При використанні електродвигуна в інструментах, однією з серйозних проблем є регулювання швидкості їх обертання. Якщо швидкість недостатньо висока, то дія інструменту є недостатньо ефективним.

Якщо ж вона надмірно висока, то це призводить не тільки до істотного перевитрати електричної енергії, а й до можливого пережогу інструменту. При занадто високій швидкості обертання, робота інструменту може стати також менш передбачуваною. Як це виправити? Для цієї мети прийнято використовувати спеціальний регулятор швидкості обертання.

Двигун для електроінструментів і побутової техніки зазвичай відноситься до одного з 2 основних типів:

  1. Колекторні двигуни.
  2. Асинхронні двигуни.

У минулому, друга із зазначених категорій мала найбільше поширення. Зараз, приблизно 85% двигунів, які вживаються в електричних інструментах, побутової або кухонній техніці, відносяться до колекторного типу. Пояснюється це тим, що вони мають велику ступінь компактності, вони могутніше і процес управління ними є більш простим.

Дія будь-якого електродвигуна побудовано на дуже простому принципі:якщо між полюсами магніту помістити прямокутну рамку, яка може обертатися навколо своєї осі, і пустити по ній постійний струм, то рамка стане повертатися. Напрямок обертання визначається згідно з "правилом правої руки».

Цю закономірність можна використовувати для роботи колекторного двигуна.

Важливим моментом тут є підключення струму до цієї рамці.Оскільки вона обертається, для цього використовуються спеціальні ковзаючі контакти. Після того, як рамка повернеться на 180 градусів, ток по цих контактах потече у зворотному напрямку. Таким чином, напрямок обертання залишиться колишнім. При цьому, плавного обертання не вийде. Для досягнення такого ефекту прийнято використовувати кілька десятків рамок.

Пристрій


Колекторний двигун складається зазвичай з ротора (якоря), статора, щіток і тахогенератора:

  1. ротор- це обертається частина, статор - це зовнішній магніт.
  2. Щітки, зроблені з графіту- це основна частина ковзних контактів, через яку на обертається якір подається напруга.
  3. тахогенератор- це прилад, який відстежує характеристики обертання. У разі порушення рівномірності руху, він коригує надходить в двигун напруга, тим самим роблячи його більш плавним.
  4. статорможе містити не один магніт, а, наприклад, 2 (2 пари полюсів). Також, замість статичних магнітів, тут можуть бути використані і котушки електромагнітів. Працювати такий мотор може як від постійного, так і від змінного струму.

Простота регулювання швидкості колекторного двигуна визначається тим, що швидкість обертання прямо залежить від величини поданого напруги.

Крім цього, важливою особливістю є те, що вісь обертання безпосередньо можна приєднувати до обертається інструменти без використання проміжних механізмів.

Якщо говорити про їх класифікації, то можна говорити про:

  1. колекторних двигунахпостійного струму.
  2. колекторних двигунахзмінного струму.

В цьому випадку, мова йде про те, яким саме струмом відбувається харчування електродвигунів.

Класифікація може бути зроблена також і за принципом збудження двигуна. У пристрої колекторного двигуна, електричне живлення подається і на ротор і на статор двигуна (якщо в ньому використовуються електромагніти).

Різниця полягає в тому, як організовані ці підключення.

Тут прийнято розрізняти:

  • Паралельне збудження.
  • Послідовне збудження.
  • Паралельно-послідовне збудження.

регулювання


Тепер розповімо про те, як можна регулювати обороти колекторних двигунів. У зв'язку з тим, що швидкість обертання мотора просто залежить від величини напруги, що подається, то будь-які засоби регулювання, які здатні виконувати цю функцію для цього цілком придатні.

Перерахуємо кілька такого роду варіантів для прикладу:

  1. лабораторний автотрансформатор(ЛАТР).
  2. Заводські плати регулювання, Використовувані в побутових приладах (можна використовувати зокрема ті, які застосовуються в міксерах або в пилососах).
  3. кнопки, Використовувані в конструкції електроінструментах.
  4. Побутові регуляториосвітлення з плавним дією.

Однак, всі перераховані вище методи мають дуже важливий недолік. Разом зі зменшенням обертів, одночасно зменшується і потужність роботи мотора. У деяких випадках, його можна зупинити навіть просто рукою. У деяких випадках, це може бути прийнятно, але здебільшого, це є серйозною перешкодою.

Хорошим варіантом є виконання регулювання обертів за допомогою використання тахогенератора.Його зазвичай встановлюють на заводі. При відхиленнях в швидкості обертання мотора, через в мотор передається вже відкоректоване електроживлення, відповідне необхідної швидкості обертання. Якщо в цю схему вмонтувати регулювання обертання мотора, то втрати потужності тут відбуватися не буде.

Як це виглядає конструктивно? Найбільш поширені реостатно регулювання обертання, і зроблена на основі використання напівпровідників.

У першому випадку, мова йде про змінному опорі з механічним регулюванням. Вона послідовно підключається до колекторного електродвигуна. Недоліком є ​​додаткове виділення тепла і додаткова витрата ресурсу акумулятора. При такому способі регулювання, відбувається втрата потужності обертання мотора. Є дешевим рішенням. Чи не застосовується для досить потужних моторів по згаданих причин.

У другому випадку, при використанні напівпровідників, відбувається управління мотором шляхом подачі певних імпульсів. Схема може змінювати тривалість таких імпульсів, що в свою чергу, змінює швидкість обертання без втрати потужності.

Як виготовити своїми руками?

Існують різні варіанти схем регулювання. Наведемо один з них більш детально.

Ось схема його роботи:

Спочатку, цей пристрій було розроблено для регулювання колекторного двигуна на електротранспорті. Йшлося про таке, де напруга живлення складає 24 В, але ця конструкція може бути застосована і для інших двигунів.

Слабким місцем схеми, яке було визначено при випробуваннях її роботи, є погана придатність при дуже великих значеннях сили струму. Це пов'язано з деяким уповільненням роботи транзисторних елементів схеми.

Рекомендується, щоб струм становив не більше 70 А. У цій схемі немає захисту по струму і по температурі, тому рекомендується вбудувати амперметр і контролювати силу струму візуально. Частота комутації складе 5 кГц, вона визначається конденсатором C2 ємністю 20 нф.

При зміні сили струму, ця частота може змінюватися між 3 кГц і 5 кГц. Змінний резистор R2 служить для регулювання струму. При використанні електродвигуна в побутових умовах, рекомендується використовувати регулятор стандартного типу.

При цьому, рекомендується підібрати величину R1 таким чином, щоб правильно налаштувати роботу регулятора. З виходу мікросхеми, керуючий імпульс надходить на двотактний підсилювач на транзисторах КТ815 і КТ816, далі йде вже на транзистори.

Друкована плата має розмір 50 на 50 мм і виготовляється з одностороннього склотекстоліти:

На цій схемі додатково вказані 2 резистора по 45 ом. Це зроблено для можливого підключення звичайного комп'ютерного вентилятора для охолодження приладу. При використанні в якості навантаження електродвигуна, необхідно схему заблокувати блокуючим (демпферним) діодом, який за своїми характеристиками відповідає подвоєному значенню струму навантаження і подвоєному значенню напруги живлення.

Робота пристрою при відсутності такого діода може привести до поломки внаслідок можливого перегріву.При цьому, діод потрібно буде помістити на тепловідвід. Для цього, можна скористатися металевою пластиною, яка має площу 30 см2.

Регулюючі ключі працюють так, що втрати потужності на них досить малі. Воригінальною схемою, був використаний стандартний комп'ютерний вентилятор. Для його підключення використовувалося обмежувальне опір 100 Ом і напруга живлення 24 В.

Зібране пристрій виглядає наступним чином:



При виготовленні силового блоку (на нижньому малюнку), дроти повинні бути приєднані таким чином, щоб було мінімум вигинів тих провідників за якими проходять великі токі.Ми бачимо, що виготовлення такого приладу вимагає певних професійних знань та навичок. Можливо, в деяких випадках має сенс скористатися покупними пристроєм.

Критерії вибору та соімость

Для того, щоб правильно вибрати найбільш підходящий тип регулятора, потрібно добре уявляти собі, які є різновиди таких пристроїв:

  1. Різні типи управління.Може бути векторна або скалярна система управління. Перші застосовуються частіше, а другі вважаються більш надійними.
  2. потужність регулятораповинна відповідати максимально можливої ​​потужності мотора.
  3. по напрузізручно вибирати пристрій, що має найбільш універсальні властивості.
  4. Характеристики по частоті.Регулятор, який вам підходить, повинен відповідати найбільш високій частоті, яку використовує мотор.
  5. Інші характеристики.Тут мова йде про величину гарантійного терміну, розмірах та інших характеристиках.

Залежно від призначення і споживчих властивостей, ціни на регулятори можуть істотно відрізнятися.

Здебільшого вони знаходяться в діапазоні приблизно від 3,5 тисячі рублів до 9 тисяч:

  1. Регулятор оборотів KA-18 ESC, Призначений для моделей масштабу 1:10. Варто 6890 рублів.
  2. Регулятор оборотів MEGAколекторний (захищений від вологи). Варто 3605 рублів.
  3. Регулятор оборотів для моделей LaTrax 1:18.Його ціна 5690 рублів.

При роботі з електроінструментом (електродрилем шліфувальним пристроєм тощо) бажано мати можливість плавно змінювати його обороти. Але просте зменшення напруги живлення призводить до зниження розвивається інструментом потужності У запропонованій схемі (рис.1) використовується регулювання зі зворотним зв'язком по струму двигуна, в результаті чого при збільшенні навантаження відповідно збільшується і крутний момент

На валу. Резистивної-ємнісний ланцюжок R1-R2-C1 формує регульоване опорна напруга, яке з движка R2 надходить в ланцюг керуючого електрода тиристора VS1 і компенсує залишкову протидії ЕРС двигуна М1 Якщо швидкість обертання двигуна падає через зростання навантаження, зменшується і його протидії ЕРС . Завдяки цьому в черговому напівперіоді напруги тиристор за рахунок опорного напруги відкривається раніше. Відповідне підвищення напруги на двигуні приводить до збільшення потужності на валу двигуна. При збільшенні оборотів в разі зниження навантаження описаний процес відбувається навпаки

Налаштування пристрою зводиться практично до підбору опору R1, щоб при мінімальних обертах двигун обертався рівно, без ривків, і, в той же час, забезпечувався повний діапазон зміни оборотів. Можливо, до нижнього за схемою висновку R2 доведеться підключити невеликий резистор, що обмежує мінімальні обороти двигуна. Якщо тиристор VS1 буде сильно грітися, його потрібно встановити на тепловідвід.

Спрощений варіант регулятора показаний на рис. 2. Якщо в патрон електродрилі затиснути насадку-викрутку, за допомогою цієї приставки можна закручувати гвинти і шурупи (саморізи).

література

1 І. Семенов. Регулятор потужності зі зворотним зв'язком. - Радіоаматор, 1997, N12, С.21.

2 Р.Граф. Електронні схеми 1300 прикладів - М Мир, 1989, С 395.

3. У Щербатюк Загортаємо шурупи електродрилем. - Радіоаматор, 1999. N9, С 23

Якісний і надійний контролер швидкості обертання для однофазних колекторних електродвигунів можна зробити на поширених деталях буквально за 1 вечір. Ця схема має вбудований модуль виявлення перевантаження, забезпечує м'який пуск керованого двигуна і стабілізатор швидкості обертання мотора. Працює такий блок з напругою як 220, так і 110 вольт.

Технічні параметри регулятора

  • напруга живлення: 230 вольт змінного струму
  • діапазон регулювання: 5 ... 99%
  • напруга навантаження: 230 В / 12 А (2,5 кВт з радіатором)
  • максимальна потужність без радіатора 300 Вт
  • низький рівень шуму
  • стабілізація оборотів
  • м'який старт
  • розміри плати: 50 × 60 мм

принципова схема живлення


Схема регулятор мотора на сімісторов і U2008

Схема модуля системи регулювання заснована на генераторі ШІМ імпульсів і сімісторов управління мотором - класична схемотехніка для подібних пристроїв. Елементи D1 і R1 забезпечують обмеження величини напруги живлення до значення безпечної для живлення мікросхеми генератора. Конденсатор C1 відповідає за фільтрацію напруги живлення. Елементи R3, R5 і P1 є дільником напруги з можливістю його регулювання, який використовується для завдання величини потужності, яка подається в навантаження. Завдяки застосуванню резистора R2, безпосередньо входить в ланцюг надходження на м / с фази, внутрішні блоки синхронізовані з симистором ВТ139.


Друкована плата

На наступному малюнку показано розташування елементів на друкованій платі. Під час монтажу та запуску слід звернути увагу на забезпечення умов безпечної роботи - регулятор має живлення від мережі 220В і його елементи безпосередньо підключені до фази.

Збільшення потужності регулятора

У випробувальному варіанті був застосований симистор BT138 / 800 з максимальним струмом 12 А, що дає можливість управління навантаженням понад 2 кВт. Якщо необхідно управління ще більшими струмами навантаження - радимо тиристор встановити за межами плати на великому радіаторі. Також слід пам'ятати про правильний вибір запобіжника FUSE в залежності від навантаження.

Крім управління оборотами електромоторів, можна без будь-яких переробок використовувати схему для регулювання яскравості ламп.

Не кожна сучасна дриль або болгарка оснащена заводським регулятором оборотів, і найчастіше регулювання оборотів не передбачена зовсім. Проте, як болгарки, так і дрилі побудовані на базі колекторних двигунів, що дозволяє кожному їх власнику, маломальски вміє поводитися з паяльником, виготовити власний регулятор оборотів з доступних електронних компонентів, хоч з вітчизняних, хоч з імпортних.

У даній статті ми розглянемо схему і принцип роботи найпростішого регулятора обертів двигуна електроінструменту, і єдина умова - двигун повинен бути колекторним - з характерними ламелями на роторі і щітками (які часом іскрять).

Наведена схема містить мінімум деталей, і підійде для електроінструменту потужністю до 1,8 кВт і вище, для дрилі або болгарки. Схожа схема використовується для регулювання обертів в автоматичних пральних машинах, в яких стоять колекторні високошвидкісні двигуни, а також в диммерах для ламп розжарювання. Подібні схеми, в принципі, дозволять регулювати температуру нагрівання жала паяльника, електричного обігрівача на базі ТЕНів і т. Д.

Будуть потрібні такі радіоелектронні компоненти:

    Резистор постійний R1 - 6,8 кОм, 5 Вт.

    Змінний резистор R2 - 2,2 кОм, 2 Вт.

    Резистор постійний R3 - 51 Ом, 0,125 Вт.

    Конденсатор плівковий C1 - 2 мкф 400 В.

    Конденсатор плівковий C2 - 0,047 мкф 400 вольт.

    Діоди VD1 і VD2 - на напругу до 400 В, на струм до 1 А.

    Тиристор VT1 - на необхідний струм, на зворотне напруга не менше 400 вольт.


В основі схеми - тиристор. Тиристор являє собою напівпровідниковий елемент з трьома висновками: анод, катод, і керуючий електрод. Після подачі на керуючий електрод тиристора короткого імпульсу позитивної полярності, тиристор перетворюється в діод, і починає проводити струм до тих пір, поки в його ланцюга цей струм не перерветься або не зміна напрямок.

Після припинення струму або при зміні його напрямку, тиристор закриється і перестане проводити струм, поки не буде подано наступний короткий імпульс на керуючий електрод. Ну а оскільки напруга в побутової мережі змінне синусоидальное, то кожен період мережевий синусоїди тиристор (в складі даної схеми) стане відпрацьовувати строго починаючи з встановленого моменту (у встановленій фазі), і чим менше під час кожного періоду тиристор буде відкритий, тим нижче будуть обертів електроінструменту, а ніж, відповідно, довше тиристор буде відкритий, тим вище будуть обертів.

Як бачите, принцип простий. Але стосовно до електроінструменту з колекторним двигуном, схема працює хитріше, і про це ми розповімо далі.

Отже, в мережу тут включені паралельно: вимірювальна ланцюг управління і силова ланцюг. Вимірювальна ланцюг складається з постійного і змінного резисторів R1 і R2, з конденсатора C1, і діода VD1. Для чого потрібна ця ланцюг? Це дільник напруги. Напруга з дільника, і що важливо, протидії ЕРС з ротора двигуна, складаються в протифазі, і формують імпульс для відкривання тиристора. Коли навантаження постійна, то і час відкритого стану тиристора постійно, отже обертів стабілізовані і постійні.

Як тільки навантаження на інструмент, і отже на двигун, збільшується, то величина протидії ЕРС зменшується, оскільки обороти знижуються, значить сигнал на керуючий електрод тиристора зростає, і відкривання відбувається з меншою затримкою, тобто потужність, що підводиться до двигуна зростає, збільшуючи впали обороти . Так обертів зберігаються постійними навіть під навантаженням.

В результаті спільної дії сигналів від протидії ЕРС і з резистивного дільника, навантаження не сильно впливає на обороти, а без регулятора цей вплив було б істотним. Таким чином за допомогою даної схеми досяжна стійка регулювання обертів в кожному позитивному напівперіоді мережевий синусоїди. При середніх і малих швидкостях обертання цей ефект більш виражений.

Однак, при підвищенні оборотів, тобто при підвищенні напруги, що знімається з змінного резистора R2, стабільність підтримки швидкості постійної знижується.

Краще на цей випадок передбачити шунтуючу кнопку SA1 паралельно тиристору. Функція діодів VD1 і VD2 - забезпечення однополупериодного режиму роботи регулятора, так як напруги з дільника і з ротора порівнюються лише за відсутності струму через двигун.

Конденсатор C1 розширює зону регулювання на малих швидкостях, а конденсатор C2 знижує чутливість до перешкод від іскріння щіток. Тиристор потрібен високочутливий, щоб струм менше 100 мкА зміг би його відкрити.

У будь-якому сучасному інструменті або побутовому приладі використовується колекторний двигун. Це пов'язано з їх універсальністю, т. Е. Здатністю працювати як від змінного, так і від постійної напруги. Ще одна перевага полягає ефективному пусковому моменті.

Однак висока частота обертів колекторного двигуна влаштовує далеко не всіх користувачів. Для плавності пуску і можливості міняти частоту обертань був винайдений регулятор, який цілком можливо виготовити своїми руками.

Принцип роботи та різновиди колекторних двигунів

Кожен електродвигун складається з колектора, статора, ротора і щіток. Принцип його роботи досить простий:

Крім стандартного пристрою також існують:

пристрій регулятора

У світі існує безліч схем таких пристроїв. Проте всіх їх можна розділити на 2 групи: стандартні і модифіковані вироби.

стандартний пристрій

Типові вироби відрізняються простотою у виготовленні ідіністора, хорошою надійністю при зміні обертів двигуна. Як правило, такі моделі ґрунтуються на тиристорних регуляторах. Принцип роботи подібних схем досить простий:

Таким чином, відбувається регулювання обертів колекторного двигуна. У більшості випадків подібну схему використовують в зарубіжних побутових пилососах. Однак слід знати, що такий регулятор оборотів не володіє зворотним зв'язком. Тому при зміні навантаження доведеться налаштовувати обертів електродвигуна.

змінені схеми

Звичайно, стандартний пристрій влаштовує багатьох любителів регуляторів обертів «покопатися» в електроніці. Однак, без прогресу і поліпшення виробів ми б досі жили в кам'яному столітті. Тому постійно винаходяться більш цікаві схеми, які із задоволенням застосовують багато виробників.

Найчастіше використовуються реостатні і інтегральні регулятори. Як зрозуміло з назви, перший варіант заснований на реостатній схемою. У другому ж випадку застосовується інтегральний таймер.

Реостатні відрізняються ефективністю в зміні кількості оборотів колекторного двигуна. Висока ефективність обумовлена ​​силовими транзисторами, які забирають частину напруги. Таким чином, знижується надходження струму і двигун працює з меншим запалом.

Відео: пристрій регулятора обертів з підтриманням потужності

Головний недолік такої схеми полягає в великому обсязі виробленого тепла. Тому для безперебійної роботи, регулятор повинен постійно охолоджуватися. Притому охолодження пристрою повинно бути інтенсивним.

Інший підхід реалізований в інтегральному регуляторі, де за навантаження відповідає інтегральний таймер. Як правило, в подібних схемах використовуються транзистори практично будь-яких найменувань. Це пов'язано з тим, що в складі є мікросхема, що володіє великими значеннями вихідного струму.

Якщо навантаження менше 0,1 ампера, то все напруга надходить прямо на мікросхему в обхід транзисторів. Однак для ефективної роботи регулятора необхідно, щоб на затворі була напруга 12В. Тому електроланцюг і напруга самого харчування повинно відповідати цьому діапазону.

Огляд типових схем

Регулювати обертання валу електродвигуна малої потужності можна за допомогою послідовного з'єднання резистора харчування з відсутність. Однак у такого варіанту є дуже низький ККД і відсутність можливості плавної зміни швидкості. Щоб уникнути такої неприємності, слід розглянути декілька схем регулятора, які застосовуються найчастіше.

Як відомо, ШІМ має постійну амплітуду імпульсів. Крім того, амплітуда ідентична напрузі харчування. Отже, електродвигун не зупиниться, навіть працюючи на малих обертах.

Другий варіант аналогічний першому. Єдина відмінність, що в якості генератора, що задає використовується операційний підсилювач. Цей компонент має частоту 500 Гц і займається виробленням імпульсів, що мають трикутну форму. Регулювання також здійснюється змінним резистором.

Як зробити своїми руками

Якщо немає бажання витрачатися на придбання готового пристрою, його можна виготовити самостійно. Таким чином, можна не тільки заощадити гроші, але і отримати корисний досвід. Отже, для виготовлення тиристорного регулятора буде потрібно:

  • паяльник (для перевірки працездатності);
  • дроти;
  • тиристор, конденсатори і резистори;
  • схема.

Як видно по схемі, регулятором контролюється тільки 1 напівперіод. Однак для тестування працездатності на звичайному паяльнику цього буде цілком достатньо.

Якщо знань по розшифровці схеми недостатньо, можна ознайомитися з текстовим варіантом:

Використання регуляторів дозволяє більш економічно використовувати електродвигуни. У певних ситуаціях такий пристрій можна виготовити самостійно. Однак для більш серйозних цілей (наприклад, контролю обладнання для опалення) краще придбати готову модель. Благо, на ринку є широкий вибір таких виробів, а ціна цілком демократична.