь по поводу замеров напряжения.Я собираю платы с отдельным блоком питания, поэтому промеры даю для этого случая.Исходные условия, к плате подключен двигатель с таходатчиком, регулятор оборотов в нулевом положении (минимум до конца), блок питания в розетку включён, 220В на плату не подаётся.1-0,17В2-0,17В3-2,63В4-05-06-2,4В7-0,05В8-09-14,65В10-13,7В11-12,83В12-0,55В13-014-11,34В15-0,03В16-0,03ВУсловия те-же, но подключено 220В и регулятор стоит на небольших оборотах. Двигатель медленно вращается.1-0,25В2-0,3В3-2,62В4-0,55В5-0,55В6-2,4В7-1,14В8-09-14,2В10-14,2В11- не измеряется.12-0,74В13-0,69В14-4,8В при касании щупом двигатель ускоряется.15-0,73В16-0,58ВОтличия могут быть но не очень большие. Напряжение на ноге 3 устанавливается регулятором R21.Кроме этого советовал бы увеличить резистор R9 вместо 1,2 кОм ставить 20кОм. Этим уменьшается напряжение с таходатчика. И R17 вместо 68кОм ставить 27кОм. Ну и диод для защиты микросхемы само собой. Пару слов по немецкой схеме. При правильной сборке, правильно выполненной печатке и исправных деталях всё работает без вопросов. Рекомендовал бы такую последовательность действий. Собрали плату, проверили сборку, микросхему не ставим. В панельку микросхемы подключаем на ноги 8-9 резистор 1,6кОм 1Вт, подключаем питание 220В, двигатель и таходатчик не подключен (это не принципиально), и меряем напряжение на подключённом резисторе. Должно быть 15-17В. Ставим микросхему, подключаем мотор и таходатчик и наслаждаемся работой. В немецкую схему советую внести следующее изменение. На регуляторе частоты вращения, на центральном отводе, запаять резистор 1,2кОм и второй конец этого резистора на клемму Х2-2, по семе. Боковую ногу регулятора которая раньше шла на центральный отвод, подключаем на корпус. Что это даёт. Раньше, при выведенном в ноль регуляторе, двигатель продолжал вращаться, теперь стоит как ему и положено. А методика настройки простая. Регулятор на ноль, включили, добавили немного оборотов, крутим Р1 пока обороты не станут красивыми на слух и визуально, обороты на максимум, крутим ограничение максимальных оборотов Р3, наслаждаемся своим мастерством. 

Большинство мировых производителей профессиональных угловых шлифовальных машинок (болгарок) таких как Bosch, Metabo, Makita, DeWalt и других используют два типа регуляторов оборотов с обратной связью.

С помощью таходатчика

На конце якоря мотора установлен кольцевой магнит с прорезью или срезом, а на плате регулятора установлена ка­тушка индуктивности или датчик Холла. Такой регулятор обес­печивает максимально точную стабилизацию оборотов дви­гателя при изменении нагрузки.

На основе измерения падения напряжения на электро­двигателе

В этом случае измеряется падение напряжения на дви­гателе, и схема управления изменяет длительность открытия силового ключа. Такой регулятор, если он правильно наст­роен, обеспечивает также хорошую стабилизацию оборотов двигателя при изменении нагрузки.

Все промышленные регуляторы, собранные на микро­контроллерах, полностью залитые эпоксидной смолой и в ито­ге они не пригодны для ремонта, а цена за новый регулятор достаточно большая, и составляет примерно 20-30% от сто­имости самого электроинструмента.

В поиске специализированных микросхем для решения данной задачи мне приглянулись регуляторы Phase Control фирмы Atmel. Например, простой вариант регулятора на ми­кросхеме U2008B. Рассмотрим схему регулятора на ИМС U2008B приведенную на рис.1. В данном регуляторе можно использовать обратную связь по току или режим плавного пуска, однако в нём нет защиты от перегрузки. Если исполь­зовать плавный пуск тогда нужны только элементы С1, R4 и перемычку Х1 не ставим, а если нужна обратную связь — тог­да все наоборот.

Рис. 1

Так как ИMC U2008B не может одновременно работать в режиме плавного пуска и обратной связи, она не подходит для нашей задачи. На рис.2 пока­зана схема регулятора на микросхеме U2010B, у которой есть обратная связь по току, защи­та от перегрузки и плавный старт одновре­менно. Светодиод D2 индицирует перегрузку электродвигателя. Переключатель SA1 «Mode» обеспечивает возможность выбора действий при перегрузке на двигателе в трех режимах: Положение А — индикация перегрузки и по­следующий сброс на минимальные обороты. Для восстановления рабочих оборотов, необходимо выключить инструмент.

Рис. 2

Положение В — индикация перегрузки, по­следующий сброс на минимальные обороты, по­сле снятие нагрузки с инструмента, восста­навливаются установленные обороты, т.е. про­исходит авто старт.

Положение С — только индикация перегруз­ки, без остановки двигателя и защиты.

Подбором ёмкости конденсатора СЗ от 1 до 10 мкФ можно изменять длительность и плав­ность пуска двигателя.

Настройка регулятора.

В техническом описании к ИМС U2010B в схеме подключения обозначено только падение напряжение на R6 в 250 мВ и не указано, ка­ким именно должен быть этот резистор.

Рассчитать сопротивление R6 можно исходя из мощнос­ти двигателя по формуле:

R6 = U_R6/(Р_двиг/U_пит),

где: U_R6 — напряжение на R6 (250 мВ), Р_двиг — мощность двигателя, U_ПИТ — напряжение питания сети.

Например, для двигателя мощностью 750 Вт рассчитыва­ем: R6= 0,25/(750/220) = 0,07 Ом.

Номиналы резисторов R6 и R11, в зависимости от мощ­ности электродвигателя, приведены в таблице.

Главное правильно подбирать резистор R6 под мощность двигателя. Выше представленная формула правильная, но на практике может потребоваться некоторая коррекция по по­ведению двигателя под нагрузкой. Если резистор великоват, то двигатель довольно резко стартует (т.е. происходит боль­шая компенсация нагрузки, чем надо), а потом отключается, а если резистор будет мал, то не будет обеспечиваться ком­пенсация нагрузки.

В Datasheet к ИМС U2010B ёмкость конденсатора С2 указана 0,01 мкФ, но она рассчитана на 60-герцовую сеть, и при использования ИМС в сети 50 Гц за период выдава­лось несколько импульсов управления. В итоге, обороты эле­ктродвигателя практически не  регулировались и двигатель ра­ботал на полную мощность. Для сети с частотой 50 Гц нуж­но ёмкость конденсатора С2 увеличить до 0,015 мкФ.

Первый пуск

Переменный резистор Р1 (регулятор оборотов) нужно установить на минимальные обороты двигателя, по схеме движок потенциометра должен быть повернут в сторону ре­зистора R13. Затем подстроенный резистор R10 (компенса­ция нагрузки) установить в среднее положение, а на место R11 (перегрузка) временно подпаять постоянный резистор сопротивлением 62 кОм. Потом включить регулятор в сеть 220 В / 50 Гц и подстроенным резистором R8 выставить са­мые минимальные обороты двигателя.

Нужно сделать так, чтобы при включении двигатель на­чинал вращаться на минимальных оборотах. Если настроить устройство так, чтобы совсем не было напряжения на элек­тродвигателе, то тогда становится слишком нелинейная за­висимость управления резистором Р1 — при его повороте сначала двигатель не крутится, а потом резко стартует без плавного пуска.

Далее нужно подключить вольтметр с диапазоном изме­рения 300 В к выводам двигателя, включить двигатель и на средних оборотах, зажимая вал или привод двигателя через тряпку рукой, выставить такое положение резистора R10, что­бы обороты электродвигателя не менялись при изменении нагрузки на его валу. Одновременно с этим нужно смотреть на вольтметр, подключенный к двигателю. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя регулятор прибавляет напряжение, и двигатель крутится с одинаковыми оборота­ми, независимо от нагрузки.

И вот в последнюю очередь настраивается резистор R11 (перегрузка). Постоянный резистор номиналом 62 кОм вы­паиваем и вместо него ставим подстроенный или перемен­ный резистор номиналом 220 кОм. На оборотах двигателя чуть больше минимальных, сильно зажимая вал или привод двигателя, стараемся почти заклинить вал двигателя, и по степенно изменяем величину резистора R11, пока не начнет срабатывать защита, и не станет светиться VD2. Затем из­мерьте сопротивление переменного резистора тестером и за­паяйте в устройство соответствующий резистор. В таблице указано приблизительные значения сопротивления R11,

Детали регулятора

Купить микросхемы U2008B, U2010B можно через сайт AliExpress (www.ru.aliexpress.com) в Китае с бесплатной до­ставкой на Украину, а далее посылка бесплатно отправляется через «Укрпочту» в любое почтовое отделение на тер­ритории Украины. Доставка на Украину производится на про­тяжении 25-40 дней. Например, цена 1 шт. микросхемы U2010B зависит от корпуса исполнения, примерно 0,9 USD в корпусе S016 и 1,2 USD в корпусе DIP16, а симистора ВТА24-800 — 0,4 USD.

Печатная плата устройства изготовлена из односторонне­го фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм.

Симистор VS1 лучше использовать с изолированной пло­щадкой под радиатор серии ВТА, например BTA12-800, BTA16-800, BTA24-800, или применить другие. При мощнос­ти двигателя до 400 Вт, VS1 можно не устанавливать на ра­диатор. Все SMD детали типоразмера 1206, их можно запа­ять обычным паяльником с тонким жалом.

Подстроенные резисторы — типа СП3-19а или другой ма­логабаритный. Переменный резистор Р1 любой на 47-50 кОм, можно малогабаритные СП4-1, СП3-9. Резистор R1 мощностью не менее 2 Вт, например, типа MЛT-2 или др. Резистор R6 изготовлен из нихромовой проволоки диаметром 0,7 — 1 мм. Автор использовал нихромовый провод из старого блока сопротивлений для зажигания автомобилей ГАЗ с маркировкой 1402.3729. Все электролитические конденса­торы на напряжение не менее 50 В. Диод D1 — типа 1N4007 или КД208, также можно использовать диод в SMD исполне­нии. Светодиод D2 любой малогабаритний диаметром 3-5 мм красного света. Переключатель SA1 любой малогабаритный 3-х позиционный. Если нужен только один режим перегруз­ки, тогда вместо него можно установить перемычку.

Литература:

1. Бирюков С. Автомат плавного пуска коллекторных эле­ктродвигателей. // Радио. — 1997. — №7. — С.40-42.

Печатная плата для схемы показанной на рисунке 2:

[hidepost]Скачать[/hidepost]

Автор: Валентин Шипляк, г. Ужгород

Используемые источники:

• https://instrument.guru/elektrichestvo/opisanie-regulyatora-oborotov-elektrodvigatelya-bez-poteri-moshhnosti.html
• http://shenrok.blogspot.com/p/blog-page_8.html
• https://meandr.org/archives/29138