Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы
В большинстве современных бытовых и промышленных приборов применяются электрические машины, совершающие какую-либо полезную работу. В качестве рабочего инструмента в них могут выступать самые разнообразные приспособления, которые необходимо вращать с различной скоростью. Для изменения этого параметра используется регулятор оборотов электродвигателя.
Назначение
Технически регулятор оборотов электродвигателя предназначен для изменения количества вращения вала за единицу времени. На этапе разгона корректировка частоты обеспечивает более плавную процедуру, меньшие токи и т.д. В некоторых технологических процессах необходимо регулятор оборотов снижает скорость движения оборудования, изменение подачи или нагнетания сырья и т.д.
Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:
- Экономия затрат электроэнергии – позволяет снизить потери в моменты пуска и остановки вращений мотора, переключения скоростей или регулировки тяговых характеристик. Особенно актуально для часто запускаемых электродвигателей, использующих кратковременные режимы работы.
- Контроль температурного режима, величины давления без установки обратной связи с рабочим элементом или с таковой в асинхронных электродвигателях.
- Плавный пуск – предотвращает бросок тока в момент включения, особенно актуально для асинхронных моторов с большой нагрузкой на валу. Приводит к существенному сокращению токовых нагрузок на сеть и исключает ложные срабатывания защитной аппаратуры.
- Поддержание оборотов трехфазных электродвигателей на требуемой отметке. Актуально для точных технологических операций, где из-за колебаний питающего напряжения может нарушиться качество производства или на валу возникает разное усилие.
- Регулировка скорости оборотов электродвигателя от 0 до максимума или от другой базовой скорости.
- Обеспечения достаточного момента на низких частотах вращения электрической машины.
Возможность реализации тех или иных функций у регуляторов оборотов определяет как принцип их действия, так и схематическое исполнение.
Принцип работы
Для регулировки оборотов может использоваться способ понижения или повышения напряжения, изменение силы тока и частоты, подаваемых в обмотки асинхронных и коллекторных электродвигателей. Поэтому далее рассмотрим варианты частотных преобразователей и регуляторов напряжения.
Среди используемых в промышленной и бытовой сфере следует выделить:
- Введение рабочего сопротивления – реализуется при помощи переменных резисторов, делителей и прочих преобразователей. Хорошо обеспечивает снижение в однофазных двигателях за счет контроля скольжения (разницы между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронных агрегатов). Для этого устанавливаются электродвигатели большей мощности, чтобы на них можно было подавать меньшее напряжение. Соотношение по скорости оборотов будет составлять до 2 раз в сторону уменьшения.
- Автотрансформаторный – выполняется путем перемещения подвижного контакта по обмотке, что снижает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимущество такого принципа заключается в четкой синусоиде переменного тока и большой перегрузочной способности.
- Тиристорный или симисторный – изменяет величину питающего напряжения посредством пары встречно включенных тиристоров или совместного включения с симистором. Этот способ применим не только в асинхронных двигателях, но и других бытовых приборах – диммерах, переключателях и т.д.
Как видите на схеме, подаваемое на тот же асинхронный однофазный электродвигатель напряжение, проходит через переменный резистор R1 на тиристор D1 и на управляющий электрод симистора T1. Перемещая ручку тиристорного регулятора R1 изменяем и скорость вращения однофазного электродвигателя.
- Транзисторный – позволяет изменять форму подаваемого напряжения за счет преобразования числа импульсов и временной паузы между подаваемым напряжением. Благодаря чему получил название широтно-импульсной модуляции, пример такого регулятора приведена на схеме ниже.
Здесь питание однофазного асинхронного двигателя производится от линии 220В через выпрямительный блок VD1-4, далее напряжение поступает на эмиттер и коллектор транзисторов VT1 и VT2. Подавая управляющий сигнал на базы этих транзисторов, и регулируют обороты мотора.
- Частотный – преобразует частоту подаваемого напряжения на обмотки однофазного или трехфазного асинхронного электродвигателя. Это наиболее современный способ, ранее он относился к дорогостоящим, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров перешел в разряд наиболее эффективных. Может реализовываться с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, способных уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.
- Полюсный – позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя при переключении количества катушек в фазных обмотках, в результате чего изменяется направление и величина тока, протекающего в каждой из них. Реализуется как за счет намотки нескольких катушек для каждой из фаз, так и одновременным последовательным или параллельным соединением катушек, такой принцип приведен на рисунке ниже.
Как выбрать?
Конкретная модель регулятора оборотов должна подбираться в соответствии с типом подключаемой электрической машины – коллекторный двигатель, трехфазный или однофазный электродвигатель. В соответствии с чем и подбирается определенный преобразователь частоты вращения.
Помимо этого для регулятора оборотов необходимо выбрать:
- Тип управления – выделяют два способа: скалярный и векторный. Первый из них привязывается к нагрузке на валу и является более простым, но менее надежным. Второй отстраивается по обратной связи от величины магнитного потока и выступает полной противоположностью первого.
- Мощность – должна выбираться не менее или даже больше, чем номинал подключаемого электродвигателя на максимальных оборотах, желательно обеспечивать запас, особенно для электронных регуляторов.
- Номинальное напряжение – выбирается в соответствии с величиной разности потенциалов для обмоток асинхронного или коллекторного электродвигателя. Если вы подключаете к заводскому или самодельному регулятору одну электрическую машину, будет достаточно именно такого номинала, если их несколько, частотный регулятор должен иметь широкий диапазон по напряжению.
- Диапазон частот вращения – подбирается в соответствии с конкретным типом оборудования. К примеру, для вращения вентилятора достаточно от 500 до 1000 об/мин, а вот станку может потребоваться до 3000 об/мин.
- Габаритные размеры и вес – выбирайте таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования, не мешали работе электродвигателя. Если под регулятор оборотов будет использоваться соответствующая ниша или разъем, то размеры подбираются в соответствии с величиной свободного пространства.
Подключение
Способ подключения регулятора оборотов электродвигателя будет отличаться в зависимости от его типа и принципа действия. Поэтому в качестве примера мы разберем один из наиболее распространенных частотных регуляторов, которые используются в самых различных сферах.
Перед подключением обязательно ознакомьтесь с заводской схемой. Как правило, вы можете увидеть ее на самом регуляторе оборотов, либо в паспорте устройства:
Схема подключения регулятора
Далее, пользуясь распиновкой, можно определить количество выводов, которые будут использоваться для подключения регулятора электродвигателя к сети. В нашем примере, рассмотрим случай, когда применяется трехпроводная система, значит, понадобится фаза, ноль и земля. На задней панели регулятора это два вывода AC и FG:
Распиновка регулятора
Затем необходимо проверить цветовую маркировку разъема с приведенной схемой и сопоставить ее со всеми элементами электродвигателя, которые будут подключаться в вашем случае. Если какие-то выводы окажутся лишними, их можно закоротить, как показано на рисунке выше.
Проверьте цветовую маркировку
Если все выводы регулятора соответствуют клеммам электродвигателя, можете подсоединять их друг к другу и к сети.
Как правильно подключить регулятор оборотов к электродвигателю
Регулятор скорости вращения двигателя может понадобится, если вы собираете станок или пытается усовершенствовать заводской. Неправильное подключение чревато падением мощности или даже поломкой мотора. Ниже вы узнаете, как установить и собрать регулятор оборотов с поддержанием мощности.
Схема регулятора оборотов для электродвигателя
Конечно, регулятор оборотов электродвигателя на 220в можно купить в магазине, но:
- В магазинах сложно найти платы для сетевого напряжения (основная часть рынка – регуляторы до 35 вольт).
- Те, что продаются для сетевых двигателей имеют посредственное качество. Мощность и скорость они не поддерживают, поэтому для станков (например, токарного) они не подходят в принципе.
- Промышленные контроллеры с поддержанием скорости и мощности очень дороги, и купить их сложно.
Почему бы тогда не собрать? Все детали продаются в любом радиомагазине, к тому же программировать или прошивать ничего не понадобится, хоть и понадобится микросхема.
Технические характеристики контроллера
Схема будет иметь следующие характеристики:
- Рабочее напряжение – от 110 до 230 вольт.
- Возможности регулировки – 9 – 99%. В целом, этот показатель зависит от выбранного димера.
- Нагрузка – до 2,5 киловатт.
- Рабочая мощность – 300 ватт без радиатора. Если установить хорошее охлаждение, можно ее увеличить на 20-25%.
Эта схема регулятора оборотов коллекторного двигателя на 220в достаточно тихая и имеет плавный пуск. Собрать же ее достаточно просто.
Простейшая схема регулятора
Ориентируйтесь на эту схему. Чтобы уменьшить обороты электродвигателя, необходим ШИМ модулятор, он же симистор. Это микросхема, которая модулирует ШИМ-сигнал, позволяющий задать собственное частоту.
В этой схеме роль модулятора играет микросхема U2008B. Это недорогая плата предназначена специально для регулировки оборотов асинхронного двигателя.
Как пишет Сайт компании электрические системы, также понадобится диод и резистор, чтобы снизить напряжение. На схеме они изображены со знаками D1 и R1. Также, чтобы отфильтровать поступающее электричество, необходим силовой конденсатор, обозначенный С1.
Р1, R5 и R3 – это делители напряжения, предназначенные для регулирования напряжения. Второй резистор необходим, чтобы синхронизировать внутренние блоки двигателя с симистором.
Чтобы частотный регулятор был безопасным, рекомендуется установить обычный плавкий предохранитель на 1,5 ампера.
Если вы хотите сделать профессиональную плату, возьмите эту схему для печати:
Останется только перенести ее на фольгированный текстолит и вытравить. Посмотреть инструкцию можно здесь. Цена вопроса такого регулятора – 200 рублей.
Заводские регуляторы
В некоторых случаях выгоднее взять регулятор оборотов коллекторного или асинхронного двигателя, если вы собираетесь модернизировать промышленное оборудование.
Наиболее распространенные модели:
1 Motor Speed Controller 400W. Недорогой (1300 рублей) ШИМ регулятор с простым управлением. На главной панели есть кнопка включения/выключения и 10 ступенчатый диммер. Обладает высокой производительностью и способен управлять двигателями до 400 ватт. Внутри присутствует хорошая система охлаждения и защиты. Для него ниже будет описана инструкция подключения.
2 KLS 4000-A1. Пожалуй, один из мощнейших китайских регуляторов вращения. Подключения, как такового, не требует. Достаточно вставить вилку в розетку на корпусе. Присутствует экран, где отображаются частота оборотов в минуту. Пожалуй, это наиболее удобный способ регулировки оборотов коллекторного двигателя без потери мощности. Цена начинается от 2400 рублей из Китая. В России продается с наценкой в 1,5 раза.
У российских домашних умельцев особым спросом пользуются тиристорные регуляторы оборотов.
С виду они похожи на обычные реостаты, но обладают большим запасом мощности. Впрочем, их можно самостоятельно по этой схеме.
Минусов у такого вида регуляторов достаточно много:
- Пропуски полупериодных волн. В связи с этим, двигатель во время работы будет постоянно шуметь. На работе двигателя это не скажется, но вот удобство работы – сомнительное.
- Для двигателей большой мощности они в принципе не подходят. Они удобны для запуска небольших моторов, вроде вентиляторных. Про двигатели от стиральной машины можно забыть.
- Стабилизация мощности достаточно низкая, желательно поставить дополнительный конденсатор, чтобы сгладить скачки напряжения.
Но есть и достоинства:
- Цена. Купить их можно буквально за 150-200 рублей в любом радиомагазине. Из Китая можно заказать рублей за 75.
- Малый размер и компактность. Их можно спрятать, они не занимают лишнего места на столе и помещаются в карман.
Способы, как подключить регулятор оборотов
Как же подключить регулятор оборотов? Рассмотрим Motor Speed Controller 400W по 3 причинам:
- Это наиболее популярный контроллер скоростей.
- С его подключением возникают проблемы, из-за разметки на китайском языке.
- Подключение почти не отличается от того, чтобы был собран своими руками.
Для начала, стоит изучить схему подключения, напечатанная на боковинке регулятора или паспорте устройства.
Теперь необходимо воспользоваться распиновкой на задней панели. Понадобится выбрать необходимые выводы. Контакты CCW и COM всегда закорочены, трогать их не нужно. Для подключения понадобится задействовать 3 нижних контакта. АС
АС – это ноль и фаза (провода устанавливаются произвольно, все же ток переменный). В FG вставляется провод заземления, если оно есть.
В общем, на этом подготовка закончена. Остается только вставить штекер от регулятора к клеммнику двигателя.
Рекомендуется в разрыв фазного провода поставить конденсатор.
Он поможет сгладить поступающее напряжение. Также не помешает установить ферритовый фильтр. Оно поможет сгладить помехи при работу.
Регулятор оборотов электродвигателя стиральной машины
Подключение регулятор оборотов электродвигателя д ля стиральной машины в первую очередь рекомендуется разобрать и проверить наличие симистора — силовой элемент. Он должен стоять на радиаторе. Если его нет, следует дополнительно установить, чтобы регулятор не перегревался. Радиатор смазывают термопастой для лучшего термоотделения.
После это регулятор собирают и подключают к двигателю согласно схеме, приведенной на корпусе. Это дает возможность регулировать, стабилизировать обороты, увеличивая амплитуду напряжения. При этом возрастает мощность устройства.
#Автоматизация #Технологии #Процессы #ИТ #Записки #Журнал #Блог #Форум
Регулятор скорости электро мотора (двигателя) UX-52 220В 400Вт
Регулятор скорости электро мотора (двигателя) UX-52 220В 400Вт
Сообщение Артём Мамзиков » Сб июн 18, 2022 19:52 #1
Описание:
Этот продукт имеет функцию плавного пуска, использует технологию цифрового управления MCU, многофункциональный дизайн, точное управление скоростью со стабильной производительностью. Используйте опцию меню цифрового дисплея для быстрого и удобного изменения настроек. Скорость отображения может быть установлена в соответствии с потребностями отображения пользователя, а целевое значение отображения может быть преобразовано автоматически. Вы можете попробовать.
Особенности:
Принимает технологию цифрового управления MCU, многофункциональный дизайн, точное управление скоростью со стабильной производительностью.
Используйте опцию меню цифрового дисплея для быстрого и удобного изменения настроек.
Скорость отображения может быть установлена в соответствии с потребностями отображения пользователя, а целевое значение отображения может быть преобразовано автоматически.
Он может реализовать медленное ускорение и медленное замедление.
Он может управляться панелью и управляться внешним переключателем.
Ручка панели автоматически соответствует максимальной скорости, проста в настройке и управлении, безопасна.
Функция защиты от блокировки для предотвращения перегорания двигателя и регулятора из-за блокировки. (Эта функция может защитить от перегрузки при блокировке вращения, но не может защитить от перегрузки при незаблокированном вращении)
Увеличение функции циркуляции.
Технические характеристики:
Название: Регулятор скорости
Модель: UX-52
Основной цвет: черный
Напряжение: 220 В
Частота питания: 50/60 Гц
Выходная мощность двигателя: 400 Вт
Размер изделия: 100 * 90 * 60 мм / 3,9 * 3,5 * 2,4 дюйма
Вес изделия: 231 г / 8,1 Унция
Размер упаковки: 122*105*85 мм/4,8*4,0*3,3 дюйма
Вес упаковки: 275 г / 9,6 унции
Схема подключения
Инструкция по эксплуатации регулятора скорости на панели управления
Особенности:
o Технология цифрового управления USE MCU с богатыми функциями и отличной производительностью.
o Используйте опцию меню цифрового дисплея, которая удобна и быстра для изменения настроек.
o Увеличение дисплея может быть установлено в соответствии с потребностями пользователя в отображении, и целевое значение дисплея может быть автоматически преобразовано.
o Может осуществляется медленное ускорение и медленное замедление.
o Может управляться с помощью панели и управляться внешним переключением.
o Другая кнопка на панели автоматически соответствует максимальной скорости, которую удобно и безопасно регулировать и контролировать. (Эта функция может защитить заблокированный ротор от перегрузки, но она не может защитить незаблокированный ротор от перегрузки.)
o Добавить функцию циклической работы.
Схема подключения панельного регулятора скорости:
Кнопка на панели управления управляет работой двигателя
1) K1 и K2 выключатели устанавливать не нужно
2) настройки меню: Режим управления работой F03 выберите кнопку панели управления «1» для управления. Внешние переключатели K1 и K2 управляют работой двигателя
1) Должны быть установлены переключатели K1 и K2
2) Настройки меню: Режим управления работой F-03, выберите «2» или «3» управление внешним переключателем.
Мощность двигателя управления скоростью Yt должна соответствовать мощности двигателя, используемой регулятором.
Пожалуйста, проверьте, соответствует ли мощность, указанная на этикетке модели регулятора, мощности двигателя.
Напряжение питания должно соответствовать спецификации напряжения питания регулятора. QF — это автоматический выключатель для защиты регулятора и двигателя, регулирующего скорость, в случае короткого замыкания.
QF таблица характеристик тока автоматического выключателя
Питание Мотор Спецификация QF Ток
220V 6
90W 2A
220V 200W 3A
220V 400W 5A
110V 6
90W 4A
110V 200W 6A
Настройка меню: Длительное нажатие клавиши MODE/МЕНЮ, нажатие ↑ ↓ для выбора параметра, затем нажмите ENTER/ВВОД для отображения заданного значения, повторите предыдущие шаги для установки других параметров и нажмите MODE/МЕНЮ для выхода.
Код параметра Функция параметра Диапазон настройки Функциональная спецификация По умолчанию
F-01 Показать
содержимое 1. Настройки скорости двигателя
2. Установка значения увеличения
3. Отображение значения обратной связи по скорости Значение настройки увеличения = значение настройки скорости двигателя ÷ увеличение. 1
F-02 Настройка
увеличения 1.0 – 999.9 Установите в соответствии с потребностями визуального отображения и отображения целевого значения. 1.0
F-03 Режим управления работой 1. Управление кнопкой панели управления, отсутствие памяти.
2. Управление внешним переключателем, клавиша STOP недействительна.
3. Управление внешней кнопкой, клавиша STOP действительна
4. Кнопочное управление на панели управления, с памятью Выберите «1» чтобы управлять двигателем с помощью кнопки на панели, выключите питание регулятора, а затем включите питание.
Регулятор запомнит рабочее состояние перед отключением питания, и двигатель останавливается, когда он снова включается.
Выберите «4» чтобы запомнить рабочее состояние перед выключением питания, и повторно включите двигатель, до состояния в котором он находился перед последним выключением.
Выберите эту функцию и обратите внимание на примечание по технике безопасности: Рабочее состояние не сохраняется во время работы рециркуляции 1
F-04 Режим работы 1. Допускается прямое и обратное вращение
2. Вращение вперед разрешено, а обратное вращение запрещено
3. Вращение в обратном направлении разрешено, а вращение вперед запрещено.
Ограничить направление вращение двигателя, чтобы предотвратить отказ оборудования или несчастный случай.
Настройка разрешена только при остановленном двигателе. 1
F-05 Обратное
направление
вращения 1. Никакого возврата
2. Реверсия Не меняя проводку двигателя, легко изменить направление вращения двигателя, чтобы оно соответствовало привычкам или требованиям. 1
F-06 Режим регулировки
Регулирование скорости 1. Кнопка ↑↓ на панели
2. Ручка панели Нажмите кнопки ↑↓ в диапазоне от минимальной до максимальной скорости, и кнопка панели скорости двигателя, регулирующая скорость, автоматически установит минимальную скорость и максимальную скорость. 2
F-07 Максимальна я скорость 500 — 3000 Ограничение максимальной скорости двигателя может предотвратить превышение скорости, повреждения или несчастный случай. 1400
F-08 Минимальная
скорость 900 — 1000 Ограничение минимальной скорости двигателя может предотвратить нестабильную скорость двигателя, перегрев и перегрузку из-за низкой скорости. 120
F-09 Время ускорения прямого старта 0.1 – 10с Если время велико, двигатель запускается плавно, а время пуска велико.
Если времени мало, двигатель запускается быстро и сильно, а время пуска короткое. 0.3
F-10 Режим остановки прямого вращения 1. Остановка свободного торможения
2. Остановка медленного торможения Когда выбран режим остановки свободного торможения, если двигатель останавливается быстро, можно выбрать режим остановки медленного торможения. Измените значение настройки F-11, чтобы изменить скорость остановки медленного торможения. 1
F-11 Время медленного замедления остановки вращения вперед 0• 1 – 10 • 0с Когда F-10 выбирает 2, меню является действительным. 0.1
F-12 Время разгона при обратном запуске 0• 1 – 10 • 0с Если время велико, двигатель запускается плавно, а время пуска велико.
Если времени мало, двигатель запускается быстро и сильно, а время пуска короткое. 0.3
F-13 Режим
обратного
времени 1. Остановка свободного торможения
2. Остановка медленного торможения Когда выбран режим остановки свободного торможения, если двигатель останавливается быстро, можно выбрать режим остановки медленного торможения. Измените значение настройки F-14, чтобы изменить скорость остановки медленного торможения. 1
F-14 Время медленного торможения
Время остановки заднего хода 0• 1 – 10 • 0с Если выбран параметр F-13, меню является действительным. 0.1
F-15 Включение
сигнализации 1. Действительный сигнал тревоги
2. Неверный сигнал тревоги Контролируйте, действует ли предупреждение о заблокированном роторе 1
F-16 Включение циклического
←→вращения 1. Недействительный.
2. Действительный Контролируйте, эффективна ли функция цикла двигателя, если она установлена на 2, она начинает вращение после получения действительного сигнала направления запуска. 1
F-17 Количество
оборотов 1 – 9999с Контролировать (время вращения двигателя) количество оборотов двигателя. 2
F-18 Время прямого вращения
1 – 9999с Установить время вращения вперед
Если установлено значение 0, это означает, что операция цикла не выполняет вращение вперёд. 5
F-19 Время обратного вращения 0 – 9999с Установите время прямого вращения, если установлено значение 0, это означает, что цикл не выполняется в обратном направлении 5
F-20 Интервал
работы 1 — 9999 Установите время прямого и обратного переключения или одностороннего промежуточного интервала 5
F-21 Скорость движения вперед 90 — 3000 Установите рабочую скорость в прямом направлении цикла 1000
F-22 Обратная
скорость 90 — 3000 Установите рабочую скорость в обратном направлении цикла 1000
F-23 Сброс к
заводским
настройкам 1. Не восстанавливайте заводские настройки
2. Восстановить заводские настройки 1
Записи:
Ошибка аварийной сигнализации: 1) ротор с блокировкой от перегрузки
Методы устранения неполадок: 1) проверка и устранение неполадок
2) соединительная линия между регулятором и двигателем неисправна
2) повторно подключите питание для снятия сигнализации с охраны
Подчеркнутые пункты могут быть изменены только в остановленном состоянии
Примечание: ошибка Errl — обрыв соединительных проводов обмоток двигателя, либо датчика вращения двигателя. (Устраните неполадки, повторно включите и выключите питание чтобы сбросить ошибку)
Подчеркнутые коды f можно изменять ТОЛЬКО В ОСТАНОВЛЕННОМ СОСТОЯНИИ
двигателя
manual1 en UX-52
manual2 en UX-52
Инструкция переведена скрин
UX-52 задняя панель подключение.JPG
UX-52 разборка
Схемы регуляторов оборотов коллекторных двигателей 220В
Задача регулирования оборотов электродвигателя встречается довольно часто. Рассмотрим несколько схем разного уровня сложности, которые обеспечивают управление коллекторными двигателями на 220 В как постоянного, так и переменного тока.
Схема регулятора оборотов на TDA1085 для двигателя стиральной машины
Для регулирования оборотов коллекторного двигателя переменного тока на 220 В разработана специальная микросхема TDA1085 (отечественный аналог КС1027ХА4). Рассмотрим ее использование на примере контроллера управления двигателем стиральной машины.
Так уж случается, что стиральная машина не подлежит ремонту, и ее остается утилизировать. Конечно, двигатель выбрасывать не хочется, так как он явно пригодится, например, как привод самодельного электроинструмента. Однако высокооборотистый движок в прямом подключении использовать неудобно. Добыть же контроллер управления из стиралки сложная задача и его проще изготовить своими руками.
Применение микросхемы TDA1085 в связке с таходатчиком обеспечивает высокую мощность двигателя на низких оборотах. Потенциометр на 100 кОм, с помощью которого производится управление вращением, подключается через разъем. Диапазон регулирования скорости вращения движка можно подобрать экспериментально, меняя емкость конденсатора С9. Подстроечные резисторы Р1, Р3 позволяют отрегулировать плавность пуска и скорость реакции на нагрузку для конкретной модели электродвигателя.
На рисунке представлена схема подключения электродвигателя с таходатчиком. Часть схемы с левой стороны аналогична приведенной выше.
Для изготовления устройства потребуется печатная плата размерами 50х100 мм. Ее топология представлена на рисунке.
Расположение элементов на плате смотрите здесь.
Так выглядит фото устройства в собранном виде.
Список необходимых деталей
Конденсаторы:
- C1,C2 – 100 мФ/63В;
- C3,C4 – 1 мФ/35В;
- C5 – 47мФ/35В;
- C6 – 100мФ/35В;
- C7 – 47нФ;
- C8,C11 – 100нФ;
- C10 — 100 нФ/ 230В;
- C9 – 680пФ;
Диоды: D1 — 1N4007.
Микросхемы: IC1 — TDA1085.
Подстроечные резисторы:
- P1,P3 – 100кОм;
- P2 – 4,7кОм.
Резисторы:
- R1,R2 — 820кОм;
- R3 – 2,2кОм;
- R4 — 2,7кОм;
- R5 – 1кОм;
- R6 – 6,8кОм;
- R7 – 1мОм;
- R8 – 47кОм;
- R9 – 68кОм;
- R10 – 820 Ом/1 Вт;
- R11 – 470кОм;
- R12 – 22кОм;
- R13 – 120Ом;
- R14 – 100Ом;
- R15 – 220кОм;
- R16 – 6,8 кОм/5Вт;
- R17 – 270Ом;
- R18,R19 — 0,1 Ом/5 Вт.
Транзисторы:
Прочее:
- радиатор;
- разъем 6-контактный – 1 шт;
- разъем 2-контактный – 1 шт;
- потенциометр (регулятор частоты вращения) — 100кОм.
Схема регулятора скорости коллекторного электродвигателя на 220 В
Если схемы, разработанные для управления коммутационными двигателями, являются относительно простыми, то для асинхронных двигателей требуются более сложные решения. Рассматриваемый модуль хорошо работает в качестве контроллера скорости вращения вентиляторов в бытовых помещениях, когда в качестве приводов применяются маломощные асинхронные двигатели, питающиеся от сети 220 В.
В данном случае применяется специальная микросхема U2008В. Замечу, что предлагаемое решение не годится для регулирования трехфазных двигателей и асинхронных двигателей, которые применяются в электроинструментах. Схему, кроме того, применяют для регулировки, например, температуры нагревателя, паяльника, настольного вентилятора или в качестве регулятора яркости свечения лампы накаливания.
Технические характеристики
Технические характеристики приводятся с учетом применяемых элементов:
- система плавного пуска;
- регулятор – симистор;
- плавная регулировка скорости;
- плавная регулировка минимального действующего напряжения на нагрузке;
- возможно использование в качестве регулятора нагревателя;
- питание – сеть 220 В;
- размеры платы 59х46мм.
Описание работы схемы
Схема регулятора построена на базе микросхемы U2008В. Емкость C2 определяет так называемый мягкий старт, который исключает скачок напряжения в нагрузке при подключении регулятора к питающей сети, благодаря которому при включении регулятора к сети на нагрузке не будет происходить скачка напряжения.
Диод D1 и резистор R1 обеспечивают выпрямление и ограничение напряжения питания до безопасного значения для U1. Емкость С1 сглаживает пульсации питания. Резисторы R3, R5 и регулятор P1 выступают в качестве делителя напряжения, которое определяет размер мощности, поступающей в нагрузку.
Применение элемента R2, который подключен к проводу фазы питающей сети, схема синхронизации в составе U1 обеспечивает включение симистора синхронно с синусоидой сети 220 В. Такая связь обеспечивает минимальные радиоэлектронные помехи, возникающие при переключении нагрузки с большой индуктивностью.
Именно такие свойства имеют обмотки электродвигателя. В этом случае отпадает требование экранирования регулятора. В сетевом фильтре тоже нет необходимости. Замечу, что создаваемый при управлении двигателя «шум» ничуть не выше, чем при работе обычного импульсного блока питания.
Монтаж и наладка устройства своими руками
Сборка простого макета не может вызывать особых трудностей. Начинайте монтаж с пайки в плату элементов в порядке размеров от наименьших к наибольшим. Учтите, схема питается непосредственно от сети 220 В, поэтому рекомендуется собирать и запускать устройство человеку с допуском к соответствующим работам.
При монтаже необходимо уделить внимание правильной установке полярных элементов, и по завершении работы устройство можно включать. Когда монтаж завершен, следует подключить двигатель и отрегулировать потенциометрами P1 и P2 режим его работы.
Регулятор P1 определяет плавность регулирования скорости двигателя, а P2 определяет первоначальный момент запуска привода, иными словами, минимальное действующее напряжение на электродвигателе. Любое регулирование необходимо выполнять с применением изолированных инструментов. Соответственно, потенциометр Р1 должен иметь пластмассовую ручку. Наконец, плату следует установить в изолирующем корпусе. Более того, следует позаботиться о том, чтобы все выступающие из него элементы были соответственно защищены.
Фото демонстрирует самый простой вариант: подключение регулятора к электродвигателю настольного вентилятора. Устройство годится и для управления коммутаторными двигателями переменного тока, при этом необходимость в элементах R7 и L1 отпадает.
Перечень элементов
Перечислим комплектующие устройства.
Резисторы:
- R1 – 22 кОм/2Вт;
- R2 – 680 кОм/2Вт;
- R3 – 15кОм;
- R4 – 47кОм;
- R5 – 220кОм;
- R6 – 180Ом;
- R7 – 15 – 33 кОм/5Вт;
- P1 — подстроечный резистор 50кОм;
- P2 — потенциометр 1Mом.
Конденсаторы:
- С1 – 100мкФ;
- С2 — 4,7мкФ;
- С3 – 100нФ;
- С4 — 3.3нФ.
Полупроводники:
- D1 – 1N4007;
- T1 — ВТ138;
- U1 — U2008B.
Прочие элементы: L1 — дроссель 100uH/1A.
Подключение модуля на U2008B в качестве контроллера двигателя постоянного тока
Особенности рассматриваемой схемы — синхронизация с напряжением сети, «мягкий» пуск, большой диапазон регулирования напряжения — позволяют применять ее и для управления электродвигателем постоянного тока, с возможностью регулировки его скорости вращения, изменяя ток ротора. Описываемое приспособление применялось для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока малой мощности со следующими параметрами:
- тип двигателя — BAUSER NDK 9462;
- номинальная мощность — 0,2 кВт;
- скорость вращения — 3000 об/мин;
- напряжение возбуждения — 200 В постоянного тока;
- ток возбуждения — 0,15 А;
- напряжение ротора — 180 В постоянного тока;
- ток ротора — 1,7 А.
Обмотка возбуждения двигателя питается постоянным током от моста MD2. Среднее значение напряжения составляет 205 В постоянного тока. Схематическая диаграмма решения показана на рисунке. В цепь ротора подается выпрямленное напряжение, получаемое от фазорегулятора, управляемого симистором Т1. Специфика схемы заключается в питании нагрузки с большой индуктивностью (ротора) через двухполупериодный выпрямительный мост МД1. Этот мост дополнительно работает как диод обратной связи для ротора двигателя. Такое подключение приводит к новой модификации базовой схемы на U2008B.
В регуляторе используется симистор BTA16-800BWRG. Это прибор, который специально разработан для питания индуктивных приемников из-за высокой устойчивости к перенапряжению, возникающему при коммутации. По характеристикам производителя, симисторы этого типа не требуют внешних гасящих элементов, но для обеспечения безотказной работы в промышленных условиях (в описываемом решении такая схема (Rf, Cf)) она использовалась во избежание неконтролируемого срабатывания симистора в случае больших помех в сети.
Для повышения достоверности включения симистора при низкой температуре был увеличен ток затвора за счет уменьшения номинала резистора в цепи затвора симистора (R6), длительности выходного импульса и длительности «плавный пуск» (увеличение емкости конденсаторов С4 и С2, уменьшение значения сопротивления потенциометра Р2, согласно рекомендациям из техпаспорта U2008B).
На резисторе R1 (в цепи питания U2008B) происходит падение напряжения, что в случае резистора с допустимой мощностью нагрузки 2 Вт вызывает его нагрев до высокой температуры. По этой причине в системе используется проволочный резистор с радиатором с очень высокими допустимыми потерями мощности (100 Вт). Стоимость не высока, при этом понижение температуры элемента повышает его надежность и безотказность. По тем же причинам выпрямительные мосты MD1 и MD2 были «негабаритными».
В системе используется дополнительный стабилитрон (Д3) для стабилизации напряжения питания интегральной схемы. Во многих описаниях микросхемы обращалось внимание на нестабильную работу внутреннего регулятора напряжения системы 2008В — использование дополнительного стабилитрона решает эту проблему.
Несколько слов о необходимости использования дросселя L1. Индуктивность, включенная последовательно с симистором, предназначена для ограничения крутизны спада тока в цепи при ее отключении мостом МД1. Для симистора BTA12-800BW эта крутизна не должна превышать 14 А/мс (без фильтра), что требует использования дросселя с индуктивностью не менее 3 мГн. Более высокое значение можно использовать для уменьшения содержания гармоник в сетевом токе, этот дроссель может быть частью фильтра помех. Этот дроссель может быть дросселем насыщения — элемент следует выбирать с учетом тока нагрузки (соответствующее сечение провода обмотки). Использование дросселя «смягчает» коммутацию и устраняет переходные процессы.
Симистор должен быть установлен на радиаторе с надлежащей изоляцией. После сборки устройство сразу готово к работе.
При испытаниях регулятора обращалось внимание на специфику поведения системы при пуске — как «холодном» (холодный пуск, когда все конденсаторы полностью разряжены), так и «горячем» (горячем пуске) – с заряженными емкостями в схеме. Этот вопрос принципиально актуален для двигателей постоянного тока, ток при пуске двигателя не должен превышать пяти значений номинального тока. В начальный момент значение тока ротора ограничивается только очень малым сопротивлением обмотки ротора (доли Ом). Если конденсаторы системы разряжены, после включения на нагрузке может наблюдаться кратковременный импульс напряжения.
В случае питания двигателя это выгодно, потому что механическая система двигателя всегда должна преодолевать некоторое статическое трение при запуске, а после запуска динамическое трение намного ниже. Поэтому система нуждается в «повышении мощности» при запуске и ограничении мощности при нормальной работе. Это явление можно наблюдать при подключении лампочки (вспышка при включении). Когда конденсаторы заряжены, этот эффект ограничен. После завершения запуска устройства выберите предохранитель, подходящий для планируемой нагрузки.