Schakelschema van een snelheidsregelaar voor gelijkstroommotoren. Beschrijving van de snelheidsregelaar van de elektromotor zonder vermogensverlies. Dit is hoe het werkt

Commutatormotoren zijn vaak te vinden in huishoudelijke elektrische apparaten en elektrisch gereedschap: wasmachine, slijpmachine, boormachine, stofzuiger, enz. Dat is helemaal niet verrassend, want met commutatormotoren kunt u zowel hoge snelheden als een hoog koppel verkrijgen (inclusief een hoog startvermogen). koppel) - wat u nodig heeft voor de meeste elektrische gereedschappen.

In dit geval kunnen commutatormotoren worden gevoed door zowel gelijkstroom (in het bijzonder gelijkgerichte stroom) als wisselstroom van een huishoudelijk netwerk. Om de rotorsnelheid te regelen commutatormotor Er worden snelheidsregelaars gebruikt, die in dit artikel worden besproken.

Laten we eerst het ontwerp en het werkingsprincipe van een commutatormotor onthouden. De commutatormotor omvat noodzakelijkerwijs de volgende onderdelen: rotor, stator en borstel-collectorschakeleenheid. Wanneer er stroom wordt toegepast op de stator en de rotor, worden ze magnetische velden beginnen te interageren, begint de rotor uiteindelijk te draaien.

De rotor wordt van stroom voorzien via grafietborstels die strak op de commutator passen (op de commutatorlamellen). Om de draairichting van de rotor te veranderen, is het noodzakelijk om de fasering van de spanning op de stator of op de rotor te veranderen.

De rotor- en statorwikkelingen kunnen vanuit verschillende bronnen worden gevoed of kunnen parallel of in serie met elkaar worden geschakeld. Dit is hoe commutatormotoren van parallelle en serie-excitatie verschillen. Het zijn de in serie opgewekte commutatormotoren die in de meeste elektrische huishoudelijke apparaten te vinden zijn, omdat een dergelijke opname het mogelijk maakt een motor te verkrijgen die bestand is tegen overbelasting.

Over snelheidsregelaars gesproken, eerst zullen we ons concentreren op het eenvoudigste thyristor (triac) circuit (zie hieronder). Deze oplossing wordt gebruikt in stofzuigers, wasmachines, slijpmachines, en vertoont een hoge betrouwbaarheid bij gebruik in wisselstroomcircuits (vooral vanuit een huishoudelijk netwerk).

Werken dit schema heel eenvoudig: bij elke periode van de netspanning wordt deze via een weerstand opgeladen tot de ontgrendelingsspanning van de dinistor die is aangesloten op de stuurelektrode van de hoofdschakelaar (triac), waarna deze opent en stroom doorgeeft aan de belasting (naar de commutatormotor).

Door de oplaadtijd van de condensator in het triac-openingsregelcircuit aan te passen, wordt het gemiddelde aan de motor geleverde vermogen geregeld en wordt de snelheid dienovereenkomstig aangepast. Dit is de eenvoudigste regelaar zonder stroomfeedback.

Het triac-circuit is vergelijkbaar met een normaal circuit; er zit geen feedback in. Om stroomfeedback te geven, bijvoorbeeld om een ​​acceptabel vermogen te behouden en overbelasting te voorkomen, is extra elektronica nodig. Maar als we de opties van eenvoudige en ongecompliceerde circuits overwegen, wordt het triac-circuit gevolgd door een reostaatcircuit.

Met het reostaatcircuit kunt u de snelheid effectief regelen, maar dit leidt tot dissipatie grote hoeveelheid warmte. Dit vereist een radiator en een effectieve warmteafvoer, wat energieverlies en een laag rendement tot gevolg heeft.

Regelcircuits gebaseerd op speciale thyristorbesturingscircuits of op zijn minst op een geïntegreerde timer zijn effectiever. Overschakelen van de belasting (commutatormotor) naar wisselstroom wordt uitgevoerd door een vermogenstransistor (of thyristor), die tijdens elke periode van de sinusoïde van het netwerk één of meerdere keren opent en sluit. Deze regelt het gemiddelde vermogen dat aan de motor wordt geleverd.

Het stuurcircuit wordt gevoed door 12 volt gelijkstroom vanuit de eigen bron of vanuit een 220 volt netwerk via een bluscircuit. Dergelijke circuits zijn geschikt voor het aansturen van krachtige motoren.

Het principe van regeling met DC-microcircuits is natuurlijk. Een transistor opent bijvoorbeeld met een strikt gespecificeerde frequentie van enkele kilohertz, maar met een duur open staat gereguleerd. Door dus aan de hendel van de variabele weerstand te draaien, wordt de rotatiesnelheid van de rotor van de commutatormotor ingesteld. Deze methode handig voor het handhaven van lage snelheden van een commutatormotor onder belasting.

Betere controle is gelijkstroomregeling. Wanneer PWM werkt op een frequentie van ongeveer 15 kHz, regelt het aanpassen van de pulsbreedte de spanning op ongeveer dezelfde stroom. Laten we zeggen: reguleren constante druk in het bereik van 10 tot 30 volt ontvangen ze verschillende snelheden bij een stroomsterkte van ongeveer 80 ampère, waardoor het vereiste gemiddelde vermogen wordt bereikt.

Als je met je eigen handen een eenvoudige regelaar voor een commutatormotor wilt maken zonder speciale verzoeken om feedback, dan kun je een thyristorcircuit kiezen. Het enige dat je nodig hebt is een soldeerbout, een condensator, een dynistor, een thyristor, een paar weerstanden en draden.

Als je een regelaar van hogere kwaliteit nodig hebt met de mogelijkheid om stabiele snelheden te handhaven onder dynamische belastingen, kijk dan eens naar regelaars op microcircuits met feedback, geschikt voor het verwerken van een signaal van een tachogenerator (snelheidssensor) van een commutatormotor, zoals bijvoorbeeld geïmplementeerd in wasmachines.

Andrej Povny

Maakt verbinding tussen de voeding en de belasting. De stroom kan worden geleverd via een batterij of AC/DC-adapter met een geschikte belasting.

De belasting kan elke motor zijn Gelijkstroom of gloeilamp. Dankzij pols werk(PWM), werkt het circuit met vrijwel geen energieverlies. De stuurtransistor heeft geen koellichaam nodig.

Het regelcircuit is ideaal voor het aanpassen van de snelheid van een boormachine voor het boren van printplaten. Bij lage snelheden zorgt dit ervoor dat de boormachine met een relatief hoog koppel werkt.

Beschrijving van de snelheidsregelaar van de elektromotor

Logische elementen DD1.1, DD1.2 worden gebruikt in de vorm van een klassieke PWM-generator. Alleen weerstand R1 presteert beschermende functie. De frequentie van de generator wordt bepaald door de capaciteit C2 of C3 en de weerstand van de potentiometer PR1 samen met R2, R3. Parallel verbonden logische elementen DD1.3, DD1.4 besturen de MOSFET-transistor (VT1).

Bij gebruik van een MOSFET-transistor in het circuit is weerstand R4 niet nodig en wordt op zijn plaats een jumper geïnstalleerd. Deze weerstand (R4) wordt alleen geleverd als een Darlington-transistor met de n-p-n-structuur, bijvoorbeeld BD649, wordt geïnstalleerd in plaats van een MOSFET. Om de basisstroom te beperken, moet weerstand R4 vervolgens een waarde hebben van 1k...2,2k.

Met PR1 kunt u de duty-cycle van het gegenereerde signaal binnen een zeer breed bereik wijzigen, van ongeveer 1% tot ongeveer 99%. Het signaal van de generator opent en sluit periodiek transistor VT1, en het gemiddelde vermogen dat aan de belasting wordt geleverd (connector Z2) hangt af van de werkcyclus van het signaal. Potentiometer PR1 zorgt dus voor een soepele aanpassing van het aan de belasting geleverde vermogen.

De omgekeerd aangesloten diode VD4 is onmisbaar bij gebruik van een inductieve belasting (bijvoorbeeld een elektromotor). Zonder diode VD4 kunnen er op het moment van uitschakelen pulsen verschijnen aan de afvoer van transistor VT1 die de toegestane waarde voor een bepaalde transistor aanzienlijk overschrijden en deze kunnen beschadigen.

Dankzij de gepulseerde werking zijn de vermogensverliezen op de transistor VT1 klein en vereisen daarom geen radiator, zelfs niet bij stromen in de orde van enkele ampère, dat wil zeggen een belastingsvermogen tot 100 W. Houd er rekening mee dat het apparaat een vermogensregelaar is en geen motortoerentalstabilisator, dus het motortoerental is afhankelijk van de belasting.

AANDACHT! Het circuit regelt het vermogen in pulsatiemodus, waarbij een meander op de belasting wordt toegepast. Dergelijke pulsen kunnen een bron van elektromagnetische interferentie zijn. Om interferentie te minimaliseren, moeten korte verbindingen tussen de unit en de belasting worden gebruikt.

Het verbindingssnoer moet de vorm hebben van een getwist paar (gewone twee in elkaar gedraaide draden). Het wordt ook aanbevolen om bovendien een elektrolytische condensator (set condensatoren) met een capaciteit van 1000 ... 10000 micron aan te sluiten op de voedingsconnector Z1.

De schakeling biedt een extra condensator C3, aangesloten via jumper J1. Het inschakelen van deze condensator zorgt ervoor dat de generatorfrequentie afneemt van 700 Hz naar ongeveer 25 Hz. Dit is nuttig in termen van de gegenereerde elektromagnetische interferentie.

Hoewel het in sommige gevallen onaanvaardbaar kan zijn om de frequentie te verlagen, kan dit er bijvoorbeeld voor zorgen dat de lamp merkbaar gaat flikkeren. Dan moet u onafhankelijk de optimale capaciteit C3 selecteren.

De elektromotor is nodig voor soepel accelereren en remmen. Dergelijke apparaten worden veel gebruikt in de industrie. Met hun hulp wordt de rotatiesnelheid van de ventilatoren gewijzigd. 12 Volt-motoren worden gebruikt in besturingssystemen en auto's. Iedereen heeft de schakelaars gezien die de rotatiesnelheid van de kachelventilator in auto's veranderen. Dit is een van de soorten toezichthouders. Het is gewoon niet ontworpen om soepel te werken. De rotatiesnelheid verandert in stappen.

Toepassing van frequentieomvormers

Frequentieomvormers worden gebruikt als snelheidsregelaars en 380V. Dit zijn hightech elektronische apparaten waarmee je de kenmerken van de stroom (signaalvorm en frequentie) radicaal kunt veranderen. Ze zijn gebaseerd op krachtige halfgeleidertransistors en een pulsbreedtemodulator. Alle werking van het apparaat wordt bestuurd door een microcontrollereenheid. De rotatiesnelheid van de motorrotor verandert soepel.

Daarom worden ze gebruikt in geladen mechanismen. Hoe langzamer de acceleratie, hoe minder belasting de transportband of versnellingsbak zal ondervinden. Alle frequentiegeneratoren zijn uitgerust met verschillende beschermingsgraden - voor stroom, belasting, spanning en andere. Sommige modellen frequentieomvormers worden enkelfasig gevoed en veranderen deze in driefasig. Hiermee kunt u asynchrone motoren thuis aansluiten zonder deze te gebruiken complexe circuits. En er zal geen stroomverlies optreden bij het werken met een dergelijk apparaat.

Voor welke doeleinden worden toezichthouders gebruikt?

Bij asynchrone motoren zijn toerentalregelaars nodig voor:

  1. Aanzienlijke energiebesparing. Niet elk mechanisme vereist immers een hoge motorrotatiesnelheid - soms kan deze met 20-30% worden verlaagd, en dit zal de energiekosten met de helft verminderen.
  2. Bescherming van mechanismen en elektronische circuits. Met frequentieomvormers kunt u de temperatuur, druk en vele andere parameters regelen. Als de motor als pompaandrijving werkt, moet er een druksensor worden geïnstalleerd in de container waarin deze lucht of vloeistof pompt. En bij het bereiken maximale waarde de motor wordt gewoon uitgeschakeld.
  3. Toezeggingen zacht begin . Het is niet nodig om extra elektronische apparaten te gebruiken - alles kan worden gedaan met instellingswijzigingen frequentie omzetter.
  4. Het verlagen van de kosten voor Onderhoud . Met behulp van dergelijke snelheidsregelaars voor 220V-elektromotoren wordt het risico op uitval van de aandrijving en individuele mechanismen verminderd.

Het schema volgens welke frequentieomvormers worden gebouwd, is bij velen wijdverspreid huishoudelijke apparaten. Iets soortgelijks is terug te vinden in de bronnen ononderbroken stroomvoorziening, lasapparaten, spanningsstabilisatoren, voedingen voor computers, laptops, telefoonopladers, ontstekingseenheden voor achtergrondverlichting van moderne lcd-tv's en monitoren.

Hoe werken draaiknoppen?

Je kunt met je eigen handen een snelheidsregelaar voor een elektrische motor maken, maar daarvoor moet je alles bestuderen technische punten. Structureel kunnen verschillende hoofdcomponenten worden onderscheiden, namelijk:

  1. Elektrische motor.
  2. Microcontroller-besturingssysteem en convertereenheid.
  3. Aandrijving en mechanismen die daarmee samenhangen.

Helemaal aan het begin van de werking, nadat er spanning op de wikkelingen is gezet, draait de motorrotor mee maximale kracht. Het is deze functie die asynchrone machines van andere onderscheidt. Hierbij wordt de belasting van het aangedreven mechanisme opgeteld. Als gevolg hiervan, op beginstadium het stroom- en stroomverbruik stijgen tot het maximum.

Er wordt veel warmte gegenereerd. Zowel de wikkelingen als de draden raken oververhit. Het gebruik van een frequentieomvormer kan dit verhelpen. Als je een zachte start instelt, zal de motor niet onmiddellijk, maar binnen 10 seconden accelereren naar de maximale snelheid (die ook door het apparaat wordt geregeld en niet 1500 tpm is, maar slechts 1000 tpm) (elke seconde 100-150 tpm verhogen ). Tegelijkertijd zal de belasting op alle mechanismen en draden aanzienlijk afnemen.

Zelfgemaakte regelaar

Voor een 12V elektromotor kunt u zelf een snelheidsregelaar maken. Hiervoor zijn een meerstandenschakelaar en draadgewonden weerstanden nodig. Met behulp van dit laatste verandert de voedingsspanning (en daarmee de rotatiesnelheid). Hiervoor kunnen vergelijkbare systemen worden gebruikt asynchrone motoren, maar ze zijn minder effectief. Vele jaren geleden werden mechanische regelaars op grote schaal gebruikt - gebaseerd op tandwielaandrijvingen of variatoren. Maar ze waren niet erg betrouwbaar. Elektronische middelen presteren veel beter. Ze zijn tenslotte niet zo omvangrijk en stellen je in staat de schijf te verfijnen.

Om een ​​rotatiecontroller voor een elektromotor te maken, heb je er meerdere nodig elektronische apparaten, die u in een winkel kunt kopen of van oude inverterapparaten kunt verwijderen. De VT138-600 triac laat goede resultaten zien in de circuits van dergelijke elektronische apparaten. Om de aanpassing uit te voeren, moet u een variabele weerstand in het circuit opnemen. Met zijn hulp verandert de amplitude van het signaal dat de triac binnenkomt.

Implementatie van een managementsysteem

Om de parameters van zelfs de meesten te verbeteren eenvoudig apparaat, moet u microcontrollerbesturing opnemen in het circuit van de snelheidsregelaar van de elektromotor. Om dit te doen, moet je een processor selecteren met een geschikt aantal in- en uitgangen - voor het aansluiten van sensoren, knoppen, elektronische sleutels. Voor experimenten kunt u de AtMega128-microcontroller gebruiken - de meest populaire en gemakkelijkst te gebruiken. Er zijn veel schema's die deze controller gebruiken in het publieke domein. Ze zelf vinden en in de praktijk toepassen is niet moeilijk. Om het correct te laten werken, moet je er een algoritme in schrijven - reacties op bepaalde acties. Wanneer de temperatuur bijvoorbeeld 60 graden bereikt (gemeten aan de radiator van het apparaat), moet de stroom worden uitgeschakeld.

Eindelijk

Als u besluit om niet zelf een apparaat te maken, maar een kant-en-klaar apparaat aan te schaffen, let dan op de belangrijkste parameters, zoals vermogen, type besturingssysteem, bedrijfsspanning, frequenties. Het is raadzaam om de kenmerken te berekenen van het mechanisme waarin het is gepland om de motorspanningsregelaar te gebruiken. En vergeet niet om het te vergelijken met de parameters van de frequentieomvormer.

Een kennis vroeg me ooit om van zijn 'cent' een zelfgemaakte snelheidsregelaar voor een elektrische kachelmotor te bekijken en te repareren. Hij prees de regelaar omdat het mogelijk was om het motortoerental soepel te veranderen, maar er brak iets in.

De afmetingen van het lichaam van de regelaar waarschuwden me onmiddellijk, het was te omvangrijk, toen ik het uit elkaar haalde, zag ik in een enorme radiator met een paar KT819-transistors, nog steeds in een metalen behuizing, en een soort circuit samengesteld door been aan been te solderen van waaruit draden naar een variabele weerstand en naar vermogenstransistoren gingen. De eindtransistoren bleken kapot. Omdat de motor nogal wat stroom verbruikte, werden de vermogenstransistoren, vooral bij lage snelheden, behoorlijk heet. Omdat een dergelijk aanpassingsschema verouderd was, besloot ik een PWM-regelaar (pulsbreedtemodulatie) samen te stellen met een krachtige veldeffecttransistor als sleutelelement. Als eigenlijke PWM-modulator werd besloten de bekende 555-timer te gebruiken. Het lijkt erop dat wat er gedaan kan worden op een microschakeling die meer dan 30 jaar geleden werd ontwikkeld. Het toepassingsbereik van de 555-timer (onze analoog van de KR1006VI1) is echter vrijwel onbeperkt. Door het gebruik van basismodi en hun aangepaste varianten kan de timer op verschillende apparaten worden gebruikt. Het is bekend dat de volgende functionele basisapparaten kunnen worden gemonteerd op chips van de 555- en 556-families:

  • - monostabiele generator (one-shot);
  • - generator - multivibrator;
  • - tijdvertragingsgenerator;
  • - pulsbreedtemodulator;
  • - pulsdetector;
  • - frequentiedeler.

Het circuit van de snelheidsregelaar van de elektromotor bleek eenvoudig, met een minimum aan externe bedrading:

Ik heb de printplaat voor de snelheidsregelaar van de elektromotor niet geëtst, ik heb alleen de contactgebieden voor de timer doorgesneden met een cutter:

Ik heb de timer gesoldeerd en de kit in elkaar gezet.Als sleutelelement wordt een krachtige n-kanaals veldeffecttransistor met een geïsoleerde gate, de zogenaamde Power MOSFET IRF540, gebruikt.

Ik heb het aan een kleine radiator bevestigd - we selecteren de afmetingen op basis van de bedrijfsstroom van de elektromotor. Als deze klein is, heeft de transistor mogelijk helemaal geen koeling nodig.

Hallo allemaal, waarschijnlijk hebben veel radioamateurs, net als ik, meer dan één hobby, maar wel meerdere. Naast het ontwerpen van elektronische apparaten, doe ik aan fotografie, video-opnamen met een DSLR-camera en videobewerking. Als videograaf had ik een slider nodig voor video-opnamen, en eerst zal ik kort uitleggen wat het is. De onderstaande foto toont de fabrieksschuifregelaar.

De schuifregelaar is ontworpen voor video-opnamen op camera's en videocamera's. Het is analoog aan het railsysteem dat wordt gebruikt in grootformaatcinema. Met zijn hulp wordt een vloeiende beweging van de camera rond het te fotograferen object gecreëerd. Een ander zeer krachtig effect dat kan worden gebruikt bij het werken met een schuifregelaar is de mogelijkheid om dichterbij of verder van het onderwerp te komen. Op volgende foto toont de engine die is gekozen om de slider te maken.

De schuifregelaar wordt aangedreven door een 12 volt gelijkstroommotor. Op internet is een schema gevonden van een regelaar voor de motor die de schuifwagen beweegt. De volgende foto toont de aan/uit-indicator op de LED, de tuimelschakelaar die de achteruit bestuurt en de aan/uit-schakelaar.

Bij het bedienen van een dergelijk apparaat is het belangrijk dat er een soepele snelheidsregeling is, plus een gemakkelijke inschakeling van de motoromkering. De rotatiesnelheid van de motoras wordt, in het geval van gebruik van onze regelaar, soepel aangepast door aan de knop van een variabele weerstand van 5 kOhm te draaien. Misschien ben ik niet de enige van de gebruikers van deze site die geïnteresseerd is in fotografie, en zal iemand anders dit apparaat willen repliceren. Degenen die dat willen, kunnen een archief met een diagram downloaden en printplaat regelaar De volgende figuur laat zien schakelschema motorregelaar:

Regelcircuit

De schakeling is heel eenvoudig en kan zelfs door beginnende radioamateurs gemakkelijk in elkaar worden gezet. Tot de voordelen van het samenstellen van dit apparaat behoren de lage kosten en de mogelijkheid om het aan uw behoeften aan te passen. De figuur laat zien printplaat regelaar:

Maar het toepassingsgebied van deze regelaar beperkt zich niet alleen tot sliders; hij kan gemakkelijk worden gebruikt als snelheidsregelaar, bijvoorbeeld voor een boormachine, een zelfgemaakte Dremel op 12 volt of een computerkoeler met afmetingen, bijvoorbeeld. van 80 x 80 of 120 x 120 mm. Ik heb ook een schema ontwikkeld om de motor om te keren, of met andere woorden, om de rotatie van de as snel in de andere richting te veranderen. Hiervoor heb ik een zespolige tuimelschakelaar met 2 standen gebruikt. De volgende afbeelding toont het aansluitschema:

De middelste contacten van de tuimelschakelaar, gemarkeerd met (+) en (-), zijn verbonden met de contacten op de printplaat gemarkeerd met M1.1 en M1.2, de polariteit doet er niet toe. Iedereen weet dat computerkoelers, met een afname van de voedingsspanning en dienovereenkomstig snelheid, produceren ze tijdens bedrijf veel minder geluid. Op de volgende foto bevindt de KT805AM-transistor zich op de radiator:

Bijna elke medium- en hoogvermogentransistor kan in het circuit worden gebruikt n-p-n-structuren. De diode kan ook worden vervangen door analogen die geschikt zijn voor stroom, bijvoorbeeld 1N4001, 1N4007 en andere. De motorklemmen zijn overbrugd door een diode in omgekeerde verbinding; dit werd gedaan om de transistor te beschermen tijdens in- en uitschakelmomenten van het circuit, aangezien onze motor een inductieve belasting heeft. Ook geeft het circuit een indicatie dat de schuifregelaar is ingeschakeld op een LED die in serie is geschakeld met een weerstand.

Bij gebruik van een motor met een groter vermogen dan op de foto wordt weergegeven, moet de transistor aan de radiator worden bevestigd om de koeling te verbeteren. Een foto van het resulterende bord wordt hieronder weergegeven:

Bespreek het artikel MOTORTOERENTALREGELING MET ACHTERUIT