11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды и устройство регуляторов оборотов коллекторных двигателей

Виды и устройство регуляторов оборотов коллекторных двигателей

Коллекторные двигатели часто можно встретить в бытовых электроприборах и в электроинструменте: стиральная машина, болгарка, дрель, пылесос и т. д. Что совсем не удивительно, ведь коллекторные двигатели позволяют получать и высокие обороты, и большой крутящий момент (в том числе высокий пусковой момент) — что и нужно для большинства электроинструментов.

При этом коллекторные двигатели могут питаться как постоянным током (в частности — выпрямленным), так и переменным током от бытовой сети. Для управления скоростью вращения ротора коллекторного двигателя применяют регуляторы оборотов, о них и пойдет речь в данной статье.

Для начала вспомним устройство и принцип работы коллекторного двигателя. Коллекторный двигатель включает в себя обязательно следующие части: ротор, статор и щеточно-коллекторный коммутационный узел. Когда питание подается на статор и на ротор, их магнитные поля начинают взаимодействовать, ротор начинает в итоге вращаться.

Питание на ротор подается через графитовые щетки, плотно прилегающие к коллектору (к ламелям коллектора). Для изменения направления вращения ротора, необходимо изменить фазировку напряжения на статоре или на роторе.

Обмотки ротора и статора могут питаться от разных источников или же могут быть соединены параллельно либо последовательно друг с другом. Так различаются коллекторные двигатели параллельного и последовательного возбуждения. Именно коллекторные двигатели последовательного возбуждения можно встретить в большинстве бытовых электроприборов, поскольку такое включение позволяет получить устойчивый к перегрузкам двигатель.

Говоря о регуляторах оборотов, прежде всего остановимся на самой простой тиристорной (симисторной) схеме (смотрите ниже). Данное решение применяется в пылесосах, стиральных машинах, болгарках, и показывает высокую надежность при работе в цепях переменного тока (особенно от бытовой сети).

Работает данная схема достаточно незатейливо: на каждом периоде сетевого напряжения конденсатор заряжается через резистор до напряжения отпирания динистора, присоединенного к управляющему электроду основного ключа (симистора), после чего симистор открывается и пропускает ток к нагрузке (к коллекторному двигателю).

Регулируя время зарядки конденсатора в цепи управления открыванием симистора, регулируют среднюю мощность подаваемую на двигатель, соответственно регулируют обороты. Это простейший регулятор без обратной связи по току.

Симисторная схема похожа на обычный диммер для регулировки яркости ламп накаливания, обратной связи в ней нет. Чтобы появилась обратная связь по току, например чтобы удерживать приемлемую мощность и не допускать перегрузок, необходима дополнительная электроника. Но если рассмотреть варианты из простых и незатейлевых схем, то за симисторной схемой следует реостатная схема.

Реостатная схема позволяет эффективно регулировать обороты, но приводит к рассеиванию большого количества тепла. Здесь требуется радиатор и эффективный отвод тепла, а это потери энергии и низкий КПД в итоге.

Более эффективны схемы регуляторов на специальных схемах управления тиристором или хотя бы на интегральном таймере. Коммутация нагрузки (коллекторного двигателя) на переменном токе осуществляется силовым транзистором (или тиристором), который открывается и закрывается один или несколько раз в течение каждого периода сетевой синусоиды. Так регулируется средняя мощность, подаваемая на двигатель.

Схема управления питается от 12 вольт постоянного напряжения от собственного источника или от сети 220 вольт через гасящую цепь. Такие схемы подходят для управления мощными двигателями.

Принцип регулирования с микросхемами на постоянном токе — это конечно ШИМ — широтно-импульсная модуляция. Транзистор, например, открывается с строго заданной частотой в несколько килогрец, но длительность открытого состояния регулируется. Так, вращая ручку переменного резистора, устанавливают скорость вращения ротора коллекторного двигателя. Данный метод удобен для удержания малых оборотов коллекторного двигателя под нагрузкой.

Более качественное управление — именно регулировка по постоянному току. Когда ШИМ работает на частоте порядка 15 кГц, регулируя ширину импульсов, управляют напряжением при примерно одном и том же токе. Скажем, регулируя постоянное напряжение в диапазоне от 10 до 30 вольт, получают разные обороты при токе порядка 80 ампер, добиваясь требуемой средней мощности.

Если вы хотите изготовить простой регулятор для коллекторного двигателя своими руками без особых запросов к обратной связи, то можно выбрать схему на тиристоре. Потребуется лишь паяльник, конденсатор, динистор, тиристор, пара резисторов и провода.

Если же нужен более качественный регулятор с возможностью поддержания устойчивых оборотов при нагрузке динамического характера, присмотритесь к регуляторам на микросхемах с обратной связью, способным обрабатывать сигнал с тахогенератора (датчика скорости) коллекторного мотора, как это реализовано например в стиральных машинах.

Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения двигателя, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.

Могут быть как одно-, так и трехфазными, благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.

В целом принцип работы коллекторного мотора можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.

Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.

Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.

В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

  • электронная схема подает сигнал на затвор симистора,
  • затвор открывается, по обмоткам статора течет ток, придавая вращение якорю М двигателя,
  • тахогенератор преобразует в электрические сигналы мгновенные величины частоты вращения, в результате формируется обратная связь с импульсами управления,
  • в результате ротор вращается равномерно при любых нагрузках,
  • реверс электродвигателя осуществляется с помощью реле R1 и R

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

Преимущества и недостатки

К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:

  • компактные габариты,
  • увеличенный пусковой момент, «универсальность» работа на переменном и постоянном напряжении,
  • быстрота и независимость от частоты сети,
  • мягкая регулировка оборотов в большом диапазоне с помощью варьирования напряжения питания.

Недостатком этих двигателей принято считать использование щеточно-коллекторного перехода, который обуславливает:

  • снижение долговечности механизма,
  • искрение между и коллектором и щетками,
  • повышенный уровень шумов,
  • большое количество элементов коллектора.

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания. Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.

Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.

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
  • Обобщенная схема регулятора
  • Разновидности коллекторных двигателей
  • Конструкция мотора
  • Выбор схемы
  • Особенности конструкции
  • Принцип управления

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

Рекомендуемые товары

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

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

Коллекторный двигатель: принцип действия и устройство, регуляторы оборотов, контроллер управления на ШИМ tda1085

  1. Коллекторные электродвигатели
  2. Регуляторы оборотов для КД
  3. Особенности бесколлекторного двигателя

В настоящее время коллекторные двигатели получили широкое применение в быту и на производстве. Такие электромеханические устройства могут быть как постоянного, так и переменного тока. В зависимости от их предназначения возникает необходимость в изменении скорости вращения оборотов электродвигателя. С такой задачей может справиться тиристорный регулятор напряжения или симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Коллекторные электродвигатели

Коллекторный двигатель (КД) представляет собой электрическую машину, которая преобразовывает электрическую энергию в механическую и обратно. Классифицируются КД по роду питающего тока, их разделяют на следующие группы:

  • Питание постоянным током. Имеют простую конструкцию, высокий пусковой момент и управляются плавной регулировкой частоты вращения.
  • Универсальные КД можно питать от постоянного и переменного напряжения. Основные достоинства: простота управления, недорогая стоимость и компактность.

КД постоянного тока в зависимости от типа индуктора могут быть на постоянных магнитах или дополнительных катушках возбуждения. Постоянные магниты создают необходимый магнитный поток, способствующий образованию вращающего момента. Двигатели, где применяются катушки возбуждения, различаются по типу обмоток.

Двигатели универсальные состоят из следующих элементов:


  1. Коллектора.
  2. Щеткодержателей для фиксации щёток.
  3. Щёток (графитовых или медно-графитовых), служащих для электрического контакта между статорными обмотками и обмотками якоря.
  4. Статорного сердечника, как правило, состоящего из электротехнической стали.
  5. Обмотки статора.
  6. Вала якоря.

Такого типа КД могут быть с параллельным и последовательным возбуждением.

Универсальные двигатели могут работать также и от переменного напряжения, когда при смене полярности в обмотках возбуждения возникает наводящий ток необходимого направления для реверсирования вращения якоря (аверс/реверс). Для регулировки скорости вращения вала электродвигателя, используются различные электрические схемы регуляторов оборотов коллекторных двигателей.

Регуляторы оборотов для КД

Существует несколько типов управляющих схем для регулировки оборотов коллекторных двигателей. Для маломощных устройств с напряжением питания 12 В (вольт) можно использовать реостат или простейшую схему, собранную на транзисторе, за основу которой можно взять любой компенсационный стабилизатор постоянного тока с регулировкой напряжения.

Для плавной регулировки оборотов якоря более мощного КД необходим тиристорный регулятор напряжения постоянного тока. Для протекания тока через тиристор необходимо на его управляющий электрод подать кратковременный импульс. В зависимости от частоты поданных импульсов создаётся порог открывания тиристора, что изменяет величину напряжения на выходе регулятора оборотов. Частоту импульсов можно изменять, включив в схему регулятора генераторный транзистор, например, КТ117, или собрать схему управления на таймере 555 (КР1006ВИ1 отечественного производства).

Такой регулятор постоянного тока можно использовать только с КД постоянного напряжения. Используя тиристоры в высокоиндуктивной нагрузке, так как они могут не до конца закрыться, чревато для выхода из строя регулятора.


Регулировку рекомендуется производить с помощью регулятора оборотов коллекторного двигателя с обратной связью, который задаёт скорость вращения с помощью формирователя опорного напряжения в схеме. В момент нагрузки скорость вращения снижается, а вместе с ней вращающий момент.

За счёт уменьшения противо-ЭДС между управляющим электродом и катодом тиристора возникшей в двигателе пропорционально увеличится напряжение управления на тиристоре. Увеличение величины напряжения, с малым фазовым углом, открывается тиристор и подаёт на двигатель максимальный ток.

Тиристор подбирается таким образом, чтобы пусковой ток КД не превышал его максимально допустимые параметры. Регулировку можно производить только на КД состоящих из щёточного узла.

Тиристорный регулятор по схематическим соображениям не может регулировать обороты асинхронных электродвигателей.

Особенности бесколлекторного двигателя


С виду бесколлекторный двигатель схож с КД, но по конструктивным особенностям имеется различие из-за отсутствия коллектора и щёток. В бесколлекторном двигателе постоянные магниты расположены вокруг вала, так называемого ротора, а обмотки находятся непосредственно на статоре вокруг ротора и имеют определённое количество пар полюсов, от которых зависит скорость мотора. Некоторые бесколлекторные моторы оснащаются сенсорными датчиками, предназначенными для слежения за положением ротора, и управляются электронными регуляторами скорости, собранными на контроллере.

Основными достоинствами бесколлекторных моторов являются отсутствие искрения щёток, создающих помехи, и отсутствие постоянного трения, повышающего температуру внутри двигателя. Отсутствие изнашивающихся частей — коллектора и щёток — увеличивает срок эксплуатации таких моторов, не считая замены подшипников. К недостаткам можно отнести лишь высокую стоимость изделия.

Особой популярностью пользуются однофазные асинхронные двигатели переменного тока, которые используют в различных станках на производстве, а также в бытовых электроприборах, где необходимо использовать разные скорости вращения. Для этих целей используется симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Регулятор оборотов асинхронного двигателя своими руками можно сделать на ШИМ-контроллере tda1085, который управляет симистором. Контроллер можно использовать для управления стиральной машиной совместно с таходатчиком, который считывает импульсы от тахогенератора. Регулирование оборотов осуществляется без потери мощности и независимо от нагрузки.

Мастеровым от мастерового.

На этих страницах вы узнаете о моих работах, изделиях и идеях. Я постараюсь дополнять свои видео текстом и изображениями, а так-же тем, что пропустил или вырезал из роликов. С уважением Шенрок Александр.

Ярлыки

  • Работа с деревом
  • регулятор оборотов
  • асинхронный двигатель
  • станки
  • ремонт электроинструмента
  • Обзор инструмента.
  • токарный по дереву
  • Лазерный гравёр из Китая
  • Кирпичное барбекю

Как сделать таходатчик.

Регулятор оборотов, с поддержанием мощности, о котором я рассказывал ранее, работает не только с коллекторными двигателями от стиральных машин. Но и с любым другим коллекторным двигателем рассчитанным на 220Вольт. Если двигатель рассчитан на постоянный ток, то потребуется небольшая доработка.
Для того, чтоб эта схема работала, нужно установить на двигатель датчик оборотов (таходатчик). Он будет отслеживать обороты вала двигателя и посылать сигналы на микросхему, которая в свою очередь будет управлять двигателем. Данная схема может работать с разными датчиками, и импульсными, и датчиком постоянного тока. Таходатчик постоянного тока — это может быть обычный микромоторчик из игрушек. Если вал двигателя и моторчика соединить, то при вращении двигателя моторчик будет вырабатывать электричество, чем быстрей вращать, тем больше напряжение. Вот по этому напряжению микросхема и будет следить за оборотами и регулировать двигатель. Подключается такой датчик к разъёму Х3.
Импульсных таходатчиков я знаю несколько. Это оптопара и датчик холла или обычная катушка на сердечнике в паре с магнитом. Оптопара — это на валу двигателя стоит диск с окошками (или окошком), с одной стороны диска источник света, с другой фотоэлемент. При вращении якоря фотоэлемент реагирует на «окошко» и посылает импульс на микросхему. Чем быстрее вращение, тем больше импульсов. Для датчика холла или катушки на якорь болгарки устанавливаем кольцевой магнит небольшого диаметра. Только ВНИМАНИЕ! с диаметральным намагничиванием, аксиальное намагничивание не подойдёт!

Полюсов может быть не обязательно 2, а 4, 6, и т. д.
теперь при вращении якоря полюса будут меняться и если поставить датчик холла то он будет посылать импульсы на микросхему в зависимости от полярности. Так-же можно поставить катушку (любую) или головку магнитофона и они тоже будут реагировать на смену полярности и посылать импульсы. Такие магниты и встречаются в комп. технике Например в куллерах, дисководах флоппидисков, сидиромах, жёстких дисках и др. Кстати, в них-же имеются и датчики холла.
Такие датчики подключаются к разъёму Х2.

Регулятор скорости коллекторного двигателя

Заказать

Вы можете приобрести готовое устройство (без шунта, и переменного резистора) . Для заказа нажмите на кнопку или направьте заказ на почту sales@digect.ru.

Регулятор скорости коллекторного двигателя с компенсацией нагрузки и защитой от перегрузки предназначен для изменения скорости вращения двигателя. При включении обеспечивая плавный старт при этом скорость вращения двигателя стабилизируется в независимости от нагрузки на валу двигателя (константная электроника).

Регулятор выполнен на ИМС U2010B и подойдет для большинства электроинструмента (болгарки, торцовки, фрезеры и т.п), оснащенного коллекторным двигателем (двигатель со «щетками») мощностью не более 2200 Вт.

Особенности

Update: Для нормальной работы функции плавного старта, выключатель должен находится в цепи 220В.

  1. Плавный старт. При подаче питания двигатель запускается плавно и без рывка, что сбережет редуктор, предохранит двигатель от преждевременного износа.
  2. Защита от перегрузки. При чрезмерной нагрузке на валу двигателя светодиод на регуляторе загорится указывая на то, что устройство перегружено, с еще большим увеличением нагрузки (вплоть до заклинивания) — регулятор остановит двигатель, восстановление работоспособности двигателя будет осуществлено согласно установленному режиму работы (см режимы работы).
  3. Функция регулирования оборотов двигателя. Возможность изменять обороты двигателя от нуля до максимума.
  4. Функция стабилизации оборотов двигателя. В середине диапазона оборотов регулятор будет пытаться стабилизировать обороты двигателя вне зависимости от нагрузки на валу двигателя.

Устройство, находится под высоким напряжением и не имеет гальванической развязки от питающей сети. Поэтому при работе с ним нужно соблюдать предельную осторожность. ВСЕ МАНИПУЛЯЦИИ с регулятором можно проводить ТОЛЬКО ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ И ПОЛНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ИХ ОТ СЕТИ В регуляторе отсутствует предохранитель, поэтому необходимо предусмотреть его установку. Эксплуатация устройства без предохранителя не допускается так как в случае короткого замыкания это может привести к пожару и другим негативным последствиям.

Регулятор оборотов может работать в трех режимах, которые определяются положением перемычки X1.

Режимы работы.

  1. Индикация перегрузки и последующий сброс на минимальные обороты. Для восстановления рабочих оборотов, необходимо выключить инструмент.
  2. Индикация перегрузки, последующий сброс на минимальные обороты, после снятие нагрузки с инструмента, восстанавливаются установленные обороты, т.е. происходит авто старт. Данный режим устанавливается при отсутствии перемычки, и является режимом по умолчанию.
  3. Только индикация перегрузки, без остановки двигателя и защиты.

Внешний вид и расположение элементов.

  1. Напряжение питания ≈220 В.
  2. Нагрузка, коллекторный двигатель. Максимальная нагрузка 2.2 кВт
  3. Светодиод индикации перегрузки. (в версии 2021 года,установлен SMD светодиод — посмотреть)
  4. Регулировка компенсации нагрузки.
  5. Регулировка перегрузки.
  6. Переменный резистор регулировки оборотов двигателя.
  7. Регулировка пределов регулировки скорости.
  8. Перемычка для установки режима работы устройства.
  9. Шунт R6, измерителя тока.

`

В версии 2021 года установлен smd светодиод, при этом отверстия для монтажа обычного светодиода оставлены, если вы хотите установить выводной светодиод (иногда это необходимо, если вы хотите удалить индикацию от платы при установке его в корпус), удалите штатный smd светодиод и впаяйте необходимый вам.

Обращаю ваше внимание на то, что включая устройство с неподключенным шунтом вы можете вывести из строя ИМС U2010B! Не подавайте питание на регулятор пока не смонтируете на нем шунт и переменный резистор.

Регулировка изделия.

Установите переменный резистор в положение соответствующем минимальным оборотам , подстроечный резистор R10 (компенсация нагрузки) установить в среднее положение , включаем устройство к сети 220В. Резистором R8 (amax) выставить минимальные обороты, Минимальные обороты должны быть таковы чтобы при включении питания двигатель начинал устойчиво вращаться. Далее необходимо настроить компенсацию нагрузки. Необходимо отметить что компенсация нагрузки, работает не во всем диапазоне оборотов двигателя, например на максимальных оборотах невозможно регулировать нагрузку так как на двигатель всегда подается максимальное напряжение. Установите обороты двигателя в среднее положение, при этом увеличивая нагрузку на валу любым доступным способом, например зажимая вал двигателя тряпкой, добейтесь поворотом резистора R10 такого состояния чтобы обороты двигателя были стабильными в независимости от нагрузки. В последнюю очередь настройте защиту от перегрузки. Выставьте обороты двигателя близко к минимальным и попробуйте затормозить двигатель выставив резистором R11 такое положение при котором при повышенной нагрузке загорался светодиод VD2, а при чрезмерном либо при заклинивании двигатель обесточивался.

На симистор VS1 для охлаждения возможно придется установить радиатор, а при мощности устройства более 1 кВт его установить просто необходимо чтобы избежать выход из строя устройства в результате перегрева.

Устройство может работать некорректно, если на двигателе установлена «конкурирующая» электроника, как пример в дисковой пиле Интерскол ДП-190 (посмотреть), установлен «плавный старт» и если его не убрать, то пила будет дергатся, обороты плавать, убедитесь что у вас нет ничего подобного!

Регулятор UX-52. Подключение к коллекторному мотору с таходатчиком. Вопрос.

Собственно, вопрос в заголовке. Имеется свежедоставленный из китая девайс. Инструкция на китайском. Есть сомнения в подключении.

Задача запустить коллекторный мотор с таходатчиком, от стиралки и не спалить не то не другое.

От аналогичных, более Простых отличается распиновкой. Информации по конкретно этой модельке в сети не нашел.

Есть понимание (примерное) что куда втыкать, но есть сомнения.

Может быть кто сталкивался с прямточнотакимже девайсом? Фото прилагаю.

Регулятор подключил: S1 и S2 — таходатчик, U1-U2 на цепь мотора, (между цепью ротора и статора на колодке контактов мотра — перемычка), Z2 не задействован.

Мотор запустился и регулятор отработал (регулировку) один раз, при повторном запуске начал брать макс. Обороты, на регулятор не реагировал, хотя при вращении колесика показания на дисплее менялись. На кнопку «стоп» так же по барабану, хотя «индикация стоп» при нажатии на дисплее загоралась.

Методом научного тыка выкупил пробитые семисторы bta08, 2 шт. Были заменены на bta16, установлены на радиатор (который китайцы не поставили вовсе) через термопасту. Конденсатор (впаян между U2 и Z2, довольно крупный) был выселен из корпуса наружу.

Но их (семисторы BTA16) тоже незамедлительно пробило — при запуске сразу ушел в максимальные обороты.

После семистор цепи L(AC)-U2 был заменен на btb16 (куплены ранее, отличия от bta16 в том, что корпус не изолирован от силы), установлен через диэлектрические прокладку и втулку на радиатор. Второй пробитый семистор (цепи U1-Z2) просто выпаял. Конденсатор отключил, его контакты заизолировал.

И оно заработало. Регулировка функционирует, в обе стороны естественно. На нагрузку реагирует — после небольшой просадки обороты возвращаются к заданным.

Кому может быть интиресно.:

Тахометр врет в полтора раза, то есть если на дисплее к примеру 1000, по факту

1500. Замерял сторонним тахометром.

Диапазон оборотов на заводских (предустановленных) настройках: 120 — 1400, можно выставить минимум — от 90 до 1000 и максимум — от 500 до 3000. Все цифры, естественно, умножаем на 1.5.

Инструкцию кое-как перевел (спасибо яков-пепеводчику), с подключением в ней так же не понятно. (Контакт Z2, то есть цепь U1-Z2, зовущаяся «вторичной обмоткой») непонятно куда девать, воозможно он нужен для реализации реверса «с кнопки на регуляторе».

Програмируемых функций достаточно много. Калибровка показаний тахометра кстати есть, но «на уменьшение» не отрабатывает
Можно «увеличить на 10», то есть подогнать под

1000 фактических оборотов 100 на показометре. Еще
теоретически можно настроить отображение оборотов «на шпинделе» (если использовать для какого либо агрегата, с изменением передаточного отношения тем или иным образом).

Все функции расписывать лень, и не факт что это кому-нибудь нужно. Если дам ума этой штуковине — напишу пост, сюда дополню ссылкой.

Чипгуру

  • Форум
    • Правила форума
    • Правила для Редакторов
    • Правила конкурсов
    • Руководство барахольщика
    • Ликбез по форуму
      • Изменить цвет форума
      • Как вставлять фотографии
      • Как вставлять ссылки
      • Как вставлять видео
      • Как обозначить оффтоп
      • Как цитировать
      • Склеивание сообщений
      • Значки тем
      • Подписка на темы
      • Автоподписка на темы
    • БиБиКоды (BBCode)
    • Полигон для тренировок
  • Калькуляторы
    • Металла
    • Обороты, диаметр, скорость
    • Подбора гидроцилиндров
    • Развертки витка шнека
    • Расчёт треугольника
    • Теплотехнический
    • Усилия гибки
  • Каталоги
    • Подшипников
    • Универсально-сборные пр.
    • УСП-12
  • Справочники
    • Марки стали и сплавы
    • Открытая база ГОСТов
    • Применимость сталей
    • Справочник конструктора
    • Справочник ЧГ сталей
    • Сравнение материалов
    • Стандарты резьбы
  • Таблицы
    • Диаметров под резьбу
    • Конусов Морзе
    • Номеров модульных фрез
  • Ссылки
  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск
  • Наша команда

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

  • Версия для печати
  • Перейти на страницу:

Управление коллекторным двигателем с помощью U211b и таходатчика.

Сообщение #1 omich » 11 май 2016, 15:17

Удивительно, но поиски по всему интернету на предмет реализации хоть кем-нибудь схемы на U211b приводят только на схемы с tda1085 и только упоминания, что можно и на U211b сделать не хуже, а также попадается разобранный инструмент, в котором схема построена именно на U211b и, сколько бы не искал, а искал еще со времен, когда переделал точило на U2010b, так больше и ни разу и не попалось ни одной разработки. Ну что же, приходится быть первопроходцем.

Как ранее упомянул, сначала я сделал управление точилом с коллекторным двигателем на U2010b, где обратная связь была по току и обороты поддерживались, хоть и значительно лучше заводской схемы, но все-таки довольно приблизительно, эта же схема на U211b позволяет поддерживать обороты при помощи таходатчика с очень большой точностью.

C1 = 0,015µ х 630v Пленочный, аналог К73-17
C2 = 0,47µ 630v Пленочный, аналог К73-17
C3 = 4.7µ СМД 1206
C4 = 22n СМД 0805 или 1206
C5 = 100µ 35v Электролит
C6 = 2.2µ СМД 0805 или 1206
C7 = 6.8n СМД 1206
C8 = 0,68µ СМД 0805 или 1206
C9 = 0,022 СМД 0805 или 1206
C10 = 0,47µ СМД 1206
C11 = 0,1µ СМД 0805 или 1206
C12 = 47µ 25v Электролит

DD1 = U211b SOIC16

HS1 = A3144E — Датчик холла. Можно заменить на TLE4905L либо любым аналогичным, в том числе и добыть из компьютерных кулеров.
OP1 = ITR8307 — Оптический датчик, применяется в соотвествующей схеме.

R1 = 1.1k 0,25 Вт
R2 = 100 2 Вт
R3 = подбирается по току по формуле в схеме, возможно изготовить из проволоки
R4 = 10 2 Вт
R5 = 1M 0,25 Вт
R6 = 220k 0,25 Вт
R7 = 470k 0,25 Вт
R8 = 1M Подстроечный тип 3296 или любой подходящий по размеру
R9 = 510 СМД 0805 или 1206
R10 = 1М Подстроечный тип 3296 или любой подходящий по размеру
R11 = 82k СМД 1206
R12 = 820k СМД 0805 или 1206
R13 = 2,2k СМД 0805 или 1206
R14 = 10k СМД 0805 или 1206
R15 = 100k Переменный резистор, подбирать чисто под вашу конструкцию.
R16 = «Set speed min» Я установил перемычку, но так можно ставить СМД 0805 или 1206
R17 = «Set speed max» Я установил перемычку, но так можно ставить СМД 0805 или 1206

VD1 = HER108 можно заменить на любые 1А 1000в
VD2 = HER108 можно заменить на любые 1А 1000в
VD3 = BZV85C15 стабилистрон на 15 вольт

VS1 = BTA16-600 симистор. Если нужно управлять очень мощным двигателем, то можно поставить и BTA41-800 на радиаторе.

Моя схема несколько отличается от даташитовской. На схеме нумерация деталей своя, так мне проще было рисовать печатную плату, но в скобках сохранил нумерацию из даташита, т.к. если кому захочется почитать про работу схемы в оригинале из даташита, то будет легко разобраться. Так же в скобках у микросхемы соответствуют выводы для корпуса DIP18, который только такой приводится в описании, а у меня SOIC16.
Схему я сначала собрал по даташиту, но для питания датчика холла потребовался более большой ток и резистор по питанию пришлось уменьшать вдвое, из-за чего получилась батарея из четырех 2-х Вт резисторов по 36 кОм, что в сумме дало 9 кОм. Не понравилось, что эта конструкция довольно сильно грелась, а в условиях закрытого корпуса это совсем нехорошо. Пришлось вспомнить физику и рассчитать вместо резисторов конденсатор. Формула C = 1 /(2πƒXc), где емкость в фарадах т.е. C=1/(2*3.14*50)/9000*1000000=0.35 мкф. Я взял конденсатор чуть побольше, 0,47мкф х 630в, чтобы ток был с запасом, т.к. 9 кОм из резисторов было на пределе. Холл оказался довольно прожорливым и потреблял либо 6, либо 27 mA в зависимости от переключения. Ну а чтобы микросхеме не поплохело от слишком большого тока, когда холл потребляет 6 mA, а микросхема сама всего около 3 mA, то ограничил питание стабилитроном на 15 вольт, чтобы не микросхема это делала, а он. Микросхема ограничивала на уровне 16 вольт, так что теперь вместо нее работает стабилитрон. Формулу расчета привел, чтобы если понадобится переделать под свой тип датчика, то можно было ток легко пересчитать.
На счет примения других датчиков, так это делается запросто, можно применить хоть оптический (в даташите есть пример с резистивным питанием, но никто не мешает переделать как у меня на конденсторное) , так и тахогенератор на катушке индуктивности. Самое главное, что микросхеме на входе нужна частота в любом виде, хоть синусоида, хоть импульсы — микросхема все-равно внутри преобразует любой сигнал на уровне 100 mv с гистерезисом в 50 mv(для помехозащищенности). Сама же микросхема ограничит уровень входного сигнала до 8 вольт, так что можно подавать сигнал с тахогенератора через резистор. Просто в отличии от TDA1085, где при превышении уровня у микросхемы «сносит крышу», то тут она будет работать нормально.

Также была подстава по даташиту с конденсатором C11 (C5 по даташиту) . В даташите его нарисовали 1n и у меня вначале ни как не хотел работать преобразователь частота/напряжение. Оказалось, что для моего магнита 4S и 4N, т.е. четыре смены полюсов за оборот, соответственно, 4 импульса с датчика холла, это была катастрофически маленькая емкость. В итоге, удалось подобрать ее гораздо большей в 0,1 мкф и линейность преобразования стала как раз такой, как нужна. Так что при применении датчиков с другим количеством импульсов за оборот, линейность преобразования «частота/напряжение» подбирается именно этим конденсатором.
ЗЫ. Этот конденсатор, действительно, оказался довольно важный для настройки схемы. У форумчанина oyoy получилось нормально настроить схему при емкости 875 Пф.

Для наглядности работы схемы снял небольшое видео:

http://www.youtube.com/embed/xgm6vuGGDBk
Плата изначально была разведена под резисторы в питании, но прямо на ней же удалось переделать на новую конденсаторную схему.

В видео я комментировал субтитрами на счет очень мягкой характеристики двигателя, так вот на своей плате вообще перемкнул перемычкой резистор R3 (R8 по даташиту) . Поскольку, этот двигатель очень маломощный, то он легко «проглатывает» даже полную остановку и большой разницы между рабочими токами и током остановленного двигателя нет, поэтому срабатывание защиты только мешает. Ну а защита, насколько я понял, пока ее не отключил, работает следующим образом: При достижении на токоизмерительном резисторе порогового напряжения, схема сбрасывает напряжение на двигателе до какого-то уровня и «поглядывает» за частотой вращения и как только обороты начинают набираться в сторону установленных переменным резистором, то начинается плавный старт, как и при первоначальном пуске.

Кого заинтересовало управление коллекторного двигателя на U211b с таходатчиком или тахогенератором и захочет повторить конструкцию, то выкладываю печатную плату в формате Sprint-Layout 6.0.
В архиве с печатными платами наряду с U2010b добавил как вариант с резисторами, так и с конденсаторным питанием, но рекомендую делать конденсаторную, работает она замечательно.
Появился еще вариант печатной платы для корпуса DIP18 от форумчанина oyoy.

Ну и немного фоток:
Добываем магниты для датчика из сломанного HDD (подобные водятся и с кулерах и CD приводах и еще много где еще) :

Устанавливаем на вал двигателя:

Пока еще окончательно не решил как закрыть магнитную систему от железных опилок. Гайку с одной стороны сделал круглой и шлифанул до зеркала, чтобы потом закрыть отверстие чем-нибудь типа фетровой шторки.

Управление коллекторным двигателем с помощью U2010B

Как переделывал:
Из специализированных микросхем приглянулись Phase Control фирмы Atmel. Там есть простой вариант на U2008B, но в ней не предусмотрено обратной связи, чтобы поддерживать заданные обороты. Есть и U211B(или U209B — урезанный вариант U211B), но для нее нужен тахогенератор, который у точила не предусмотрен, поэтому наиболее подходящая для моих целей оказалась U2010B, у которой есть и обратная связь по току и защита от перегрузки и плавный старт.

( Кстати, схема на U211b с таходатчиком мной реализована тут) .

Схему взял из даташита без какой-либо переделки:

Делали обозначены согласно оригинальной схеме:
R1 — 2 шт. по 36 кОм 2 Вт (в оригинале один резистор на 18 кОм 2 Вт, но он ощутимо греется, поэтому лучше сделать из двух)
R2 — 1 шт. 330 кОм 0,125 Вт
R3 — 1 шт. 180 Ом 0,5 Вт
R4 — 1 шт. 3,3 кОм 0,125 Вт
R5 — 1 шт. 3,3 кОм 0,125 Вт
R6 — надо подбирать по формуле
R7 — 1 шт. 7,5 кОм 0,125 Вт
R8 — 1 шт. подстроечный 470 кОм
R10 — 1 шт. подстроечный 100 кОм
R11 — 1 шт. подстроечный 1 мОм
P1 — 1 шт. переменный резистор 50 кОм (с ручкой регулировки и выключателем)
Симистор BTA16-600
Конденсаторы:
Электролитические
С1 — 1 шт. 22 мкф х 50 вольт
С2 — 1 шт. 4,7 мкф х 50 вольт
С7 — 1 шт. 1 мкф х 50 вольт
Керамические с выводами
С3 — 1 шт 0,015 мкф
С4 — 1 шт 0,15 мкф
С5 — 1 шт 0,1 мкф
Светодиод D3 любой малогабаритный(5 мм) красного цвета. Обозначает перегрузку.
И не забыть про микросхему U2010b

ЗЫ. R14 я вообще не ставил, а заменил перемычкой

Для нее разработал маленькую печатную плату размером 60х65 мм:

Обозначение элементов соответствует даташиту. Переменный резистор(обозначен P1) с выключателем(это чуточку доработал схему) и контакты выключателя разрывают сетевое напряжение(на схеме этого нет).

Вытравил и просверлил печатную плату:

На всех схемах только обозначено напряжение на R6 и нигде не указано каким оно должно быть. Проведя некоторые исследования, натолкнулся на ответ техподдержки фирмы:

Question
Is the 250 mV value also valid for 120V systems, or is it only valid for 240V?
Also, is the signal peak-to-peak or RMS?

Answer
Independent of supply voltage, the 250 mV value is the suggested voltage drop on the current sense resistor R6. This value should be considered being inside the linear signal transmission of current detection. The 250 mV value defines the effective RMS value, hence the corresponding peak value measures about 350 mV. Refer to the typical diagram of load current detection in the datasheet, Fig.5-7.

—————
Из их ответа ясно, что падение на резисторе 250 милливольт является не пиковым, а действующим и не зависит от напряжения питания сети. Исходя из этого R6 можно легко рассчитать.

Рассчитать R6 можно исходя из мощности двигателя по формуле:
R6 = U R6 /(P двиг /U пит ), где U R6 — напряжение на R6 (250 мВ), P двиг — мощность двигателя, U пит — напряжение питания сети.
Для точила с двигателем мощностью 150 ватт рассчитываем: R6= 0,25/(150/220) = 0,37 Ом

Настройка схемы:
Переменный резистор P1 установить на минимальные обороты двигателя, т.е. по схеме движок потенциометра должен быть повернут к резистору R14 на схеме, но, т.к. я его на плате не разводил, то к минусу C7 и подстроечным резистором R8 выставить самые минимальные обороты двигателя. Я сделал, чтобы двигатель не крутился, но на нем уже было около 20-ти вольт. Если сделать, чтобы совсем был ноль, то тогда становится слишком нелинейная зависимость управления резистором P1, т.е. при его повороте сначала двигатель не крутится, а потом резко «срывается с места».
Внимание! Еще пришлось добавить чуточку емкости C3, а иначе за период выдавалось несколько импульсов управления и схема работала неправильно,т.е. обороты двигателя практически не регулировались и двигатель работал на полную. Выяснить причину удалось с помощью осциллографа. Емкость 10n, похоже, рассчитана на 60-герцовую сеть. Я ему добавил параллельно емкость 102K(0,001 мкф), т.е. в итоге C3 получился 0,011 мкф (думаю, можно даже поставить 0,015 мкф) и схема сразу заработала правильно.
Еще одна тонкость — это нужно 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. делает слишком большую компенсацию нагрузки, чем надо), а потом отключается, а если резистор будет мал, то не будет обеспечиваться компенсация нагрузки. У меня при расчетном значении 0,37 Ом на практике лучше получилось с 0,33 Ом. Резистором R10 как раз настраивается компенсация нагрузки. Я настраивал так: Включил на средних оборотах и притормаживая вал двигателя через тряпку, выставил этим резистором, чтобы обороты не менялись при изменении нагрузки. Одновременно с этим поглядывал на вольтметр подключенный к двигателю. При увеличении нагрузки на двигатель схема прибавляет напряжение и двигатель крутится с одинаковой скоростью. На максимальных оборотах настраивать бесполезно, т.к. там уже подается полное напряжение сети и обороты компенсировать нечем.
А вот как настраивается и на что действует резистор R11, я так и не понял. Крутил его от одного края до другого и при этом тормозил двигатель, чтобы попытаться «поймать» уровень перегрузки, но может из-за того, что двигатель слишком маломощный и на нем даже в заклиненном состоянии ток не очень большой, перегрузка так и не срабатывала.

В общем схема работает именно так, как и ожидалось, а точило теперь неплохо держит обороты не только при изменении нагрузки, но и при изменении питающего напряжения. Я ЛАТРом на средних оборотах менял сетевое напряжение от 200 до 240 вольт и обороты держались одинаковыми. Т.е. теперь схемы зажигания отлаживать будет гораздо удобнее. А еще теперь максимальные обороты возросли, т.к. новая схема «на максимуме» полностью открывает симистор, а старая вольт 15 оставляла, т.е. симистор открывался с задержкой и часть периода не использовалась.

Новая отлаженная схема почти установленная вместо старой (старая на фото в левом нижнем углу) .

ЗЫ. Резистор R3 увеличил на 51 Ом. Импульсы управления с микросхемы идут амплитудой 8 вольт, поэтому R3 можно сделать побольше 180 Ом обозначенных на схеме.

ЗЫ.ЗЫ. Как же мне теперь нравится как двигатель с этой новой схемой здорово держит обороты. Можно теперь легко задать обороты 1. 2 оборота в секунду и магнит стенда крутится абсолютно ровно и без рывков. Раньше такие обороты было просто невозможно установить. Сила магнита не маленькая и раньше двигатель или быстро мог крутить магнит или останавливался. Двигатель точила работает так, как будто у него обратная связь с тахометром, хотя на самом деле нет.

Кому интересно и захочет повторить конструкцию, то выкладываю печатную плату в формате Sprint-Layout 6.0.
По просьбам трудящихся развел плату и для корпуса Dip16.
В архиве теперь раводка и для SMD и для Dip корпусов U2010b, а также компактная на СМД деталях для гравера.

ЗЫ. Спасибо ironcover за найденную ошибку. Конденсатор C1 у меня был разведен и припаян неправильно. Самое удивительное, что уже столько времени проработал и не рванул. В печатной плате я исправил и обновил ссылку.

А это вторая плата, которая управляет кухонным вентилятором:

(Для фото сессии, коробочку с платой, приклеенной на двухсторонний скотч, оторвал от стены)

А это, как переделывал простенькую болгарку под плавный старт и регулировку оборотов(картинка кликабельная):

Добавил еще плату для гравера, для замены его родной простейшей схемы, была как и заводская у точила.
Плата 23х52 мм:

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector