Задача регулирования оборотов электродвигателя встречается довольно часто. Рассмотрим несколько схем разного уровня сложности, которые обеспечивают управление коллекторными двигателями на 220 В как постоянного, так и переменного тока.
Схема регулятора оборотов на TDA1085 для двигателя стиральной машины
Для регулирования оборотов коллекторного двигателя переменного тока на 220 В разработана специальная микросхема TDA1085 (отечественный аналог КС1027ХА4). Рассмотрим ее использование на примере контроллера управления двигателем стиральной машины.
Так уж случается, что стиральная машина не подлежит ремонту, и ее остается утилизировать. Конечно, двигатель выбрасывать не хочется, так как он явно пригодится, например, как привод самодельного электроинструмента. Однако высокооборотистый движок в прямом подключении использовать неудобно. Добыть же контроллер управления из стиралки сложная задача и его проще изготовить своими руками.
Применение микросхемы TDA1085 в связке с таходатчиком обеспечивает высокую мощность двигателя на низких оборотах. Потенциометр на 100 кОм, с помощью которого производится управление вращением, подключается через разъем. Диапазон регулирования скорости вращения движка можно подобрать экспериментально, меняя емкость конденсатора С9. Подстроечные резисторы Р1, Р3 позволяют отрегулировать плавность пуска и скорость реакции на нагрузку для конкретной модели электродвигателя.
На рисунке представлена схема подключения электродвигателя с таходатчиком. Часть схемы с левой стороны аналогична приведенной выше.
Для изготовления устройства потребуется печатная плата размерами 50х100 мм. Ее топология представлена на рисунке.
Расположение элементов на плате смотрите здесь.
Так выглядит фото устройства в собранном виде.
Список необходимых деталей
Конденсаторы:
- C1,C2 – 100 мФ/63В;
- C3,C4 – 1 мФ/35В;
- C5 – 47мФ/35В;
- C6 – 100мФ/35В;
- C7 – 47нФ;
- C8,C11 – 100нФ;
- C10 — 100 нФ/ 230В;
- C9 – 680пФ;
Диоды: D1 — 1N4007.
Микросхемы: IC1 — TDA1085.
Подстроечные резисторы:
- P1,P3 – 100кОм;
- P2 – 4,7кОм.
Резисторы:
- R1,R2 — 820кОм;
- R3 – 2,2кОм;
- R4 — 2,7кОм;
- R5 – 1кОм;
- R6 – 6,8кОм;
- R7 – 1мОм;
- R8 – 47кОм;
- R9 – 68кОм;
- R10 – 820 Ом/1 Вт;
- R11 – 470кОм;
- R12 – 22кОм;
- R13 – 120Ом;
- R14 – 100Ом;
- R15 – 220кОм;
- R16 – 6,8 кОм/5Вт;
- R17 – 270Ом;
- R18,R19 — 0,1 Ом/5 Вт.
Транзисторы:
T1 — BT138.
Прочее:
- радиатор;
- разъем 6-контактный – 1 шт;
- разъем 2-контактный – 1 шт;
- потенциометр (регулятор частоты вращения) — 100кОм.
Схема регулятора скорости коллекторного электродвигателя на 220 В
Если схемы, разработанные для управления коммутационными двигателями, являются относительно простыми, то для асинхронных двигателей требуются более сложные решения. Рассматриваемый модуль хорошо работает в качестве контроллера скорости вращения вентиляторов в бытовых помещениях, когда в качестве приводов применяются маломощные асинхронные двигатели, питающиеся от сети 220 В.
В данном случае применяется специальная микросхема U2008В. Замечу, что предлагаемое решение не годится для регулирования трехфазных двигателей и асинхронных двигателей, которые применяются в электроинструментах. Схему, кроме того, применяют для регулировки, например, температуры нагревателя, паяльника, настольного вентилятора или в качестве регулятора яркости свечения лампы накаливания.
Технические характеристики
Технические характеристики приводятся с учетом применяемых элементов:
- система плавного пуска;
- регулятор – симистор;
- плавная регулировка скорости;
- плавная регулировка минимального действующего напряжения на нагрузке;
- возможно использование в качестве регулятора нагревателя;
- питание – сеть 220 В;
- размеры платы 59х46мм.
Описание работы схемы
Схема регулятора построена на базе микросхемы U2008В. Емкость C2 определяет так называемый мягкий старт, который исключает скачок напряжения в нагрузке при подключении регулятора к питающей сети, благодаря которому при включении регулятора к сети на нагрузке не будет происходить скачка напряжения.
Диод D1 и резистор R1 обеспечивают выпрямление и ограничение напряжения питания до безопасного значения для U1. Емкость С1 сглаживает пульсации питания. Резисторы R3, R5 и регулятор P1 выступают в качестве делителя напряжения, которое определяет размер мощности, поступающей в нагрузку.
Применение элемента R2, который подключен к проводу фазы питающей сети, схема синхронизации в составе U1 обеспечивает включение симистора синхронно с синусоидой сети 220 В. Такая связь обеспечивает минимальные радиоэлектронные помехи, возникающие при переключении нагрузки с большой индуктивностью.
Именно такие свойства имеют обмотки электродвигателя. В этом случае отпадает требование экранирования регулятора. В сетевом фильтре тоже нет необходимости. Замечу, что создаваемый при управлении двигателя «шум» ничуть не выше, чем при работе обычного импульсного блока питания.
Монтаж и наладка устройства своими руками
Сборка простого макета не может вызывать особых трудностей. Начинайте монтаж с пайки в плату элементов в порядке размеров от наименьших к наибольшим. Учтите, схема питается непосредственно от сети 220 В, поэтому рекомендуется собирать и запускать устройство человеку с допуском к соответствующим работам.
При монтаже необходимо уделить внимание правильной установке полярных элементов, и по завершении работы устройство можно включать. Когда монтаж завершен, следует подключить двигатель и отрегулировать потенциометрами P1 и P2 режим его работы.
Регулятор P1 определяет плавность регулирования скорости двигателя, а P2 определяет первоначальный момент запуска привода, иными словами, минимальное действующее напряжение на электродвигателе. Любое регулирование необходимо выполнять с применением изолированных инструментов. Соответственно, потенциометр Р1 должен иметь пластмассовую ручку. Наконец, плату следует установить в изолирующем корпусе. Более того, следует позаботиться о том, чтобы все выступающие из него элементы были соответственно защищены.
Фото демонстрирует самый простой вариант: подключение регулятора к электродвигателю настольного вентилятора. Устройство годится и для управления коммутаторными двигателями переменного тока, при этом необходимость в элементах R7 и L1 отпадает.
Перечень элементов
Перечислим комплектующие устройства.
Резисторы:
- R1 – 22 кОм/2Вт;
- R2 – 680 кОм/2Вт;
- R3 – 15кОм;
- R4 – 47кОм;
- R5 – 220кОм;
- R6 – 180Ом;
- R7 – 15 – 33 кОм/5Вт;
- P1 — подстроечный резистор 50кОм;
- P2 — потенциометр 1Mом.
Конденсаторы:
- С1 – 100мкФ;
- С2 — 4,7мкФ;
- С3 – 100нФ;
- С4 — 3.3нФ.
Полупроводники:
- D1 – 1N4007;
- T1 — ВТ138;
- U1 — U2008B.
Прочие элементы: L1 — дроссель 100uH/1A.
Подключение модуля на U2008B в качестве контроллера двигателя постоянного тока
Особенности рассматриваемой схемы — синхронизация с напряжением сети, «мягкий» пуск, большой диапазон регулирования напряжения — позволяют применять ее и для управления электродвигателем постоянного тока, с возможностью регулировки его скорости вращения, изменяя ток ротора. Описываемое приспособление применялось для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока малой мощности со следующими параметрами:
- тип двигателя — BAUSER NDK 9462;
- номинальная мощность — 0,2 кВт;
- скорость вращения — 3000 об/мин;
- напряжение возбуждения — 200 В постоянного тока;
- ток возбуждения — 0,15 А;
- напряжение ротора — 180 В постоянного тока;
- ток ротора — 1,7 А.
Обмотка возбуждения двигателя питается постоянным током от моста MD2. Среднее значение напряжения составляет 205 В постоянного тока. Схематическая диаграмма решения показана на рисунке. В цепь ротора подается выпрямленное напряжение, получаемое от фазорегулятора, управляемого симистором Т1. Специфика схемы заключается в питании нагрузки с большой индуктивностью (ротора) через двухполупериодный выпрямительный мост МД1. Этот мост дополнительно работает как диод обратной связи для ротора двигателя. Такое подключение приводит к новой модификации базовой схемы на U2008B.
В регуляторе используется симистор BTA16-800BWRG. Это прибор, который специально разработан для питания индуктивных приемников из-за высокой устойчивости к перенапряжению, возникающему при коммутации. По характеристикам производителя, симисторы этого типа не требуют внешних гасящих элементов, но для обеспечения безотказной работы в промышленных условиях (в описываемом решении такая схема (Rf, Cf)) она использовалась во избежание неконтролируемого срабатывания симистора в случае больших помех в сети.
Для повышения достоверности включения симистора при низкой температуре был увеличен ток затвора за счет уменьшения номинала резистора в цепи затвора симистора (R6), длительности выходного импульса и длительности «плавный пуск» (увеличение емкости конденсаторов С4 и С2, уменьшение значения сопротивления потенциометра Р2, согласно рекомендациям из техпаспорта U2008B).
На резисторе R1 (в цепи питания U2008B) происходит падение напряжения, что в случае резистора с допустимой мощностью нагрузки 2 Вт вызывает его нагрев до высокой температуры. По этой причине в системе используется проволочный резистор с радиатором с очень высокими допустимыми потерями мощности (100 Вт). Стоимость не высока, при этом понижение температуры элемента повышает его надежность и безотказность. По тем же причинам выпрямительные мосты MD1 и MD2 были «негабаритными».
В системе используется дополнительный стабилитрон (Д3) для стабилизации напряжения питания интегральной схемы. Во многих описаниях микросхемы обращалось внимание на нестабильную работу внутреннего регулятора напряжения системы 2008В — использование дополнительного стабилитрона решает эту проблему.
Несколько слов о необходимости использования дросселя L1. Индуктивность, включенная последовательно с симистором, предназначена для ограничения крутизны спада тока в цепи при ее отключении мостом МД1. Для симистора BTA12-800BW эта крутизна не должна превышать 14 А/мс (без фильтра), что требует использования дросселя с индуктивностью не менее 3 мГн. Более высокое значение можно использовать для уменьшения содержания гармоник в сетевом токе, этот дроссель может быть частью фильтра помех. Этот дроссель может быть дросселем насыщения — элемент следует выбирать с учетом тока нагрузки (соответствующее сечение провода обмотки). Использование дросселя «смягчает» коммутацию и устраняет переходные процессы.
Симистор должен быть установлен на радиаторе с надлежащей изоляцией. После сборки устройство сразу готово к работе.
При испытаниях регулятора обращалось внимание на специфику поведения системы при пуске — как «холодном» (холодный пуск, когда все конденсаторы полностью разряжены), так и «горячем» (горячем пуске) – с заряженными емкостями в схеме. Этот вопрос принципиально актуален для двигателей постоянного тока, ток при пуске двигателя не должен превышать пяти значений номинального тока. В начальный момент значение тока ротора ограничивается только очень малым сопротивлением обмотки ротора (доли Ом). Если конденсаторы системы разряжены, после включения на нагрузке может наблюдаться кратковременный импульс напряжения.
В случае питания двигателя это выгодно, потому что механическая система двигателя всегда должна преодолевать некоторое статическое трение при запуске, а после запуска динамическое трение намного ниже. Поэтому система нуждается в «повышении мощности» при запуске и ограничении мощности при нормальной работе. Это явление можно наблюдать при подключении лампочки (вспышка при включении). Когда конденсаторы заряжены, этот эффект ограничен. После завершения запуска устройства выберите предохранитель, подходящий для планируемой нагрузки.
Loading...
