Производить регулировку скорости вращения вала коллекторного электродвигателя, имеющего малую мощность, можно подсоединяя последовательно в электроцепь его питания резистор. Но данный вариант создает очень низкий КПД, и к тому же отсутствует возможность осуществлять плавное изменение скорости вращения.
Основное, что этот способ временами приводит к полной остановке электродвигателя при низком напряжении питания. Регулятор оборотов электродвигателя постоянного тока, описанные в данной статье, не имеют эти недостатки. Данные схемы можно с успехом применять и для изменения яркости свечения ламп накаливания на 12 вольт.
Основные функции регулятора оборота
Использование подобных преобразователей позволяет достичь многих целей, а именно:
- возможность ступенчатого разгона и снижения оборотов электродвигателя, что ведет к уменьшению нагрузок и меньшему потреблению электрической энергии;
- можно осуществить плавный запуск, а при мгновенном максимальном разгоне мотор получает сверхвысокие нагрузки, перегрев обмотки и иных приводов;
- как средство дополнительной защиты электронных механизмов;
- сокращение расходов на техобслуживание силовых агрегатов и насосов, так как снижаются риски поломок привода, а также отдельных механизмов.
Без похожих встроенных устройств не обходятся сварочные аппараты, стабилизаторы напряжения, ПК, телевизоры и т.д.
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.
Принцип работы контроллера
Любой регулятор оборотов коллекторного двигателя можно соорудить как в отдельном корпусе, так и вмонтировать в сам инструмент. Автономный вариант дает возможность использовать его, в случае необходимости, с различными инструментами. В любом случае, на принципе функционирования регулятора это не сказывается, т.е.:
- питание от общей сети в 220 Вольт будет направляться на конденсатор;
- происходит полная зарядка конденсатора;
- затем нагрузка будет передаваться на резистор, а также нижний кабель;
- электрод у тиристора (который соединен с «+» на конденсаторе) получит нагрузку;
- начинает передаваться заряд напряжения;
- открывается 2-ой полупроводник;
- тиристор осуществляет пропуск нагрузки, полученной с конденсатора;
- происходит полная разрядка конденсатора;
- повтор полупериода (чем выше напряжение, тем чаще происходит повторение цикла).
Такие самодельные электронные регуляторы оборотов 220В, сделанные своими руками, долговечны, надежны, компактны по своим габаритам, бесшумны, и в то же время дают возможность тонко настроить работу всего привода.
Общие сведения
Электродвигатели переменного тока получили широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности человека, а именно — модели асинхронного типа. Основное назначение двигателя как электрической машины — трансформация электрической энергии в механическую. Асинхронный в переводе означает неодновременный, так как частота вращения ротора отличается от частоты переменного напряжения (U) в статоре. Существует две разновидности асинхронных двигателей по типу питания:
Однофазные применяются для домашних бытовых нужд, а трехфазные используются на производстве. В трехфазных асинхронных двигателях (далее ТАД) используются два вида роторов:
- замкнутые;
- фазные.
Замкнутые составляют около 95% от всех применяемых двигателей и обладают значительной мощностью (от 250 Вт и выше). Фазный тип конструктивно отличается от АД, но применяется достаточно редко по сравнению с первым. Ротор представляет собой стальную фигуру цилиндрической формы, которая помещается внутрь статора, причем на его поверхность напрессован сердечник.
Короткозамкнутый и фазный роторы
Впаянные или залитые в поверхность сердечника и накоротко замкнутые с торцов двумя кольцами высокопроводящие медные (для машин большой мощности) или алюминиевые стержни (для машин меньшей мощности) играют роль электромагнитов с полюсами, обращенными к статору. Стержни обмотки не имеют какой-либо изоляции, так как напряжение в такой обмотке нулевое.
Более часто используемый для стержней двигателей средней мощности алюминий отличается малой плотностью и высокой электропроводностью.
Читать также: Стол для раскроя своими руками
Для уменьшения высших гармоник электродвижущей силы (ЭДС) и исключения пульсации магнитного поля стержни ротора имеют определенным образом рассчитанный угол наклона относительно оси вращения. Если используется электромотор маленькой мощности, то пазы представляют собой закрытые конструкции, которые отделяют ротор от зазора с целью увеличения индуктивной составляющей сопротивления.
Ротор в виде фазного исполнения или типа характеризуются обмоткой, концы ее соединены по типу «звезда» и присоединены к контактным кольцам (на валу), по которым скользят графитовые щетки. Для устранения вихревых токов поверхность обмоток покрывается оксидной пленкой. Кроме того, в цепь обмотки ротора добавляется резистор, позволяющий изменять активное сопротивление (R) роторной цепи для уменьшения значений пусковых токов (Iп). Пусковые токи отрицательно влияют на электрическую и механическую части электромотора. Переменные резисторы, используемые для регулирования Iп:
- Металлические или ступенчатые с ручным переключением.
- Жидкостные (за счет погружения на глубину электродов).
Щетки, выполненные из графита, изнашиваются, и некоторые модели оборудованы короткозамкнутым конструктивным исполнением, которое поднимает щетки и замыкает кольца после запуска мотора. АД с фазным ротором являются более гибкими в плане регулирования Iп.
Конструктивные особенности
Асинхронный двигатель не имеет выраженных полюсов в отличие от электромотора постоянного тока. Число полюсов определяется количеством катушек в обмотках неподвижной части (статор) и способом соединения. В асинхронной машине с 4-мя катушками проходит магнитный поток. Статор выполняется из листов спецстали (электротехническая сталь), сводящих к нулю вихревые токи, при которых происходит значительный нагрев обмоток. Он приводит к массовому межвитковому замыканию.
Железняк или сердечник ротора напрессовывается непосредственно на вал. Между ротором и статором существует минимальный воздушный зазор. Обмотка ротора выполняется в виде «беличьей клетки» и сделана из медных или алюминиевых стержней.
В электромоторах мощностью до 100 кВт применяется алюминий, обладающий незначительной плотностью — для заливки в пазы сердечника ротора. Но несмотря на такое устройство, двигатели этого типа греются. Для решения этой проблемы используются вентиляторы для принудительного охлаждения, которые насаживаются на вал. Эти двигатели просты и надежны. Однако двигатели потребляют при пуске большой ток, в 7 раз больше номинального. Из-за этого они имеют низкий пусковой момент, так как большая часть энергии электричества идет на нагрев обмоток.
Электромоторы, у которых повышенный момент пуска, отличаются от обыкновенных асинхронных конструкцией ротора. Ротор изготавливается в виде двойной «беличьей клетки». Эти модели имеют сходство с фазными типами изготовления ротора. Он состоит из внутренней и наружной «беличьих клеток», причем наружная является пусковой и обладает большим активным и малым реактивным R. Наружная обладает незначительным активным и высоким реактивным R. При увеличении частоты вращения I переключается на внутреннюю клетку и работает в виде короткозамкнутого ротора.
Принцип работы
При протекании I по статорной обмотке в каждой из них создается магнитный поток (Ф). Эти Ф сдвинуты на 120 градусов относительно друг друга. Полученный Ф является вращающимся, создающим электродвижущую силу (ЭДС) в алюминиевых или медных проводниках. В результате этого и создается пусковой магнитный момент электромотора, и ротор начинает вращаться. Этот процесс называется еще в некоторых источниках скольжением (S), показывающим разность частоты n1 электромагнитного поля стартера, которое становится больше, чем частота, полученная при вращении ротора n2. Вычисляется в процентах и имеет вид: S = ((n1-n2)/n1) * 100%.
Значение S при начальном старте электромотора равно примерно 1, но при возрастании значений n2 становится меньше. В этот момент I в роторе уменьшается, следовательно, и ЭДС становится меньше номиналом. При холостом ходе S минимально, но при увеличении момента статического взаимодействия ротора и статора эта величина достигает критического значения. Если выполняется неравенство: S > Sкр, то мотор работает нормально, однако при превышении значения Sкр он может «опрокинуться». Опрокидывание вызывает нестабильную работу, но с течением времени исчезает.
Основные детали для сборки
Перед тем, как собрать регулятор, нужно запастись необходимыми элементами и инструментами. Это:
- Достаточный набор проводков.
- Схема (берется из технической литературы либо из интернета).
- Паяльник для работы.
- Конденсаторы, тиристор, резисторы и др.
К вниманию! Качественная регулировка достигается включением в схемы переменных резисторов, обеспечивающих плавное (либо ступенчатое) изменение количества оборотов.
Основные элементы, которые входят в структуру частотного преобразователя
Частотный преобразователь состоит из следующих компонентов:
- Мостовой выпрямитель на 1 или 3 фазы, оборудован конденсатором на выходе, является источником постоянного напряжения.
- Мостовой инвертор (IGBT) питается постоянным напряжением с помощью широтно-импульсного метода модуляции, служит для генерации напряжения переменного тока с изменяемой амплитудой и частотой.
- Модуль управления, который подает команды проводимости на инвертор. Они зависят от сигналов, подаваемых оператором и сведений о результатах измерений электрических величин (сетевое напряжение, нагрузочный ток двигателя).
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.
Частота вращения
Частоту оборотов АДКР (N) вычисляют по формуле: 60F (частота напряжения в сети)/p (число полюсных пар статора, измеряется в об/мин).
Обычно тех. характеристики указаны на корпусе двигателя. Если такой информации по какой-то причине нет, то число оборотов вычисляют по другим признакам:
- количеству катушек;
- учитывается диаметральный шаг отмотки;
- количеству полюсов по сердечнику статора.
- Фейсбук
- Гугл+
- ЖЖ
- Blogger
Возможности «слабых» токов
Различные детские игры, робототехника, приусадебная автоматика используют двигатели с малой мощностью, которые работают от источников питания в 12 Вольт. Регулировку скорости вращения в таких устройствах можно сделать, подсоединив последовательно в цепь резистор. Но при этом достигается низкий КПД, и нет возможности плавно менять скорость вращения. Иногда, при низком напряжении, может произойти полная остановка двигателя.
А сделанный своими руками регулятор оборотов на 12В будет полностью соответствовать необходимым характеристикам, хотя включает в себя минимум элементов: транзистор, операционный усилитель, таймер и микросхему.
Обратите внимание!
Мебель из поддонов своими руками (140 фото) — поэтапный мастер-класс со схемами и чертежами, идеи дизайна
Журнальный столик своими руками — руководство по изготовлению с полным описанием этапов, выбор материалов (120 фото идей)
Корзина для белья своими руками (130 фото идей): пошаговый мастер-класс для изготовления своими руками, выбор материалов, варианты дизайна
Если намечается использовать более сильные нагрузки, можно взять более мощный полевой транзистор или собрать более сложные системы, имеющие повышенную точность регулировки (с таймером).
Различные варианты схем позволяют создавать не только одноканальные, но и двухканальные регуляторы.
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.
Основные советы мастерам
Перед тем, как подобрать наиболее эффективный вариант регулятора, стоит учесть некоторые подсказки:
- одним из важнейших критериев при выборе является мощность, которая должна превышать либо соответствовать данным на используемом приборе или агрегате;
- для коллекторных двигателей чаще выбирают векторные регуляторы, но скалярные более надежны;
- напряжение должно соответствовать допустимому диапазону;
- проводки выбираются не слишком длинные;
- надежное запаивание мест соединения и хорошая изоляция;
- так как основным предназначением устройства является преобразование частоты, данный аспект выбирается в соответствии с теми или иными техническими требованиями.
Получается, что при старании можно и снизить уровень шума вентилятора у ПК, уменьшив напряжение и число оборотов при помощи транзистора и двух резисторов.
Такая работа по сборке простого контроллера полезна для получения дополнительных полезных навыков, к тому же, поможет сэкономить деньги.
Обратите внимание!
- Зеркало с подсветкой своими руками — пошаговый мастер-класс по изготовлению своими руками, фото видов подсветки
Подставка для цветов своими руками -ТОП-100 фото вариантов подставки, подробная инструкция, схемы и чертежи от мастеров
Реставрация мебели своими руками: способы реставрации, пошаговый мастер-класс, необходимые инструменты и материалы
Внедрение автоматических систем управления
Наличие в регуляторах и частотных преобразователях микроконтроллерного управления позволяет улучшить параметры работы привода, а сам мотор может работать в полностью автоматическом режиме, когда используемый контроллер плавно или ступенчато изменяет показатели частоты вращения агрегата. Сегодня в качестве микроконтроллерного управления используются процессоры, которые имеют отличающееся число выходов и входов. К такому микроконтроллеру можно подключить различные электронные ключи, кнопки, всевозможные датчики потери сигнала и так далее.
В продаже можно найти различные типы микроконтроллеров, которые отличаются простотой в использовании, гарантируют качественную настройку работы преобразователя и регулятора, а наличие дополнительных входов и выходов позволяет подключать к процессору различные дополнительные датчики, по сигналу которых устройство будет уменьшать или увеличивать число оборотов или же полностью прекращать подачу напряжения на обмотки электродвигателя.
Сегодня в продаже имеются различные преобразователи и регуляторы электродвигателя. Впрочем, при наличии даже минимальных навыков работы с радиодеталями и умении читать схемы можно выполнить такое простейшее устройство, которое будет плавно или ступенчато изменять обороты двигателя. Дополнительно можно включить в цепь управляющий симисторный реостат и резистор, что позволит плавно изменять обороты, а наличие микроконтроллерного управления полностью автоматизирует использование электрических двигателей.
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.
