Схема уменьшения оборотов электродвигателя. Как регулировать обороты двигателя от стиральной машины. Вот схема его работы

Эта схема была скопирована при ремонте блока управления двигателя привода барабана стиральной машины - автомата фирмы Indesit .
Как показала последующая практика, эта схема с небольшими изменениями довольно широко применяется и в машинах других фирм, у которых установлен электромеханический командоаппарат. Устройство обеспечивает стабильность частоты вращения коллекторного двигателя с установленным на его валу тахогенератором - датчиком оборотов.

Подобную схему на специализированной микросхеме TDA1085C можно применить и других устройствах, например, кухонных комбайнах, швейных машинках, сверлильных станках и т.д. В этом случае счетверённый компаратор LM339N из схемы можно исключить вместе с элементами обвязки - в "родной" схеме компараторы используются для получения режима плавного изменения оборотов двигателя, вращающего барабан стиральной машины. Управление оборотами двигателя осуществляется путём подачи на вход 5 микросхемы управляющего сигнала 0 ... 10 В. В качестве тахогенератора можно использовать любой малогабаритный электродвигатель постоянного тока, например от детской игрушки, вал которого стыкуется с валом управляемого электродвигателя.

Схема блока регулировки оборотов стиральной машины Indesit

Подстроечным резистором TR1 задают начальный режим вращения. Диод D1 следует заменить на 1N4007 для повышения надёжности. Резистор R21 определяет ток защиты от перегрузки и его сопротивление подбирается исходя из параметров конкретного электродвигателя. Симистор T1 можно заменить на любой, подходящий по току и напряжению, например BT138-800, BTA26-600 и т.д.

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:

1. 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%.
2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
4. 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:

1. Двигателя переменного тока;
2. Главного контроллера привода;
3. 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.

Фото — синусоида нормальной работы электродвигателя

Как выбрать регулятор

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

1. Тип управления. Для коллекторного электродвигателя бывают регуляторы с векторной или скалярной системой управления. Первые чаще применяются, но вторые считаются более надежными;
2. 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;
3. Напряжение. Естественно, здесь все индивидуально, но по возможности нужно купить регулятор оборотов для электродвигателя, у которого принципиальная схема имеет широкий диапазон допустимых напряжений;
4. 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;
5. По прочим характеристикам. Это срок гарантии, количество входов, размер (для настольных станков и ручных инструментов есть специальная приставка).

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.

Качественный и надёжный контроллер скорости вращения для однофазных коллекторных электродвигателей можно сделать на распространённых деталях буквально за 1 вечер. Эта схема имеет встроенный модуль обнаружения перегрузки, обеспечивает мягкий пуск управляемого двигателя и стабилизатор скорости вращения мотора. Работает такой блок с напряжением как 220, так и 110 вольт.

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

Принципиальная электросхема

Схема регулятор мотора на симисторе и U2008

Схема модуля системы регулирования основана на генераторе ШИМ импульсов и симисторе управления мотором — 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.

Печатная плата

На следующем рисунке показано расположение элементов на печатной плате. Во время монтажа и запуска следует обратить внимание на обеспечение условий безопасной работы — регулятор имеет питание от сети 220В и его элементы непосредственно подключены к фазе.

Увеличение мощности регулятора

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.

Кроме управления оборотами электромоторов, можно без каких-либо переделок использовать схему для регулировки яркости ламп.

С проблемой регулировки оборотов электродвигателя приходится сталкиваться довольно часто: это работа с различными электроинструментами, приводами швейных машинок, прочими электроприборами на производстве и в быту. Регулировать обороты с помощью понижения питающего напряжения зачастую не имеет смысла: резко уменьшаются обороты двигателя, он теряет мощность и останавливается. Поэтому оптимальным вариантом для регулирования числа оборотов двигателя является изменение напряжения с применением обратной связи по току нагрузки.

В большинстве случаев в электроинструментах и прочем оборудовании применяются универсальные коллекторные электродвигатели с последовательным возбуждением. Они одинаково хорошо работают как от переменного, так и от постоянного тока. Особенность работы коллекторного электродвигателя заключается в том, что во время коммутации обмоток якоря при размыкании на ламелях коллектора возникают импульсы противо-ЭДС самоиндукции. По амплитуде они равны питающим импульсам, но по фазе – противоположны им. Угол смещения противо-ЭДС зависит как от внешних характеристик двигателя, так и от нагрузки и прочих факторов.

Вредное влияние противо-ЭДС приводит к искрению на коллекторе, а также потере мощности двигателя и дополнительному нагреву его обмоток. Некоторая часть противо-ЭДС гасится с помощью конденсаторов, шунтирующих щеточный узел.

Давайте рассмотрим процессы, которые протекают в режиме регулирования с обратной связью, на примере универсальной схемы (см. рис. 1 ). Опорное напряжение, которое определяет скорость вращения электродвигателя, формируется резистивно-емкостной цепью Р12-КЗ-С2. При увеличении нагрузки скорость вращения падает, при этом снижается и его крутящий момент. При этом уменьшается и противо-ЭДС, возникающая в двигателе и приложенная между катодом и управляющим электродом тиристора VS1. Это приводит к изменению на управляющем электроде тиристора напряжения, которое увеличивается пропорционально тому, как уменьшается противо-ЭДС.

Дополнительное напряжение на управляющем электроде тиристора приводит к его включению при меньшем фазовом угле (угле отсечки) и подаче на двигатель большего тока, что таким образом компенсирует снижение скорости вращения при увеличении нагрузки. Это приводит к наличию на управляющем электроде тиристора баланса импульсного напряжения, которое составлено из напряжения питания и напряжения самоиндукции двигателя.

При необходимости возможно перейти с помощью переключателя SA1 перейти на питание с помощью полного напряжения, без использования регулировки. Подбору тиристора по минимальному току включения необходимо уделить особое внимание, так это позволит обеспечить лучшую стабилизацию скорости вращения двигателя.

Вторая схема включения (см. рис.2 ) рассчитана на работу с более мощными двигателями, которые используются в шлифовальных машинах, деревообрабатывающих станках и дрелях. Принцип регулирования в ней остается прежним. Тиристор в этой схеме необходимо установить на радиатор с площадью не менее 25 кв.см.

При необходимости получения очень малых скоростей вращения или при применении для маломощных двигателей можно применять схему с использованием ИМС (см. рис. 3 ). Она питается от постоянного тока напряжением 12В. В случае питания от более высокого напряжения необходимо применить параметрический стабилизатор с напряжением стабилизации не выше 15В.

Регулировка скорости осуществляется с помощью изменения среднего значения напряжения импульсов, которые подаются на двигатель. С помощью таких импульсов возможно эффективно регулировать очень малые скорости вращения, так как они как бы “подталкивают” ротор двигателя. При повышении скорости вращения двигатель работает обычным образом.

Довольно несложная схема (см. рис. 4 ) предназначена для использования на линии игрушечной железной дороги. Она позволит избежать аварийных ситуаций и предоставит новые возможности при управлении составами. Лампа накаливания, находящаяся во внешней цепи, предохраняет и служит для сигнализирования о коротком замыкании на линии, ограничивая при этом выходной ток.

При необходимости регулирования оборотов двигателей с наличием на валу большого крутящего момента (например, в электролебедке) может пригодиться двухполупериодная мостовая схема, приведенная на рис. 5. Существенным отличием ее от предыдущих схем, где работает только одна полуволна питающего напряжения, является обеспечение полной мощности на двигателе.

Гасящий резистор R2 и диоды VD2 и VD6 используются для подачи питания на схему запуска. Задержка открывания тиристоров по фазе обеспечивается с помощью заряда конденсатора C1 через резисторы R3 и R4 от источника напряжения, уровень которого зависит от стабилитрона VD8. После заряда конденсатора C1 до порога срабатывания однопереходного транзистора VT1, последний открывается и запускает тот тиристор, на аноде которого имеется положительное напряжение. После разряда конденсатора однопереходный транзистор выключается. Номинал резистора R5 определяется желаемой глубиной обратной связи и типом двигателя. Для расчета его величины используется формула:

где Iм - эффективное значение максимального тока нагрузки для данного типа двигателя.

Предложенные схемы легко повторяются, но требуют произвести подбор некоторых элементов в зависимости от характеристик применяемого электродвигателя (к сожалению, практически невозможно найти электродвигатели, идентичные по всем параметрам, даже в пределах одной серии).

На основе мощного симистора BT138-600, можно собрать схему регулятора скорости вращения двигателя переменного тока. Эта схема предназначена для регулирования скорости вращения электродвигателей сверлильных машин, вентиляторов, пылесосов, болгарок и др. Скорость двигателя можно регулировать путем изменения сопротивления потенциометра P1. Параметр P1 определяет фазу запускающего импульса, который открывает симистор. Схема также выполняет функцию стабилизации, которая поддерживает скорость двигателя даже при большой его нагрузке.

Например, когда мотор сверлильного станка тормозит из-за повышенного сопротивления металла, ЭДС двигателя также уменьшается. Это приводит к увеличению напряжения в R2-P1 и C3 вызывая более продолжительное открывание симистора, и скорость соответственно увеличивается.

Регулятор для двигателя постоянного тока

Наиболее простой и популярный метод регулировки скорости вращения электродвигателя постоянного тока основан на использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ или PWM ). При этом напряжение питания подается на мотор в виде импульсов. Частота следования импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться — так меняется и скорость (мощность).

Для генерации ШИМ сигнала можно взять схему на основе микросхемы NE555. Самая простая схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока показана на рисунке:

Здесь VT1 — полевой транзистор n-типа, способный выдерживать максимальный ток двигателя при заданном напряжении и нагрузке на валу. VCC1 от 5 до 16 В, VCC2 больше или равно VCC1. Частоту ШИМ сигнала можно рассчитать по формуле:

F = 1.44/(R1*C1) , [Гц]

где R1 в омах, C1 в фарадах.

При номиналах указанных на схеме выше, частота ШИМ сигнала будет равна:

F = 1.44/(50000*0.0000001) = 290 Гц.

Стоит отметить, что даже современные устройства , в том числе и высокой мощности управления, используют в своей основе именно такие схемы. Естественно с использованием более мощных элементов, выдерживающих большие токи.