Zpravy

Bezztrátový kartáčovaný regulátor otáček motoru

Univerzální komutátorové motory se sekvenčním buzením (kartáčovým) 220 V se používají v různém elektrickém nářadí. Jedná se o vysavače, mixéry, vrtačky, brusky a další zařízení. Při provozu těchto nástrojů je často potřeba provozovat je při nižších otáčkách motoru.
Jsou nabízeny dvě provedení regulátorů otáček motoru komutátoru.

V prvním regulátoru otáček motoru lze pomocí jednoduchého tyristorového regulátoru provádět plynulou regulaci počtu otáček hřídele komutátorového motoru s automatickou stabilizací ve zvoleném provozním režimu.

Nejprve se podívejme na činnost regulátoru otáček bez kondenzátoru C1.
Základem regulátoru je tyristor (VT1), regulovaný fázovým řízením. Kolektorový motor je zapojen do série s SCR, takže je napájen půlvlnným napětím.
Při otáčení motoru vzniká na jeho svorkách vlivem zbytkové magnetizace protielektromotorická síla (emf) ud, která je úměrná rychlosti otáčení hřídele. Princip činnosti regulátoru otáček motoru komutátoru je založen na porovnání ud s referenčním napětím Uop přiváděným na řídicí elektrodu tyristoru z potenciometru R2. V regulátoru otáček je izolován rozdílový signál uу = Uop-ud, který se používá pro fázové řízení tyristoru, což umožňuje upravovat výkon dodávaný do elektromotoru.
Díky diodě VD1 protéká odpory R1 a R2 pouze kladný půlcyklus a Uop dosáhne své maximální hodnoty, když je amplituda sítě největší.
Pokud zbytkový back-emf. ud motoru je větší než hodnota Uop (tj. pokud rychlost otáčení překročí určitou nastavenou hodnotu), pak se dioda VD2 sepne, protože potenciál na anodě diody bude menší než na katodě (Uop-ud) a signál nebude přiváděn na řídící elektrodu trinistoru. Tyristor je uzavřen, do motoru není přiváděna žádná energie a rychlost otáčení klesá až do zpětného emf. ud nebude menší než Uop a dioda VD2 se zapne v dopředném směru. Ovládání SCR obdrží odblokovací napětí a napájení bude přiváděno do motoru komutátoru.
Je třeba poznamenat, že na SCR je největší úhel střelby φ=90, při kterém je dodáváno nejméně energie. Pokud se zatížení hřídele elektromotoru zvýší, sníží se rychlost otáčení motoru a v souladu s tím se sníží zpětné emf. také klesá. Tyristor se odblokuje s kratším zpožděním (φ), čímž se zvýší výkon dodávaný do motoru.

Při nízkém zatížení motoru a při nízkých otáčkách (podle schématu je potenciometr R2 v nejnižší poloze) dokáže motor výrazně zvýšit otáčky za čtvrtinu doby (φ=90), po kterou je mu přiváděn výkon. . Chvíli bude trvat, než se otáčky hřídele sníží na nastavenou hodnotu a než se tyristor otevře. Nedochází tedy ke stabilitě daného režimu a dochází k „houpání“ v otáčkách motoru.
Pro stabilizaci režimu je nutné zkrátit časový interval, po který je do motoru dodáván výkon, tzn. nastavte úhel odjištění φ>90.
Toho lze dosáhnout přidáním kondenzátoru C1 do obvodu pro vytvoření sítě RC s fázovým posunem, která zvyšuje úhel zpoždění. V tomto obvodu se tento řetězec skládá z rezistorů R1, R2 a kondenzátoru C1, na kterém se napětí posune o úhel určený časovou konstantou obvodu (R1+R2)C1 a umožní změnu proudu motoru z maxima hodnotu téměř na nulu.
Sepnutím spínače SA1 můžete odpojit regulátor otáček od motoru.

Přečtěte si více

Co znamená blikající červené auto se symbolem klíče?

V regulátoru otáček komutátorového motoru jsou použity následující prvky:
R1=7 kOhm o výkonu 4W (sestaven ze dvou paralelně zapojených rezistorů 12 kOhm a 18 kOhm, typ MLT o výkonu 2W každý);
R2=2,2 kOhm, potenciometr typ SP, 1W; Druhý obvod regulátoru otáček kolektorového motoru, sestavený na unijunkčním tranzistoru (UJT) VT1, lze použít jak pro regulaci otáček hřídele motoru, tak jako regulátor výkonu topných zařízení.

Zvláštností tohoto regulátoru je stabilizace napětí na zátěži při změně napájecího napětí.
V tomto obvodu je OPT použit jako zdroj řídicích impulsů pro fázově-pulzní řízení. Můžete se podrobně naučit, jak funguje generátor OPT, když se podíváte na odkaz o unijunction tranzistoru.

Zařízení pro řízení výkonu ze stabilizátoru napětí (VD5, VD6) zajišťuje stabilitu bodu otevření tyristoru při změně napětí v síti. Pro stabilizaci zátěžového napětí jsou zahrnuty odpory R3 a R4. Rezistory R4 a R5 tvoří dělič, který určuje napětí mezi bázemi na unijunkčním tranzistoru a R3 připojuje síťové napětí.
Například: když se napětí v síti zvýší, zvýší se také napětí mezi bázemi na tranzistoru VT1. V důsledku toho se také zvyšuje prahové napětí pro jeho otevření. To vede ke zpoždění otevírání tyristoru a snižuje napětí dodávané do zátěže, tzn. se provádí stabilizace v nákladu.
Protože se parametry tranzistoru mohou výrazně lišit od jmenovitých hodnot, musí být odpor R3 zvolen tak, aby bylo dosaženo stabilizovaného výstupního napětí.

Rezistor 22 kOhm/4W může být sestaven ze dvou 11kOhm/2W odporů zapojených do série.
Lze použít libovolné diody a tyristor, ale ne méně než 300 voltů a proud 10 ampér.
Můžete vyměnit: tyristor za KU202N, diody za D246A, D247 a zenerovy diody za D814G.
Regulátor může pracovat se zátěží od 50 do 1200 W, ale je třeba mít na paměti, že při výkonu nad 400 W je nutné provést opatření pro chlazení SCR a diod.

Komutátorové motory lze často nalézt v domácích elektrických spotřebičích a elektrickém nářadí: pračka, bruska, vrtačka, vysavač atd. Což není vůbec překvapivé, protože komutátorové motory umožňují získat vysoké otáčky a vysoký točivý moment (včetně vysokého rozběhového momentu ) – což je to, co potřebujete pro většinu elektrického nářadí.

V tomto případě mohou být komutátorové motory napájeny jak stejnosměrným proudem (zejména usměrněným), tak střídavým proudem z domácí sítě. K řízení rychlosti rotoru komutátorového motoru se používají regulátory otáček, o kterých bude řeč v tomto článku.

Nejprve si připomeňme konstrukci a princip činnosti komutátorového motoru. Komutátorový motor nutně obsahuje tyto části: rotor, stator a spínací jednotku kartáč-kolektor. Když je na stator a rotor přivedena energie, jejich magnetická pole začnou interagovat a rotor se nakonec začne otáčet.

Energie je do rotoru přiváděna přes grafitové kartáče, které těsně přiléhají ke komutátoru (k lamelám komutátoru). Pro změnu směru otáčení rotoru je nutné změnit fázování napětí na statoru nebo na rotoru.

Přečtěte si více

Jaký je rozdíl mezi PEX a PERT?

Vinutí rotoru a statoru mohou být napájena z různých zdrojů nebo mohou být zapojena paralelně nebo sériově. Tím se liší komutátorové motory paralelního a sériového buzení. Jsou to sériově buzené komutátorové motory, které lze nalézt ve většině domácích elektrických spotřebičů, protože takové zařazení umožňuje získat motor odolný proti přetížení.

Když už mluvíme o regulátorech otáček, nejprve se zaměříme na nejjednodušší tyristorový (triakový) obvod (viz níže). Toto řešení se používá u vysavačů, praček, brusek a vykazuje vysokou spolehlivost při provozu ve střídavých obvodech (zejména z domácí sítě).

Tento obvod funguje zcela jednoduše: při každé periodě síťového napětí se kondenzátor nabíjí přes odpor na odblokovací napětí dinistoru připojeného k řídicí elektrodě hlavního vypínače (triaku), načež se triak otevře a předá proud do zátěži (ke komutátorovému motoru).

Úpravou doby nabíjení kondenzátoru v řídicím obvodu otevírání triaku se reguluje průměrný výkon dodávaný do motoru a podle toho se upravuje rychlost. Jedná se o nejjednodušší regulátor bez proudové zpětné vazby.

Obvod triaku je podobný běžnému stmívači pro nastavení jasu žárovek v něm není zpětná vazba. Pro zajištění proudové zpětné vazby, například pro udržení přijatelného výkonu a zabránění přetížení, je nutná další elektronika. Pokud ale vezmeme v úvahu možnosti z jednoduchých a přímočarých obvodů, pak po triakovém obvodu následuje reostatický obvod.

Obvod reostatu umožňuje efektivně regulovat rychlost, ale vede k odvodu velkého množství tepla. To vyžaduje radiátor a efektivní odvod tepla, což ve výsledku znamená energetické ztráty a nízkou účinnost.

Efektivnější jsou regulační obvody založené na speciálních tyristorových řídicích obvodech nebo alespoň na integrovaném časovači. Spínání zátěže (komutátorového motoru) na střídavý proud je prováděno výkonovým tranzistorem (nebo tyristorem), který se během každé periody sinusoidy sítě jednou nebo vícekrát otevře a zavře. Tím se reguluje průměrný výkon dodávaný do motoru.

Řídicí obvod je napájen stejnosměrným napětím 12 V z vlastního zdroje nebo ze sítě 220 V přes zhášecí obvod. Takové obvody jsou vhodné pro řízení výkonných motorů.

Principem regulace stejnosměrnými mikroobvody je samozřejmě PWM – pulzně šířková modulace. Tranzistor se například otevírá s přesně stanovenou frekvencí několika kilohertzů, ale délka otevřeného stavu je regulována. Takže otáčením rukojeti proměnného odporu se nastavuje rychlost otáčení rotoru komutátorového motoru. Tato metoda je vhodná pro udržování nízkých otáček komutátorového motoru pod zatížením.

Lepší ovládání je regulace stejnosměrného proudu. Když PWM pracuje na frekvenci asi 15 kHz, nastavení šířky impulsu řídí napětí při přibližně stejném proudu. Řekněme, že úpravou konstantního napětí v rozsahu od 10 do 30 voltů získají různé rychlosti při proudu asi 80 ampér, čímž dosáhnou požadovaného průměrného výkonu.

Pokud chcete vyrobit jednoduchý regulátor pro komutátorový motor vlastníma rukama bez zvláštních požadavků na zpětnou vazbu, můžete si vybrat tyristorový obvod. Potřebujete pouze páječku, kondenzátor, dinistor, tyristor, pár rezistorů a vodiče.

Přečtěte si více

Jak dlouho trvá, než dlažba v koupelně uschne?

Pokud potřebujete kvalitnější regulátor se schopností udržovat stabilní otáčky při dynamické zátěži, podívejte se blíže na regulátory na mikroobvodech se zpětnou vazbou, které dokážou zpracovat signál z tachogenerátoru (snímače otáček) komutátorového motoru, jak je implementováno, například v pračkách.