Простой регулятор для коллекторного двигателя: Ошибка 404 — документ не найден

Содержание

Регулятор оборотов коллекторного двигателя — своими руками, схема

При использовании электродвигателя в инструментах, одной из серьёзных проблем является регулировка скорости их вращения. Если скорость недостаточно высока, то действие инструмента является недостаточно эффективным.

Если же она излишне высока, то это приводит не только к существенному перерасходу электрической энергии, но и к возможному пережогу инструмента. При слишком высокой скорости вращения, работа инструмента может стать также менее предсказуемой. Как это исправить? Для этой цели принято использовать специальный регулятор скорости вращения.

Двигатель для электроинструментов и бытовой техники обычно относится к одному из 2 основных типов:

Коллекторные двигатели.
Асинхронные двигатели.

В прошлом, вторая из указанных категорий имела наибольшее распространение. Сейчас, примерно 85% двигателей, которые употребляются в электрических инструментах, бытовой или кухонной технике, относятся к коллекторному типу. Объясняется это тем, что они имеют большую степень компактности, они мощнее и процесс управления ими является более простым.

Действие любого электродвигателя построено на очень простом принципе: если между полюсами магнита поместить прямоугольную рамку, которая может вращаться вокруг своей оси, и пустить по ней постоянный ток, то рамка станет поворачиваться. Направление вращения определяется согласно «правилу правой руки».

Эту закономерность можно использовать для работы коллекторного двигателя.

Важным моментом здесь является подключение тока к этой рамке. Поскольку она вращается, для этого используются специальные скользящие контакты. После того, как рамка повернётся на 180 градусов, ток по этим контактам потечёт в обратном направлении. Таким образом, направление вращения останется прежним. При этом, плавного вращения не получится. Для достижения такого эффекта принято использовать несколько десятков рамок.

Сложности и особенности

Сложность создания регулятора оборотов коллекторного двигателя заключается в том, что устройство потребляет не только активную, но и реактивную мощность, которая увеличивается при повышении оборотов. Главной задачей является выравнивание и сокращение разрыва между двумя этими характеристиками.

Мощность коллекторного двигателя это произведение потребляемого им тока, на напряжение сети. Общее ее значение складывается из активной и реактивной.

В домашних условиях довольно тяжело привести к пустые потери к нуля. Для этого необходимо, чтобы прибор испытывал только активную нагрузку, что можно получить, только используя полупроводниковые резисторы.

Устройство

Коллекторный двигатель состоит обычно из ротора (якоря), статора, щёток и тахогенератора:

Ротор — это вращающаяся часть, статор — это внешний магнит.
Щётки, сделанные из графита – это основная часть скользящих контактов, через которую на вращающийся якорь подаётся напряжение.
Тахогенератор – это прибор, который отслеживает характеристики вращения. В случае нарушения равномерности движения, он корректирует поступающее в двигатель напряжение, тем самым делая его более плавным.
Статор может содержать не один магнит, а, например, 2 (2 пары полюсов). Также, вместо статических магнитов, здесь могут быть использованы и катушки электромагнитов. Работать такой мотор может как от постоянного, так и от переменного тока.

Простота регулировки скорости коллекторного двигателя определяется тем, что скорость вращения прямо зависит от величины поданного напряжения.

Кроме этого, важной особенностью является то, что ось вращения непосредственно можно присоединять к вращающемуся инструменты без использования промежуточных механизмов.

Если говорить об их классификации, то можно говорить о:

Коллекторных двигателях постоянного тока.
Коллекторных двигателях переменного тока.

В этом случае, речь идёт о том, каким именно током происходит питание электродвигателей.

Разница состоит в том, как организованы эти подключения.

Тут принято различать:

Параллельное возбуждение.
Последовательное возбуждение.
Параллельно-последовательное возбуждение.

Принцип работы

Для сборки лучше всего выбрать тиристорный преобразователь, он позволит осуществлять изменение режима работы без существенных потерь.

К тому же, благодаря нему будут настроены такие функции как:

Разгон-торможение.
Жесткое регулирование характеристик.
Переключение на реверсивное движение.

К тому же у него импульсно-фазовое управление. Которое, позволяет не терять момент вращения ротора, не увеличивая потери на реактивной характеристике.

Схема регулятора оборотов будет состоять из следующих ключевых узлов:

Управляемый выпрямитель сигнала.
Блок регулирования.
Система обратной связи.
Регулятор мощности сети.

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Существует несколько способов:

Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.

Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:

Двигатель

В зависимости от принципа управления и характеристик, существуют различные типы двигателей. Остановиться стоит только на двух, в одном используется обмотка возбуждения, а в другом постоянный магнит. В зависимости от выполняемой работы нужно правильно подобрать тип агрегата.

Если необходимо регулировать частоту вращения от минимального до конкретного значения, например в дрели. То лучше выбирать схему с постоянным магнитом.

В тех же случаях, когда минимальное значение вращения будет равняться 0 оборотов, лучше использовать обмотку возбуждения. Такая схема подойдет для регуляторов оборотов кулера компьютера.

Двигатель конструктивно состоит из следующих узлов:

Якорь, он же ротор, на котором имеется обмотка.
Коллектор, который выпрямляет ток.
Статор, обмоткой которого создается магнитное поле.

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

специализированными однофазными ПЧ
трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

интеллектуальное управление двигателем
стабильно устойчивая работа двигателя
огромные возможности современных ПЧ:

возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
различные выходы
коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
предустановленные скорости
ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Читать также: Что такое тигли фото

Преимущества:

более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
огромный выбор по мощности и производителям
более широкий диапазон регулирования частоты
все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
пульсирующий и пониженный момент
повышенный нагрев
отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Регулятор оборотов в двигателе нужен для совершения плавного разгона и торможения. Широкое распространение получили такие приборы в современной промышленности. Благодаря им происходит измерение скорости движения в конвейере, на различных устройствах, а также при вращении вентилятора. Двигатели с производительностью на 12 Вольт применяются в целых системах управления и в автомобилях.

Регулятор

Закончив с двигателем и разобравшись с его показателями и режимом работы можно делать регулятор оборотов асинхронного двигателя своими руками.

Необходимо добиться следующих целей:

Регулировка должна осуществляться от нуля оборотов до максимально возможных значений.
На низких скоростях крутящий момент должен быть самым высоким.
Нужно добиться плавного изменения количества оборотов.

Особенности подключения

При подключении проводов и соединении основных узлов между собой следует придерживаться следующим рекомендаций:

Провода не должны быть слишком длинными. Особенно если речь идет о регуляторе оборотов бесколлекторного двигателя.
Обмотка не должна быть повреждена.
Места соединения должны быть надежно запаяны и изолированы друг от друга.

Плавный пуск асинхронных электродвигателей

АД кроме безусловных преимуществ, обладают существенными недостатками. Это рывок на старте и большие пусковые токи, в 7 раз превышающие номинальные. Для мягкого старта электродвигателя используются следующие методы:

переключение обмоток по схеме звезда – треугольник;
включение электродвигателя через автотрансформатор;
использование специализированных устройств для плавного пуска.

В большинстве частотных регуляторов есть функция плавного пуска двигателя. Это не только снижает пусковые токи, но и уменьшает нагрузки на исполнительные механизмы. Поэтому регулирование частоты и плавный пуск довольно сильно связаны между собой.

Пошаговая инструкция

Классическая схема синистора работает по принципу зарядки конденсатора через мало ёмкий резистор. После того, как напряжение между обкладками достигнет нужного значения, симистор начинает пропускать ток к нагрузке.

Таким образом, можно контролировать емкость конденсатора, изменяя напряжение, которое пойдет на нагрузку. Для этого отлично подойдет реостат, который устанавливается на место резистора.

К сожалению, такая схема быстро нагревается из-за чего нужно устанавливать дополнительный радиатор позволяющий эффективно отводить тепло.

Более подходящей схемой, позволяющей сохранить потерянную мощность и точнее контролировать работу, является коммутация с силовыми резисторами. Их работа основана многократном открытии и закрытии за один период электрической синусоиды.

Данная установка может осуществлять работу от внутреннего накопителя с напряжением 12 В и внешнего 220 В. Однако в таком случае требуется гасящая схема.

В таком режиме работы можно изменять пороговую мощность, это напрямую влияет на мощность работы ротора. Силовые резисторы выставляются на определенные показания входящего тока, собирая его в нужных объемах.

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.

Двигатель для электроинструментов и бытовой техники обычно относится к одному из 2 основных типов:

Коллекторные двигатели.
Асинхронные двигатели.

Фото регулятора оборотов своими руками

Простой регулятор скорости для коллекторного двигателя. — Паркфлаер

Предлагаю простой самодельный регулятор скорости для коллекторного двигателя, который можно сделать буквально за один вечер. Схема выполнена на широкодоступной элементной базе и легко повторяема. Регулятор многократно был мною изготовлен и использовался детишками в простых моделях автомашин, танков, кораблей. Сразу хочу сказать, что микроконтроллер (а так же прошивки и программатор) в этом регуляторе НЕ используются в целях облегчения повторения конструкции, так как не все моделисты имеют такую возможность, особенно в небольших городах. И вообще, акцент статьи
сделан на энтузиастов паяльника.

Описание регулятора скорости коллекторного двигателя.

Регулятор скорости коллекторного электродвигателя предназначен для работы с любой аппаратурой пропорционального управления и служит для плавного регулирования оборотов двигателя от
минимальных до максимальных. Подключается к приемнику, как обычно, к каналу № 3. С КРЕНки регулятора поступает напряжение + 5….6 Вольт для питания приемника и рулевых машинок.

Принцип работы регулятора следующий. На микросхемы К561ЛА7 собран формирмирователь разностного импульса. На элементах 1 и 2 микросхемы собран ждущий мультивибратор. Он запускается PPM импульсом приходящим с канала 3 приемника. С выхода приемника импульс
имеет положительную полярность, а ждущий мультивибратор срабатывает по спаду
положительного импульса, поэтому на транзисторе КТ3102 собран инвертер импульса.
При появлении на входе схемы РРМ сигнала, синхронно с ним запускается ждущий мультивибратор,
который генерирует импульс фиксированной длительности – 1 мс. Его длительность (1 мс) задается
подбором резистора *150 Ком. Длительность импульса ждущего мультивибратора всегда постоянна и
равна 1 мс. А длительность КИ, поступающего с приемника, изменяется пропорционально положению
ручки ГАЗ передатчика. На элементах 3 и 4 МС К561ЛА7 собран формирователь разностного импульса. Этот импульс появляется на выводе 10 МС при превышении входным КИ, длительности импульса, сформированного ждущим мультивибратором. При отклонении ручки ГАЗ от минимального до максимального положения, длительность разностного импульса с выхода 10 МС изменяется от 1 мс до 2 х мс. Это изменение длительности разностного импульса управляет компаратором на МС К157УД2. Принцип его работы следующий — через делитель на резисторах по 100 Ком заряжается конденсатор 0,1 мкф, соединяющий анод диода КД522 с общим проводом, до напряжения порядка 3х Вольт.

Это напряжение прикладывается к выводу 5 МС К157УД2. Подстроечным резистором 22 Ком на
выводе 6 устанавливается пороговое напряжение срабатывания компаратора. Оно чуть менее 3 х
Вольт, порядка 2,7 Вольт. Катод диода подключен в к выводу 10. Когда на выводе 10 возникает
разностный импульс отрицательной полярности, конденсатор начинает разряжаться через диод и
внутреннее сопротивление выходного транзистора микросхемы. Таким образом степень разряда конденсатора (величина уменьшения напряжения на нем) зависит от длительности (ширины) разностного импульса, что в конечном счете определяет время нахождения компаратора во
включенном состоянии и ширину импульса на его выходе – вывод 9. Через резистивный делитель
10 ком –100 ком выходные импульсы компаратора управляют затвором полевого транзистора.
В цепи его стока и + шины питания 12 Вольт включен коллекторный электродвигатель.
В результате при переводе ручки ГАЗ передатчика из положения минимум в положение максимум изменяется ширина разностного импульса, степень разряда конденсатора 0,1 мкф, время нахождения компаратора в открытом состоянии и изменяются обороты электродвигателя.
На плату подается напряжение 12 Вольт от бортового аккумулятора. КРЕНка стабилизатора 5 вольтовая, но наличие в минусовом выводе резистора, позволяет подобрать на выходе стабилизатора
напряжение в пределах 5…..6 Вольт. Без резистора напряжение равно +5 Вольт. Ток нагрузки 1 Ампер. Этого более чем достаточно для питания приемника и рулевых машинок.

Ключевой транзистор – полевой MOSFET.

Принципиальная схема узла выделения командного импульса.

Принципиальная схема регулятора скорости.

Рисунок печатной платы со стороны деталей.

Рисунок печатной платы со стороны дорожек.

Монтажка.

Регулятор скорости установлен на модель.

Файл разводки печатной платы

(Регулятор хода КД.lay)

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

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

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.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в: схема и описание

Как сделать регулятор оборотов электродвигателя 220в, схема и подробное описание.

В данной статье, мы рассмотрим как сделать контроллер скорости вращения для однофазных коллекторных электродвигателей. Эта схема имеет встроенный модуль обнаружения перегрузки, обеспечивает мягкий пуск управляемого двигателя и стабилизатор скорости вращения мотора.

Давайте рассмотрим технические параметры регулятора:

напряжение питания: 230 вольт переменного тока.
диапазон регулирования: 5…99%.
напряжение нагрузки: 230 В / 12 А (2,5 кВт с радиатором).
максимальная мощность без радиатора 300 Вт.
низкий уровень шума.
стабилизация оборотов.
мягкий старт.
размеры платы: 50×60 мм.

Электросхема принципиальная

Схема модуля системы регулирования основана на генераторе ШИМ импульсов и симисторе управления электродвигателем — классическая схемотехника для подобных устройств.

Элементы D1 и R1 обеспечивают ограничение величины напряжения питания до значения безопасной для питания микросхемы генератора.

Конденсатор C1 отвечает за фильтрацию напряжения питания.

Элементы R3, R5 и P1 являются делителем напряжения с возможностью его регулирования, который используется для задания величины мощности, подаваемой в нагрузку. Благодаря применению резистора R2, непосредственно входящего в цепь поступления на м/с фазы, внутренние блоки синхронизированы с симистором ВТ139.

Расположение элементов на печатной плате.

В испытательном варианте был применен симистор BT138/800 с максимальным током 12 А, что дает возможность управления нагрузкой более 2 кВт. Если необходимо управление ещё большими токами нагрузки — советуем тиристор установить за пределами платы на большом радиаторе. Также следует помнить о правильном выборе предохранителя FUSE в зависимости от нагрузки.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потери мощности

Каждый из нас дома имеет какой-то электроприбор, который работает в доме не один год. Но со временем мощность техники слабеет и не выполняет своих прямых предназначений. Именно тогда стоит обратить внимание на внутренности оборудования. В основном проблемы возникают с электродвигателем, который отвечает за функциональность техники. Тогда стоит обратить свое внимание на прибор, который регулирует обороты мощности двигателя без снижения их мощности.

Виды двигателей

Регулятор оборотов с поддержанием мощности — изобретение, которое вдохнет новую жизнь в электроприбор, и он будет работать как только что приобретенный товар. Но стоит помнить о том, что двигатели бывают разных форматов и у каждого своя предельная работа.

Двигатели разные по характеристикам. Это значит то, что та или иная техника работает на разных частотах оборота вала, запускающего механизм. Мотор может быть:

В основном трехфазные электромоторы встречаются на заводах или крупных фабриках. В домашних условиях используются однофазные и двухфазные. Данного электричества хватает на работу бытовой техники.

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Регулятор оборотов электродвигателя 220 В без потери мощности используется для поддержки первоначальной заданной частоты оборотов вала. Это один из основных принципов данного прибора, который называется частотным регулятором.

С помощью него электроприбор работает в установленной частоте оборотов двигателя и не снижает ее. Также регулятор скорости двигателя влияет на охлаждение и вентиляцию мотора. C помощью мощности устанавливается скорость, которую можно как поднять, так и снизить.

Вопросом о том, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, задавались многие люди. Но данная процедура довольно проста. Стоит только изменить частоту питающего напряжения, что существенно снизит производительность вала мотора. Также можно изменить питание двигателя, задействуя при этом его катушки. Управление электричеством тесно связано с магнитным полем и скольжением электродвигателя. Для таких действий используют в основном автотрансформатор, бытовые регуляторы, которые уменьшают обороты данного механизма. Но стоит также помнить о том, что будет уменьшаться мощность двигателя.

Вращение вала

Двигатели делят на:

Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя зависит от подключения тока к механизму. Суть работы асинхронного мотора зависит от магнитных катушек, через которые проходит рамка. Она поворачивается на скользящих контактах. И когда при повороте она развернется на 180 градусов, то по данным контактам связь потечет в обратном направлении. Таким образом, вращение останется неизменным. Но при этом действии нужный эффект не будет получен. Он войдет в силу после внесения в механизм пары десятков рамок данного типа.

Коллекторный двигатель используется очень часто. Его работа проста, так как пропускаемый ток проходит напрямую — из-за этого не теряется мощность оборотов электродвигателя, и механизм потребляет меньше электричества.

Двигатель стиральной машины также нуждается в регулировке мощности. Для этого были сделаны специальные платы, которые справляются со своей работой: плата регулировки оборотов двигателя от стиральной машины несет многофункциональное употребление, так как при ее применении снижается напряжение, но не теряется мощность вращения.

Схема данной платы проверена. Стоит только поставить мосты из диодов, подобрав оптрон для светодиода. При этом еще нужно поставить симистор на радиатор. В основном регулировка двигателя начинается от 1000 оборотов.

Если не устраивает регулятор мощности и не хватает его функциональности, можно сделать или усовершенствовать механизм. Для этого нужно учитывать силу тока, которая не должна превышать 70 А, и теплоотдачу при использовании. Поэтому можно установить амперметр для регулировки схемы. Частота будет небольшой и будет определена конденсатором С2.

Далее стоит настроить регулятор и его частоту. При выходе данный импульс будет выходить через двухтактный усилитель на транзисторах. Также можно сделать 2 резистора, которые будут служить выходом для охладительной системы компьютера. Чтобы схема не сгорела, требуется специальный блокиратор, который будет служить удвоенным значением тока. Так данный механизм будет работать долго и в нужном объеме. Регулирующие приборы мощности обеспечат вашим электроприборам долгие годы службы без особых затрат.

Плавная работа двигателя, без рывков и скачков мощности – это залог его долговечности. Для контроля этих показателей используется регулятор оборотов электродвигателя на 220В, 12 В и 24 В, все эти частотники можно изготовить своими руками или купить уже готовый агрегат.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

Двигателя переменного тока;
Главного контроллера привода;
Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Как выбрать регулятор

Существует несколько характеристик, по которым нужно выбирать регулятор оборотов для автомобиля, станочного электродвигателя, бытовых нужд:

Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

Хорошо себя зарекомендовали приборы марки Sinus, E-Sky и Pic.

При этом также нужно понимать, что есть так называемый универсальный регулятор вращения. Это частотный преобразователь для бесколлекторных двигателей.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

В данной схеме есть две части – одна логическая, где на микросхеме расположен микроконтроллер, а вторая – силовая. В основном такая электрическая схема используется для мощного электрического двигателя.

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Можно сделать простой симисторный регулятор оборотов электродвигателя, его схема представлена ниже, а цена состоит только из деталей, продающихся в любом магазине электротехники.

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

В описанной схеме, обороты будут регулироваться при помощи потенциометра P1. Параметром P1 определяется фаза входящего импульсного сигнала, который в свою очередь открывает симистор. Такая схема может применяться как в полевом хозяйстве, так и в домашнем. Можно использовать данный регулятор для швейных машинок, вентиляторов, настольных сверлильных станков.

Принцип работы прост: в момент, когда двигатель немного затормаживается, его индуктивность падает, и это увеличивает напряжение в R2-P1 и C3, то в свою очередь влечет более продолжительное открытие симистора.

Тиристорный регулятор с обратной связью работает немного по-другому. Он обеспечивает обратный ход энергии в энергетическую систему, что является очень экономным и выгодным. Данный электронный прибор подразумевает включение в электрическую схемы мощного тиристора. Его схема выглядит вот так:

Здесь для подачи постоянного тока и выпрямления требуется генератор управляющего сигнала, усилитель, тиристор, цепь стабилизации оборотов.

Практически во всех бытовых приборах и электроинструментах используется коллекторныйдвигатель. В более новых моделях болгарок, шуруповертов, ручных фрезеров, пылесосов, миксеров и других присутствует регулировка оборотов двигателя, но в более поздних моделях такой функции нет. Такими инструментами и бытовыми приборами не всегда удобно работать, и поэтому существуют регуляторы оборотов с поддержанием мощности.

Виды двигателей и принцип работы

Двигатели делятся на три типа: коллекторный, асинхронный и бесколлекторный. В большинстве электроинструментов стоит первый тип. Этот электродвигатель имеет довольно компактный размер. Его мощность значительно выше, чем у асинхронного, а цена довольно низкая. Что касается асинхронных, то этот тип в основном используется в металлообрабатывающей отрасли, а также широкое распространение они получили в угледобывающих шахтах. Довольно редко их можно встретить в быту.

Бесколлекторный электродвигатель используется там, где нужны большие обороты, точное позиционирование и малые размеры. Например, в различной медицинской технике, авиамоделировании. Принцип работы довольно прост. Если рамку прямоугольной формы, которая имеет ось вращения, поместить между плюсами постоянного магнита, то она начнет вращаться. Направление зависит от направления тока в рамке. В составе этого типа присутствуют якорь и статор. Якорь вращается, а статор стоит неподвижно. Как правило, на якоре стоит не одна рамка, а 4,5 или более.

Асинхронный двигатель работает по другому принципу. Благодаря эффекту переменного магнитного поля в статорных катушках он приводится во вращение. Если углубиться в курс физики, то можно вспомнить, что вокруг проводника, через который проходит ток, создается своеобразное магнитное поле, заставляющее вращаться ротор.

Принцип работы бесколлекторного типа основан на включении обмоток так, чтобы магнитные поля статора и ротора были ортогональны друг другу, а вращающий момент регулируется специальным драйвером.

На рисунке отчетливо видно, что для перемещения ротора нужно выполнить необходимую коммутацию, но и регулировать обороты не представляется возможным. Тем не менее бесколлекторный двигатель может очень быстро набирать обороты.

Устройство коллекторного двигателя

Коллекторный электродвигатель состоит из статора и ротора. Ротором называется часть, которая

вращается, а статор является неподвижным. Еще одной составляющей электродвигателя являются графитовые щетки, по которым ток течет к якорю. В зависимости от комплектации могут присутствовать датчики Холла, которые дают возможность плавного запуска и регулировки оборотов. Чем выше подаваемое напряжение, тем выше обороты. Этот тип может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

По классификации коллекторные двигатели можно разделить на те, что работают от переменного и от постоянного тока. Их также можно разделить по типу возбуждения обмотки: двигатели с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) возбуждением.

Типы регулировки

Существует довольно много вариантов регулировки оборотов. Вот основные из них:

Блок питания с регулировкой выходного напряжения.
Заводские устройства регулировки, которые идут изначально с электромотором.
Регуляторы на кнопочном управлении и стандартные регуляторы, которые просто ограничивают напряжение.

Эти типы регулировки плохи тем, что с уменьшением или увеличением напряжения падает и мощность. В некоторых электроинструментах это допустимо, но, как показывает практика, в большинстве случаев это является неприемлемым из-за сильного падения мощности и, соответственно, КПД.

Наиболее приемлемым вариантом будет регулятор на основе симистора или тиристора. Мало того что такой регулятор не уменьшает мощность при уменьшении напряжения, он еще и позволяет осуществлять более плавный пуск и регулировку оборотов. К тому же такую схему можно сделать своими руками. Ниже изображен регулятор оборотов с поддержанием мощности. Схема собрана на базе симистора BTA 41 800 В.

Все номиналы электроэлементов обозначены на схеме. Это схема после сборки, работает довольно стабильно и обеспечивает плавную регулировку коллекторного двигателя. При уменьшении выходного напряжения мощность не уменьшается, что является весомым плюсом.

При желании можно собрать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220 В своими руками. Эта схема собрана на базе симистора ВТА26−600, который предварительно необходимо установить на радиатор, так как при нагрузке этот элемент довольно сильно греется.

К готовой схеме возможно подключить электромотор, мощность которого не превышает 4 кВт.

Схема выглядит следующим образом.

Она успешно справится с регулировкой таких электроинструментов, как дрель, болгарка, циркулярка, лобзик. При желании можно использовать схему в качестве регулятора мощности ТЭН-ов, обогревателей и в качестве диммера. К минусам можно отнести невозможность регулировки мощности приборов, которые питаются от постоянного тока.

Регуляторы мощности постоянного тока

Иногда возникает потребность в регулировке оборотов коллекторного двигателя постоянного тока.

Если потребитель не имеет большой мощности, то возможно последовательно подсоединить переменный резистор, но тогда КПД такого регулятора резко упадет. Существуют схемы, при помощи которых возможно довольно плавно регулировать обороты, не уменьшая КПД. Такой регулятор подойдет для изменения яркости различных ламп, напряжения питания, не превышающего 12 В. Эта схема также выполняет роль стабилизатора частоты вращения, при изменении механической нагрузки на вал обороты остаются неизменными.

Эта схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока 12 В вполне подойдет для регулировки и стабилизации оборотов двигателей с током, не превышающим 5 А. В эту схему входит драйвер на биполярных транзисторах и таймер 7555, что обеспечивает стабильную работу и плавную скорость регулировки. Цена на детали довольно низкая, а это является несомненным плюсом. Можно также собрать регулятор оборотов электродвигателя 12 В своими руками.

Асинхронный двигатель и регулятор оборотов

Как правило, этот тип применяется на различных производствах, начиная от шахт и заканчивая металлообрабатывающими отраслями. Например, в угольных шахтах для плавного пуска конвейерных лент используется пускатель АПМ, в который встроено устройство на тиристорах, позволяющее плавно запустить конвейер. Асинхронный однофазный двигатель применяется также в автомобилях, вентиляторах печек, двигателях, которые приводят в движение дворники, бытовых вентиляторах, питающихся от напряжения 220 В. В машине двигатели работают от постоянного напряжения 12 вольт, но плавный запуск в них не предусмотрен.

Для регулировки оборотов асинхронного двигателя применяются так называемые частотные преобразователи. Эти преобразователи позволяют кардинально менять форму и частоту сигнала. Как правило, такие преобразователи собраны на базе мощных полупроводниковых транзисторов и импульсных модуляторов, а всеми элементами управляет ШИМ-контроллер.

Следует помнить: чем плавней разгон двигателя, тем меньше он испытывает перегрузок. Это касается редукторов, конвейеров, мощных насосов, лифтов. Вот одна схема регулятора оборотов асинхронного двигателя 220 В.

С помощью этой схемы можно регулировать обороты двигателей, мощность которых не превышает 1 тыс. Вт. При сборке этой схемы есть нюансы, которые необходимо учесть:

Тип соединения «треугольник».
Необходим драйвер трехфазного моста IR2133.
Микроконтроллер AT90SPWM3B.
Для прошивки микроконтроллера необходим программатор.
Мощные транзисторы IRG4BC30W или их аналоги.
ЖК-дисплей в качестве индикатора.
Импульсный блок питания, который можно купить или собрать собственноручно.

Из-за значительного нагрева диодный мост и силовые транзисторы необходимо установить на радиатор. Если предполагается подключение двигателя мощностью до 400 Вт, то термодатчик ставить необязательно, а для управления можно использовать опторазвязку.

Чтобы увеличить срок службы различных видов двигателей, рекомендуется пользоваться регуляторами оборотов, решающими большое количество проблем.

“>

Регулятор вращения электродвигателя 220 вольт с обратной связью

Наконец, начали «доходить» руки до самодельного точильного станка. В наличии был универсальный коллекторный электродвигатель УВ 051-Ц. Скорость его 7000 об/мин, что в двое больше, чем нужно для электроточила. Вдобавок, хотелось иметь регулировку оборотов (желательно с обратной связью). Пришлось собирать схему, которая отвечала всем запросам.

Итак, как я пришел к тому, что скорость нужно снизить вдвое. На точильных камнях, обычно, есть надпись на какой максимальной скорости они могут работать. Чаще всего – это 25-30 м/с. Чтобы рассчитать необходимое количество оборотов электродвигателя для точильного станка – есть формула. Количество оборотов = (допустимые обороты на камне / диаметр точильного круга (в метрах) *3,14 )*60 секунд. Итого, максимальное количество оборотов электродвигателя для камня, который я приобрел = (25/0.15+3.14)*60, что приблизительно равно 3185 об/мин. Вывод: скорость 7000 об/мин электродвигателя УВ 051-Ц нужно снизить вдвое.

В результате поисков, наткнулся на простую схему регулятора оборотов коллекторного электродвигателя 220 вольт с обратной связью. Информации по ней было не много, т.к., возможно, мало кто ее собирал, сомневаясь в ее работоспособности, видя насколько она примитивна. Я же ее собрал на кусочке монтажной платы, произвел отладку, убедился в работоспособности.

Теперь пересказ принципа действия схемы регулятора оборотов коллекторного электродвигателя с обратной связью. R1+R2+C1 – формирует опорное напряжение, задающее скорость вращения двигателя. В момент приложения нагрузки, скорость вращения падает, снижается крутящий момент. Возникающая в двигателе и приложенная между управляющим контактом и катодом тиристора противо-ЭДС уменьшается. Пропорционально уменьшению противо-ЭДС увеличивается напряжение на управляющем контакте тиристора. Такое увеличение напряжение заставляет тиристор срабатывать при меньшем фазовом угле, и в следствии, подавать на двигатель больший ток.

Тиристор нужно подбирать в зависимости от мощности электродвигателя. Мне хватило MCR100-8, в оригинальной схеме – КУ202Н. Под тиристор подбирается сопротивление резистора R3. Если тиристор КУ202Н – R3 можно не ставить. Диоды можно заменить на любые с аналогичными параметрами Д226, 1N4007 и т.д. С1 может быть в пределах 0,1-2uF, им устраняются рывки двигателя на малых оборотах. Конденсаторы с рабочим напряжением 250 вольт.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя с обратной связью

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.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя на TDA1085:

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.

Зачем нужен регулятор оборотов

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Фото – шим контроллер оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

Двигателя переменного тока;
Главного контроллера привода;
Привода и дополнительных деталей.

Фото – схема регулятора для коллекторного двигателя

Как выбрать регулятор

Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
Мощность. Это один из самых важных факторов для выбора электрического преобразователя частот. Нужно подбирать частотник с мощностью, которая соответствует максимально допустимой на предохраняемом приборе. Но для низковольтного двигатель лучше подобрать регулятор мощнее, чем допустимая величина Ватт;
Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
Диапазон частот. Преобразование частоты – это основная задача данного прибора, поэтому старайтесь выбрать модель, которая будет максимально соответствовать Вашим потребностям. Скажем, для ручного фрезера будет достаточно 1000 Герц;
По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

Хорошо себя зарекомендовали приборы марки Sinus, E-Sky и Pic.

Фото – схема регулятора для бесколлекторных двигателей

Видео: регулятор оборотов электродвигателя с ШИро V2

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Для работы нам понадобится мощный симистор типа BT138-600, её советует журнал радиотехники.

Фото – схема регулятора оборотов своими руками

Прекрасный для самоделок мотор от стиральной машины имеет слишком высокие обороты, и малый ресурс на максимальных оборотах. Поэтому я применяю простой самодельный регулятор оборотов (без потери мощности). Схема опробована и показала прекрасный результат. Обороты регулируются примерно от 600 до max.

Потенциометр электрически изолирован от сети, что повышает безопасность пользования регулятором.

Симистор необходимо поставить на радиатор.

Оптопара (2 шт) практически любая, но EL814 имеет внутри 2 встречных светодиода, и просится в эту схему.

Высоковольтный транзистор можно поставить, например, IRF740 (от БП компьютера), но жалко такой мощный транзистор ставить в слаботочную цепь. Хорошо работают транзисторы 1N60, 13003, КТ940.

Вместо моста КЦ407 вполне подойдет мост из 1N4007, или любой на >300V, и ток >100mA.

Печатка в формате .lay5. Печатка нарисована «Вид со стороны М2 (пайка)», так что при выводе на принтер ее надо зеркалить. Цвет М2 = черный, фон = белый, остальные цвета не печатать. Контур платы (для обрезки) выполнен на стороне М2, и будет указателем границ платы после травления. Перед запайкой деталей его следует удалить. В печатку добавлен рисунок деталей со стороны монтажа для переноса на печатку. Она тогда приобретает красивый и законченный вид.

Регулировка от 600 оборотов подходит для большинства самоделок, но для особых случаев предлагается схема с германиевым транзистором. Минимальные обороты удалось снизить до 200.

Минимальные обороты получил 200 об/мин (170-210, электронный тахометр на низких оборотах плохо меряет), транзистор Т3 поставил ГТ309, он прямой проводимости,и их много. Если поставить МП39, 40, 41, П13, 14, 15, то обороты должны еще снизиться, но уже не вижу надобности. Главное, что таких транзисторов как грязи, в отличие от МП37 (смотри форум).

Плавный пуск прекрасно работает, Правда на валу мотора пусто, но от нагрузки на валу при пуске, подберу R5 при необходимости.

R5 = 0-3к3 в зависимости от нагрузки;; R6 = 18 Ом – 51 Ом – в зависимости от симистора, у меня сейчас этого резистора нет;; R4 = 3к – 10к – защита Т3;; RР1 = 2к-10к – регулятор скорости, связан с сетью, защита от сетевого напряжения оператора обязательна. Есть потенциометры с пластмассовой осью, желательно использовать. Это большой недостаток данной схемы, и если нет большой необходимости в малых оборотах, советую использовать V17 (от 600 об/мин).

С2 = плавный пуск, = время задержки включения мотора;; R5 = заряд С2, = наклон кривой заряда, = время разгона мотора;; R7 – время разряда С2 для следующего цикла плавного пуска (при 51к это примерно 2-3 сек)

“>

【𝐂𝐡𝐫𝐢𝐬𝐭𝐦𝐚𝐬 𝐆𝐢𝐟𝐭】 Удобное управление Переключатель управления скоростью защиты от короткого замыкания, простой в использовании регулятор двигателя с защитой от тока, для щеточных двигателей Контроль уровня жидкости —

Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
Поддерживает функцию управления скоростью двигателя щетки постоянного тока, по часовой стрелке, остановке или против часовой стрелки, этот контроллер двигателя прост в использовании.
Управление скоростью двигателя может дополнять диаграмму конфигурации контроля уровня жидкости и управления вращением двигателя постоянного тока, а рабочий статус понятен с первого взгляда.
Регулятор мотора отличается удобством управления и хорошей стабильностью.
Благодаря защите от перегрузки по току и короткого замыкания, регулятор двигателя упрощает установку.
Использует материал печатной платы, такой контроллер поддерживает постоянный ток в пределах 6А.

› См. Дополнительные сведения о продукте

Щеточные двигатели постоянного тока и как ими управлять

Дэвид Биркс, инженер по приложениям, Diodes Incorporated.

Электродвигатели постоянного тока существуют уже почти двести лет, с постоянным рядом усовершенствований за это время.В последнее время бесщеточные двигатели постоянного тока становятся все более популярными, но для многих применений щеточные двигатели постоянного тока по-прежнему являются правильным выбором. Щеточные двигатели дешевле и проще в управлении, поэтому они остаются популярным вариантом.

В этой статье мы объясним основы щеточных двигателей постоянного тока, а затем рассмотрим схемы, необходимые для их привода. Мы также познакомим вас с бесщеточными двигателями постоянного тока, их плюсами и минусами.

Основы электродвигателя постоянного тока с щеткой

Возвращаясь к основам, фундаментальный принцип электродвигателя, конечно, заключается в том, что он преобразует электричество в движение.Это достигается за счет взаимодействия между магнитами, один из которых обычно создается путем пропускания тока через провод, обвязанный вокруг ферритового сердечника. Ток, протекающий по проводу, создает второе магнитное поле. Это взаимодействует с первичным магнитным полем, создавая противодействующую силу, которая перемещает одну часть двигателя, обычно заставляя ее вращаться вокруг оси.

Щеточные двигатели постоянного тока состоят из четырех основных компонентов; неподвижный магнит (называемый статором), ротор, коммутатор и щетки (см. рисунок 1).Ротор состоит из одной или нескольких обмоток из проволоки, намотанной вокруг сердечника из черного металла, обычно железа, и подключенных к источнику питания с помощью металлической «щетки». Когда мы пропускаем ток через обмотки ротора, генерируемое поле взаимодействует с полем статора и создает силу, которая вращает ротор. Статор может быть постоянным магнитом или электромагнитом, в зависимости от требований любого конкретного приложения.

Это все очень хорошо, но если бы мы просто использовали обычные провода для подключения обмоток ротора к источнику питания, как только ротор повернулся достаточно далеко, его магнитная сила фактически изменила бы направление — так что ротор просто двигался бы вперед и назад, а не вращается в одном направлении.

Чтобы исправить это, мы используем коммутатор, который представляет собой проводящую медную втулку вокруг оси ротора, физически и электрически разделенную на сегменты. Когда коммутатор вращается, он соединяет и отключает эти сегменты через щетки, подавая питание на разные пары сегментов. Это приводит к изменению полярности магнитного поля каждый раз, когда двигатель вращается на 180 °, что приводит к плавному и непрерывному вращению.

Рисунок 1: Двухполюсный щеточный двигатель

Альтернатива: бесщеточные двигатели постоянного тока

Как следует из названия, бесщеточный двигатель постоянного тока не имеет щеток.Вместо этого он использует транзисторы в электронной схеме управления, чтобы подавать и снимать мощность с провода ротора, создавая переменный ток от источника постоянного тока для реверсирования тока в каждом полупериоде, обеспечивая непрерывное вращение.

Бесщеточные двигатели постоянного тока обычно более плавные и эффективные, чем щеточные двигатели, имеют более высокое отношение крутящего момента к мощности и предлагают более высокие скорости с более точным управлением. Из-за отсутствия износа щетки или коллектора они требуют меньше обслуживания и имеют более длительный срок службы.Однако одним из основных недостатков бесщеточного двигателя является стоимость самого двигателя и более сложной схемы привода, которая необходима.

Для обеспечения непрерывного движения контроллер бесщеточного двигателя меняет направление или фазу тока каждый раз, когда двигатель вращается на 180 градусов или на другую фиксированную величину, например 120 градусов для трехфазного двигателя.

Изменение управляющего напряжения может быть достигнуто с помощью аналоговых компонентов или в цифровом виде с использованием FPGA или микроконтроллера.Схема управления должна знать об относительном угловом положении двигателя, чтобы она могла активировать правильную фазу в нужное время. Это может быть достигнуто с помощью датчиков, с помощью оптического кодировщика или датчика на эффекте Холла, или без датчиков, путем определения угла поворота из обратной ЭДС, создаваемой магнитным полем. В любом случае часто используется универсальный драйвер двигателя, который объединяет необходимые функции в одной микросхеме.

Цепи привода щеточных электродвигателей

В принципе, как обсуждалось выше, щеточный электродвигатель не требует внешнего контроллера, так как изменение полярности магнитного поля осуществляется за счет того, что щетки создают и прерывают электрический путь через обмотки, обеспечивающие непрерывное вращение в одном направлении.

Для некоторых приложений этого достаточно. Но если мы хотим иметь возможность изменять скорость двигателя или менять направление вращения, нам нужна схема привода. Это может быть так же просто, как просто изменить направление тока, чтобы двигатель вращался в обратном направлении.

Чтобы изменить скорость, мы можем изменить напряжение, используя делитель потенциала, при этом скорость пропорциональна напряжению. Однако снижение напряжения таким способом неэффективно, поскольку делитель напряжения не снижает общий протекающий ток.Чтобы преодолеть это, часто используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), которая включает быстрое выключение и включение тока для снижения «среднего» напряжения на двигателе.

Рассмотрим пример простого однонаправленного приложения, например игрушки. Для этого нам нужен только один транзистор и обратный диод, который обеспечивает путь для рассеивания обратной ЭДС, которая в противном случае могла бы вызвать повреждение (см. Рисунок 2).

Чтобы можно было изменять скорость, нам нужен транзистор, который может выдавать требуемую мощность и может включаться и выключаться с помощью управляющего сигнала.Примером этого является DMTh5008LFDFWQ от Diodes Incorporated, прочное устройство MOSFET, работающее при температуре до 175 ° C. Устройство обеспечивает высокую плотность мощности: до 40 В и 11,6 А в компактном корпусе 2 мм x 2 мм.

Рисунок 2: Управление двигателем постоянного тока с однонаправленной щеткой

Если требуется изменить направление вращения двигателя, это может быть достигнуто с помощью схемы «Н-мост», названной так потому, что в ней используются четыре транзистора для управления потоком тока (см. Рисунок 3).Когда два транзистора Q1 и Q4 включены, ток течет через двигатель (обозначенный «BDC» на рисунке 3) слева направо, заставляя его вращаться. Выключение Q1 и Q4 и включение Q2 и Q3 заставляет ток течь справа налево через двигатель, заставляя его вращаться в противоположном направлении. На рисунке 3 также показано, что нам по-прежнему нужен обратный диод для каждого транзистора, как в однотранзисторной схеме, рассмотренной ранее. На практике эту функцию обеспечивает внутренний диод транзистора.

Рисунок 3: Устройство ворот H-образного моста

Теперь доступны устройства, которые объединяют все четыре транзистора H-моста в один корпус, например DMHC4035LSDQ. Это образует H-мост, который может переключать ток до 3 А. Он поставляется в пакете SO-8 и сертифицирован для автомобильного применения в соответствии со строгим стандартом AEC-Q101. Это устройство также можно использовать для управления однофазным бесщеточным двигателем.

Заключение

Матовые двигатели постоянного тока могут показаться менее привлекательными, чем их бесщеточные собратья, но они обеспечивают надежную, проверенную производительность, требующую менее сложной схемы привода, что сводит общие затраты к минимуму.

Выбор подходящего двигателя для любого конкретного приложения зависит от конкретных требований этого приложения. Требуется ли точное управление положением двигателя с плавностью движения, обеспечиваемой бесщеточными двигателями, или может более простая и недорогая щеточная альтернатива предоставить лучшее решение? Важно ли избегать износа и технического обслуживания, которое может обеспечить бесщеточный двигатель, или двигатель приложения работает так редко, что износ щеток и коллектора является второстепенным?

Если приложение не оправдывает более высокую стоимость и сложность, которые связаны с функциями, предлагаемыми бесщеточным электродвигателем, то щеточный электродвигатель постоянного тока в сочетании с правильной схемой привода все еще может обеспечить очень привлекательное решение.

Правильные причины использования регулятора напряжения для двигателей постоянного тока

Из вашего комментария к Puffafish,

Я до сих пор не понимаю, как более медленный двигатель вызывает меньшее сопротивление в мотор. Если под сопротивлением подразумевается обратная ЭДС, то она будет выше. из-за более высокой нагрузки. Сопротивление якоря всегда фиксировано. Является не так ли?

Вы должны знать, что (как уже отмечали другие) урок, о котором вы говорите, очень плохо выполнен.В частности, вы можете представить двигатель, имеющий переменное «эффективное сопротивление» и фиксированное сопротивление якоря. Ключ — включить обратную ЭДС. Фактически, двигатель постоянного тока можно смоделировать как сопротивление (сопротивление обмотки, которое в значительной степени постоянное, хотя медь действительно сильно изменяется с температурой) последовательно с генератором, который обеспечивает напряжение (обратная ЭДС), которое пропорциональна скорости вращения ротора. Так схема с источником напряжения будет иметь вид

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

При фиксированном напряжении на ток, потребляемый двигателем, будет влиять обратная ЭДС и, следовательно, скорость двигателя.Максимальный ток будет потребляться, когда скорость двигателя равна нулю, и она может быть очень высокой. По понятным причинам это называется «заторможенный ток». По мере увеличения скорости двигателя ток будет определяться разницей между входным напряжением и противо-ЭДС. Урок, с которым вы связались, игнорирует любые попытки измерить скорость двигателя и объясняет это изменение тока тем, что «сопротивление» двигателя увеличивается с увеличением скорости. Если вы измените его на «эффективное сопротивление», эта концепция не будет полностью необоснованной.По крайней мере, для целей урока.

В уроке используется регулятор напряжения, чтобы гарантировать, что для H-моста PWM скорость двигателя будет более или менее пропорциональна рабочему циклу PWM. В противном случае двигатель будет казаться необъяснимо слабым на низких скоростях, поскольку напряжение батареи будет падать при высоких уровнях тока, что произойдет, когда скорость двигателя низкая, низкая обратная ЭДС и «эффективное сопротивление». также низкий.

Обратите внимание, что это фактически предполагает так называемое регулирование скорости «без обратной связи».то есть нет обратной связи о фактической скорости двигателя. Любая реальная система, которая действительно заботится о том, что делает двигатель, будет включать датчик вала и обратную связь для регулировки рабочего цикла H-моста. После этого отпадает необходимость в регуляторе напряжения — контроллер мотора будет регулировать ШИМ для достижения требуемой скорости.

Cytron Дизайн: Драйвер двигателя постоянного тока

Я работал в компании Cytron Technologies, которая известна своим широким ассортиментом щеточных драйверов двигателей постоянного тока с высокими характеристиками по доступной цене.Я начал разрабатывать драйвер двигателя с 2010 года, и MD10C R1 был моим первым драйвером двигателя с полной конструкцией NMOS H-моста.

Самая ранняя версия MD10C

Эта версия была не совсем идеальной и претерпевала несколько пересмотров. Сегодня на рынке присутствует MD10C Rev.3, и это один из наших самых продаваемых приводов двигателей.

Как основной разработчик всех драйверов двигателей, я буду делиться битами и байтами, а также тем, что я узнал и применил в конструкции наших драйверов на протяжении многих лет.

Перед этим я говорил об основных принципах управления скоростью ШИМ для щеточного двигателя постоянного тока в другом посте. Теперь давайте перейдем к чему-то более продвинутому и рассмотрим некоторые концепции и теории, лежащие в основе щеточного драйвера двигателя постоянного тока.

Электрическая модель для щеточного двигателя постоянного тока

Поскольку мы собираемся разработать драйвер двигателя, полезно знать электрическую модель и характеристики щеточного двигателя постоянного тока.

Электрическая модель щеточного двигателя постоянного тока.

В основном двигатель постоянного тока моделируется как 3 компонента внутри:

Индуктивность (L) обмотки якоря двигателя.
Сопротивление (R) обмотки якоря двигателя.
Противоэлектродвижущая сила (противо-ЭДС) — Двигатель постоянного тока также может действовать как генератор. Противо-ЭДС — это напряжение, генерируемое двигателем при вращении. Значение пропорционально скорости вращения, но противоположно напряжению питания. Чем выше частота вращения, тем выше напряжение обратной ЭДС и наоборот.

Согласно закону Ома, Ток (I) = напряжение (В) / сопротивление (R).

Таким образом, для двигателя постоянного тока,

Ток двигателя = (напряжение аккумулятора — напряжение противо-ЭДС) / сопротивление обмотки

Пример:

Двигатель подключен к аккумулятору

Аккумулятор подключается к клемме двигателя, когда двигатель остановлен.

Поскольку двигатель не вращается, противо-ЭДС составляет 0 В.Ток двигателя будет максимальным и ограничен только сопротивлением обмотки двигателя. Это также остановленный ток двигателя, который может быть намного выше номинального. Обратите внимание, что использование двигателя с превышением номинального тока / крутящего момента в течение длительного времени приведет к поджариванию двигателя.

Ток останова двигателя = напряжение аккумулятора / сопротивление обмотки

Крутящий момент двигателя пропорционален току двигателя, поэтому двигатель будет создавать максимальный крутящий момент при остановке или во время запуска.

Если крутящий момент достаточно высок, двигатель разгонится и скорость увеличится. В то же время напряжение обратной ЭДС двигателя также увеличится, что приведет к уменьшению тока двигателя (потому что напряжение обратной ЭДС противодействует напряжению батареи). Двигатель будет ускоряться до точки, при которой тока двигателя будет достаточно, чтобы управлять нагрузкой двигателя и стабилизироваться.

Если к валу двигателя не подключена какая-либо нагрузка, двигатель просто разгонится до «скорости холостого хода» двигателя.На этой скорости напряжение обратной ЭДС немного ниже напряжения батареи. Ток двигателя минимален (ток холостого хода), а крутящего момента достаточно, чтобы преодолеть механическое трение и обеспечить работу двигателя.

Торможение двигателем:

Если двигатель работает, и мы отсоединяем аккумулятор, двигатель становится генератором, и напряжение на нем зависит от скорости. Без какой-либо внешней силы двигатель просто остановится по инерции из-за механического трения.

Что произойдет, если соединить и замкнуть обе клеммы двигателя вместе? Ток начнет течь в обратном направлении из-за обратной ЭДС двигателя.Этот отрицательный ток будет создавать крутящий момент, противоположный направлению двигателя, заставляя двигатель замедляться и эффективно тормозить двигатель.

Путь тока при торможении двигателя.

Двигатель движется по инерции до остановки.

Двигатель тормозит

Хорошо, я думаю, что у нас достаточно теории о щеточном двигателе постоянного тока. Перейдем к водителю мотора.

Базовый однонаправленный привод двигателя

Сначала мы начнем с чего-нибудь простого.Это схема очень простого однонаправленного драйвера двигателя, который может управлять двигателем только в одном направлении.

Схема основного однонаправленного привода двигателя

Еще помните, что электрическая модель двигателя состоит из трех компонентов: сопротивления, индуктивности и противо-ЭДС? Мы говорили о сопротивлении и обратной ЭДС, но не об индуктивности. Теперь мы подробнее рассмотрим индуктивность обмотки, поскольку она играет важную роль при разработке драйвера двигателя с ШИМ-регулированием скорости.

Согласно All About Circuits уравнение для индуктора выглядит следующим образом:

Свойство индуктивности предотвращает мгновенное изменение тока. Вместо этого ток будет медленно увеличиваться или уменьшаться, и скорость зависит от приложенного напряжения и значения индуктивности (di / dt = V / L).

Из графика мы видим, что ток двигателя медленно растет, а не достигает максимума сразу после включения полевого МОП-транзистора.

Текущий путь, когда MOSFET находится на

Обратный диод:

То же самое происходит, когда MOSFET выключен, ток двигателя не может сразу упасть до 0. Именно здесь на помощь приходит диод Flyback D1 . Он обеспечивает альтернативный путь протекания тока двигателя, когда полевой МОП-транзистор выключен.

Текущий путь, когда полевой МОП-транзистор выключен

Без обратного диода ток двигателя прерывается, и ему некуда идти (di / dt отрицательное и очень высокое).Это вызовет скачок напряжения на MOSFET Q1. Обычно это напряжение может быть намного выше, чем напряжение двигателя, и может повредить полевой МОП-транзистор, если он превышает его максимальное значение.

Напряжение на MOSFET при выключении

Мы подключили шунтирующий резистор последовательно к двигателю и измерили разность напряжений с помощью осциллографа, чтобы измерить ток двигателя, и вот что мы получили.

Ток двигателя при управлении с сигналом ШИМ

Вы можете видеть, что всякий раз, когда MOSFET переключается, возникает некоторый шум переключения.Это потому, что в реальном мире обратный диод не идеален. Требуется некоторое время, чтобы начать проводить при переключении с обратного смещения (когда MOSFET включен) на прямое смещение (когда MOSFET выключен) и наоборот. Вот почему рекомендуется выбирать диод Шоттки с быстрым временем восстановления, чтобы минимизировать шум переключения.

Главный конденсатор:

Еще одним важным компонентом драйвера двигателя является главный конденсатор , но его часто упускают из виду.Это особенно важно, если у вас очень длинные провода от аккумулятора к приводу мотора.

Когда MOSFET выключается, он не только отключает ток двигателя. Фактически, ток, протекающий от батареи, тоже будет прерван. Батарея и провода имеют некоторую индуктивность, и если ее ток прервется, произойдет скачок напряжения. Таким образом, для поглощения тока индуктивности и уменьшения скачков напряжения необходим основной конденсатор большой емкости.

Когда полевой МОП-транзистор снова включается, ток будет потребляться от батареи.Опять же, индуктивность батареи и проводов препятствует быстрому протеканию тока. Главный конденсатор будет обеспечивать этот ток и предотвращать падение напряжения в течение этого периода, пока не начнет течь ток от батареи.

Входное напряжение при переключении MOSFET

По этой причине драйверы двигателей Cytron всегда оснащены большим главным конденсатором.

Основные конденсаторы на драйверах двигателей Cytron

В реальном применении MOSFET переключается на высокой частоте, и главный конденсатор будет работать очень тяжело.Не удивляйтесь, если основной конденсатор будет иметь такую высокую температуру, как МОП-транзистор.

Зависимость тока аккумулятора от тока двигателя:

Один факт о драйвере двигателя, который не так широко понимается, заключается в том, что в режиме ШИМ ток батареи не совпадает с током двигателя. Ток батареи течет только при включенном МОП-транзисторе. Если полевой МОП-транзистор управляется ШИМ при 50% -ном рабочем цикле, ток батареи протекает только в течение 50% времени, а средний ток батареи будет составлять половину тока двигателя.С другой стороны, напряжение, «воспринимаемое» двигателем, составляет только 50% от напряжения батареи.

Конечно это идеальный случай. В действительности ток батареи будет немного выше 50% тока двигателя из-за потери мощности в драйвере двигателя.

Следовательно, если вы хотите измерить фактический ток двигателя, подключите датчик тока / амперметр последовательно к двигателю. Не подключайте его последовательно к батарее / источнику питания.

Драйвер однонаправленного двигателя с синхронным выпрямлением

Синхронное выпрямление — это метод повышения эффективности за счет замены обратного диода на полевой МОП-транзистор.Как объяснялось ранее, цель обратного диода в драйвере двигателя состоит в том, чтобы проводить обратный ток двигателя (из-за индуктивности) при выключении полевого МОП-транзистора. Однако на диодах действительно наблюдается падение напряжения около 0,5–1 В, что приводит к потере некоторой мощности в диоде во время фазы обратного хода. Помнить? Мощность (P) = напряжение (В) x ток (I).

Схема однонаправленного драйвера двигателя с синхронным выпрямлением.

Один интересный факт о MOSFET заключается в том, что, когда MOSFET включен, он проводит ток в любом направлении.

В этой схеме управляющий МОП-транзистор Q1 включается во время фазы возбуждения, а обратный МОП-транзистор Q2 включается во время фазы обратного хода. Таким образом, потери мощности минимальны и зависят только от внутреннего сопротивления полевого МОП-транзистора (Rds On). Это намного меньше по сравнению с потерями мощности диода.

Текущий путь при движении.

Текущий путь во время обратного хода.

Однако в этой цепи есть риск.Если оба полевых МОП-транзистора включаются одновременно, это приведет к замыканию положительного и отрицательного полюсов батареи вместе. Это состояние называется «Пролететь» .

Короткое замыкание, если оба полевых МОП-транзистора включаются одновременно.

Скорее всего, вы увидите пламя и дым от MOSFET, если это произойдет. Следовательно, для схемы управления полевым МОП-транзистором очень важно убедиться, что оба полевых МОП-транзистора не могут включиться одновременно.

Мертвое время:

MOSFET в реале не включается и не выключается резко.Вместо этого для переключения MOSFET требуется некоторое время. В результате мы не можем включить Q2 сразу после выключения Q1, потому что для полного выключения потребуется некоторое время. Вместо этого мы должны немного подождать, прежде чем включать Q2. Этот промежуток называется «мертвое время ». Без мертвого времени произойдет простреливание, и хотя это всего лишь от нескольких наносекунд до микросекунд, ток может быть достаточно большим, чтобы мгновенно поджарить полевой МОП-транзистор.

Мертвое время в драйвере двигателя синхронного выпрямления.

Нужен ли нам обратно обратный диод в этом случае? ДА! Нам по-прежнему нужен диод, который на короткое время проводит обратный ток в течение мертвого времени, пока не включится обратный МОП-транзистор. К счастью, в каждый полевой МОП-транзистор уже встроен основной диод, и дополнительный диод не требуется.

Корпусный диод MOSFET.

Однако, если вы используете биполярный переходной транзистор (BJT) вместо MOSFET, обратный диод не может быть исключен.

Драйвер однонаправленного двигателя с синхронным выпрямлением с использованием BJT.

Это применимо и к двунаправленному приводу двигателя. Внешний обратный диод необходим только для драйвера двигателя на основе BJT и может быть опущен для драйвера двигателя на основе MOSFET.

BJT против драйвера двигателя на основе MOSFET.

Еще одно преимущество синхронного выпрямления заключается в том, что драйвер двигателя может тормозить двигатель посредством динамического и рекуперативного торможения. Читай дальше, чтобы узнать больше.

Диодное выпрямление и синхронное выпрямление

Вот некоторые сравнения между диодным выпрямлением и синхронным выпрямлением:

Выпрямление диодов:

Более простая схема и меньшие компоненты.
Более низкая эффективность.
Без рекуперации, без торможения двигателя.
Невозможно точно контролировать скорость двигателя.
Применение: вентилятор, водяной насос, конвейер …

Синхронная сертификация:

Намного более сложная схема с большим количеством компонентов (необходимо учитывать время простоя переключения, регенерацию двигателя и т. Д.).
Повышенная эффективность.
Рекуперативная, двигатель можно тормозить.
Может точно контролировать скорость двигателя.
Применение: сервопривод, мобильный робот, электрический велосипед …

Динамическое торможение и рекуперативное торможение

Некоторые приводы двигателей на рынке маркируют себя как «Регенеративные приводы двигателей». Когда скорость двигателя выше, чем задано, он действует как генератор. Эти приводы двигателей способны возвращать энергию от двигателя для зарядки аккумулятора и эффективного торможения двигателя.Это похоже на технологию, используемую в гибридном автомобиле. Когда автомобиль тормозит, кинематическая энергия автомобиля преобразуется в заряд аккумулятора.

В любом случае, это звучит сложнее, чем есть на самом деле.

Динамическое торможение:

Мы уже знали, что если мы закоротим обе клеммы двигателя вместе, когда двигатель вращается, ток будет течь в противоположном направлении из-за обратной ЭДС, и это приведет к торможению двигателя. Ток ограничен внутренним сопротивлением двигателя и сопротивлением проводки.Кинематическая энергия двигателя будет рассеиваться в виде тепла через сопротивление, и это будет динамическое торможение.

Мы можем легко сделать это с помощью драйвера двигателя синхронного выпрямления, включив обратноходовой МОП-транзистор (МОП-транзистор проводит ток в обоих направлениях при включении).

Путь тока при динамическом торможении.

Рекуперативное торможение:

Если энергия от двигателя может быть возвращена к источнику питания, а не рассеиваться в виде тепла, это становится рекуперативным торможением.

Рассмотрим предыдущий случай динамического торможения, когда двигатель работает, а МОП-транзистор обратного хода включен, ток течет через МОП-транзистор обратного хода, создавая крутящий момент в противоположном направлении.

Что произойдет, если мы отключим обратноходовой МОП-транзистор и вместо этого включим приводной МОП-транзистор? Тормозной ток не может быть прерван, и он должен продолжать течь в нужном направлении. В результате ток будет течь в батарею и обратно к двигателю через управляющий полевой МОП-транзистор в противоположность управляющему току, и это будет эффективно заряжать батарею.

Путь тока при рекуперативном торможении.

Короче говоря, когда мы уменьшаем рабочий цикл ШИМ при работающем двигателе, двигатель будет переключаться между динамическим торможением и рекуперативным торможением. Соотношение зависит от рабочего цикла ШИМ. Это может быть чисто рекуперативное торможение (рабочий цикл 100%) до чисто динамического торможения (рабочий цикл 0%).

Все это происходит автоматически, а рекуперативное торможение — всего лишь побочный продукт синхронного выпрямления.В этом нет ничего страшного!

Проблема рекуперативного торможения

Рекуперативное торможение увеличивает эффективность привода двигателя, возвращая избыточную энергию в аккумулятор и обеспечивая мощность торможения двигателю, так что его скорость может регулироваться более точно. Звучит очень хорошо, да?

Однако обратная сторона заключается в том, что рекуперативное торможение создает проблемы или опасно, когда для питания двигателя используется импульсный источник питания.В отличие от батареи, большинство импульсных источников питания не может поглощать ток от регенерации двигателя. Это приводит к повышению напряжения, а его амплитуда зависит от скорости замедления двигателя и его нагрузки. Следовательно, источник питания может отключиться или отключиться, если он имеет защиту от перенапряжения. Если скачок напряжения будет слишком высоким, это приведет к отключению драйвера двигателя или источника питания при превышении максимального номинального напряжения.

Скачок напряжения, вызванный регенерацией двигателя.

Как видно из графика осциллографа выше, двигатель с питанием 24 В может вызвать скачок напряжения до 40 В во время регенерации.

Мы получили довольно много писем от наших клиентов, спрашивающих, можно ли просто поставить TVS-диод, чтобы ограничить скачок напряжения? НЕТ! Диод TVS хорош только для подавления всплеска, который происходит от нескольких микросекунд до миллисекунд, например, для подавления ESD. Из графика видно, что скачок напряжения стабилизируется за несколько сотен миллисекунд.Это также зависит от замедления и нагрузки вашего двигателя. TVS-диод точно не справится и загорится.

Итак, есть ли решение? Использование импульсного источника питания особенно важно для промышленного применения.

Параллельная батарея с источником питания:

Мы можем подключить аккумуляторную батарею (предпочтительно SLA-батарею) с таким же номинальным напряжением параллельно источнику питания.

Параллельный аккумулятор с источником питания.

Во время замедления двигателя аккумулятор служит резервуаром для поглощения тока от рекуперации двигателя. Хорошая вещь в этой настройке заключается в том, что когда двигатель ускоряется, аккумулятор может помочь подавать ток на двигатель и снизить нагрузку на источник питания.

Однако аккумулятор может быть довольно громоздким и не практичным для использования в потребительских товарах. Кроме того, батареи имеют срок службы и требуют регулярного обслуживания.

Шунтирующий регулятор:

Шунтирующий стабилизатор — это устройство, предназначенное для ограничения скачков напряжения за счет рассеивания энергии через резистор большой мощности.Он работает аналогично TVS-диоду, за исключением того, что он может выдерживать гораздо большую мощность в течение более длительного времени. Кроме того, шунтирующий регулятор также имеет более точное напряжение срабатывания, чем TVS-диод.

Pololu есть дешевый и красивый шунтирующий регулятор, и мы тоже их носим. Обратите внимание, что напряжение срабатывания должно быть немного выше, чем напряжение источника питания.

Шунтирующий регулятор, разработанный Pololu.

Параллельный шунтирующий регулятор с источником питания.

Пик напряжения фиксируется на уровне 26,4 В с помощью шунтирующего регулятора.

Мы видим, что после установки шунтирующего регулятора параллельно источнику питания скачок напряжения фиксируется на уровне 26,4В.

Заключение

Думаю, этого достаточно для части 1. Пока мы рассмотрели электрическую модель щеточного двигателя постоянного тока, однонаправленного драйвера двигателя с диодным выпрямлением и синхронным выпрямлением, рекуперативного торможения, его проблемы и решения.

Во второй части я расскажу о двунаправленном приводе двигателя и Н-мосте.

Следите за обновлениями!

Вопросы, похвала или критика? Оставьте свой комментарий ниже. 🙂

Простая схема драйвера двигателя — AI Shack

Используемые компоненты

В этом проекте мы будем использовать следующие компоненты:

Один мост L293D H
Один регулятор напряжения 7805
Один регулятор напряжения 7812
Четыре конденсатора, около 10 мкФ
Два двигателя постоянного тока H-мост — ключевой компонент.Для питания этой микросхемы мы используем два регулятора напряжения. 7805 используется для генерации логических напряжений (5 В = логическая 1). 7812 фактически будет приводить в действие двигатели.

Схема

Хорошо, давайте теперь начнем со схемы. Я предполагаю, что у вас есть паяльник и печатная плата … или вы можете сделать это кем-то.

Шаг 1. Источник питания

Сначала займемся питанием двигателей и микросхемы. Для этого мы будем использовать две микросхемы стабилизатора напряжения.В идеале вы могли бы подключить такую схему:

Блок питания

Две толстые линии слева — это основной источник питания постоянного тока (возможно, от аккумуляторной батареи или адаптера постоянного тока). Как только питание проходит через эту цепь, вы получаете разность потенциалов 5 вольт на земле и линии, отмеченной + 5V. И вы получаете разность потенциалов 12 вольт между линией +12 В и землей.

Однако на входных линиях всегда есть колебания. Чтобы свести их к минимуму, мы добавляем конденсаторы на входные и выходные клеммы.Итоговая схема блока питания для нашего проекта будет такой:

Блок питания с добавленными конденсаторами

Шаг 2: Подключение питания к L293D

Всего на L293D 8 контактов, которые относятся к питанию. Четыре контакта заземления, три контакта, которым требуется + 5 В, и один контакт, которому требуется питание +12 В.

Выполнение 4 заземляющих соединений может быть беспорядочным, если вы делаете эту схему впервые. В любом случае, вот почему мы делаем все эти подключения:

Подключение источника питания к L293D

Четыре заземления должны быть заземлены.Никаких вопросов не было задано. Без этого чип не будет работать.

Vs подключен к +12 В, потому что мы будем запускать наши двигатели постоянного тока с этим напряжением.

Мы помещаем + 5V в Vss, потому что это стандартное напряжение для логической 1. На основе этого напряжения L293D решает, является ли данное входное напряжение логической 1 или логическим 0.

ENABLE1 и ENABLE2 подключены к + 5V, потому что мы будем использовать обе стороны микросхемы. Мы вставляем логическую 1 в эти контакты.

Шаг 3: Подключение выходов

Наши выходы — моторы.Поэтому мы просто подключаем два терминала двигателей к выходам OUTPU1 / OUTPUT2 и OUTPUT3 / OUTPUT4. Так просто.

Подключение двигателей к L293D

Шаг 4: Подключение входных контактов

Осталось только подключить выводы INPUTx. Эти контакты подключаются к любому «контроллеру», который у вас есть. Если у вас есть микроконтроллер или микроконтроллер, эти четыре провода идут туда. Если вы хотите, чтобы это был компьютерный контроллер, они входят в параллельный порт компьютера или, возможно, даже в последовательный порт.Или, если хотите, вы можете пойти еще дальше и даже использовать беспроводной передатчик для беспроводного управления двумя двигателями.

Подключение входных контактов

Готово!

После выполнения этих подключений вы закончили драйвер двигателя. Теперь, в зависимости от вашего ввода, двигатели будут вращаться в разных направлениях. Основываясь на соединениях, которые вы сделали с двигателем, и о том, как вы установили двигатель в своем проекте, вам придется самостоятельно определять, когда двигатели вращаются вперед или когда двигатели вращаются назад.Для этого будет достаточно простого попадания и пробных экспериментов.

Торможение

Вот кое-что интересное. Что-то, что делает эту схему отличной для создания роботов с дифференциальным приводом.

Учтите следующее: если INPUT1 равен логической 1, а INPUT2 равен логическому 0, двигатель слева на схеме будет вращаться. Это нормальное функционирование микросхемы.

Если вы внезапно установите INPUT1 на логическую 1 и INPUT2 тоже на логическую 1, вы закоротите внутренние соединения (технически: сквозное соединение)! Но поскольку двигатель раньше находился в движении, он будет противодействовать этому внезапному изменению.И при этом моторы будут ТОРМОЗИТЬ. Они внезапно остановятся.

Однако простое отключение источника питания заставит двигатель некоторое время продолжать вращаться, прежде чем он остановится.

Если вы хотите остановить двигатель, установите оба INPUT на 1. И двигатель немедленно остановится.

Заключение

Здесь вы узнали о создании драйвера двигателя. Теперь, когда вы можете управлять двумя двигателями, вы можете строить множество вещей: роботов, веб-камеру «лицом в любом направлении» и т. Д. Увидимся в следующий раз!

Бесщеточные двигатели постоянного тока против щеточных двигателей постоянного тока: когда и почему выбирать один вместо другого | Статья

СТАТЬЯ

Пит Миллетт

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Введение

Во многих приложениях управления движением используются двигатели постоянного тока с постоянными магнитами.Поскольку проще реализовать системы управления с использованием двигателей постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока, они часто используются, когда необходимо контролировать скорость, крутящий момент или положение.

Существует два типа обычно используемых двигателей постоянного тока: щеточные двигатели и бесщеточные двигатели (или двигатели постоянного тока с BLDC). Как следует из их названия, щеточные двигатели постоянного тока имеют щетки, которые используются для коммутации двигателя, чтобы заставить его вращаться. Бесщеточные двигатели заменяют механическую функцию коммутации электронным управлением.

Во многих случаях можно использовать щеточный или бесщеточный двигатель постоянного тока.Они работают на тех же принципах притяжения и отталкивания между катушками и постоянными магнитами. У обоих есть преимущества и недостатки, из-за которых вы можете выбрать один из них, в зависимости от требований вашего приложения.

Щеточные двигатели постоянного тока

Щеточные двигатели постоянного тока (изображение: maxon group)

В двигателях постоянного тока

для создания магнитного поля используются намотанные катушки из проволоки. В щеточном двигателе эти катушки могут свободно вращаться, приводя в движение вал — они являются частью двигателя, называемой «ротором».Обычно катушки намотаны на железный сердечник, хотя есть также электродвигатели с щеточным покрытием, которые не имеют сердечника, когда обмотка является самоподдерживающейся.

Неподвижная часть двигателя называется «статором». Постоянные магниты используются для создания постоянного магнитного поля. Обычно эти магниты расположены на внутренней поверхности статора вне ротора.

Для создания крутящего момента, который заставляет ротор вращаться, магнитное поле ротора должно непрерывно вращаться, так что это поле притягивает и отталкивает фиксированное поле статора.Чтобы поле вращалось, используется ползунковый электрический переключатель. Переключатель состоит из коммутатора, который обычно представляет собой сегментированный контакт, установленный на роторе, и неподвижных щеток, установленных на статоре.

По мере вращения ротора коммутатор постоянно включает и выключает различные наборы обмоток ротора. Это заставляет катушки ротора постоянно притягиваться и отталкиваться от неподвижных магнитов статора, что заставляет ротор вращаться.

Поскольку существует некоторое механическое трение между щетками и коллектором — и поскольку это электрический контакт, он, как правило, не подлежит смазке — происходит механический износ щеток и коллектора в течение всего срока службы двигателя.Этот износ в конечном итоге достигнет точки, когда двигатель перестанет работать. Многие щеточные двигатели, особенно большие, имеют сменные щетки, обычно сделанные из угля, которые предназначены для поддержания хорошего контакта при износе. Эти двигатели требуют периодического обслуживания. Даже со сменными щетками, в конечном итоге, коммутатор также изнашивается до такой степени, что необходимо заменить двигатель.

Для приведения в действие щеточного двигателя на щетки подается постоянное напряжение, которое пропускает ток через обмотки ротора, заставляя двигатель вращаться.

В случаях, когда необходимо вращение только в одном направлении и не нужно контролировать скорость или крутящий момент, для щеточного двигателя не требуется никакой приводной электроники. В таких приложениях напряжение постоянного тока просто включается и выключается, чтобы двигатель работал или останавливался. Это типично для недорогих приложений, таких как моторизованные игрушки. Если необходимо реверсирование, это можно сделать с помощью двухполюсного переключателя.

Для облегчения управления скоростью, крутящим моментом и направлением используется «H-мост», состоящий из электронных переключателей — транзисторов, IGBT или MOSFET — позволяющих двигателю вращаться в любом направлении.Это позволяет подавать напряжение на двигатель любой полярности, что заставляет двигатель вращаться в противоположных направлениях. Скорость или крутящий момент двигателя можно контролировать с помощью широтно-импульсной модуляции одного из переключателей.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока (изображение maxon group)

Бесщеточные двигатели постоянного тока работают по тому же принципу магнитного притяжения и отталкивания, что и щеточные двигатели, но они устроены несколько иначе. Вместо механического коммутатора и щеток магнитное поле статора вращается с помощью электронной коммутации.Это требует использования активной управляющей электроники.

В бесщеточном двигателе к ротору прикреплены постоянные магниты, а к статору — обмотки. Бесщеточные двигатели могут быть сконструированы с ротором внутри, как показано выше, или с ротором на внешней стороне обмоток (иногда называемый двигателем с опережением).

Число обмоток, используемых в бесщеточном двигателе, называется числом фаз. Хотя бесщеточные двигатели могут быть сконструированы с различным числом фаз, трехфазные бесщеточные двигатели являются наиболее распространенными.Исключение составляют небольшие охлаждающие вентиляторы, которые могут использовать только одну или две фазы.

Три обмотки бесщеточного двигателя соединены по схеме «звезда» или «треугольник». В любом случае к двигателю подключаются три провода, а технология привода и форма сигнала идентичны.

Трехфазные двигатели могут быть сконструированы с различными магнитными конфигурациями, называемыми полюсами. Самые простые трехфазные двигатели имеют два полюса: ротор имеет только одну пару магнитных полюсов, один северный и один южный.Двигатели также могут быть построены с большим количеством полюсов, что требует большего количества магнитных секций в роторе и большего количества обмоток в статоре. Более высокое число полюсов может обеспечить более высокую производительность, хотя очень высокие скорости лучше достигаются с меньшим числом полюсов.

Для приведения в действие трехфазного бесщеточного двигателя необходимо, чтобы каждая из трех фаз могла быть подключена либо к входному напряжению питания, либо к земле. Для этого используются три схемы управления «полумостом», каждая из которых состоит из двух переключателей.Переключатели могут быть биполярными транзисторами, IGBT или MOSFET, в зависимости от требуемого напряжения и тока.

Существует ряд методов привода, которые можно использовать для трехфазных бесщеточных двигателей. Самый простой из них называется трапециевидной, блочной или 120-градусной коммутацией. Трапецеидальная коммутация в чем-то похожа на метод коммутации, используемый в щеточном двигателе постоянного тока. В этой схеме в любой момент времени одна из трех фаз подключена к земле, одна остается разомкнутой, а другая приводится в действие напряжением питания.Если требуется управление скоростью или крутящим моментом, обычно фаза, подключенная к источнику питания, имеет широтно-импульсную модуляцию. Поскольку фазы переключаются резко в каждой точке коммутации, а вращение ротора является постоянным, есть некоторое изменение крутящего момента (называемое пульсацией крутящего момента) при вращении двигателя.

Для повышения производительности можно использовать другие методы коммутации. Синусоидальная или 180-градусная коммутация постоянно пропускает ток через все три фазы двигателя. Электроника привода генерирует синусоидальный ток через каждую фазу, каждая из которых смещена на 120 градусов относительно другой.Этот метод привода сводит к минимуму пульсации крутящего момента, а также акустический шум и вибрацию и часто используется для приводов с высокими рабочими характеристиками или с высоким КПД.

Для правильного вращения поля управляющая электроника должна знать физическое положение магнитов на роторе относительно статора. Часто информация о положении получается с помощью датчиков Холла, установленных на статоре. Когда магнитный ротор вращается, датчики Холла улавливают магнитное поле ротора. Эта информация используется электроникой привода для пропускания тока через обмотки статора в такой последовательности, которая вызывает вращение ротора.

Используя три датчика Холла, трапецеидальную коммутацию можно реализовать с помощью простой комбинационной логики, поэтому не требуется сложной управляющей электроники. Другие методы коммутации, такие как коммутация синуса, требуют немного более сложной управляющей электроники и обычно используют микроконтроллер.

Помимо обеспечения обратной связи по положению с помощью датчиков Холла, существуют различные методы, которые можно использовать для определения положения ротора без датчиков. Самый простой — это контролировать обратную ЭДС на незадействованной фазе, чтобы определить магнитное поле относительно статора.Более сложный алгоритм управления, называемый полевым управлением или FOC, вычисляет положение на основе токов ротора и других параметров. FOC обычно требует довольно мощного процессора, так как есть много вычислений, которые нужно выполнять очень быстро. Это, конечно, дороже, чем простой метод трапецеидального управления.

Щеточные и бесщеточные двигатели: преимущества и недостатки

В зависимости от вашего приложения, есть причины, по которым вы можете использовать бесщеточный двигатель вместо щеточного двигателя.В следующей таблице приведены основные преимущества и недостатки каждого типа двигателя:

	Матовый мотор	Бесщеточный двигатель
Срок службы	Короткое (износ щеток)	Длинный (без щеток)
Скорость и ускорение	Средний	Высокая
КПД	Средний	Высокая
Электрический шум	Шумный (искрение втулки)	Тихий
Акустический шум и пульсация крутящего момента	Плохо	Среднее (трапециевидное) или хорошее (синусоидальное)
Стоимость	Самый низкий	Средний (дополнительная электроника)

Срок службы

Как упоминалось ранее, одним из недостатков щеточных двигателей является механический износ щеток и коллектора.В частности, угольные щетки являются жертвой, и во многих двигателях они предназначены для периодической замены в рамках программы технического обслуживания. Мягкая медь коллектора также медленно изнашивается щетками и в конечном итоге достигает точки, когда двигатель больше не работает. Поскольку бесщеточные двигатели не имеют подвижных контактов, они не страдают от этого износа.

Скорость и ускорение

Скорость вращения щеточных двигателей может быть ограничена щетками и коллектором, а также массой ротора.На очень высоких скоростях контакт щетки с коммутатором может стать неустойчивым, и искрение щетки возрастет. В большинстве щеточных двигателей также используется сердечник из многослойного железа в роторе, что придает им большую инерцию вращения. Это ограничивает скорость разгона и замедления двигателя. Можно построить бесщеточный двигатель с очень мощными редкоземельными магнитами на роторе, что минимизирует инерцию вращения. Конечно, это увеличивает стоимость.

Электрический шум

Щетки и коммутатор образуют своего рода электрический выключатель.Когда двигатель вращается, переключатели размыкаются и замыкаются, в то время как значительный ток проходит через обмотки ротора, которые являются индуктивными. Это приводит к возникновению дуги на контактах. Это создает большой электрический шум, который может попасть в чувствительные цепи. Возникновение дуги можно несколько смягчить, добавив конденсаторы или демпферы RC на щетках, но мгновенное переключение коммутатора всегда создает некоторый электрический шум.

Акустический шум

Щеточные двигатели имеют «жесткое переключение», то есть ток резко переключается с одной обмотки на другую.Создаваемый крутящий момент изменяется в зависимости от вращения ротора, когда обмотки включаются и выключаются. С помощью бесщеточного двигателя можно управлять токами обмоток таким образом, чтобы ток постепенно передавался от одной обмотки к другой. Это снижает пульсацию крутящего момента, которая представляет собой механическую пульсацию энергии на ротор. Пульсация крутящего момента вызывает вибрацию и механический шум, особенно при низких оборотах ротора.

Стоимость

Поскольку бесщеточные двигатели требуют более сложной электроники, общая стоимость бесщеточного привода выше, чем стоимость щеточного двигателя.Несмотря на то, что бесщеточный двигатель проще в изготовлении, чем щеточный двигатель, поскольку в нем отсутствуют щетки и коммутатор, технология щеточного двигателя является очень зрелой, а производственные затраты низки. Ситуация меняется по мере того, как бесщеточные двигатели становятся все более популярными, особенно в больших объемах, таких как автомобильные двигатели. Кроме того, стоимость электроники, такой как микроконтроллеры, продолжает снижаться, что делает бесщеточные двигатели более привлекательными.

Сводка

Из-за снижения затрат и повышения производительности бесщеточные двигатели становятся все более популярными во многих областях применения.Но все же есть места, где щеточные двигатели имеют больше смысла.

Многое можно узнать, изучив применение бесщеточных двигателей в автомобилях. По состоянию на 2020 год большинство двигателей, которые работают, когда автомобиль работает, — например, насосы и вентиляторы — перешли от щеточных двигателей к бесщеточным двигателям для повышения их надежности. Добавленная стоимость двигателя и электроники более чем компенсирует более низкий уровень отказов в полевых условиях и снижение требований к техническому обслуживанию.

С другой стороны, двигатели, которые используются нечасто, например двигатели, приводящие в движение сиденья с электроприводом и электрические стеклоподъемники, остались преимущественно щеточными двигателями.Причина в том, что общее время работы в течение всего срока службы автомобиля очень мало, и очень маловероятно, что двигатели выйдут из строя в течение всего срока службы автомобиля.

Поскольку стоимость бесщеточных двигателей и связанной с ними электроники продолжает снижаться, бесщеточные двигатели находят свое применение в приложениях, которые традиционно использовались щеточными двигателями. Еще один пример из автомобильного мира: в двигателях регулировки сиденья в высокопроизводительных платах используются бесщеточные двигатели, поскольку они производят меньше акустического шума.

Получить техническую поддержку

Как работают моторы и как выбрать мотор для любого проекта

Как работают двигатели и как выбрать правильный двигатель

Моторы можно найти практически везде. Это руководство поможет вам изучить основы электродвигателей, доступные типы и способы выбора правильного электродвигателя. Основные вопросы, на которые нужно ответить при принятии решения о том, какой двигатель наиболее подходит для применения, — это тип, который мне следует выбрать и какие характеристики имеют значение.

Как работают моторы?

Электродвигатели работают, преобразуя электрическую энергию в механическую энергию для создания движения. Сила создается внутри двигателя за счет взаимодействия между магнитным полем и переменным (AC) или постоянным (DC) током обмотки. С увеличением силы тока увеличивается и сила магнитного поля. Помните о законе Ома (V = I * R); напряжение должно увеличиваться, чтобы поддерживать тот же ток при увеличении сопротивления.

Электродвигатели имеют множество применений.Обычные промышленные применения включают воздуходувки, станки и электроинструменты, вентиляторы и насосы. Любители обычно используют двигатели в небольших приложениях, требующих движения, таких как робототехника или модули с колесами.

Типы двигателей:

Есть много типов двигателей постоянного тока , но наиболее распространены щеточные или бесщеточные. Также существуют вибрационные двигатели, шаговые двигатели и серводвигатели.

Щеточные двигатели постоянного тока являются одними из самых простых и используются во многих бытовых приборах, игрушках и автомобилях.Они используют контактные щетки, которые подключаются к коммутатору для изменения направления тока. Они недороги в производстве, просты в управлении и обладают отличным крутящим моментом на низких скоростях (измеряется в оборотах в минуту или об / мин). Некоторые недостатки заключаются в том, что они требуют постоянного обслуживания для замены изношенных щеток, имеют ограниченную скорость из-за нагрева щеток и могут создавать электромагнитный шум из-за искрения щеток.

Щеточный двигатель постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты в роторном узле.Они популярны на рынке хобби для применения в самолетах и наземных транспортных средствах. Они более эффективны, требуют меньше обслуживания, производят меньше шума и имеют более высокую удельную мощность, чем щеточные двигатели постоянного тока. Они также могут производиться серийно и напоминать двигатель переменного тока с постоянной частотой вращения, за исключением того, что они питаются от постоянного тока. Однако есть несколько недостатков, в том числе то, что ими трудно управлять без специального регулятора, и они требуют низких пусковых нагрузок и специализированных редукторов в приводных приложениях, что приводит к более высоким капитальным затратам, сложности и экологическим ограничениям.

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Вибрационные двигатели используются в приложениях, требующих вибрации, например, в мобильных телефонах или игровых контроллерах. Они генерируются электродвигателем и имеют неуравновешенную массу на приводном валу, которая вызывает вибрацию. Их также можно использовать в неэлектронных зуммерах, которые вибрируют для звуковой сигнализации или для сигналов тревоги или дверных звонков.

Вибрационный двигатель

Когда требуется точное позиционирование, шаговые двигатели — ваш друг.Они используются в принтерах, станках и системах управления технологическими процессами и рассчитаны на высокий удерживающий момент, что дает пользователю возможность переходить от одного шага к другому. У них есть система контроллера, которая определяет положение посредством сигнальных импульсов, отправляемых драйверу, который интерпретирует их и передает пропорциональное напряжение на двигатель. Их относительно просто изготовить и контролировать, но они постоянно потребляют максимальный ток. Расстояние небольшого шага ограничивает максимальную скорость, и шаги можно пропустить при высоких нагрузках.

Шаговый двигатель

Серводвигатели — еще один популярный двигатель на рынке хобби, который используется для неточного управления положением. Их популярные приложения включают приложения дистанционного управления, такие как игрушечные радиоуправляемые автомобили и робототехника. Они состоят из двигателя, потенциометра и схемы управления и в основном управляются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), посредством отправки электрических импульсов на провод управления. Сервоприводы могут быть как переменного, так и постоянного тока. Сервоприводы переменного тока могут справляться с более высокими скачками тока и используются в промышленном оборудовании, тогда как сервоприводы постоянного тока предназначены для небольших любительских приложений.Чтобы узнать больше о сервоприводах, ознакомьтесь с нашей статьей Как работают серводвигатели .

Существует три основных типа двигателей переменного тока: асинхронные, синхронные и промышленные.
Асинхронные двигатели называются асинхронными двигателями, поскольку они не вращаются с одинаковой постоянной скоростью или не медленнее, чем указанная частота. Скольжение , разница между фактической и синхронной скоростью, необходима для создания крутящего момента , крутящего момента, вызывающего вращение, в асинхронных двигателях.Магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей, создается индуцированным током.

Ротор синхронных двигателей вращается с постоянной скоростью при подаче переменного тока. Их магнитное поле создается постоянными магнитами. Промышленные двигатели предназначены для трехфазных систем с высокой мощностью, таких как конвейеры или воздуходувки. Двигатели переменного тока также можно найти в бытовой технике и других приложениях, таких как часы, вентиляторы и дисководы.

Что нужно учитывать при покупке мотора:

При выборе двигателя необходимо обратить внимание на несколько характеристик, но наиболее важными являются напряжение, ток, крутящий момент и скорость (об / мин).

Ток — это то, что питает двигатель, и слишком большой ток приведет к его повреждению. Для двигателей постоянного тока важны рабочий ток и ток остановки. Рабочий ток — это средняя величина тока, которую двигатель может потреблять при типичном крутящем моменте. Ток останова обеспечивает достаточный крутящий момент для двигателя, чтобы работать со скоростью останова, или 0 об / мин. Это максимальный ток, который двигатель может потреблять, а также максимальная мощность, умноженная на номинальное напряжение. Радиаторы важны, если двигатель постоянно работает или работает с напряжением выше номинального, чтобы катушки не плавились.

Напряжение используется для поддержания протекания чистого тока в одном направлении и для преодоления обратного тока. Чем выше напряжение, тем выше крутящий момент. Номинальное напряжение двигателя постоянного тока указывает на наиболее эффективное напряжение во время работы. Обязательно подайте рекомендованное напряжение. Если вы приложите слишком мало вольт, двигатель не будет работать, тогда как слишком большое напряжение может привести к короткому замыканию обмоток, что приведет к потере мощности или полному разрушению.

Рабочие значения и значения остановки также необходимо учитывать с крутящим моментом.Рабочий крутящий момент — это крутящий момент, который двигатель был спроектирован для обеспечения, а крутящий момент при остановке — это крутящий момент, создаваемый при подаче мощности от скорости останова. Вы всегда должны смотреть на требуемый рабочий крутящий момент, но в некоторых приложениях вам потребуется знать, насколько далеко вы можете толкнуть двигатель. Например, для колесного робота хороший крутящий момент равен хорошему ускорению, но вы должны убедиться, что крутящий момент сваливания достаточно высок, чтобы поднять вес робота.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя — своими руками, схема

Сложности и особенности

Устройство

Принцип работы

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Частотное регулирование

Двигатель

Частотное регулирование

Преобразователи для однофазных двигателей

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Регулятор

Особенности подключения

Плавный пуск асинхронных электродвигателей

Пошаговая инструкция

Принцип управления

Фото регулятора оборотов своими руками

Простой регулятор скорости для коллекторного двигателя. — Паркфлаер

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потерь

Особенности регулирования скорости

Обобщенная схема регулятора

Разновидности коллекторных двигателей

Конструкция мотора

Выбор схемы

Особенности конструкции

Принцип управления

Регулятор оборотов электродвигателя 220в: схема и описание

Электросхема принципиальная

Регулятор оборотов коллекторного двигателя без потери мощности

Виды двигателей

Регулятор оборотов мощности

Принципы работы

Вращение вала

Зачем нужен регулятор оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Виды двигателей и принцип работы

Устройство коллекторного двигателя

Типы регулировки

Регуляторы мощности постоянного тока

Асинхронный двигатель и регулятор оборотов

Регулятор вращения электродвигателя 220 вольт с обратной связью

Регулятор оборотов коллекторного двигателя с обратной связью

Зачем нужен регулятор оборотов

Принцип работы регулятора оборотов

Как сделать самодельный регулятор оборотов двигателя

Щеточные двигатели постоянного тока и как ими управлять

Правильные причины использования регулятора напряжения для двигателей постоянного тока

Cytron Дизайн: Драйвер двигателя постоянного тока

Простая схема драйвера двигателя — AI Shack

Используемые компоненты

Схема

Шаг 1. Источник питания

Шаг 2: Подключение питания к L293D

Шаг 3: Подключение выходов

Шаг 4: Подключение входных контактов

Готово!

Торможение

Заключение

Бесщеточные двигатели постоянного тока против щеточных двигателей постоянного тока: когда и почему выбирать один вместо другого | Статья

Введение

Щеточные двигатели постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Щеточные и бесщеточные двигатели: преимущества и недостатки

Срок службы

Скорость и ускорение

Электрический шум

Акустический шум

Стоимость

Сводка

Как работают моторы и как выбрать мотор для любого проекта

Как работают двигатели и как выбрать правильный двигатель

Как работают моторы?

Типы двигателей:

Что нужно учитывать при покупке мотора:

Добавить комментарий Отменить ответ