Схема регулятора частоты вращения для электродрели 220В

Принципиальная схема

Так решается проблема малой мощности таких стабилизаторов. Приобрести в наше время фабричный (си-мисторный) сетевой стабилизатор по цене хорошего компьютера большинству из нас недоступно. Рассмотрим практическую конструкцию РЧВ, схема которого показана на рис.1.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора оборотов вала электродрели с питанием от 220В.

Основа схемы взята из , так как сама схема на практике оказалась неработоспособной. Проблемы заключаются в номиналах элементов схемы и их разбросе. Чтобы «оживить» эту схему, необходимо сначала заменить стабилитрон VD5 типа КС156А стабилитроном типа Д814Д (то есть низковольтный заменить высоковольтным).

Чаще всего (но не всегда) схема «оживает», но нестабильна в работе. Чтобы РЧВ устойчиво работал на любых оборотах и при разной нагрузке на валу, нужно в несколько раз (!) увеличить некоторые номиналы резисторов. Облегчить и ускорить налаживание схемы позволяет замена резисторов R5 и R6 подстроечными. С указанными на рис.1 номиналами резисторов схема работает всегда, независимо от разброса параметров комплектующих.

В схему рис.1 дополнительно введены два тумблера SA1 и SA2. Первый из них предназначен для оперативного отключения самого РЧВ, второй — для выключения режима стабилизации оборотов.

Тумблер SA1 позволяет работать с дрелью при неисправности РЧВ, SA2 — когда стабилизация оборотов мешает работе (например, при намотке катушек индуктивности). Для повышения стабильности работы симистора VS1 в схему введен конденсатор С4 (в оригинале его нет).

Преимуществом данного РЧВ является то, что он выполнен двухполюсником (в разрыв цепи питания электроинструмента), поэтому его легко подключить и отключить.

При замыкании резисторов R9 и R10 РЧВ превращается в обычный регулятор без стабилизации оборотов, так как эти резисторы являются датчиком обратной связи. Режим с обратной связью неприменим при намотке катушек тонким эмальпроводом (0,07…0,1 мм).

Детали

Резисторы R2 и R3 могут быть любого типа (регулировочная характеристика А), но лучше использовать повышенной надежности, ведь крутить их приходится часто. Автор использовал ПП2-12, ППБ-2А, ППБ-3. Резисторы R1 и R8 типа МЛТ-2, R7 — МЛТ-0,125.

Резисторы R9, R10 могут быть любого типа и исполнения, важно, чтобы они выдерживали режим максимальной мощности электроинструмента: Р=I2R, где I — максимальный ток, потребляемый дрелью, а R — сопротивление параллельной пары R9, R10. Стабильность их сопротивления гарантирует и стабильность числа оборотов РЧВ

Автор использовал как ПЭВ-7,5 (2 шт. по 9,1 Ом для дрели мощностью 350 Вт), так и С5-35, С5-36, С5-37 и др. Хорошо себя зарекомендовали и самодельные резисторы, изготовленные из кусков нихромового провода, намотанные на негодном резисторе ПЭВ.

При эксплуатации дрели удобно, когда в схеме установлены два переменных резистора R2 (1,5 кОм) и R3 (6,8 кОм). Неизвестный фабричным РЧВ режим стабилизации оборотов таит в себе скрытые возможности его применения (например, точная установка требуемого числа оборотов на валу двигателя при увеличении механической нагрузки).

Плата (рис.2) рассчитана на установку подстроечных резисторов типа СП3-1б или СП3-27а, б, конденсаторов типа МБМ (С1, С3), К50-16 (С2), К73-17 на напряжение 63 В (С4).

Рис. 2. Печатная плата для схемы регулировки частоты вращения двигателя электродрели 220В.

Диоды VD1-VD4, VD6 можно заменить другими выпрямительными, например КД105 (с любым буквенным индексом), КД102, КД104 (с обратным напряжением более 100 В). Хорошо подходят импортные малогабаритные 1N4004-1N4007.

В данной схеме транзистор КТ117 своим биполярным вариантом (КТ315+КТ361, КТ3102+КТ3107) не заменялся, поэтому рекомендаций в этом плане автор не дает.

У многих возникали вопросы из-за неверной цоколевки КТ117, которая приведена в схемах телевизора 3-4УСЦТ, поэтому на рис.1 приведена правильная цоколевка. Транзистор VT2 можно заменить любым биполярным структуры n-p-n кремниевым с икэ.макс>15 В и h21 >50.

Импульсный трансформатор намотан на ферритовом кольце М2000НМ1 типоразмера К20х10х5. Наматывать его двойным проводом стоит только в том случае, если используется провод с двойной изоляцией, например, ПЭЛШО 00,25…0,3 мм. Для обычного эмальпровода (ПЭЛ, ПЭВ и др.) лучше, если обмотки хорошо изолированы между собой.

Сначала наматывают одну обмотку, затем прокладывают несколько слоев лакоткани, и только тогда — вторую обмотку. Обе обмотки содержат по 100 витков. О расчете тороидальных катушек на ферритовых сердечниках рассказано в .

Использование широтно-импульсной модуляции

Для управления и регулировки числа оборотов вращения электродвигателя асинхронного типа, можно использовать импульсный регулятор-стабилизатор напряжения (инвертор). Он будет выполнять функцию источника питания. В его основу положено применение импульсного ШИМ-регулятора марки ТL494. Питающее напряжение электродвигателя, выходящее после ШИМ-регулятора, будет изменяться в соответствии с изменением частоты вращения. Используя этот способ, достигается больший экономический эффект, устройство достаточно простое и при этом увеличивает эффективность регулирования.

На рисунке выше изображена схема использования ШИМ-регулятора для трехфазного асинхронного двигателя, подключенного через конденсатор к однофазной сети.

Этот способ, несмотря на свою эффективность, имеет два существенных недостатка – это:

• невозможность реверсивного управления двигателем без использования дополнительных коммутирующих аппаратов;
• частотные преобразователи, использованные в регуляторе, отличаются высокой стоимостью и выпускаются ограниченным числом производителей.

Регулятор скорости асинхронного двигателя

Помимо образцов регуляторов, промышленных образцов регуляторов, существует возможность самостоятельного выполнения регуляторов скорости бесколлекторных двигателей, не уступающих промышленным образцам. За основу схемы берется пример регулятора промышленного производства, ее можно собрать своими силами.

На рисунке выше электрическая схема регулятора скорости вращения бесколлекторного двигателя.

Регулировать количество оборотов вращения вала бесколлекторного асинхронного электродвигателя допускается также при изменении значения переменного напряжения, подаваемого к двигателю.

В состав регулятора входит задающий генератор, он служит для изменения частоты в границах значений 50 – 200 Гц. Генератор состоит из мультивибратора, работа которого строится на микросхеме К561ЛА7 и счетчика-дешифратора марки К561ИЕ8 с коэффициентом пересчета – 8, она отвечает за формирование сигналов управления силовыми полевыми транзисторами полумоста.

В схеме присутствует выходной трансформатор Т-1. Он служит для развязки транзисторов полумоста.

Выпрямитель включает в свою конструкцию диодный мост и удваивающие напряжение питания  – конденсаторы с большой емкостью.

Диодный мост подключен по нетрадиционной схеме. С4 и R7 выполняют роль демпфирующей цепи, она служит для сглаживания всплесков напряжения, которые представляют собой опасность для транзисторов VТ4.

Рекомендация: для трансформатора управления транзисторными ключами, можно применить трансформатор от телевизионного блока питания. В этом случае, тип не играет большого значения, главное, чтобы первичная обмотка состояла из 120 витков провода 0,7 мм2, вторичная представляет собой 2 независимые друг от друга обмотки с количеством витков – 60, провод, применяемый во вторичной обмотке, аналогичен проводу первичной. Первичная обмотка имеет напряжение 2 х 12 В, вторичная обмотка – по 12 В каждая.

Необходимо помнить, что обе вторичные обмотки должны обладать хорошей изоляцией друг от друга, между обмотками присутствует высокий потенциал, он составляет 640 В, они подключаются к затворам транзисторных ключей в противофазе.

Такой регулятор может управлять вращением асинхронного двигателя с максимальным значением рабочей мощности – 500 Вт. Чтобы регулятор использовать для регулировки электродвигателей более высокой мощности, нужно применить большее количество силовых ключей, а также изменить в сторону увеличения емкость конденсаторов для питающего фильтра, это элементы схемы С3 и С4. Для регулятора достаточно использовать печатную плату размером 110 х 80 мм. Управляющий силовыми транзисторными ключами трансформатор монтируется отдельно от блока регулятора.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Виды устройств

Прибор триак

Устройство симистр (триак) используется для регулирования освещением, мощностью нагревательных элементов, скоростью вращения.

С помощью преобразователя регулируется мощность методом изменения времени открытого симистора. Если он закрыт, конденсатор заряжается посредством нагрузки и резисторов. Один резистор контролирует величину тока, а второй регулирует скорость заряда.

Когда конденсатор достигает предельного порога напряжения 12в или 24в, срабатывает ключ. Симистр переходит в открытое состояние. При переходе напряжения сети через ноль, симистр запирается, далее конденсатор даёт отрицательный заряд.

Описание регулятор оборотов электродвигателя

Логические элементы DD1.1, DD1.2 используются в виде классического ШИМ генератора. Резистор R1 выполняет лишь защитную функцию. Частота генератора определяется емкостью С2 или С3 и сопротивлением потенциометра PR1 вместе с R2, R3.  Параллельно соединенные логические элементы DD1.3, DD1.4 управляют транзистором MOSFET (VT1).

При использовании в схеме транзистора MOSFET, резистор R4 не нужен и на его место устанавливается перемычка. Данный резистор (R4) предусмотрен только на тот случай, если вместо MOSFET будет установлен транзистор Дарлингтона структуры n-p-n, например, BD649. Тогда для ограничения тока базы резистор R4 должен иметь значение 1к…2,2к.

Потенциометр PR1 позволяет изменять коэффициент заполнения генерируемого сигнала в очень широких пределах, примерно от 1% до примерно 99%. Сигнал с генератора периодически открывает и закрывает транзистор VТ1, а средняя мощность, поступающая на нагрузку (разъем Z2), зависит от коэффициента заполнения сигнала. Таким образом, потенциометр PR1 позволяет осуществить плавную регулировку мощности, подаваемую на нагрузку.

Включенный „наоборот” диод VD4 незаменим при использовании индуктивной нагрузки (например, электродвигатель). Без диода VD4, в момент отключения, на стоке транзистора VT1 могут возникнуть импульсы, значительно превышающие допустимо значение для данного транзистора и это может вывести его из строя.

Благодаря импульсной работе, потери мощности на транзисторе VT1 невелики и поэтому не требует радиатора, даже при токах порядка нескольких ампер, то есть мощности нагрузки до 100 Вт. Следует иметь в виду, что устройство является регулятором мощности, а не стабилизатором оборотов двигателя, поэтому обороты двигателя зависят от его нагрузки.

ВНИМАНИЕ! Схема регулирует мощность в режиме пульсаций, подавая на нагрузку меандр. Такие импульсы могут быть источником электромагнитных помех

Для минимизации помех необходимо использовать по возможности короткие соединения между блоком и нагрузкой.

Соединительный шнур должен иметь вид витой пары (обычные два скрученные между провода). Также рекомендуется дополнительно подключить электролитический конденсатор (набор конденсаторов) емкостью 1000… 10000мк к разъему питания Z1.

В схеме предусмотрен дополнительный конденсатор C3, подключаемый с помощью перемычки J1. Включение этого конденсатора вызывает снижение частоты работы генератора с 700Гц до примерно 25Гц. Это полезно с точки зрения генерируемых электромагнитных помех.

Хотя в некоторых случаях снижение частоты может быть неприемлемо, например, это может привести к заметному мерцанию лампы. Тогда необходимо самостоятельно подобрать оптимальную емкость C3.

Блок управления и регулирования скорости вращения электродвигателей изменением фазного напряжения

Существует несколько видов блоков управления, изготовленных промышленным способом. Они используются для однофазных асинхронных двигателей, границы регулирования составляют от 25 до 100% от значения мощности, и от 1000 до 4000 об/мин. Это устройства с маркировкой РВС207, РВ600/900.

Работа блока регулировки происходит при изменении средней величины переменного напряжения на электродвигателе. Она производится с помощью метода фазового регулирования напряжения, при изменении угла открытия полупроводниковых приборов (тиристоров, симисторов и т. д.), при использовании которых осуществлена сборка схемы.

Управление блоком осуществляется посредством использования внешнего переменного резистора. В том случае, когда мощность менее 25%, двигатель отключается и переходит в дежурный режим ожидания.

Контроль за работой осуществляется при помощи светового индикатора. Отключенное состояние двигателя – изредка мигает красный цвет

Двигатель работает – скважность включения индикатора пропорциональна оборотам вращения (производительности) двигателя

На рисунке схема подключения блока регулятора РВС 207.

Возможности прошивки

• возможность управлять двигателями с датчиками и без;
• для бездатчикового двигателя три вида старта: без определения первоначального положения; с определением первоначального положения; комбинированный;
• настройка угла опережения фазы для бездатчикового двигателя с шагом 1 градус;
• возможность использовать один из двух задающих входов: 1-аналоговый, 2-RC;
• калибровка входных сигналов;
• реверс двигателя;
• настройка регулятора по порту UART и получение данных от регулятора во время работы (обороты, ток, напряжение батареи);
• частота ШИМ 16, 32 КГц.
• настройка уровня ШИМ сигнала для старта двигателя;
• контроль напряжения батарей. Два порога: ограничение и отсечка. При снижении напряжения батареи до порога ограничения обороты двигателя понижаются. При снижении ниже порога отсечки происходит полная остановка;
• контроль тока двигателя. Два порога: ограничение и отсечка;
• настраиваемый демпфер задающего сигнала;
• настройка Dead time для ключей