Регулировка оборотов электродвигателя 220В, 12В и 24В
Для плавности увеличения и уменьшения скорости вращения вала существует специальный прибор – регулятор оборотов электродвигателя 220в. Стабильная эксплуатация, отсутствие перебоев напряжения, долгий срок службы – преимущества использования регулятора оборотов двигателя на 220, 12 и 24 вольт.
Способы изменения вращения зависят от модели электрической машины. Характеристики электрических машин отличаются: постоянного и переменного тока, однофазные, трехфазные. Поэтому говорить нужно о каждом случае отдельно.
Простейший вариант
Легче всего изменять обороты электродвигателя постоянного тока. Они меняются простым изменением напряжения питания. Причем неважно где: на якоре или на возбуждении, но это касается только маломощных машин с минимальной нагрузкой. В основном управление скоростью вращения производят по цепи якоря. Более того, здесь возможно реостатное регулирование, если мощность мотора небольшая, или есть довольно мощный реостат.
Это самый неэкономичный вариант. Механические характеристики двигателя с независимым возбуждением самые невыгодные из-за больших потерь, результатом чего является падение механической мощности, КПД.
Еще одна возможность – введение реостата в обмотку возбуждения. Рассматривая характеристики двигателя с независимым возбуждением, увидим, что регулирование скорости вращения возможно только в сторону увеличения оборотов. Это происходит ввиду насыщения обмотки.
Итак, реостатное регулирование скорости вращения аппарата независимого возбуждения оправдано в системах с минимальной нагрузкой. Лучше всего, когда работа при таком включении буде периодической.
В цепи якоря
Это лучший вариант регулирования скорости мотора с независимым возбуждением. Частота вращения прямо пропорциональна подводимому к якорю напряжению. Механические характеристики не меняют своего угла наклона, а перемещаются параллельно друг другу.
Для осуществления этой схемы нужно цепь якоря подключить к источнику напряжения, которое можно менять.
Это возможно в электрических машинах малой или средней мощности. Двигатель большой мощности целесообразно подключить в схему с генератором напряжения независимого возбуждения.
В качестве привода для генератора используют обычный трехфазный асинхронник. Чтобы уменьшить обороты, достаточно на якоре понизить напряжение. Оно меняется от номинального и вниз. Эта схема имеет название «двигатель-генератор». Таким образом можно менять параметры на двигателе 220в.
Для низкого напряжения
Управление агрегатами на 12в проще из-за более низкого напряжения и как следствие, более доступных деталей. Вариантов подобных схем множество, поэтому важно понять сам принцип.
Такой двигатель имеет ротор, щеточный механизм и магниты. На выходе у него всего два провода, контролирование скорости идет по ним. Питание может быть 12, 24, 36в, или другое. Что нужно – это его менять. Лучше, когда в пределах от нуля до максимума. В более простых вариантах 12–0в не получится, другие варианты дают такую возможность.
Кто-то паяет радиоэлементы навесным монтажом, кто-то набирает печатную плату – это уже зависит от желания и возможностей каждого человека.
Этот вариант подойдет, если точность неважна: например, вентилятор. Напряжение меняется от 0 до 12 вольт, пропорционально меняется крутящий момент.
Другой вариант – со стабилизацией оборотов независимо от нагрузки на валу.
Питание 12 вольт, схема очень проста. Двигатель набирает обороты плавно, и также плавно их сбавляет так как напряжение на выходе меняется в пределах 12–0в. Как результат – можно убрать крутящий момент практически до нуля. Если потенциометр крутить в обратном направлении, мотор так же постепенно набирает обороты до максимума. Микросхема очень распространенная, ее характеристики тоже подробно описаны. Питание 12–18в.
Есть еще один вариант, только это уже не для 12, а для 24в питания.
Двигатель постоянного тока, питание – переменное, так как стоит диодный мост. При желании можно мост выбросить и запитывать постоянкой от своего блока питания.
От сети
Однофазные электродвигатели переменного тока также позволяют регулировать вращение ротора.
Коллекторные машины
Такие моторы стоят на электродрелях, электролобзиках и другом инструменте. Чтобы уменьшить или увеличить обороты, достаточно, как и в предыдущих случаях, изменять напряжение питания. Для этой цели также есть свои решения.
Конструкция подключается непосредственно к сети. Регулировочный элемент – симистор, управление которого осуществляется динистором. Симистор ставится на теплоотвод, максимальная мощность нагрузки – 600 Вт.
Если есть подходящий ЛАТР, можно все это делать при помощи его.
Двухфазный двигатель
Аппарат, имеющий две обмотки – пусковую и рабочую, по своему принципу является двухфазным. В отличие от трехфазного имеет возможность менять скорость ротора. Характеристика крутящегося магнитного поля у него не круговая, а эллиптическая, что обусловлено его устройством.
Есть две возможности контролирования числа оборотов:
- Менять амплитуду напряжения питания (Uy),
- Фазное – меняем емкость конденсатора.
Такие агрегаты широко распространены в быту и на производстве.
Обычные асинхронники
Электрические машины трехфазного тока, несмотря на простоту в эксплуатации, обладают рядом характеристик, которые нужно учитывать. Если просто изменять питающее напряжение, будет в небольших пределах меняться момент, но не более. Чтобы в широких пределах регулировать обороты, необходимо довольно сложное оборудование, которое просто так собрать и наладить сложно и дорого.
Для этой цели промышленностью налажен выпуск частотных преобразователей, помогающих менять обороты электродвигателя в нужном диапазоне.
Асинхронник набирает обороты в согласии с выставленными на частотнике параметрами, которые можно менять в широком диапазоне. Преобразователь – самое лучшее решение для таких двигателей.
Выбираем устройство
Для того чтобы подобрать эффективный регулятор необходимо учитывать характеристики прибора, особенности назначения.
- Для коллекторных электродвигателей распространены векторные контроллеры, но скалярные являются надёжнее.
- Важным критерием выбора является мощность. Она должна соответствовать допустимой на используемом агрегате. А лучше превышать для безопасной работы системы.
- Напряжение должно быть в допустимых широких диапазонах.
- Основное предназначение регулятора преобразовывать частоту, поэтому данный аспект необходимо выбрать соответственно техническим требованиям.
- Ещё необходимо обратить внимание на срок службы, размеры, количество входов.
Прибор триак
Устройство симистр (триак) используется для регулирования освещением, мощностью нагревательных элементов, скоростью вращения.
Схема контроллера на симисторе содержит минимум деталей, изображенных на рисунке, где С1 – конденсатор, R1 – первый резистор, R2 – второй резистор.
С помощью преобразователя регулируется мощность методом изменения времени открытого симистора. Если он закрыт, конденсатор заряжается посредством нагрузки и резисторов. Один резистор контролирует величину тока, а второй регулирует скорость заряда.
Когда конденсатор достигает предельного порога напряжения 12в или 24в, срабатывает ключ. Симистр переходит в открытое состояние. При переходе напряжения сети через ноль, симистр запирается, далее конденсатор даёт отрицательный заряд.
Преобразователи на электронных ключах
Тиристорные регуляторы мощности являются одними из самых распространенных, обладающие простой схемой работы.
Тиристор, работает в сети переменного тока.
Отдельным видом является стабилизатор напряжения переменного тока. Стабилизатор содержит трансформатор с многочисленными обмотками.
Схема стабилизатора постоянного тока
Зарядное устройство 24 вольт на тиристоре
Принцип действия заключаются в заряде конденсатора и запертом тиристоре, а при достижении конденсатором напряжения, тиристор посылает ток на нагрузку.
Процесс пропорциональных сигналов
Сигналы, поступающие на вход системы, образуют обратную связь. Подробнее рассмотрим с помощью микросхемы.
Микросхема TDA 1085
Микросхема TDA 1085, изображенная выше, обеспечивает управление электродвигателем 12в, 24в обратной связью без потерь мощности. Обязательным является содержание таходатчика, обеспечивающего обратную связь двигателя с платой регулирования. Сигнал стаходатчика идёт на микросхему, которая передаёт силовым элементам задачу – добавить напряжение на мотор. При нагрузке на вал, плата прибавляет напряжение, а мощность увеличивается. Отпуская вал, напряжение уменьшается. Обороты будут постоянными, а силовой момент не изменится. Частота управляется в большом диапазоне. Такой двигатель 12, 24 вольт устанавливается в стиральные машины.
Своими руками можно сделать прибор для гриндера, токарного станка по дереву, точила, бетономешалки, соломорезки, газонокосилки, дровокола и многого другого.
Промышленные регуляторы, состоящие из контроллеров 12, 24 вольт, заливаются смолой, поэтому ремонту не подлежат. Поэтому часто изготавливается прибор 12в самостоятельно. Несложный вариант с использованием микросхемы U2008B. В регуляторе используется обратная связь по току или плавный пуск. В случае использования последнего необходимы элементы C1, R4, перемычка X1 не нужна, а при обратной связи наоборот.
При сборе регулятора правильно выбирать резистор. Так как при большом резисторе, на старте могут быть рывки, а при маленьком резисторе компенсация будет недостаточной.
Важно! При регулировке контроллера мощности нужно помнить, что все детали устройства подключены к сети переменного тока, поэтому необходимо соблюдать меры безопасности!
Регуляторы оборотов вращения однофазных и трехфазных двигателей 24, 12 вольт представляют собой функциональное и ценное устройство, как в быту, так и в промышленности.
Измерения
Понятно, что число оборотов нужно как-то определять. Для этого используют тахометры. Они показывают число вращения на данный момент. Обычным мультиметром просто так измерить скорость не получится, разве что на автомобиле.
Как видно, на электрических машинах можно менять различные параметры, подстраивая их под нужды производства и домашнего хозяйства.
Регулирование скорости однофазных двигателей
В этой статье поговорим о регулировании скорости однофазных двигателей. Какие существуют способы? Есть ли специализированные ПЧ для однофазных двигателей?
Регулирование скорости однофазных двигателей
Однофазные двигатели широко применяются как в быту, так и на мелком производстве, где в наличии только однофазное питание 220В. Диапазон мощности таких двигателей ограничен и обычно не превышает 3,7 кВт. Наиболее распространённым примером необходимости регулирования скорости можно считать бытовой вентилятор.
Наиболее распространённая конструкция однофазного двигателя содержит две обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая подключается к сети 220В напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазными или конденсаторными.
Схема однофазного двигателя
Среди методов регулирования однофазных двигателей, распространённых в бытовом применении, можно выделить следующие:
Тиристорный регулятор
В данном способе используются полупроводниковые элементы — тиристоры или симисторы, которые «обрезают» части своей полуволны напряжения, в результате чего среднеквадратичное значение напряжения изменяется.
Такой способ оправдан только для двигателей малой мощности, регулирование возможно в ограниченном диапазоне, а при работе может наблюдаться шум и рывки двигателя.
Схема и внешний вид тиристорного регулятора
С помощью автотрансформатора
Автотрансформатор — это трансформатор с одной обмоткой и с отводами от части витков.
Переключатель по очереди подключает двигатель к одному из отводов, при этом регулирование получается ступенчатое, а не плавное. Таким образом, двигатель может работать только на нескольких фиксированных скоростях, обусловленных количеством отводов автотрансформатора. Также следует отметить, что сам автотрансформатор обладает значительными габаритами и массой.
Схема автотрансформаторного регулирования
Автотрансформаторный регулятор
Транзисторный регулятор напряжения
Ещё такой способ называется электронным автотрансформатором или ШИМ-регулятором. В основе способа — широтно-импульсная модуляция (ШИМ), а основными элементами являются IGBT транзисторы. Транзисторы коммутируются с частотой до 50кГц, а изменение ширины импульсов и пауз между ними приводит к изменению напряжения на выходе.
Схема транзисторного регулятора
ШИМ-регулятор
Все перечисленные выше способы актуальны только для простых применений и малых мощностей двигателей, ориентировочно до 0,37кВт. Что же делать, если мощность двигателя больше, а применение ответственное?
Частотное регулирование
С развитием технологий на рынке появились частотные преобразователи (ПЧ), в том числе и для однофазных двигателей, способные работать без удаления конденсатора из двигателя. На входе такого ПЧ 1ф 220В и на выходе тоже 1ф 220В, но с возможностью регулирования частоты. При этом ПЧ обладает всеми необходимыми защитами и функционалом для подключения внешних датчиков и органов управления. Работа двигателя от такого ПЧ устойчивая и мягкая.
ПЧ для однофазного двигателя
Однако есть и ограничения. Например, диапазон мощности всего от 0,37. 1,1кВт, в то время как однофазные двигатели бывают до 3,7кВт. Ещё одно ограничение — малая регулировка частоты выше номинальной. Этому мешает конденсатор, установленный в цепи фазосдвигающей обмотки двигателя, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока. Главный же минус специализированных ПЧ для однофазных двигателей — их цена.
Здесь и возникает вопрос: какие альтернативные варианты существуют? Чем заменить однофазный двигатель, чтобы сохранить производительность и по возможности сэкономить?
Существуют общепромышленные ПЧ с питанием на входе 1ф 220В, но дающие на выходе полноценные 3 фазы с напряжением 220В. Для работы с такими ПЧ используются обычные трёхфазные двигатели, ассортимент и диапазон мощностей которых шире.
Общепромышленный ПЧ + стандартный трехфазный двигатель
Сравним стоимость двух комплектов
Однофазный двигатель + специализированный ПЧ для однофазного двигателя
Трёхфазный двигатель + общепромышленный ПЧ с питанием 220В на входе (и выдающий на выходе 3Ф 220В).
Как видно из сравнительной таблицы, при замене двигателя на трехфазный и использовании общепромышленного ПЧ, экономия составляет более 50%. Кроме экономической выгоды пользователь получает полноценную приводную систему, лишенную недостатков, присущих однофазным ПЧ.
1. Общепромышленные ПЧ с питанием 220В имеют больший диапазон мощностей — до 2,2кВт
2. Диапазон регулирования частоты в такой системе не ограничен двигателем и может составлять от 0 до 500Гц.
Подводя итог — для малых двигателей в бытовом применении подойдет любой из способов регулирования напряжения: автотрансформаторный, тиристорный или ШИМ-регулятор. В применениях, где нельзя заменить двигатель по конструктивным причинам, а требования к регулированию высокие — использовать дорогостоящие специализированные ПЧ для однофазных двигателей. В остальных случаях, самым рациональным решением будет замена однофазного двигателя 220В на трехфазный 220В и управление его с помощью общепромышленного ПЧ с питанием 220В.