Самостоятельное изготовление регулятора оборотов электродвигателя

Регулятор по схеме

Силовые агрегаты данного типа активно используются в бытовой электрической технике, инструментах: стиральных машинах, болгарках, пылесосах, дрелях, квадрокоптерах и др. это обусловливается высокой результативностью приборов, которые демонстрируют большое число оборотов и высоким крутящим моментом (также и пусковым). Данных технических характеристик с лихвой хватает на обеспечения работы техники и инструментов на требуемом уровне.

Сами моторы работают от сетей как постоянного, так и переменного токов, от обычных бытовых сетей. Чтобы осуществить управление скоростями оборотов ротора такого двигателя, необходимо использовать специальные регуляторы. При этом потери в мощностях будут минимальными.

Общие параметры

Принцип работы и общая конструкция таких силовых агрегатов известны большинству, ведь при создании или модернизации конструкции не обойтись без познаний в данной категории. Состоит мотор из таких ключевых элементов:

• ротора;
• статора;
• коммутационного узла щеточно-коллекторного типа.

При подаче питания на ротор и статор, на каждом из них образовываются магнитные поля, которые взаимодействуют между собой. Это в свою очередь вызывает вращения у ротора.

Подача питания на этот компонент осуществляется с применением графитовых щеток, которые плотно прилегают к ламелям коллектора. Чтобы изменить направленность оборотов ротора, нужно поменять положение фаз напряжения на одном из двух элементов: статоре или роторе.

Обмотки этих приспособлений могут получать питание от источников, или подключаться друг к другу параллельно. Именно на основе этой особенности силовые агрегаты классифицируются на параллельные и последовательные. От этого зависит способ возбуждения медных обмоток.

Если говорить про коллекторные моторы последовательного типа, то именно они чаще всего применяются в бытовых электрических приборах. Это обусловливается тем, что именно такое возбуждение дает возможность получать самый устойчивый к перегрузкам мотор.

Подробнее:

Модуль представляет собой небольшую плату со всеми необходимыми элементами для обвязки и построенную на микросхеме TDA1085c. Необходимым условием для подключения является наличие таходатчика (тахогенератор) , который позволяет обеспечить обратную связь электродвигателя с микросхемой. При нагрузки двигателя, частота оборотов начинает падать, что фиксирует таходатчик, который дает команду микросхеме увеличить напряжение и наоборот, когда нагрузка ослабевает — напряжение на двигатель падает. Таким образом данная конструкция позволяет поддерживать постоянную мощность коллекторного двигателя при изменении частоты вращения ротора.
Данный модуль хорошо подходит к электродвигателю от стиральной машины автомат. В сочетании двух устройств, легко можно сделать своими руками: Токарный станок по дереву, Фрезерный станок, Медогонку, Газонокосилку, Гончарный круг, Дровокол, Наждак, Сверлильный станок, Корморезка и другие устройства где необходимо вращение миханизмов.

Есть вариант на конденсаторном типе питания:

Стоимость данной платы 57,00 BYN .

Подключение

Для подключения коллекторного двигателя к плате управления необходимо р азобраться в распиновке проводов. Стандарный коллекторный двигатель имеет 3 группы контактов: таходатчик, щетки и обмотка статора. Редко, но может присутсвовать и 4 группа контактов термозащиты (провода обычно белого цвета).

Таходатчик: расположен с задней части двигателя с выходящими проводами (меньше по сечению чем остальные). Провода могут прозваниваться мультиметром и могут иметь небольшое сопротивление.

Щетки: провода прозваниваются друг с другом и коллектором двигателя.

Обмотка: провода имеют 2 или 3 вывода (со средней точкой). Провода прозваниваются друг с другом.

При подключении коллекторного двигателя к сети 220 Вольт:

Один конец проводов щетки и обмотки соединяем накоротко (или ставим перемычку в контактную колодку), другой конец проводов подключаем к сети 220В. Направление вращения двигателя будет зависить какой из проводов обмотки будет подключен к сети 220В. Если необходимо изменить направление движения двигателя — поставьте перемычку на другую пару проводов «обмотка-щетка».

При подключении коллекторного двигателя к плате регулятора оборотов:

Проводами которыми подключался двигатель к сети 220В подключаем к клемме «М». К клемме «Тaho» подключаем таходатчик. К клемме «L N» подключаем сетевое питание 220 Вольт. Полярность не имеет значения.

В комплекте идет выключатель (клемма SA). Если выключатель не нужен — поставьте перемычку.

Настройка

На плате предусмотрено 3 типа настройки:

— настройка плавности набора оборотов;

— настройка диапазона регулировки оборотов.

Для надежности в работе и правильности настройки рекомендуется выполнять настройку в следующей последовательности:

1) Н астройка плавности набора оборотов выполняется подстроечным резистором R1, который отвечает за плавность набора оборотов коллекторного двигателя.

2) Настройка таходатчика выполняется подстроечным резистором R3, что позволяет убрать рывки и дерганье в работе двигателя при регулировки скорости вращения.

3) Настройка диапазона регулировки оборотов выполняется подстроечным резистором R2. Настройка позволяет ограничить или увеличить минимальное число оборотов коллекторного двигателя, даже при минимально выкрученном потенциометре.

Подключение реверса

Для подключения реверсного переключателя необходимо убрать перемычку в двигателе (обмотка и щетки). Провода в переключателе разделены тремя парами проводов, одна из которых имеет залуженные концы. Пара с залуженными концами подключается к клемме M. Две оставшиеся пары подключаются к обмотке и щеткам. Какая пара будет подключена к обмотке или щеткам не имеет значения. Полярность подключения не имеет значения.

Пара проводов для подключения к таходатчику двигателя имеет зеленый или черный цвет.

Реверсный переключатель не входит в стандартную комплектацию платы и приобретается отдельно.

Схема подключения реверса к плате:

Плата настраивается и проверяется перед продажей!

Технические характеристики

Регуляторы стандартные

Что касается данных компонентов, то они реализуются множеством способов. Первая и самая простая схема – тиристорная. Такая технология применяется в бытовых приборах: стиральных машинах, дрелях, шуруповертах, пылесосах, и др. С легкостью подключаются к сетям переменного тока, в том числе и бытового назначения.

Стандартная схема

Работа этой схемы довольно простая: на всех участках сетевых токов, конденсатор получает ток при помощи резистора. Зарядка осуществляется до уровня открытия динистора, который подключен к регулирующим электродам сисмстора. После этого последний открывается и через него проходит ток к нагрузкам КД.

Схема дает возможность продуктивно регулировать время подзарядки конденсатора в управленческой цепи, а также определяя среднюю мощность напряжения, подаваемую на мотор.

Давайте упорядочим все шаги работы данной схемы. Вот они:

1. подача тока к конденсатору от источника питания на 220 вольт;
2. напряжение для пробоя динистора подается также, но уже через резистор переменного типа;
3. непосредственно пробой;
4. открытие симистора. Компонент работает непосредственно с показателями нагрузки;
5. чем выше напряжение – тем чаще симистор открывается.

Данная технология обеспечивает простое, но в то же время эффективное регулирование интенсивности оборотов. Но, в то же время применение стандартной схемы не обеспечивает обратной связи, что также стоит учитывать при ее реализации. Исходя из этого, нужно также знать, что при изменении показателей нагрузки, параллельно будут нуждаться в настройке обороты мотора.

Схема симисторная

Этот механизм имеет много общих параметров с диммером, применяемом для регулирования уровня яркости ламп накалывания. Обратная связь также отсутствует. Реализовать реверс по току моно, но с применением вспомогательной электроники. Это делается для того, чтобы беспрепятственно удерживать мощность на заданных показателях, не допуская перегревов и перегрузок.

Реостатная схема

Относится к модифицированным схемам, но, несмотря на это, ее реализация также отличается простотой. С помощью получается стабилизировать обороты, а также рассеивать огромное количество вырабатываемого тепла. Регулировка осуществляется с помощью радиатора, который нужно заранее заготовить. Надо обеспечить и эффективный отвод тепла, что приводит к потерям энергии и, как следствие – коэффициента полезного действия. Для того чтобы предотвратить эти недостатки, рекомендуют применять активное охлаждение на постоянной основе.

Реостатная схема пример

Полученный регулятор ограничитель отличается своей эффективностью, при реализации смены числа оборотов двигателя. Также достичь производительности помогут силовые транзисторы, «отбирающие» определенную долю напряжения. Это обусловливается тем, что количество тока из сети 220В доходит до мотора в меньшем объеме, благодаря этому, силовой агрегат не сталкивается с большими нагрузками.

Интегральная

Стабилизация также относится к модифицированным схемам. Здесь в основе процесса регулирования лежит таймер интегрального действия. Его основная задача – контролировать уровни нагрузки на электродвигатель. Здесь также находят свое применение транзисторы. Особенность обусловливается микроконтроллером, входящим в состав системы, при этом, обладающим высокими параметрами выходного напряжения.

В ситуациях, когда имеет место нагрузка в 0,1 ампер, все токи поступают напрямую на плату, обходя транзисторы. Чтобы обеспечить эффективную работу регулятора, необходимо, чтобы на затворе было напряжение 12в. Следовательно, для слаженной работы, электрическая цепь и уровень напряжения в источнике питания должны соответствовать этому диапазону. Ресурс регулятора позволяет устанавливать компонент в мощных модификациях, для точного и быстрого регулирования их работы.

Интегральная схема

Принцип действия

Говоря о бытовых и промышленных устройствах, таких как электропривод для медогонки 220В, подогреватель двигателя 220В с помпой и других системах, стоит помнить, что в момент запуска этих и других электроприводов происходит деформация обмотки силового узла с одновременным его нагревом. Приемником напряжения выступает контроллер, который осуществляет выпрямление тока через диод. Далее энергия направляется на систему конденсаторов, играющих роль фильтра. Выходной поток мощности представляет собой ток, проведенный через ШИМ-регулятор и выпущенный на обмотки ротора, настраивая двигатель для работы на определенной частоте вращения.

Настройка оборотов электрического привода медогонки или другого производственного оборудования выполняется несколькими способами изменения параметров подаваемого в обмотки двигателя энергоснабжения:

• снижение или увеличение показателя напряжения;
• изменение текущей частоты;
• регулировка силы тока.

Наиболее часто используемые типы регулировки оборотов:

• автотрансформаторная система реализована в виде движущегося контакта, который соприкасается с обмоткой. Это изменяет скорость вращения ротора. Такой тип управления используется в подогревателях двигателя 220В с помпой и других системах, где нужна четкая синусоида переменного напряжения и высокое сопротивление вероятной перегрузке;
• симисторное, или тиристорное, регулирование скорости меняет уровень подаваемого напряжения посредством активации тиристорной пары, собранной встречно, либо же их включение одновременно с симистором. Эта схема применяется не только в промышленных асинхронных электромоторах, но и в небольших бытовых приборах, таких как электрический привод медогонки, диммер, различные переключатели и пр.;
• внедрение сопротивления выполняется посредством одного или нескольких типов преобразователей – переменных резисторов, разделяющих устройств и др. Эта методика положительно зарекомендовала себя в однофазных конфигурациях моторов, где с ее помощью производится контроль скольжения. Изменение разницы между скоростью якоря и величиной магнитного поля статора эффективно способствует снижению оборотов. Для реализации настройки сопротивлением используются высокомощные электрические двигатели, так как на них можно дать меньше напряжения. При этом стандартное соотношение будет равно до двух раз в меньшую сторону.

Каждый тип управления имеет свои преимущества. Осуществлять выбор необходимо под конкретный двигатель (однофазный, трехфазный и т.д.), а также согласно параметрам потребителя.

Самостоятельное создание регулятора

Заводские регуляторы представлены в широком ассортименте, как в интернете, так и обыкновенных магазинах. Но, если у вас нет желания приобретать готовый компонент и вы хотите собрать его самостоятельно – это реально осуществить. Чтобы задача была успешной – необходимо следовать алгоритму конструкции и иметь в наличии все необходимые компоненты.

Нам понадобятся:

• проводки;
• готовая схема;
• конденсаторные схемы;
• тиристор;
• резистор;
• паяльник.

Ориентируясь на схему компоновки, мощностной и оборотный регулятор будет отвечать за контроль первого полупериода. Самодельный стабилизатор имеет такой алгоритм работы (пример нашей модели):

1. прибор, подключенный к стандартной сети питания на 220в, принимает ток на конденсатор;
2. компонент сразу же срабатывает, после получения заряда;
3. передача нагрузки к резисторам и нижним кабелям;
4. соединение положительного конденсаторного контакта к тиристорному электроду;
5. подача одного заряда напряжения на достаточном уровне;
6. открытие второго полупроводника;
7. конденсатор подает на тиристор нагрузку, он в свою очередь пропускает ее через себя;
8. конденсатор разряжается;
9. повторение полупериода;

Если мощность двигателя постоянного или переменного тока большая – регулятор обеспечивает экономную работу устройства. Для использования приспособления в своих бытовых, мощности и ресурса хватает. Но, когда нужно осуществлять регулирование оборотов без потери мощности и более крупных и производительных агрегатов, тогда стоит обратить внимание все же на заводские модификации. Несмотря на то, что такой вариант получится дороже, он обеспечит 100%-ю работоспособность и надежность.

А сейчас давайте рассмотрим другие, нестандартные, но довольно распространенные методы регулировки и стабилизации.

Способ 2

Здесь используется микросхема типа TDA 1085 со стандартной платой. Можно при желании создать собственную, «модернизировав» и изменив неподходящие элементы. К примеру, можно применять двухстороннюю печатную плату. Конденсаторные и резисторные детали могут применяться при поверхностном монтаже. Рекомендуется развести друг от друга низко- и высоковольтные цепи. А «земля» должна разводиться с учетом параметров микросхемы.

Пример собранной платы

В результате получается компактная двусторонняя плата, обеспечивающая точное регулирование.

Основные детали для сборки

Перед тем, как собрать регулятор, нужно запастись необходимыми элементами и инструментами. Это:

1. Достаточный набор проводков.
2. Схема (берется из технической литературы либо из интернета).
3. Паяльник для работы.
4. Конденсаторы, тиристор, резисторы и др.

К вниманию! Качественная регулировка достигается включением в схемы переменных резисторов, обеспечивающих плавное (либо ступенчатое) изменение количества оборотов.

Частотная регулировка

Для решения этой задачи применяются частотные преобразователи (драйверы, инверторы), которые присоединяются к прибору. Они обеспечивают выпрямление напряжения, поступающего от источника. Агрегаты внутри формируют напряжение и частоты на необходимых уровнях. Далее осуществляется подача этих параметров на эл двигатель.

Стабилизация коллекторного двигателя 12вВсе характеристики, необходимые для регулирования работы, частотник рассчитывает сам, ориентируясь на внутренние алгоритмы, которые установлены производителем.

Из преимуществ такого способа стоит выделить:

• быстрое достижение плавности регулировки частот оборотов электрического мотора;
• возможность изменения скоростей и направлений вращения моторов;
• требуемые параметры поддерживаются самостоятельно;
• экономические выгоды.

Из слабых сторон стоит выделить обязательность наличия преобразователя, который нужно приобретать отдельно. Но, справедливости ради отметим, что цена на частотники невысокая и они легко впишутся в бюджет любого дома, хозяйства, предприятия.

Виды двигателей

Регулятор оборотов с поддержанием мощности — изобретение, которое вдохнет новую жизнь в электроприбор, и он будет работать как только что приобретенный товар. Но стоит помнить о том, что двигатели бывают разных форматов и у каждого своя предельная работа.

Двигатели разные по характеристикам. Это значит то, что та или иная техника работает на разных частотах оборота вала, запускающего механизм. Мотор может быть:

В основном трехфазные электромоторы встречаются на заводах или крупных фабриках. В домашних условиях используются однофазные и двухфазные. Данного электричества хватает на работу бытовой техники.

Изменение числа полюсов

Уменьшение или увеличение количества пар полюсов – еще один эффективный способ провести регулировку. Этот вариант особо актуален для моделей двигателей многоскоростного действия со сложными роторными обмотками. Данные элементы разделены на определенные группы и чередуются в процессе работы. Осуществляется это посредством коммутации, подключением последовательным или параллельным способом.

К преимуществам такого варианта регулировки относят:

• высокий КПД силового агрегата;
• требовательные механические выходные характеристики.

Стоимость реализации – одна из самых высоких, если сравнивать с другими технологиями. Вес и размеры готовой установки также немаленькие, что требует наличия свободного места для монтажа. Сам мониторинг оборотов осуществляется со ступенью в 1500 – 3000 оборотов в минуту.

Как изготовить своими руками?

Существуют различные варианты схем регулировки. Приведём один из них более подробно.

Вот схема его работы:

Первоначально, это устройство было разработана для регулировки коллекторного двигателя на электротранспорте. Речь шла о таком, где напряжение питания составляет 24 В, но эта конструкция применима и для других двигателей.

Слабым местом схемы, которое было определено при испытаниях её работы, является плохая пригодность при очень больших значениях силы тока. Это связано с некоторым замедлением работы транзисторных элементов схемы.

Рекомендуется, чтобы ток составлял не более 70 А. В этой схеме нет защиты по току и по температуре, поэтому рекомендуется встроить амперметр и контролировать силу тока визуально. Частота коммутации составит 5 кГц, она определяется конденсатором C2 ёмкостью 20 нф.

При этом, рекомендуется подобрать величину R1 таким образом, чтобы правильно настроить работу регулятора. С выхода микросхемы, управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее идёт уже на транзисторы.

Печатная плата имеет размер 50 на 50 мм и изготавливается из одностороннего стеклотекстолита:

На этой схеме дополнительно указаны 2 резистора по 45 ом. Это сделано для возможного подключения обычного компьютерного вентилятора для охлаждения прибора. При использовании в качестве нагрузки электродвигателя, необходимо схему заблокировать блокирующим (демпферным) диодом, который по своим характеристикам соответствует удвоенному значению тока нагрузки и удвоенному значению питающего напряжения.

Работа устройства при отсутствии такого диода может привести к поломке вследствие возможного перегрева. При этом, диод нужно будет поместить на теплоотвод. Для этого, можно воспользоваться металлической пластиной, которая имеет площадь 30 см2.

Регулирующие ключи работают так, что потери мощности на них достаточно малы. В оригинальной схеме, был использован стандартный компьютерный вентилятор. Для его подключения использовалось ограничительное сопротивление 100 Ом и напряжение питания 24 В.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

При изготовлении силового блока (на нижнем рисунке), провода должны быть присоединены таким образом, чтобы было минимум изгибов тех проводников по которым проходят большие токи.Мы видим, что изготовление такого прибора требует определённых профессиональных знаний и навыков. Возможно, в некоторых случаях имеет смысл воспользоваться покупным устройством.

Проведение регулирование в моторах АС

Устройства, работающие от переменного напряжения, также поддерживают регулирование оборотов. Рассмотрим вкратце основные способы такого управления, характерные для АС модификаций с фазными роторами.

При помощи напряжения

Для этого используются автотрансформаторы типа ЛАТР, которые осуществляют изменение напряжения на моторных обмотках. Таким образом производится и регулирование оборотов вала.

Метод является подходящим также и для вариаций с короткозамкнутыми роторами. Оператор имеет возможность проводить управление в пределах от минимальных до номинальных параметров двигателя.

Регулятор

Определение сопротивления

Переменное сопротивление реостата (или несколько таких явлений) реализуется непосредственно в цепи ротора. Оно воздействует на роторное поле и показатели тока, из-за чего получается изменять величины скольжения и точное число оборотов электродвигателя. Существует закономерность: чем уровень тока меньше, тем выше показатель скольжения двигателя и меньше скорость.

Преимущества:

• широкий диапазон регулирования оборотов электрического оборудования;
• сдержанные выходные характеристики машины.

К недостаткам относят:

• уменьшение продуктивности мотора;
• общее снижение рабочих параметров механизма.

Применение двойного питания

Здесь используются двигатели с двойным питанием, подающимся через вентильные приспособления. Основной упор делается на изменение показателей скольжения. При регулировании работы крупных специализированных машин, компонент подает и регулирует величину ЭДС (электродвижущей силы) на ротор от отдельно выбранных источников напряжения.

Технические характеристики контроллера

В целом, такие самодельные приборы отвечают таким техническим параметрам:

• поддерживаемый диапазон напряжений = 110 − 240 Вольт;
• возможны нагрузки в 2,5 кВт;
• использование рабочей мощности в пределах 300 Вт;
• возможно регулировать обороты в диапазоне от 9 до 99%.

Если после ознакомления со всей информацией появляется вопрос, как сделать регулятор оборотов вашего двигателя, схемы и подсказки специалистов наверняка помогут разобраться в этом не хитром, по сути, деле. Да и способов существует несколько: навесной монтаж, на поверхности печатной либо монтажной платы.

Вывод

При подаче напряжения у асинхронных моделей моторов наблюдаются рывки ротора. Это явление негативно влияет на работу, как самого агрегата, так и его привода. Именно поэтому, регулировка осуществляется по принципу плавного старта. Он обеспечивается такими факторами:

• старт посредством ЛАТР;
• разгон и работу мотора путем переключения обмоток по схемам треугольник/звезда;
• применение защитных устройств, например, частотного преобразователя.

Важно при регулировании оборотов не потерять в мощности. Применение вышеописанных методов позволит определить вращения без снижения продуктивности. Широкий выбор заводских моделей, но, можно реализовать деталь и самостоятельно.

Способы подключения

Прежде чем начать интеграцию регулятора оборотов, необходимо изучить руководство. Там указан тип и механизм работы имеющейся модели. Без этой информации можно допустить ошибку и спровоцировать поломку модуля либо двигателя. Как правило, схема подключения регулятора оборотов не особенно отличается по разновидностям последних, поэтому в руководстве пользователя будет представлен чертеж типовой электроцепи.

Изучив схему интеграции, необходимо понять, как используется метод распиновки. С его помощью определяется количество выводов для полноценного управления имеющейся разновидностью электрического мотора. Далее проводится сопоставление выходных контактов электродвигателя и цветовых обозначений разъемов регулятора. Необходимо подбирать приборы так, чтобы не оставалось неподключенных выходов. Если какой-то контакт останется неиспользуемым, их можно закоротить, чтобы не нарушилась работа мотора. Когда все обозначения совпадут, можно начинать соединение и подключение к энергоснабжению.