Управление коллекторным двигателем с тахогенератором: Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

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:

• Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
• Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

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:

• Максимальный ток в обмотках двигателя не должен превышать 10 А (при условии той комплектации, которая представлена на схеме). Если применить симистор с большим прямым током, то мощность может быть выше. Учтите, что потребуется изменить сопротивление в цепи обратной связи в меньшую сторону, а также индуктивность шунта.
• Максимальная скорость вращения достигается 3200 об/мин. Эта характеристика зависит от типа двигателя. Схема может управлять моторами до 16 тыс. об/мин.
• Время разгона до максимальной скорости достигает 1 секунды.
• Нормальный разгон обеспечивается за 10 секунд от 800 до 1300 об/мин.
• На двигателе использован 8-полюсный тахогенератор с максимальным выходным напряжением на 6000 об/мин 30 В. То есть он должен выдавать 8мВ на 1 об/мин. При 15000 об/мин на нем должно быть напряжение 12 В.
• Для управления двигателем используется симистор на 15А и предельным напряжением 600 В.

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:

• Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
• Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
• Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
• Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
• Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
• Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

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.

Регулятор оборотов электродвигателя без потери мощности

Плата регулировки оборотов коллекторных электродвигателей на микросхеме TDA1085, позволяет управлять двигателями без потери мощности.Обязательным условием при этом является наличие таходатчика (тахогенератор) на электродвигателе, который позволяет обеспечить обратную связь мотора с платой регулировки, а именно с микросхемой. Если говорить более простым языком, что бы было понятно всем, происходит примерно следующее. Мотор вращается с каким-то количеством оборотов, а установленный таходатчик на валу электромотора эти показания фиксирует. Если вы начинаете нагружать двигатель, частота вращения вала естественно начнет падать, что так же будет фиксировать таходатчик. Теперь рассмотрим дальше. Сигнал с этого таходатчика поступает на микросхему, она видит это и дает команду силовым элементам, добавить напряжение на электромотор.Таким образом, когда вы надавили на вал (даете нагрузку), плата автоматически прибавила напряжение и мощность на этом валу возросла. И наоборот, отпусти вал двигателя (сняли с него нагрузку), она увидела это и убавила напряжение. Таким образом обороты остаются не низменными, а момент силы (крутящий момент)постоянным. И самое что важное, вы можете регулировать частоту вращения ротора в широком диапазоне, что очень удобно в применении и конструировании различных устройств.  Поэтому этот продукт, так и называется «Плата регулировки оборотов коллекторных двигателей без потери мощности».

Но мы увидели одну особенность, что эта плата применима только для коллекторных электродвигателей (с электрическими щетками). Конечно такие моторы в быту встречаются намного реже чем асинхронные. Но они нашли широкое применение в стиральных машинах автомат. Вот именно по этому была изготовлена эта схема. Специально для электродвигателя от стиральной машины автомат. Их мощность достаточно приличная, от 200 до 800 ватт. Что позволяет достаточно широко применить их в быту.

Данный продукт, уже нашел широкое применение в хозяйстве людей и широко охватил лиц занимающихся различным хобби и профессиональной деятельностью.   

Отвечая на вопрос — Куда можно применить двигатель от стиральной машины? Был сформирован некоторый список. Самодельный токарный станок по дереву; Гриндер; Электропривод для бетономешалки; Точило; Электропривод для медогонки; Соломорезка; Самодельный гончарный круг; Электрическая газонокосилка; Дровокол и много другое где необходимо механическое вращение каких либо механизмов или предметов. И во всех этих случаях нам помогает эта плата «Регулировки оборотов электродвигателей с поддержанием мощности на TDA1085».

Краш-тест платы регулировки оборотов

3960 р.

Регулятор оборотов с обратной связью для коллекторных двигателей переменного тока — Меандр — занимательная электроника

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

С помощью таходатчика

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

На основе измерения падения напряжения на электро­двигателе

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

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

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

Рис. 1

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

Рис. 2

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

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

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

Настройка регулятора.

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

Рассчитать сопротивление R6 можно исходя из мощнос­ти двигателя по формуле:

R6 = U_R6/(Р_двиг/U_пит),

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

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

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

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

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

Первый пуск

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

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

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

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

Детали регулятора

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

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

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

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

Литература:

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

Печатная плата для схемы показанной на рисунке 2:

[hidepost]Скачать[/hidepost]

Автор: Валентин Шипляк, г. Ужгород

Советы по изготовлению регулятора частоты вращения электродвигателя

Регулятор оборотов в двигателе нужен для совершения плавного разгона и торможения. Широкое распространение получили такие приборы в современной промышленности. Благодаря им происходит измерение скорости движения в конвейере, на различных устройствах, а также при вращении вентилятора. Двигатели с производительностью на 12 Вольт применяются в целых системах управления и в автомобилях.

Устройство системы

Коллекторный тип двигателя состоит главным образом из ротора, статора, а также щёток и тахогенератора.

1. Ротор — это часть вращения, статор — это внешний по типу магнит.
2. Щётки, которые произведены из графита — это главная часть скользящего контакта, через которую на вращающийся якорь и стоит подавать напряжение.
3. Тахогенератор —это устройство, которое производит слежку за характеристикой вращения прибора. Если происходит нарушение в размеренности процесса вращения, то он корректирует поступающий в двигатель уровень напряжения, тем самым делая его наиболее плавным и медленным.
4. Статор. Такая деталь может включать в себя не один магнит, а, к примеру, две пары полюсов. Вместе с этим на месте статических магнитов здесь будут находиться катушки электромагнитов. Совершать работу такое устройство способно как от постоянного тока, так и от переменного.

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

В виде регуляторов оборотов электродвигателей 220 В и 380 В применяются особые частотные преобразователи. Такие устройства относят к высокотехнологическим, они и помогают совершить кардинальное преобразование характеристики тока (форму сигнала, а также частоту). В их комплектации имеются мощные полупроводниковые транзисторы, а также широтно-импульсный модулятор. Весь процесс осуществления работы устройства происходит с помощью управления специальным блоком на микроконтроллере. Изменение скорости во вращении ротора двигателей происходит довольно медленно.

Именно по этой причине частотные преобразователи применяются в нагруженных устройствах. Чем медленнее будет происходить процесс разгона, тем меньшая нагрузка будет совершена на редуктор, а также конвейер. Во всех частотниках можно найти несколько степеней защиты: по нагрузке, току, напряжению и другим показателям.

Некоторые модели частотных преобразователей совершают питание от однофазового напряжения (оно будет доходить до 220 Вольт), создают из него трехфазовое. Это помогает совершить подключение асинхронного мотора в домашних условиях без применения особо сложных схем и конструкций. При этом потребитель сможет не потерять мощность во время работы с таким прибором.

Зачем используют такой прибор-регулятор

Если говорить про двигатели регуляторов, то обороты нужны:

1. Для существенной экономии электроэнергии. Так, не любому механизму нужно много энергии для выполнения работы вращения мотора, в некоторых случаях можно уменьшить вращение на 20−30 процентов, что поможет значительно сократить расходы на электроэнергию сразу в несколько раз.
2. Для защиты всех механизмов, а также электронных типов цепей. При помощи преобразовательной частоты можно осуществлять определённый контроль за общей температурой, давлением, а также другими показателями прибора. В случае когда двигатель работает в виде определённого насоса, то в ёмкости, в которую совершается накачка воздуха либо жидкости, стоит вводить определённый датчик давления. Во время достижения максимальной отметки мотор попросту автоматически закончит свою работу.
3. Для процесса плавного запуска. Нет особой необходимости применять дополнительные электронные виды оборудования — все можно осуществить при помощи изменения в настройках частотного преобразователя.
4. Для снижения уровня расходов на обслуживание устройств. С помощью таких регуляторов оборотов в двигателях 220 В можно значительно уменьшить возможность выхода из строя приборов, а также отдельных типов механизмов.

Схемы, по которым происходит создание частотных преобразователей в электродвигателе, широко используются в большинстве бытовых устройств. Такую систему можно найти в источниках беспроводного питания, сварочных аппаратах, зарядках телефона, блоках питания персонального компьютера и ноутбука, стабилизаторах напряжения, блоках розжига ламп для подсветки современных мониторов, а также ЖК-телевизоров.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в

Его можно изготовить совершенно самостоятельно, но для этого нужно будет изучить все возможные технические особенности прибора. По конструкции можно выделить сразу несколько разновидностей главных деталей. А именно:

1. Сам электродвигатель.
2. Микроконтроллерная система управления блока преобразования.
3. Привод и механические детали, которые связаны с работой системы.

Перед самым началом запуска устройства, после подачи определённого напряжения на обмотки, начинается процесс вращения двигателя с максимальным показателем мощности. Именно такая особенность и будет отличать асинхронные устройства от остальных видов. Ко всему прочему происходит прибавление нагрузки от механизмов, которые приводят прибор в движение. В конечном счёте на начальном этапе работы устройства мощность, а также потребляемый ток лишь возрастают до максимальной отметки.

В это время происходит процесс выделения наибольшего количества тепла. Происходит перегрев в обмотках, а также в проводах. Использование частичного преобразования поможет не допустить этого. Если произвести установку плавного пуска, то до максимальной отметки скорости (которая также может регулироваться оборудованием и может быть не 1500 оборотов за минуту, а всего лишь 1000) двигатель начнёт разгоняться не в первый момент работы, а на протяжении последующих 10 секунд (при этом на каждую секунду устройство будет прибавлять по 100−150 оборотов). В это время процесс нагрузки на все механизмы и провода начинает уменьшаться в несколько раз.

Как сделать регулятор своими руками

Можно совершенно самостоятельно создать регулятор оборотов электродвигателя около 12 В. Для этого стоит использовать переключатель сразу нескольких положений, а также специальный проволочный резистор. При помощи последнего происходит изменение уровня напряжения питания (а вместе с этим и показателя частоты вращения). Такие же системы можно применять и для совершения асинхронных движений, но они будут менее эффективными.

Ещё много лет назад широко использовались механические регуляторы — они были построены на основе шестеренчатых приводов или же их вариаторов. Но такие устройства считались не очень надёжными. Электронные средства показывали себя в несколько раз лучше, так как они были не такими большими и позволяли совершать настройку более тонкого привода.

Для того чтобы создать регулятор вращения электродвигателя, стоит использовать сразу несколько устройств, которые можно либо купить в любом строительном магазине, либо снять со старых инвенторных устройств. Чтобы совершить процесс регулировки, стоит включить специальную схему переменного резистора. С его помощью происходит процесс изменения амплитуды входящего на резистор сигнала.

Внедрение системы управления

Чтобы значительно улучшить характеристику даже самого простого оборудования, стоит в схему регулятора оборотов двигателя подключить микроконтроллерное управление. Для этого стоит выбрать тот процессор, в котором есть подходящее количество входов и выходов соответственно: для совершения подключения датчиков, кнопок, а также специальных электронных ключей.

Для осуществления экспериментов стоит использовать особенный микроконтроллер AtMega 128 — это наиболее простой в применении и широко используемый контроллер. В свободном использовании можно найти большое число схем с его применением. Чтобы устройство совершало правильную работу, в него стоит записать определённый алгоритм действий — отклики на определённые движения. К примеру, при достижении температуры в 60 градусов Цельсия (замер будет отмечаться на графике самого устройства), должно произойти автоматическое отключение работы устройства.

Регулировка работы

Теперь стоит поговорить о том, как можно осуществить регулировку оборотов в коллекторном двигателе. В связи с тем, что общая скорость вращения мотора может напрямую зависеть от величины подаваемого уровня напряжения, для этого вполне пригодны совершенно любые системы для регулировки, которые могут осуществлять такую функцию.

Стоит перечислить несколько разновидностей приборов:

1. Лабораторные автотрансформеры (ЛАТР).
2. Заводские платы регулировки, которые применяются в бытовых устройствах (можно взять даже те, которые используются в пылесосах, миксерах).
3. Кнопки, которые применяются в конструкции электроинструментов.
4. Бытовые разновидности регуляторов, которые оснащены особым плавным действием.

Но при этом все такие способы имеют определённый изъян. Совместно с процессами уменьшения оборотов уменьшается и общая мощность работы мотора. Иногда его можно остановить, даже просто дотронувшись рукой. В некоторых случаях это может быть вполне нормальным, но по большей части это считается серьёзной проблемой.

Наиболее приемлемым вариантом станет выполнение функции регулировки оборотов при помощи применения тахогенератора.

Его чаще всего устанавливают на заводе. Во время отклонения скорости вращения моторов через симистры в моторе будет происходить передача уже откорректированного электропитания, сопутствующего нужной скорости вращения. Если в такую ёмкость будет встроена регулировка вращения самого мотора, то мощность не будет потеряна.

Как же это выглядит в виде конструкции? Больше всего используется именно реостатная регулировка процесса вращения, которая создана на основе применения полупроводника.

В первом случае речь пойдёт о переменном сопротивлении с использованием механического процесса регулировки. Она будет последовательно подключена к коллекторному электродвигателю. Недостатком в этом случае станет дополнительное выделение некоторого количества тепла и дополнительная трата ресурса всего аккумулятора. Во время такой регулировки происходит общая потеря мощности в процессе совершения вращения мотора. Он считается наиболее экономичным вариантом. Не используется для довольно мощных моторов по вышеуказанным причинам.

Во втором случае во время применения полупроводников происходит процесс управления мотором при помощи подачи определённого числа импульсов. Схема способна совершать изменение длительности таких импульсов, что, в свою очередь, будет изменять общую скорость вращения мотора без потери показателя мощности.

Если вы не хотите самостоятельно изготавливать оборудование, а хотите купить уже полностью готовое к применению устройство, то стоит обратить особое внимание на главные параметры и характеристики, такие, как мощность, тип системы управления прибором, напряжение в устройстве, частоту, а также напряжение рабочего типа. Лучше всего будет производить расчёт общих характеристик всего механизма, в котором стоит применять регулятор общего напряжения двигателя. Стоит обязательно помнить, что нужно производить сопоставление с параметрами частотного преобразователя.

Цифровой ШИМ регулятор оборотов коллекторного двигателя.

Еще один обзор на тему всяких вещей для самоделок. На этот раз я расскажу о цифровом регуляторе оборотов. Вещица по своему интересная, но хотелось большего.
Кому интересно, читайте дальше 🙂

Имея в хозяйстве некоторые низковольтные устройства типа небольшой шлифовальной машинки и т.п. я захотел немного увеличить их функциональный и эстетический вид. Правда это не получилось, хотя я надеюсь все таки добиться своего, возможно в другой раз, на за саму вещицу расскажу сегодня.

Производитель данного регулятора фирма Maitech, вернее именно это название часто встречается на всяких платках и блочках для самоделок, хотя сайт этой фирмы почему то мне не попался.

Из-за того, что я не сделал в итоге то, что хотел, обзор будет короче обычного, но начну как всегда с того, как это продается и присылается.

В конверте лежал обычный пакетик с защелкой.

В комплекте только регулятор с переменным резистором и кнопкой, жесткой упаковки и инструкции нет, но доехало все целым и без повреждений.

Сзади присутствует наклейка, заменяющая инструкцию. В принципе большего для такого устройства и не требуется.

Указан рабочий диапазон напряжения 6-30 Вольт и максимальный ток в 8 Ампер.

Внешний вид весьма неплох, темное «стекло», темно-серый пластик корпуса, в выключенном состоянии кажется вообще черным. По внешнему виду зачет, придраться не к чему. Спереди была приклеена транспортировочная пленка.

Установочные размеры устройства:

Длина 72мм ( минимальное отверстие в корпусе 75мм), ширина 40мм, глубина без учета передней панели 23мм (с передней панелью 24мм).

Размеры передней панели:

Длина 42.5, мм ширина 80мм

Переменный резистор идет в комплекте с ручкой, ручка конечно грубовата, но для применения вполне сойдет.

Сопротивление резистора 100КОм, зависимость регулировки — линейная.

Как потом выяснилось, 100КОм сопротивление дает глюк. При питании от импульсного БП невозможно выставить стабильные показания, сказывается наводка на провода к переменному резистору, из-за чего показания скачут +\- 2 знака, но ладно бы скакали, вместе с этим скачут обороты двигателя.

Сопротивление резистора высокое, ток маленький и провода собирают все помехи вокруг.

При питании от линейного БП такая проблема отсутствует полностью.

Длина проводов к резистору и кнопке около 180мм.

Кнопка, ну тут ничего особенного. Контакты нормально открытые, установочный диаметр 16мм, длина 24мм, подсветки нет.

Кнопка выключает двигатель.

Т.е. при подаче питания индикатор включается, двигатель запускается, нажатие на кнопку его выключает, второе нажатие включает опять.

Когда двигатель выключен то индикатор так же не светится.

Под крышкой находится плата устройства.

На клеммы выведены контакты питания и подключения двигателя.

Плюсовые контакты разъема соединены вместе, силовой ключ коммутирует минусовой провод двигателя.

Подключение переменного резистора и кнопки разъемное.

На вид все аккуратно. Выводы конденсатора немного кривоваты, но я думаю что это можно простить 🙂

Дальнейшую разборку я спрячу под спойлер.

Подробнее

Индикатор довольно большой, высота цифры 14мм.
Размеры платы 69х37мм.

Плата собрана аккуратно, около контактов индикатора присутствуют следы флюса, но в целом плата чистая.

На плате присутствуют: диод для защиты от переполюсовки, стабилизатор 5 Вольт, микроконтроллер, конденсатор 470мкФ 35 Вольт, силовые элементы под небольшим радиатором.

Так же видны места под установку дополнительных разъемов, назначение их непонятно.

Набросал небольшую блок-схему, просто для примерного понимания что и как коммутируется и как подключается. Переменный резистор так и включен одной ногой к 5 Вольт, второй на землю. потому его можно спокойно заменить на более низкий номинал. На схеме нет подключений к нераспаянному разъему.

В устройстве использован микроконтроллер 8s003f3p6 производства STMicroelectronics.

Насколько мне известно, этот микроконтроллер используется в довольно большом количестве разных устройств, например ампервольтметрах.

Стабилизатор питания 78M05, при работе на максимальном входном напряжении нагревается, но не очень сильно.

Часть тепла от силовых элементов отводится на медные полигоны платы, слева видно большое количество переходов с одной стороны платы на другую, что помогает отводить тепло.

Так же тепло отводится при помощи небольшого радиатора, который прижат к силовым элементам сверху. Такое размещение радиатора кажется мне несколько сомнительным, так как тепло отводится через пластмассу корпуса и такой радиатор помогает несильно.

Паста между силовыми элементами и радиатором отсутствует, рекомендую снять радиатор и промазать пастой, хоть немного но станет лучше.

В силовой части применен транзистор IRLR7843, сопротивление канала 3.3мОм, максимальный ток 161 Ампер, но максимальное напряжение всего 30 Вольт, потому я бы рекомендовал ограничивать входное на уровне 25-27 Вольт. При работе на околомаксимальных токах присутствует небольшой нагрев.

Так же рядом расположен диод, который гасит выбросы тока от самоиндукции двигателя.

Здесь применен STPS1045 10 Ампер, 45 Вольт. К диоду вопросов нет.

Первое включение. Так получилось, что испытания я проводил еще до снятия защитной пленки, потому на этих фото она еще есть.

Индикатор контрастный, в меру яркий, читается отлично.

Сначала я решил попробовать на мелких нагрузках и получил первое разочарование.

Нет, претензий к производителю и магазину у меня нет, просто я надеялся, что в таком относительно недешевом устройстве будет присутствовать стабилизация оборотов двигателя.

Увы, это просто регулируемый ШИМ, на индикаторе отображается % заполнения от 0 до 100%.

Мелкого двигателя регулятор даже не заметил, дня него это совсем смешной ток нагрузки 🙂

Внимательные читатели наверняка обратили внимание на сечение проводов, которыми я подключил питание к регулятору.

Да, дальше я решил подойти к вопросу более глобально и подключил более мощный двигатель.

Он конечно заметно мощнее регулятора, но на холостом ходу его ток около 5 Ампер, что позволило проверить регулятор на режимах более приближенных к максимальным.

Регулятор вел себя отлично, кстати я забыл указать что при включении регулятор плавно увеличивает заполнение ШИМ от нуля до установленного значения обеспечивая плавный разгон, на индикаторе при этом сразу показывается установленное значение, а не как на частотных приводах, где отображается реальное текущее.

Регулятор не вышел из строя, немного нагрелся, но не критично.

Так как регулятор импульсный, то я решил просто ради интереса потыкаться осциллографом и посмотреть что происходит на затворе силового транзистора в разных режимах.

Частота работы ШИМа около 15 КГц и не меняется в процессе работы. Двигатель заводится примерно при 10% заполнения.

Изначально я планировал поставить регулятор в свой старый (скорее уже древний) блок питания для мелкого электроинструмента (о нем как нибудь в другой раз). по идее он должен был стать вместо передней панели, а на задней должен был расположиться регулятор оборотов, кнопку ставить не планировал (благо при включении устройство сразу переходит в режим — включено).

Должно было получиться красиво и аккуратно.

Но дальше меня ждало некоторое разочарование.

1. Индикатор хоть и был немного меньше по габаритам чем вставка передней панели, но хуже было то, что он не влазил по глубине упираясь в стойки для соединения половинок корпуса.

и если пластмассу корпуса индикатора можно было срезать, то не стал бы все равно, так как дальше мешала плата регулятора.

2. Но даже если бы первый вопрос я бы решил, то была вторая проблема, я совсем забыл как у меня сделан блок питания. Дело в том, что регулятор рвет минус питания, а у меня дальше по схеме стоит реле реверса, включения и принудительной остановки двигателя, схема управления всем этим. И с их переделкой оказалось все куда сложнее 🙁

Если бы регулятор был со стабилизацией оборотов, то я бы все таки заморочился и переделал схему управления и реверса, либо переделал регулятор под коммутацию + питания. А так можно и переделаю, но уже без энтузиазма и теперь не знаю когда.

Может кому интересно, фото внутренностей моего БП, собирался он лет так около 13-15 назад, почти все время работал без проблем, один раз пришлось заменить реле.

Резюме.
Плюсы

Устройство полностью работоспособно.

Аккуратный внешний вид.

Качественная сборка

В комплект входит все необходимое.

Минусы.

Некорректная работа от импульсных блоков питания.

Силовой транзистор без запаса по напряжению

При таком скромном функционале завышена цена (но здесь все относительно).

Мое мнение. Если закрыть глаза на цену устройства, то само по себе оно вполне неплохое, и выглядит аккуратно и работает нормально. Да, присутствует проблема не очень хорошей помехозащищенности, думаю что решить ее несложно, но немного расстраивает. Кроме того рекомендую не превышать входное напряжение выше 25-27 Вольт.

Больше расстраивает то, что я довольно много смотрел варианты всяких готовых регуляторов, но нигде не предлагают решение со стабилизацией оборотов. Возможно кто то спросит, зачем мне это. Объясню, как то попала в руки шлифовальная машинка со стабилизацией, работать гораздо приятнее чем обычной.

На этом все, надеюсь что было интересно 🙂

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

АО «Лаборатория электроники»

Коллекторные двигатели постоянного тока получили широкое распространение за счет своей дешевизны и высокого КПД. Чаще всего такие двигатели используются в старт/стоп режиме и не требуют для своего подключения никакой пускорегулирующей аппаратуры, кроме обыкновенного выключателя. Однако, часто требуется регулировка скорость вращения, момент на валу или положение механизма, приводимого в движение двигателем. В таких случаях применяют микропроцессорные блоки управления коллекторными двигателями постоянного тока. Простейшим регулятором оборотов двигателя является источник питания с изменяемым выходным напряжением или ШИМ регулятор (именно его продают на Aliexpress). Это простые и недорогие решения, но такой регулятор не имеет обратной связи — обороты двигателя с таким регулятором зависят от нагрузки на валу. Для решения этой проблемы в регуляторы вводят обратную связь по скорости вращения. Простейшим вариантом получения информации о скорости вращения двигателя является установка на его валу тахогенератора или импульсного датчика. Такие решения позволяют решить проблему стабилизации скорости вращения двигателя, но усложняет конструкцию изделия и увеличивает его стоимость. Современные микропроцессорные технологии позволяют использовать в качестве тахогенератора сам электродвигатель (почти все электрические машины обратимы), измеряя ЭДС, генерируемую двигателем в момент кратковременного отключения от него питающего напряжения. Такое решение представляется оптимальным по соотношению цена/качество.

Вторым важным параметром регулирования коллекторных двигателей является момент на валу двигателя. В большинстве случаев ограничение момента требуется для исключения повреждения самого двигателя или механизма. Часто необходим режим стабилизации именно выходного момента двигателя, например, для управления электроприводом скутера или для регулировки силы натяжения у станка для перетяжки теннисных ракеток. В качестве сигнала выходного момента чаще всего используется мгновенное значение тока якоря двигателя.

И третий параметр управления –положение или координата механизма, приводимого в действие двигателем постоянного тока. Управление скоростью, моментом и положением позволяет создавать полноценные сервоприводы на основе коллекторных двигателей. Сигнал обратной связи по положению может быть получен от аналогового потенциометрического датчика или энкодера на валу двигателя. Для задания требуемого положения может использоваться аналоговый сигнал, цифровой интерфейс или входы step/dir как в блоках управления шаговыми двигателями.

Интерфейсная плата тахогенератора

Это небольшая недорогая интерфейсная плата, которая подходит к (дополнительному) разъему расширения контроллеров Pro-120, VTX или более ранних версий NCC и используется с тахогенератором для определения истинной скорости двигателя для использования в системе управления с обратной связью. Первоначально он был разработан для голландского дистрибьютора — там, где он используется в сеялке для саженцев в сельском хозяйстве — пространство между саженцами должно тщательно контролироваться, поэтому для точного управления скоростью машины необходимо использовать тахогенератор. Плата должна быть идеальной для большинства участников Robot Wars: установка обратной связи от тахогенератора устраняет большинство их известных проблем, включая согласование двигателя (неспособность двигаться прямо) и тенденцию подпрыгивать при резком изменении нагрузки. Однако — система потребует настройки как системы, поэтому требует некоторого понимания. Доступная плата физически соответствует контроллерам серий Pro и NCC, но также является полезным дополнением к другим контроллерам. Существуют две версии платы: одна имеет 9-контактный разъем для серии Pro, а другая — 6-контактный для контроллеров серии NCC. Обратите внимание, что тахографическая плата NCC будет электрически работать с видеопередатчиком, но слишком велика, чтобы поместиться в коробочный видеопередатчик. ОПИСАНИЕ: Модель AT-4 V представляет собой комбинацию тахогенератора и индикатора в одно целое для непосредственной установки на машины. Индикатор устанавливается на тахогенератор через подходящую резиновую опору, чтобы вибрация машины не передавалась на движение индикатора.Передняя часть тахогенератора может быть изготовлена ​​специально под замену импортных указателей скорости. ПРИМЕНЕНИЕ: Прямой монтаж указатель скорости. Местный индикатор. На двигателе JT8D впускной редуктор приводит в действие тахогенератор N1. Приводы переменного тока Transdrive специализируется на приводах с регулируемой скоростью (часто называемых приводами переменного тока или инверторами), которые чаще всего используются для управления стандартными двигателями с короткозамкнутым ротором, которые широко используются в качестве рабочих лошадок в промышленности. Стандартные инверторы (использующие простое управление без обратной связи) используются в большинстве приложений VSD, таких как насосы, вентиляторы и механические манипуляторы. Высокопроизводительные приводы с превосходным удержанием скорости и динамическим откликом (часто называемые приводами с вектором потока) доступны для более требовательных приложений, таких как станки, химическая обработка и обработка пластмасс, перемещение полотна и подъем, где динамика управления крутящим моментом и удержание скорости важнее критический. Привод переменного тока HITACHI УСТРОЙСТВА SELSYN И SYNCHRO Устройство, названное Selsyn, было разработано около 1925 года. Оно состояло из системы, в которой генератор и двигатель соединены проводом таким образом, что угловое вращение или положение генератора воспроизводятся в двигателе одновременно. Генератор и приемник также называются передатчиком и приемником. Около 1942 или 43 года термин «синхро» стал общим термином, заменив слово сельсин. Synchros — это специальные двигатели переменного тока, используемые для передачи углового положения и вращения на большое расстояние для механического вала для выполнения работы. Конечно, в USN синхронизаторы обычно рассматриваются как устройства, передающие информацию о системах управления огнестрельным оружием, в гражданском мире они выполняют множество других функций. 1. Дистанционная индикация положения, например, индикация положения реостатов генератора, регуляторов водяного колеса, заслонок или клапанов уровня резервуара для воды и поворотных столов. 2. Системы дистанционной сигнализации, такие как сигнализация от распределительного щита до генераторной, от сталеплавильной печи до воздуходувки, а также судовые сигналы между машинным отделением и мостиком. 3. Автоматическое или дистанционное управление положением, такое как системная частота, синхронизация входных генераторов, регуляторы водяного колеса, заслонки или клапаны, цветные экраны на освещении в кинотеатрах и приводы двигателей. 4. Работа двух машин для поддержания определенного отношения времени и положения или определенного отношения скорости, например подъемных мостов, подъемников, приводов печей, лифтов, печатных станков и конвейеров. Synchros известны под различными торговыми марками, такими как Selsyn, Synchrotie, Autosyn и Telegon. Блоки доступны в однофазном и трехфазном исполнении. По внешнему виду и общим характеристикам многофазные агрегаты соответствуют трехфазному асинхронному двигателю с фазным ротором. Однофазные блоки имеют трехфазную вторичную обмотку и однофазную первичную обмотку. Некоторые однофазные агрегаты сконструированы с первичной обмоткой, расположенной на неподвижном элементе машины, а другие с первичной обмоткой на подвижном элементе.В зависимости от крутящего момента, развиваемого машиной, синхронизаторы классифицируются как синхронизаторы индикации или синхронизаторы мощности. Силовые синхронизаторы всегда бывают трехфазными. Большинство индикаторных синхронизаторов построены однофазными. Синхросигналы-индикаторы изготавливаются универсального и высокоточного типа. Универсальный тип будет указывать угловое положение с точностью до плюс или минус 5 градусов, а высокоточный тип обеспечивает точность показания с точностью до плюс или минус 1 градус. Синхронная система требует использования как минимум двух синхронизирующих устройств. Соединения для двух однофазных агрегатов показаны на Рис. 1, а соединения для двух трехфазных агрегатов на Рис. 2. Как для однофазных, так и для многофазных агрегатов, если роторы двух машин находятся в В соответствующих положениях напряжения двух вторичных обмоток в каждый момент времени будут равны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, в цепях ротора не будет протекать ток, ни в одной из машин не будет развиваться крутящий момент, и машины будут находиться в равновесии.Когда два ротора не находятся в соответствующих положениях, напряжения двух вторичных обмоток не будут нейтрализовать друг друга, и в двух вторичных обмотках будет возникать ток. Этот ток создает крутящий момент в машинах, который воздействует на роторы, стремясь переместить их в соответствующие положения. В приложениях сигнализации или индикации синхронизатор, расположенный на передающей стороне, называется передатчиком, а синхронизатор на принимающей стороне называется приемником. При желании несколько приемников можно подключить параллельно к одному передатчику.Крутящий момент, возбуждаемый на каждом приемнике, будет уменьшен по сравнению с тем, который доступен при использовании только одного приемника. Когда желательно, чтобы позиция, занятая приемником, отличалась от позиции передатчика, между передатчиком и приемником вводится трехфазная синхронизация. Этот промежуточный синхронизатор называется дифференциальным синхронизатором. В такой системе приемник займет положение, которое будет либо суммой, либо разностью углов, приложенных к передатчику и дифференциалу.И наоборот, если два синхронизатора соединены через дифференциальный синхронизатор и каждый повернут на угол, дифференциальный синхронизатор покажет разницу между двумя углами, как показано на рисунке 4. Основная синхросхема, обычно используемая для целей управления, показана на рисунке .3. Когда положения роторов совпадают, максимальное напряжение будет индуцировано в статоре № 2. Когда роторы смещены на 90 электрических градусов друг относительно друга, результирующее напряжение не будет создаваться между выводами ротора № 2.2. Это верно, поскольку ось обмоточного ротора № 2 будет расположена на 90 электрических градусов от оси поля, создаваемого в машине 2. Система настроена так, что при наличии желаемого состояния роторы будут На 90 электрических градусов смещены друг относительно друга. Это положение равновесия. Таким образом, схема функционирует для создания ошибки или напряжения в статоре машины 2 всякий раз, когда происходит смещение валов из положения равновесия. Относительная полярность напряжения ошибки зависит от направления смещения.Напряжение ошибки можно использовать для запуска работы других устройств, которые будут работать для исправления условий, вызывающих смещение. Эти корректирующие устройства будут работать до тех пор, пока синхронизаторы не будут приведены в положение равновесия, когда отсутствие напряжения на роторе № 2 прекратит их работу. В армии все обмотки роторов и статоров подключаются и терминируются как устройства типа Like Wound. Like Wound означает, что пронумерованные концы проводов заканчиваются и пронумерованы от обмоток, так что катушки во всех машинах находятся в идентичных положениях. Это сделано для того, чтобы в случае необходимости замены не было необходимости беспокоиться о неправильном или обратном подключении проводки. Форма волны, генерируемая новой машиной, будет иметь ту же полярность и фазовый угол, что и заменяемая машина. Требуется только механическое выравнивание станка. РИС. 1 Схема для двух однофазных синхронизаторов. РИС. 2 Схема для двух трехфазных синхронизаторов. РИС. 3 Основная схема управления синхронизацией. РИС. 4 Схема для двух однофазных синхронизаторов и дифференциального синхронизатора. РИС. 5 Схема однофазного синхронизатора передатчика или приемника. РИС. 6 Схема трехфазного передатчика или приемника или дифференциального синхронизатора. ТОЧНОСТЬ УСТРОЙСТВ SELSYN И СИНХРО Силовые синхронизаторы всегда имеют трехфазную конструкцию. Большинство индикаторных синхронизаторов построены однофазными. Синхроиндикаторы бывают и выпускались универсального и высокоточного типа. Универсальный тип указывает угловое положение с точностью до плюс-минус 5 градусов. Высокоточный тип обеспечивает точность индикации в пределах плюс-минус 1 градус. Для повышения точности два синхронизатора соединены вместе. Затем у вас есть грубая синхронизация, которая измеряет весь круг в 360 градусов, который он измеряет. Второй синхронизатор, связанный с грубым синхронизатором, является точным синхронизатором. Нормальное передаточное отношение между синхронизаторами составляет 36: 1. Таким образом, точный синхронизатор будет вращаться 36 раз за каждый оборот грубого синхронизатора. Это означает, что один оборот точного синхронизатора равен 10 градусам. Таким образом, точность в 36 раз выше, чем при использовании одного грубого синхронизатора. В некоторых случаях передаточное число между синхронизаторами составляет 72 к 1. Таким образом, точный синхронизатор будет вращаться 72 раза за каждый оборот грубого синхронизатора. Это означает, что один оборот точного синхронизатора равен 5 градусам. Таким образом, точность в 72 раза выше, чем при использовании одного грубого синхронизатора. Передаточное число 72: 1. Точный синхронизатор с этим соотношением будет делать один полный оборот на каждые 5 градусов грубого синхронизатора для отношения 5/72. Разделите 72 на 5 и получите 0,0694444 возможной степени ошибки в этой системе. Передаточное число 36: 1. Точный синхронизатор с этим соотношением будет делать один полный оборот на каждые 10 градусов грубого синхронизатора для отношения 10/36. Разделите 36 на 10 равных.2777777 возможная степень ошибки в этой системе. Что, конечно, составляет чуть больше 1/4 степени. ДВИГАТЕЛЬ SELSYN (SYNCHRO) Обычно обмотки ротора асинхронного двигателя с фазным ротором закорачиваются после запуска. Во время пуска сопротивление может быть включено последовательно с обмотками ротора для ограничения пускового тока. Если эти обмотки подключены к общему пусковому сопротивлению, два ротора будут оставаться синхронизированными во время пуска.(Рисунок ниже) Это полезно для печатных машин и разводных мостов, где два двигателя должны быть синхронизированы во время запуска. После запуска и закорачивания роторов синхронизирующий момент отсутствует. Чем выше сопротивление при пуске, тем выше синхронизирующий момент для пары двигателей. Если пусковые резисторы удалены, но роторы по-прежнему включены параллельно, пусковой момент отсутствует. Однако существует значительный синхронизирующий момент. Это сельсин , что является аббревиатурой от самосинхронного. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором от обычных резисторов. Роторы могут быть неподвижными. Если один ротор перемещается на угол θ, вал другого сельсина перемещается на угол θ. Если к одному сельсину приложено сопротивление, это будет ощущаться при попытке повернуть другой вал. Несмотря на то, что существуют сельсины мощностью в несколько лошадиных сил (несколько киловатт), основное применение — это небольшие единицы в несколько ватт для измерительных приложений — дистанционная индикация положения. Сельсины без пускового сопротивления. Обычно обмотки ротора асинхронного двигателя с фазным ротором закорачиваются после запуска. Во время пуска сопротивление может быть включено последовательно с обмотками ротора для ограничения пускового тока. Если эти обмотки подключены к общему пусковому сопротивлению, два ротора будут оставаться синхронизированными во время пуска. (Рисунок ниже) Это полезно для печатных машин и разводных мостов, где два двигателя должны быть синхронизированы во время запуска.После запуска и закорачивания роторов синхронизирующий момент отсутствует. Чем выше сопротивление при пуске, тем выше синхронизирующий момент для пары двигателей. Если пусковые резисторы удалены, но роторы по-прежнему включены параллельно, пусковой момент отсутствует. Однако существует значительный синхронизирующий момент. Это сельсин , что является аббревиатурой от самосинхронного. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором от обычных резисторов. Роторы могут быть неподвижными. Если один ротор перемещается на угол θ, вал другого сельсина перемещается на угол θ. Если к одному сельсину приложено сопротивление, это будет ощущаться при попытке повернуть другой вал. Несмотря на то, что существуют сельсины мощностью в несколько лошадиных сил (несколько киловатт), основное применение — это небольшие единицы в несколько ватт для измерительных приложений — дистанционная индикация положения. Сельсины без пускового сопротивления. Измерительные сельсины не используются в качестве пусковых резисторов. (Рисунок выше) Они не предназначены для самовращения. Поскольку роторы не закорочены и не нагружены резисторы, пусковой момент не создается. Однако ручное вращение одного вала приведет к разбалансировке токов ротора до тех пор, пока вал параллельного блока не последует за ним. Обратите внимание, что на оба статора подается общий источник трехфазного питания. Хотя выше мы показываем трехфазные роторы, достаточно ротора с однофазным питанием, как показано на рисунке ниже. Передатчик-приемник Малые измерительные сельсины, также известные как sychros , используют однофазные параллельно включенные роторы, питаемые переменным током, удерживая 3-фазные параллельные статоры, которые не имеют внешнего питания. (Рисунок ниже) Синхросигналы работают как вращающиеся трансформаторы. Если роторы передатчика крутящего момента (TX) и приемника крутящего момента (RX) находятся под одинаковым углом, фазы индуцированных напряжений статора будут одинаковыми для обоих, и ток не будет течь.Если один ротор смещен относительно другого, фазные напряжения статора будут различаться между передатчиком и приемником. Ток статора будет течь, развивая крутящий момент. Вал приемника электрически подчинен валу передатчика. Вал передатчика или приемника можно повернуть, чтобы повернуть противоположный блок. Synchros имеют роторы с однофазным питанием. Синхростаторы намотаны с 3-фазными обмотками, выведенными на внешние клеммы.Однороторная обмотка передатчика или приемника крутящего момента проходит через шлифованные контактные кольца. Синхронные передатчики и приемники электрически идентичны. Однако синхронный приемник имеет встроенное инерционное демпфирование. Передатчик синхронного момента может быть заменен приемником крутящего момента. Дистанционное определение положения является основным приложением синхронизации. (Рисунок ниже) Например, синхронный передатчик, подключенный к антенне радара, указывает положение антенны на индикаторе в диспетчерской.Синхронный передатчик, соединенный с флюгером, показывает направление ветра на удаленной консоли. Синхросигналы доступны для использования с питанием 240 В переменного тока 50 Гц, 115 В переменного тока 60 Гц, 115 В переменного тока 400 Гц и 26 В переменного тока 400 Гц. Приложение Synchro: дистанционная индикация положения. : 2015-11-05; : 487 | | : : : © 2015-2020 лекции.орг — —

.

Контроль скорости двигателя постоянного тока — инструментальные средства

Электродвигатели

постоянного тока создают крутящий момент за счет реакции между двумя магнитными полями: одно поле создается стационарными «полевыми» обмотками (катушками), а другое — обмотками во вращающемся якоре. В некоторых двигателях постоянного тока отсутствуют обмотки возбуждения, поэтому вместо них используются большие постоянные магниты, так что стационарное магнитное поле остается постоянным для всех рабочих условий.

В любом случае принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в том, что ток, проходящий через якорь, создает магнитное поле, которое пытается согласоваться со стационарным магнитным полем.Это заставляет якорь вращаться:

Однако набор сегментированных медных полос, называемый коммутатором, разрывает электрический контакт с выровненной катушкой и питает другую катушку (или в простом примере, показанном выше, он повторно возбуждает ту же петлю из провода в противоположном направлении), чтобы создать другое магнитное поле с нарушением выравнивания, которое продолжает вращать якорь. Электрический контакт между вращающимися сегментами коммутатора и стационарным источником энергии осуществляется через угольные щетки.Эти щетки изнашиваются со временем (как и сам коммутатор), и их необходимо периодически заменять.

Большинство промышленных двигателей постоянного тока построено с несколькими обмотками якоря, а не с одной, как показано на упрощенной иллюстрации выше. Здесь показана фотография большого (1250 лошадиных сил) двигателя постоянного тока, используемого для приведения в движение парома, с отчетливо видными полюсами поля и якоря (похожими на спицы в колесе):

Крупный план одной щетки в сборе на этом большом двигателе показывает угольную щетку, подпружиненный держатель щетки и множество переключающих стержней, с которыми щетка контактирует при вращении якоря:

Двигатели постоянного тока демонстрируют следующие отношения между механическими и электрическими величинами:

Крутящий момент:

• Крутящий момент прямо пропорционален напряженности магнитного поля якоря, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна току через обмотки якоря
• Крутящий момент также прямо пропорционален напряженности магнитного поля стационарного полюса, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна току через обмотки возбуждения (в двигателе с непостоянными магнитами поля).

Скорость:

• Скорость ограничена противо-ЭДС, создаваемой якорем, когда он вращается в стационарном магнитном поле.Эта противо-ЭДС прямо пропорциональна скорости якоря, а также прямо пропорциональна напряженности магнитного поля стационарного полюса (которая прямо пропорциональна току в обмотке возбуждения в двигателе, который не является постоянным магнитом).
• Таким образом, скорость прямо пропорциональна напряжению якоря
• Скорость также обратно пропорциональна напряженности стационарного магнитного поля, которая прямо пропорциональна току, протекающему через обмотки возбуждения (в двигателе с непостоянными магнитами поля).

Очень простой метод управления скоростью и крутящим моментом двигателя постоянного тока с возбужденным полем (непостоянным магнитом) — это регулирование величины тока, проходящего через обмотку возбуждения:

Уменьшение сопротивления резистора управления полем пропускает больше тока через обмотку возбуждения, усиливая ее магнитное поле.Это будет иметь два эффекта на работу двигателя: во-первых, двигатель будет генерировать больший крутящий момент, чем раньше (при той же величине тока якоря), потому что теперь есть более сильное магнитное поле, на которое якорь реагирует; во-вторых, скорость двигателя будет уменьшаться, потому что вращающийся якорь будет генерировать больше противо-ЭДС при той же скорости вращения, и эта противо-ЭДС естественным образом пытается уравняться с приложенным напряжением источника постоянного тока. И наоборот, мы можем увеличить скорость двигателя постоянного тока (и уменьшить его выходной крутящий момент), увеличив сопротивление резистора управления полем, ослабив стационарное магнитное поле, через которое вращается якорь.

Регулировка тока возбуждения может изменить баланс между скоростью и крутящим моментом, но мало влияет на общую мощность двигателя. Чтобы управлять выходной мощностью двигателя постоянного тока, мы также должны регулировать напряжение и ток якоря. Переменные резисторы также могут использоваться для этой задачи, но в наше время это, как правило, не одобряется из-за потери мощности.

Лучшее решение — иметь электронную схему управления мощностью, которая очень быстро включает и выключает транзисторы, передавая питание на якорь двигателя.Это называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.

Рабочий цикл (время включения по сравнению с временем включения + выключения) формы импульса будет определять долю общей мощности, подаваемой на двигатель:

Такую электронную схему управления мощностью обычно называют приводом. Таким образом, частотно-регулируемый привод или VSD — это мощная схема, используемая для управления скоростью двигателя постоянного тока. Приводы двигателей могут быть вручную настроены на запуск двигателя с заданной скоростью или на получение электронного управляющего сигнала для изменения скорости двигателя таким же образом, как электронный сигнал дает команду на движение регулирующего клапана.При оснащении сигнализацией дистанционного управления моторный привод работает так же, как и любой другой конечный элемент управления: выполняет команду контроллера процесса для стабилизации некоторой переменной процесса на заданном значении.

Более старая технология импульсного питания двигателя постоянного тока заключается в использовании схемы управляемого выпрямителя с использованием тиристоров вместо обычных выпрямительных диодов для преобразования переменного тока в постоянный. Поскольку основным источником питания большинства промышленных двигателей постоянного тока в любом случае является переменный ток, и этот переменный ток должен быть преобразован в постоянный ток в некоторой точке системы, имеет смысл интегрировать управление прямо в точке выпрямления:

Цепи управляемого выпрямителя

работают по принципу изменения времени «триггерного» импульса относительно импульсов переменного тока.Чем раньше цикл переменного тока срабатывает каждый тиристор, тем дольше он будет пропускать ток к двигателю. Схема «фазового управления» управляет синхронизацией и генерацией всех этих импульсов.

Привод двигателя

постоянного тока, который просто изменял мощность двигателя в соответствии с управляющим сигналом, был бы грубым, и его трудно было бы применить для управления большинством процессов. В идеале от привода с регулируемой скоростью требуется точное управление скоростью двигателя. По этой причине большинство преобразователей частоты спроектированы так, чтобы получать обратную связь от тахометра, механически связанного с валом двигателя, поэтому преобразователь частоты «знает», насколько быстро двигатель вращается.Тахометр обычно представляет собой небольшой генератор постоянного тока, вырабатывающий напряжение постоянного тока, прямо пропорциональное скорости его вала (обычная шкала — от 0 до 10 вольт). Обладая этой информацией, VSD может дросселировать электрическую мощность двигателя по мере необходимости для достижения любой скорости, заданной управляющим сигналом. Наличие в приводе контура обратной связи управления скоростью делает преобразователь частоты «подчиненным контроллером» в системе каскадного управления, при этом привод получает сигнал заданного значения скорости от любого контроллера процесса, который посылает ему выходной сигнал:

Здесь представлена ​​фотография тахогенераторов (сдвоенных, для резервирования), механически связанных с этим большим двигателем паромного переправы мощностью 1250 лошадиных сил:

Здесь можно увидеть переключающую мощность SCR для этого двигателя, подключенную через витую пару проводов к платам управления, выдающим «запускающие» импульсы на каждый SCR в соответствующее время:

Целостность сигнала обратной связи тахогенератора, поступающего на преобразователь частоты, чрезвычайно важна по соображениям безопасности.Если тахогенератор отключается — механически или электрически (это не имеет значения) — от привода, привод будет «думать», что двигатель не вращается. В качестве регулятора скорости привод будет затем отправлять полную мощность на двигатель постоянного тока, пытаясь разогнать его до скорости. Таким образом, потеря обратной связи тахогенератора приводит к тому, что двигатель немедленно «разгоняется» до полной скорости. Это в лучшем случае нежелательно и, вероятно, опасно в случае двигателей такого размера, как тот, который приводится в действие этим кораблем.

Как и во всех формах управления электрической мощностью, основанных на длительности импульсов и рабочих циклах, существует много электрических «шумов», передаваемых цепями VSD. Формы импульсов с прямоугольными краями, создаваемые быстрым включением и выключением полупроводниковых силовых устройств, эквивалентны бесконечной серии высокочастотных синусоидальных волн, некоторые из которых могут иметь достаточно высокую частоту для самораспространения в пространстве в виде электромагнитных волн. . Эти радиочастотные помехи или радиопомехи могут быть довольно серьезными, учитывая высокие уровни мощности цепей промышленных двигателей.По этой причине крайне важно, чтобы ни силовые проводники двигателя, ни проводники, подающие питание переменного тока на схему привода, не были проложены где-либо рядом с проводами слабого сигнала или управления, потому что индуцированный шум нанесет ущерб любым системам, использующим эти сигналы низкого уровня. .

RFI-шум на проводниках питания переменного тока может быть уменьшен путем направления мощности переменного тока через цепи фильтра нижних частот, называемые линейными реакторами, размещенными рядом с приводом. Эти линейные дроссели, состоящие из индукторов с сердечником из черного металла, соединенных последовательно с приводом, блокируют распространение высокочастотного шума обратно на остальную проводку распределения питания переменного тока, где он может влиять на другое электронное оборудование.Однако мало что можно сделать в отношении помех от радиопомех между приводом и двигателем, кроме как экранировать проводники внутри хорошо заземленного металлического кабелепровода и / или использовать силовые кабели с заземленным экраном.

.