Меню

Импульсный регулятор для управления двигателем

ШИМ регулятор двигателя постоянного тока

Всем здравствуйте. Импульсные регуляторы скорости обычно используются для управления двигателями постоянного тока. Преимущество импульсного управления перед линейным управлением заключается в снижении потерь мощности на собственное регулирование и, кроме того, в сохранении крутящего момента двигателя.

При линейном управлении ток или напряжение, при которых подается питание на двигатель, ограничены, в то время как «теряется» на силовом элементе контроллера. Это рассеивание мощности, которое может достигать нескольких ватт даже с небольшими двигателями. И это одна из самых больших проблем линейного управления, потому что даже 10Вт представляют собой значительное выделяющее тепло на управляющем элементе.

Импульсные контроллеры в основном можно разделить на простые и с обратной связью. Обратная связь используется для стабилизации скорости. Это выгодно, когда необходимо обеспечить постоянную скорость двигателя независимо от его нагрузки или необходимо установить определенную скорость. В рассматриваемой схеме будет достаточно простого регулятора для небольших двигателей.

Первым каскадом схемы управления скоростью является нестабильный мультивибратор, построенный наг половине таймера 556. Это не что иное, как два известных независимых, много раз описанных таймеров 555. Время зарядки задается R1 + R2 и емкостью C1, только R2 применяется вне конденсатора во время разряда. С компонентами в соответствии на схеме генератор генерирует частоту 30,1 Гц.

По приходу фронта управляющего импульса на вход T начинается заряд конденсатора C3 через резистор R3. Во время зарядки выход находится в состоянии высокого логического уровня и тем самым открывает транзистор T1. Таким образом, двигатель постоянного тока, запускается импульсами длительностью около 0,8 мс и частотой 30,1 Гц. Однако это применимо только в том случае, если не используются другие цепи. Хотя сейчас много готовой продукции продается регуляторов ознакомится можно ниже.

Управление скоростью происходит таким образом, что импульсы меняют скважность. Следовательно, это широтно-импульсная модуляция управления двигателем с ограничением минимальной длины импульса, так что двигатель не получает импульсов меньше, чем достаточно для его работы.

Как известно, заряд и разряд синхронизирующего конденсатора происходит при штатном включении нестабильного мультивибратора (одновибратор) в диапазоне от 1/3 до 2/3 напряжения питания, в нашем случае от состояния полного разряда до 2/3 напряжения питания. Эти уровни контролируются двумя компараторами, которые получают свои опорные напряжения от трех резисторов, последовательно включенных между источником питания и землей. Схема стабилизатора питания регулятора на рисунке.

Принципиальная схема стабилизатора

Резисторы имеют номинал 3 × 5 кОм в нормальном биполярном исполнении. Для версии C-MOS это значение установлено на 3 × 100 кОм, чтобы снизить потребление. Верхнее опорное напряжение, то есть 2/3 от напряжения питания, выводятся как IN и обычно используются для фильтрации. В нашем случае это напряжение подается на делитель, образованный подстроечным резистором P1, потенциометром P2 и резистором R5. Это создает два делителя, соединенных параллельно, и в результате верхний уровень смещается в зависимости от положения потенциометра.

Чем ниже это значение, тем раньше заканчивается заряд синхронизирующего конденсатора и, следовательно, тем короче выходные положительные импульсы, и наоборот. При использовании таймеров C-MOS схема также будет работать, только характер регулирования немного изменится, потому что сопротивления потенциометра и подстроечного резистора больше не будут применяться параллельно, а будут «принудительно» передавать свое напряжение непосредственно на вход IN.

Читайте также:  Регуляторы роста растений классификация действие

Неинвертирующий вход компаратора IO2 подключен к потенциометру, инвертирующий вход имеет включен в делитель R6 / R7. Открытый коллектор выходного транзистора компаратора подключен к входу сброса одновибратор IO1B. Если бегунок потенциометра находится в таком положении, что его напряжение выше, чем напряжение, поступающее с делителя R6 / R7, выходной транзистор компаратора закрыт, и на нулевом входе IO1B имеется положительное напряжение с резистора R9.

Если напряжение с коллектора падает ниже уровня инвертирующего входа, компаратор переворачивается, его выходной транзистор открывается, и напряжение на нулевом входе IO1B близко к нулю. Это приводит к блокировке мультивибратора. Напряжение на инвертирующем входе компаратора также зависит от резистора обратной связи (R8), который вводит определенный гистерезис, поэтому на бегунке потенциометра требуется немного более высокое напряжение, чем было достаточно для блокировки.

Частью схемы также является уже упомянутый подстроечный резистор P1, который определяет диапазон регулирования потенциометра P2. Источник постоянного тока контроллера может находиться в диапазоне от 12В до примерно 24В. Компаратор и таймеры не зависят от напряжения, они будут хорошо работать при любом напряжении, но в этом случае, когда речь идет об импульсах для двигателя, вводится стабилизация, которая работает на более высоких напряжений. Монтаж контроллера выполнен на односторонней печатной плате.

Расположение компонентов на печатной палате

Разводка дорожек на печатной плате регулятора

Транзистор Т1 оставляем установленным немного выше на плате, чтобы можно было при необходимости прикрепить к нему небольшой радиатор. Хотя это полевой МОП-транзистор импульсного режима и теоретическое падение напряжения на нем почти равно нулю (определяемое произведением протекающего тока и внутреннего сопротивления в замкнутом состоянии, составляет порядка 0,1 Ом), большие потери мощности вызваны «медленным» переключением и открытие перехода транзистора, при котором кажущееся сопротивление перехода изменяется линейно.

Настройка очень простая и с ними справится даже начинающий радиолюбитель. Сначала подключите напряжение питания к клеммам X2 и проверьте общее потребление, ток которого не должен превышать 10 мА. Далее подключаем управляемый двигатель к клеммам X1 и проверяем работу регулятора плавным вращением потенциометра сопротивления P2. Затем мы можем установить минимально допустимую скорость с помощью подстроечного сопротивления P1. Если у нас есть осциллограф, мы можем увидеть форму управляющего сигнала на выходе OUT IO1B. Вот на этом и все всем спасибо за уделенное время.

Источник



Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы

В большинстве современных бытовых и промышленных приборов применяются электрические машины, совершающие какую-либо полезную работу. В качестве рабочего инструмента в них могут выступать самые разнообразные приспособления, которые необходимо вращать с различной скоростью. Для изменения этого параметра используется регулятор оборотов электродвигателя.

Назначение

Технически регулятор оборотов электродвигателя предназначен для изменения количества вращения вала за единицу времени. На этапе разгона корректировка частоты обеспечивает более плавную процедуру, меньшие токи и т.д. В некоторых технологических процессах необходимо регулятор оборотов снижает скорость движения оборудования, изменение подачи или нагнетания сырья и т.д.

Читайте также:  Пид регулятор давления это

Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:

  • Экономия затрат электроэнергии – позволяет снизить потери в моменты пуска и остановки вращений мотора, переключения скоростей или регулировки тяговых характеристик. Особенно актуально для часто запускаемых электродвигателей, использующих кратковременные режимы работы.
  • Контроль температурного режима, величины давления без установки обратной связи с рабочим элементом или с таковой в асинхронных электродвигателях.
  • Плавный пуск – предотвращает бросок тока в момент включения, особенно актуально для асинхронных моторов с большой нагрузкой на валу. Приводит к существенному сокращению токовых нагрузок на сеть и исключает ложные срабатывания защитной аппаратуры.
  • Поддержание оборотов трехфазных электродвигателей на требуемой отметке. Актуально для точных технологических операций, где из-за колебаний питающего напряжения может нарушиться качество производства или на валу возникает разное усилие.
  • Регулировка скорости оборотов электродвигателя от 0 до максимума или от другой базовой скорости.
  • Обеспечения достаточного момента на низких частотах вращения электрической машины.

Возможность реализации тех или иных функций у регуляторов оборотов определяет как принцип их действия, так и схематическое исполнение.

Принцип работы

Для регулировки оборотов может использоваться способ понижения или повышения напряжения, изменение силы тока и частоты, подаваемых в обмотки асинхронных и коллекторных электродвигателей. Поэтому далее рассмотрим варианты частотных преобразователей и регуляторов напряжения.

Среди используемых в промышленной и бытовой сфере следует выделить:

  • Введение рабочего сопротивления – реализуется при помощи переменных резисторов, делителей и прочих преобразователей. Хорошо обеспечивает снижение в однофазных двигателях за счет контроля скольжения (разницы между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронных агрегатов). Для этого устанавливаются электродвигатели большей мощности, чтобы на них можно было подавать меньшее напряжение. Соотношение по скорости оборотов будет составлять до 2 раз в сторону уменьшения.
  • Автотрансформаторный – выполняется путем перемещения подвижного контакта по обмотке, что снижает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимущество такого принципа заключается в четкой синусоиде переменного тока и большой перегрузочной способности.
  • Тиристорный или симисторный – изменяет величину питающего напряжения посредством пары встречно включенных тиристоров или совместного включения с симистором. Этот способ применим не только в асинхронных двигателях, но и других бытовых приборах – диммерах, переключателях и т.д.

Как видите на схеме, подаваемое на тот же асинхронный однофазный электродвигатель напряжение, проходит через переменный резистор R1 на тиристор D1 и на управляющий электрод симистора T1. Перемещая ручку тиристорного регулятора R1 изменяем и скорость вращения однофазного электродвигателя.

  • Транзисторный – позволяет изменять форму подаваемого напряжения за счет преобразования числа импульсов и временной паузы между подаваемым напряжением. Благодаря чему получил название широтно-импульсной модуляции, пример такого регулятора приведена на схеме ниже.

Здесь питание однофазного асинхронного двигателя производится от линии 220В через выпрямительный блок VD1-4, далее напряжение поступает на эмиттер и коллектор транзисторов VT1 и VT2. Подавая управляющий сигнал на базы этих транзисторов, и регулируют обороты мотора.

  • Частотный – преобразует частоту подаваемого напряжения на обмотки однофазного или трехфазного асинхронного электродвигателя. Это наиболее современный способ, ранее он относился к дорогостоящим, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров перешел в разряд наиболее эффективных. Может реализовываться с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, способных уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.
Читайте также:  Регулятор давления топлива тнвд форд транзит

Как выбрать?

Конкретная модель регулятора оборотов должна подбираться в соответствии с типом подключаемой электрической машины – коллекторный двигатель, трехфазный или однофазный электродвигатель. В соответствии с чем и подбирается определенный преобразователь частоты вращения.

Помимо этого для регулятора оборотов необходимо выбрать:

  • Тип управления – выделяют два способа: скалярный и векторный. Первый из них привязывается к нагрузке на валу и является более простым, но менее надежным. Второй отстраивается по обратной связи от величины магнитного потока и выступает полной противоположностью первого.
  • Мощность – должна выбираться не менее или даже больше, чем номинал подключаемого электродвигателя на максимальных оборотах, желательно обеспечивать запас, особенно для электронных регуляторов.
  • Номинальное напряжение – выбирается в соответствии с величиной разности потенциалов для обмоток асинхронного или коллекторного электродвигателя. Если вы подключаете к заводскому или самодельному регулятору одну электрическую машину, будет достаточно именно такого номинала, если их несколько, частотный регулятор должен иметь широкий диапазон по напряжению.
  • Диапазон частот вращения – подбирается в соответствии с конкретным типом оборудования. К примеру, для вращения вентилятора достаточно от 500 до 1000 об/мин, а вот станку может потребоваться до 3000 об/мин.
  • Габаритные размеры и вес – выбирайте таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования, не мешали работе электродвигателя. Если под регулятор оборотов будет использоваться соответствующая ниша или разъем, то размеры подбираются в соответствии с величиной свободного пространства.

Подключение

Способ подключения регулятора оборотов электродвигателя будет отличаться в зависимости от его типа и принципа действия. Поэтому в качестве примера мы разберем один из наиболее распространенных частотных регуляторов, которые используются в самых различных сферах.

Перед подключением обязательно ознакомьтесь с заводской схемой. Как правило, вы можете увидеть ее на самом регуляторе оборотов, либо в паспорте устройства:

Далее, пользуясь распиновкой, можно определить количество выводов, которые будут использоваться для подключения регулятора электродвигателя к сети. В нашем примере, рассмотрим случай, когда применяется трехпроводная система, значит, понадобится фаза, ноль и земля. На задней панели регулятора это два вывода AC и FG:

Затем необходимо проверить цветовую маркировку разъема с приведенной схемой и сопоставить ее со всеми элементами электродвигателя, которые будут подключаться в вашем случае. Если какие-то выводы окажутся лишними, их можно закоротить, как показано на рисунке выше.

Если все выводы регулятора соответствуют клеммам электродвигателя, можете подсоединять их друг к другу и к сети.

Источник