Качественный и надёжный контроллер скорости вращения для однофазных коллекторных электродвигателей можно сделать на распространённых деталях буквально за 1 вечер. Эта схема имеет встроенный модуль обнаружения перегрузки, обеспечивает мягкий пуск управляемого двигателя и стабилизатор скорости вращения мотора. Работает такой блок с напряжением как 220, так и 110 вольт.
Технические параметры регулятора
- напряжение питания: 230 вольт переменного тока
- диапазон регулирования: 5…99%
- напряжение нагрузки: 230 В / 12 А (2,5 кВт с радиатором)
- максимальная мощность без радиатора 300 Вт
- низкий уровень шума
- стабилизация оборотов
- мягкий старт
- размеры платы: 50×60 мм
Принципиальная электросхема
Схема регулятор мотора на симисторе и U2008
Схема модуля системы регулирования основана на генераторе ШИМ импульсов и симисторе управления мотором — классическая схемотехника для подобных устройств. Элементы D1 и R1 обеспечивают ограничение величины напряжения питания до значения безопасной для питания микросхемы генератора. Конденсатор C1 отвечает за фильтрацию напряжения питания. Элементы R3, R5 и P1 являются делителем напряжения с возможностью его регулирования, который используется для задания величины мощности, подаваемой в нагрузку. Благодаря применению резистора R2, непосредственно входящего в цепь поступления на м/с фазы, внутренние блоки синхронизированы с симистором ВТ139.
Печатная плата
На следующем рисунке показано расположение элементов на печатной плате. Во время монтажа и запуска следует обратить внимание на обеспечение условий безопасной работы — регулятор имеет питание от сети 220В и его элементы непосредственно подключены к фазе.
Увеличение мощности регулятора
В испытательном варианте был применен симистор BT138/800 с максимальным током 12 А, что дает возможность управления нагрузкой более 2 кВт. Если необходимо управление ещё большими токами нагрузки — советуем тиристор установить за пределами платы на большом радиаторе. Также следует помнить о правильном выборе предохранителя FUSE в зависимости от нагрузки.
Кроме управления оборотами электромоторов, можно без каких-либо переделок использовать схему для регулировки яркости ламп.
Решил я как-то сделать автоматический регулятор оборотов для своего моторчика, которым дырки в платах делаю, надоело на кнопку жать постоянно. Ну, регулировать как нужно, я думаю, понятно: нет нагрузки – малые обороты растет нагрузка – растут обороты.
Начал искать схему в сети, нашел несколько. Смотрю, народ часто жалуется, что с моторами ДПМ не работает, ну думаю, закон подлости никто не отменял – дай посмотрю какой у меня. Точно: ДПМ-25. Ладно, раз есть проблемы, то чужие ошибки повторять - смысла нет. Буду делать “новые“, но свои.
Решил начать с получения исходных данных, а именно, с замеров тока при различных режимах работы. Выяснилось, что мой моторчик на ХХ (холостой ход) берет 60мА, а при средней нагрузке – 200мА, и даже больше, но это уже когда начинаешь конкретно тормозить его. Т.е. рабочий режим 60-250мА. Ещё я заметил такую особенность: у данных моторов число оборотов сильно зависит от напряжения, а вот ток – от нагрузки.
Значит, нам надо следить за потреблением тока и в зависимости от его значения менять напряжение. Посидел – подумал, родился примерно такой проект:
Согласно расчетам схема должна была повышать напряжение на двигателе от 5-6В на ХХ, до 24-27В при росте тока до 260мА. И соответственно понижать - при его уменьшении.
Получилось, конечно, не сразу, пришлось повозиться с подбором номиналов интегрирующей цепочки R6, C1. Ввести дополнительно диоды VD1 и VD2 (как выяснилось, LM358 плохо отрабатывает свои функции при приближении напряжений на входах к верхней границе напряжения её питания). Но, к счастью, мои мучения были вознаграждены. Результат мне очень понравился. Мотор тихонько крутился на ХХ и очень активно сопротивлялся попыткам его затормозить.
Попробовал на практике. Оказалось, на таких оборотах можно было неплохо прицелиться даже без кернения, а уж хоть с маленькой зацепкой... Причем запас регулировки был настолько велик, что число оборотов зависело от твердости материала. Пробовал на разных породах дерева, если было мягкое – максимальных оборотов не набирал, твердое – крутил на всю катушку. В итоге получалось, что независимо от материала скорость сверления была примерно одинакова. Короче, сверлить стало очень комфортно.
Транзистор VT2 и резистор R3 грелись градусов до 70. Причем первый грелся на ХХ, а второй при нагрузке. Символический радиатор в виде жестянки (она же корпус) уменьшил температуру транзистора до 42 градусов. Резистор пока оставил в таком режиме, если сгорит - заменю на 2 штуки по 5,1Ом последовательно.
Вот фото получившего устройства:
Если кто не догадался по фото, корпус – это жестянка от использованной кроны.
Да, и ещё, больше 30В на схему не подавать – это максимальное напряжение для LM358. Меньше можно – у меня нормально сверлило и на 24В.
Вот собственно и всё. Если у кого мотор более мощный надо уменьшить сопротивление R3 примерно во столько раз – во сколько раз больше у вас ток холостого хода. Если максимальное напряжение ниже 27В, надо уменьшать напряжение питания и номинал резистора R2. Это на практике не опробовано, нет у меня других двигателей, но по расчетам должно быть так. Формула приведена рядом со схемой. Коэффициент 100 верен при указанных на схеме номиналах R1, R2 и R3. При других номиналах будет такой: R2*R3/R1.
Соответственно, при значительном отличии параметров вашего двигателя от моего, возможно придется подобрать R6 и C1. Признаки такие: если мотор работает рывками (обороты то растут, то падают) номиналы надо увеличить, если схема очень задумчива (долго разгоняется, долго уменьшает обороты при изменении нагрузки) номиналы надо уменьшать.
Спасибо за внимание, желаю успехов в повторении конструкции.
Печатка прилагается.
Регуляторы для ручной сверлилки плат.
Приветствую радиолюбителей. И да не остынет ваш паяльник. В принципе в инете полно разных схем регуляторов, выбирай на свой вкус, но, чтобы вам долго не мучаться в поисках мы решили предложить вашему вниманию несколько вариантов схем в одной статье. Сразу оговоримся, описывать принцип работы каждой схемы мы не будем, вам будет предоставлена принципиальная схема регулятора, а также печатная плата к ней в формате LAY6. И так, начнем.
Первый вариант регулятора построен на микросхеме LM393AN, питание на нее подается с интегрального стабилизатора 78L08, операционник управляет полевым транзистором, нагрузкой которого является мотор ручной минидрели. Принципиальная схема:
Регулировка оборотов осуществляется потенциометром R6.
Напряжение питания 18 Вольт.
Плата LAY6 формата к схеме на LM393 выглядит так:
Фото-вид платы LAY6 формата:
Размер платы 43 х 43 мм.
Расположение выводов полевого транзистора IRF3205 показано на следующем рисунке:
Второй вариант имеет довольно широкое распространение. В его основу заложен принцип широтно-импульсного регулирования. Схема построена на микросхеме таймере NE555. Управляющие импульсы с генератора поступают на затвор полевика. В схему можно поставить транзисторы IRF510...640. Напряжение питания 12 Вольт. Принципиальная схема:
Регулировка оборотов двигателя осуществляется переменным резистором R2.
Расположение выводов IRF510...640 такое же как у IRF3205, картинка выше.
Печатная плата LAY6 формата к схеме на NE555 выглядит так:
Фото-вид платы LAY6 формата:
Размер платы 20 х 50 мм.
Третий вариант схемы регулятора оборотов имеет не меньшую популярность среди радиолюбителей чем ШИМ, ее отличительной особенностью является то, что регулировка скорости происходит автоматически, и зависит от нагрузки на валу моторчика. То есть, если мотор крутится на холостых оборотах, скорость его вращения минимальна. При увеличении нагрузки на валу (в момент сверления отверстия), обороты автоматически увеличиваются. В нете эту схему можно найти по запросу “Регулятор Савова”. Принципиальная схема автоматического регулятора оборотов:
После сборки необходимо сделать небольшую настройку регулятора, для этого на холостом ходу моторчика подстраивается подстроечный резистор Р1 чтобы обороты были минимальны, но так, чтобы вал вращался без рывков. Р2 служит для подстройки чувствительности регулятора к увеличению нагрузки на валу. При 12-ти Вольтовом питании ставьте электролиты на 16 Вольт, 1N4007 заменимы на подобные от 1 Ампера, светодиод любой, например АЛ307Б, LM317 можно поставить на небольшой теплоотвод, печатная плата рассчитана на установку радиатора. Резистор R6 – 2 Вт. Если моторчик вращается рывками, увеличьте немного номинал конденсатора С5.
Печатная плата автоматического регулятора оборотов показана ниже:
Фото-вид платы автоматического регулятора оборотов LAY6 формата:
Размер платы 28 х 78 мм.
Все вышеприведенные платы изготавливаются на одностороннем фольгированном стеклотекстолите.
Скачать принципиальные схемы регуляторов оборотов для ручной мини-дрели, а также печатные платы в формате LAY6 моожно по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 0,47 Mb.
Производить регулировку скорости вращения вала коллекторного электродвигателя, имеющего малую мощность, можно подсоединяя последовательно в электроцепь его питания . Но данный вариант создает очень низкий КПД, и к тому же отсутствует возможность осуществлять плавное изменение скорости вращения.
Основное, что этот способ временами приводит к полной остановке электродвигателя при низком напряжении питания. Регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока, описанные в данной статье, не имеют эти недостатки. Данные схемы можно с успехом применять и для изменения яркости свечения ламп накаливания на 12 вольт.
Описание 4 схем регуляторов оборотов электродвигателя
Первая схема
Изменяют скорость вращения переменным резистором R5, который меняет длительность импульсов. Так как, амплитуда ШИМ импульсов постоянна и равна напряжению питания электродвигателя, то он никогда не останавливается даже при очень малой скорости вращения.
Вторая схема
Она схожа с предыдущей, но в роли задающего генератора применен операционный усилитель DA1 (К140УД7).
Этот ОУ функционирует как генератор напряжения вырабатывающий импульсы треугольной формы и имеющий частоту 500 Гц. Переменным резистором R7 выставляют частоту вращения электродвигателя.
Третья схема
Она своеобразная, построена на она на . Задающий генератор действует с частотой 500 Гц. Ширина импульсов, а следовательно, и частоту вращения двигателя возможно изменять от 2 % до 98 %.
Слабым местом во всех вышеприведенных схемах является, то что в них нет элемента стабилизации частоты вращения при увеличении или уменьшении нагрузки на валу двигателя постоянного тока. Разрешить эту проблему можно с помощью следующей схемы:
Как и большинство похожих регуляторов, схема этого регулятора имеет задающий генератор напряжения, вырабатывающий импульсы треугольной формы, частота которых 2 кГц. Вся специфика схемы — присутствие положительной обратной связи (ПОС) сквозь элементы R12,R11,VD1,C2, DA1.4, стабилизирующей частоту вращения вала электродвигателя при увеличении или уменьшении нагрузки.
При налаживании схемы с определенным двигателем, сопротивлением R12 выбирают такую глубину ПОС, при которой еще не случаются автоколебания частоты вращения при изменении нагрузки.
Детали регуляторов вращения электродвигателей
В данных схемах возможно применить следующие замены радиодеталей: транзистор КТ817Б — КТ815, КТ805; КТ117А возможно поменять КТ117Б-Г или 2N2646; Операционный усилитель К140УД7 на К140УД6, КР544УД1, ТL071, TL081; таймер NE555 — С555, КР1006ВИ1; микросхему TL074 — TL064, TL084, LM324.
При использовании более мощной нагрузки, ключевой транзистор КТ817 возможно поменять мощным полевым транзистором, например, IRF3905 или ему подобный.
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
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:
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.
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
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:
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:
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.