Регулятор оборотов электродвигателя: изменение скорости вращения и схемы на тиристорах

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.

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 — скорость вращения магнитного поля

n2— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

Недостатки:

можно использовать для двигателей небольшой мощности
при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Коннектор (разъем) двигателя стиральной машины

Коннектор двигателя стиральной машины напоминает пресловутый пластиковый разъем, до боли знакомый компьютерщикам. Легко стыкуется, но отсоединить обратно невозможно. Помогают ремонтники рукам шлицевой отверткой. Каждая половинка содержит чаще 10 контактов, некоторая часть не задействована. Вот для чего могли служить пины (читайте, пригодится при изучении):

Найдем метод однозначно понять, где находится статор? Отыщите экземпляр бытовой техники целиком, по толщине проводов многое скажете. Подключение двигателя от стиральной машины ведется толстой жилой. Сенсоры подключают тонкими. Вторым признаком назовем отношение к реле, управляющему направлением движения вала. Проследите трассу следования проводки. По цвету кембрика (оплетки) попробуйте угадать. Если соответствующий тон заходит в статор, это обмотка

Обратите внимание, цвета проводов ответной и прямой частей коннектора не совпадают. Почему? Полагаем, вопрос останется без ответа

Рекомендуем отыскать термопредохранитель, если таковой имеется. Продолговатый корпус упрятан в кембрик, а боковые контакты торчат наружу. Имеются другие конструкции, при помощи тестера можно будет легко найти соответствующие пины коннектора. Решится часть проблем. Помните, что обязательны только шесть контактов:

По два обмоткам статора, щеток.
Две штуки тахометру (датчику Холла три штуки).

Термопредохранитель является опцией, в большинстве стиральных машин имеется. Разберитесь по возможности точнее с раскладкой, потому что подавать 230 вольт на датчик оборотов не будет лучшей идеей.

Однофазные асинхронные двигатели

В маломощном электроприводе (стиральные и холодильные машины, доильные аппараты, машины для стрижки овец, центрифуги, вентиляторы и др.) используются однофазные двигатели (до 600Вт). Основными частями такого двигателя являются статор и ротор, имеющий такое же устройство, как и в трехфазном двигателе. В пазы статора укладывается обмотка, распределенная равномерно по окружности. Переменный ток, проходя по такой обмотке,

Читать также: Самый лучший краскопульт электрический

образует не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле, направление которого дважды за период меняется на обратное. Такое поле не может сдвинуть ротор с места. Если же при помощи внешней силы привести ротор во вращение, то тогда он будет подхвачен этим полем и начнет самостоятельно вращаться.

Однако пуск двигателя внешней силой не удобен, а поэтому в статор таких двигателей, кроме основной (рабочей, РО) обмотки, закладывается еще и пусковая обмотка (ПО); при помощи ПО в двигателе возникает вращающееся магнитное поле. Размещены РО и ПО под углом 90 0 , относительно друг друга (рис.108а).

В момент пуска ПО замыкается кнопкой К

накоротко, в результате трансформаторной связи в ней возникает ток, сдвинутый по фазе относительно тока в РО почти наЭти токи создают вращающееся магнитное поле, которое и разгоняет ротор. После разгона пусковая обмотка размыкается и в дальнейшей работе не участвует.

Конденсаторные двигатели

. В этих двигателях РО и ПО смещены на статоре относительно друг друга на 90 0 . На время пуска ПО включают на напряжение сети с помощью кнопки К через конденсатор С (рис. 108б), благодаря которому ток в ПО отличается по фазе от тока в РО на, этим обеспечивается разгон ротора (конденсаторный пуск).

В некоторых двигателях конденсатор остается включенным, поэтому во время работы двигателя обе обмотки являются рабочими. В этих двигателях пуск осуществляется с помощью конденсаторов С1и С2, а во время работы включенным остается конденсатор С2, значительно улучшающий пусковые и рабочие характеристики.

Однофазные асинхронные двигатели по сравнению с трехфазными имеют следующие недостатки:

отсутствие начального пускового момента;

малая перегрузочная способность;

более низкий кпд;

меньший коэффициент мощности.

Включение трехфазных двигателей в однофазную сеть

. Во многих практических случаях, когда нет трехфазной сети, можно использовать трехфазные асинхронные двигатели, включая их определенным образом в однофазную сеть переменного тока.

На рис.110 а и б приведены схемы, на которых у двигателей выведены лишь по три конца обмоток. Подключаемый конденсатор С создает дополнительный сдвиг по фазе между током и напряжением, обеспечивая начальный пусковой момент. На рисунке 110 в и г изображены схемы включения трехфазных асинхронных двигателей, у которых выведены все шесть концов статорной обмотки. Приведенные схемы включения обеспечивают получение от двигателей 40-50% от мощности в симметричном трехфазном включении.

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.

Обзор типичных схем

Регулировать вращения вала электродвигателя малой мощности можно посредством последовательного соединения резистора питания с отсутствие. Однако у такого варианта имеется очень низкий КПД и отсутствие возможности плавного изменения скорости. Чтобы избежать такой неприятности, следует рассмотреть несколько схем регулятора, которые применяются чаще всего.

Особенности первого варианта:

На ШИМ транзисторе имеется генератор пилообразного напряжения с частотой 150 Гц.
В роли компаратора выступает операционный усилитель.
Для изменения скорости используют переменный резистор, который управляет длительностью импульсов.

Как известно, ШИМ имеет постоянную амплитуду импульсов. Кроме того, амплитуда идентична напряжению питания. Следовательно, электродвигатель не остановится, даже работая на малых оборотах.

Второй вариант аналогичен первому. Единственное отличие, что в качестве задающего генератора используется операционный усилитель. Этот компонент имеет частоту 500 Гц и занимается выработкой импульсов, имеющих треугольную форму. Регулировка также осуществляется переменным резистором.

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.

Регулятор напряжения

Самым простым и доступным регулятором количества оборотов электромотора стиральной машины является любое устройство, предназначенное для подобных действий. Это может быть:

Димер;
Гашетка электродрели;
Поворотное колесо и т.д., взятое от любого бытового прибора или приобретенное в магазине.

Смысл операции по регулировке оборотов прост и заключается в уменьшении или увеличении поступающего напряжения на двигатель из сети 220 Вольт. То есть поворачивая колесо регулировки, мы регулируем напряжение, а следовательно, и задаем скорость вращения. Схема данного подключения выглядит следующим образом:

Провод от катушки (1) соединяем с кабелем, идущим от якоря.
2-катушечный провод направляем на сеть.

Оставшийся кабель (2) якоря замыкаем на димер.
Второй выход димера – на сеть.
Производим пробный запуск электромотора и работу регулятора.

Если вы ничего не перепутали, двигатель будет послушно изменять количество своих оборотов. Но появится одна большая проблема. При касании к вращающейся оси двигателя он будет останавливаться. То есть при малейшем стороннем воздействии происходит потеря мощности, независимо от подаваемого напряжения. По сути, мы имеем на руках работающий движок без каких-либо полезных функций.

Подключение через плату (микросхему)

Наша схема регулировки оборотов изначально не была самой элементарной. И именно для этого мы использовали в ней тахогенератор. Теперь пришло время заняться им. Ведь с помощью таходатчика мы сможем регулировать обороты двигателя стиральной машины без какой-либо потери его мощности, то есть превратив электромотор в реально функциональное устройство.

В нашем случае таходатчик является посредником между двигателем и микросхемой, которая выглядит следующим образом. Данная схема создана на основе заводской платы с маркировкой TDA 1085. Приобрести ее не составит никакого труда в магазинах радиотехники.

Вполне уместным будет вопрос — что изменится в работе двигателя после его подключения через микросхему? Очень многое.

Если при обычном подключении, описанном нами выше, запускать двигатель в работу приходилось движением руки. То теперь это возможно простым поворотом тумблера. При попытке воздействия на вращающийся шкив двигатель не останавливается полностью, а сбрасывает обороты буквально на долю секунды, после чего возвращается к заданной мощности, но уже с учетом возросшей нагрузки.

То есть встроенная нами микросхема, получив сигнал от таходатчика об уменьшении количества оборотов из-за возросшей нагрузки, мгновенно реагирует на это и увеличивает мощность, а следовательно, и количество оборотов электромотора.

Изготовление своими руками

Если нет возможности, а также желания приобретать регулятор заводского типа, то можно собрать его своими руками. Хотя регуляторы типа » tda1085 » зарекомендовали себя очень хорошо. Для этого нужно детально ознакомиться с теорией и приступить к практике. Очень популярны схемы симисторного исполнения, в частности регулятор оборотов асинхронного двигателя 220в (схема 5). Сделать его несложно. Он собирается на симисторе ВТ138, хорошо подходящем для этих целей.

Схема 5 — Простой регулятор оборотов на симисторе.

Этот регулятор может быть использован и для регулировки оборотов двигателя постоянного тока 12 вольт, так как является довольно простым и универсальным. Обороты регулируются благодаря изменению параметров Р1, определяющему фазу входящего сигнала, который открывает переход симистора.

Принцип работы прост. При запуске двигателя происходит его затормаживание, индуктивность изменятся в меньшую сторону и способствует увеличению U в цепи «R2—>P1—>C2». При разряде С2 симистор открывается в течение некоторого времени.

Читать также: Кронштейны для прокладки кабеля по стене

Существует еще одна схема. Она работает немного по-другому: путем обеспечения хода энергии обратного типа, которое является оптимально выгодным. В схему включен довольно мощный тиристор.

Схема 6 — Устройство тиристорного регулятора.

Схема состоит из генератора сигнала управления, усилителя, тиристора и участка цепи, выполняющего функции стабилизатора вращения ротора.

Наиболее универсальной схемой является регулятор на симисторе и динисторе (схема 7). Он способен плавно убавить скорость вращения вала, задать реверс двигателю (изменить направление вращения) и понизить пусковой ток.

Принцип работы схемы:

С1 заряжается до U пробоя динистора D1 через R2.
D1 при пробитии открывает переход симистора D2, который отвечает за управление нагрузкой.

Напряжение при нагрузке прямо пропорционально зависит от частотной составляющей при открытии D2, зависящего от R2. Схема применяется в пылесосах. Она содержит универсальное электронное управление, а также способность простого подключения питания 380 В. Все детали следует расположить на печатной плате, изготовленной по лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Подробно с этой технологии изготовления плат можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, при выборе регулятора оборотов электродвигателя возможна покупка заводского или изготовление своими руками. Самодельный регулятор сделать достаточно просто, так как при понимании принципа действия устройства можно с легкостью собрать его. Кроме того, следует соблюдать правила безопасности при осуществлении монтажа деталей и при работе с электричеством.

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.

Применение симисторных регуляторов в быту

Подобные устройства применяются в быту везде, где есть необходимость плавно изменять мощность прибора или инструмента. В целом, работает такая схема по принципу снижения сетевого напряжения 230 В. А если напряжение питания электроприбора уменьшать, то пропорционально будет изменяться и его мощность.

А вот если уменьшить мощность такого паяльника, то перечисленные проблемы исчезнут. Сделать это можно путем снижения напряжения его питания с 230 В до, например, 80 В (почти в три раза). А поскольку мощность (а также температура нагрева жала) снижается пропорционально, то в итоге мы получим паяльник на 25-30 Вт.Симисторные регуляторы применяются для плавного изменения мощности:

паяльников (именно для паяльника было сделано описанное в статье устройство);
электрических сушилок для фруктов;
утюгов;
обогревателей;
других нагревательных приборов;
пылесосов;
электроинструментов – болгарок, орбитальных шлифовальных машинок, лобзиков;
другого оборудования с двигателями – точильных станков, сверлильных и прочих;
ламп накаливания.

Касательно последнего пункта стоит отметить, что именно такая схема симисторного регулятора не очень подходит. Но и об этом подробнее сказано ниже.

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.

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.

Регулятор оборотов

Понадобился регулятор оборотов коллекторного двигателя. Регулятор оборотов на Ардуино с поддержанием оборотов. Двигатель от стиральной машинки-автомата.

В схеме были сделаны небольшие изменения. Кое что выкинул. Некоторые компоненты заменены другими. Были добавлены 2 аналоговых входа, на них можно повесить датчик температуры и следить за температурой двигателя, и радиатора на котором сидит симистор управляющий двигателем.

Если вы выполняете кратковременные работы, то датчик температуры и не нужен. Ну а если двигатель будет много работать, то неплохо с помощью датчика, Ардуино следило за температурой, и при перегреве отключало двигатель пока тот не остынет.

На этом двигателе уже присутствует тахогенератор, но в моем случае он не работает — вышел из строя. Вместо тахогенератора буду устанавливать датчик холла. Выкидываем катушку нерабочего тахогенератора, оставляем только магнит на валу. Устанавливаю датчик холла на электродвигатель.

Схема регулятора оборотов будет содержать в себе:

Ардуино Нано
Блок настроек, и управления оборотами
Силовая часть
Датчика скорости
Защита (реле)
Дополнительные входы и выходы

Ардуино Нано будет контролировать и управлять силовой частью

А0 — регулировка оборотов двигателя
А1 — настройка минимальных оборотов двигателя
А2 — настройка максимальных оборотов двигателя
А3 — выход управления симистором
А4 — дополнительный аналоговый вход (не задействован)
А5 — выход управления реле
А6 — дополнительный аналоговый вход (не задействован)
А7 — разгон или плавный старт
D2 — сигнал перехода через ноль
D4 — дополнительный выход
D6, D7 — тахогенератор
D8 — датчик холла

Блок настроек, и управления оборотами

Силовая часть будет управлять двигателем. Разъем Р1 — для подключении к сети 220В. Р3 — для установки перемычки в зависимости от блока питания.

При установке блока питания с выходным напряжением 5 вольт, на разъеме Р3 нужно установить перемычку на контакты 2 и 3. При выходном напряжении блока питания 7-12 вольт перемычку устанавливаем на контакты 1 и 2.

Не забывайте, при выборе блока питания нужно учитывать, что реле питается выходным напряжением с блока питания. Поэтому выбирайте блок питания и реле на одно напряжение.

На выводы 220V0 И 220V1, подается сетевое напряжение 220 Вольт.

Схема будет питаться импульсным блоком питания с выходным напряжением 5 вольт. Импульсный блок питания, возьмём уже готовый. Так же схему можно питать от 7 до 12 вольт. На плате есть перемычка переключения напряжения 5/12v. Так же можно питать схему и зарядным от телефона, только проверьте выходное напряжение, там не должно быть выше 5 вольт.

При установки перемычки на 5 вольт напряжение поступает напрямую на шину +5 вольт. Реле надо будет установить на 5 вольт.

При установки перемычки на 12 вольт напряжение поступает на вход Ардуино Vin. В этом случае можно питать схему напряжением 7-12 вольт. но и реле должно быть на такое напряжение, какое выходит с блока питания.

Датчик скорости в двух исполнения. На тахогенераторе или на датчике холла.

Схема разрабатывалась так, что бы обороты можно было считывать с тахогенератора, уже установленные на двигателях машинок-автоматов. Разъем Р4 служит для подключения тахогенератора.

А так же при отсутствии или неисправности тахогенератора можно заменить на датчик холла.

Реле служит защитой от пробоя симистора. Когда симистор пробивает, двигатель будет выходить на максимальные обороты, и это очень опасно . А что бы этого не случилось, контроллер отслеживает частоту вращения двигателя, и при превышении установленных оборотов реле отключает двигатель. Как обороты упадут ниже нормы, реле включится. Разъем Р7 — для подключения коллекторного электродвигателя.

Дополнительные входы и выходы

Иногда к устройству охота еще что нибудь прикрутить для удобства. Здесь добавлен дополнительный выход, он сейчас на плате указан как светодиод LED1. этот выход можно использовать под свои нужды. Можно пустить этот выход для управления вентилятором охлаждения двигателя и тд.

Еще есть два дополнительных аналоговых входа, которые тоже можно задействовать как писал выше, например контролировать температуру двигателя и симистора.

Верхний слой печатной платы

В конце статьи находится архив со всеми файлами для повторения данного проекта

Настройка регулятора

Настройка не сложная, поэтапная, так же можно протестировать все узлы регулятора на правильную работу.

https://youtube.com/watch?v=TEBklpEF-HA

Источник

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.

Фото — синусоида нормальной работы электродвигателя

Что такое регулятор напряжения 220 В

Сокращенное название рассматриваемого прибора — РН 0–220 В. Самый простой такой аппарат — это диммер для ламп накаливания. Устройство настраивает сетевые параметры напряжения, повышает/понижает степень выходного сигнала на диапазоне, зависимом от значения разности потенциалов на его выходе. Поддерживает заданный вольтаж цепи потребителя.

Аппарат регулирует (плавно или ступенчато) именно саму величину напряжения, вольтаж, от которого также зависит мощность в диапазоне возможностей подключенного агрегата. Работает с нагрузкой реактивной, активной, только надо уточнять, подходит ли конкретная сборка, особенно для последней. А также всегда надо сопоставлять, на какую обслуживаемую мощность (Ватты) рассчитана схема.

РН изменяет согласно настройкам пользователя уровень выходного сигнала из сети 220 В, подаваемый на подключенную к нему нагрузку. Таким образом, устанавливается параметр, подходящий для запитывания конкретного прибора, а чаще для регулировки его работы (снижение/повышение оборотов маломощных электромоторов, яркости света).

Регулятор напряжения применяют:

для изменения оборотов небольших моторчиков бытовых устройств (скорости блендера, фена), реже, поскольку не все схемы подходят, — для более мощных двигателей (например, дрели);
для других приборов, работу которых можно настраивать. А чаще (и это наиболее корректное и эффективное использование) для уровня освещенности (диммер), громкости звука, нагрева ТЭНов, паяльника,
во всех случаях, если на цепи надо создать определенное напряжение, например, 12 В.

Чаще всего бытовой РН 0–220 В применяется для плавного вкл./выкл. приборов.

В заводских моделях обычно также есть микросхема для стабилизации напряжения при его скачках, обеспечивающая работу приборов в любом режиме. Тиристорный регулятор по англоязычным стандартам именуют Voltage Controller. РН снабжают универсальные блоки питания, на которых можно настраивать вольтаж.

Виды, принцип работы, особенности

РН по нашей теме предназначен только для переменного напряжения, то есть для обычной домашней сети 220 В.

Чаще всего собирают на базе таких деталей:

тиристоры;
симисторы;
транзисторы.

В схемах присутствуют также конденсаторы, резисторы постоянные, настроечные. Именно селекторами последних осуществляется регулировка. Сложные сборки могут включать микросхемы.

РН максимально результативные для резистивных (активных, омических) нагрузок, то есть являющихся частью потребляемой мощности подсоединяемого/отключаемого потребителя. Это сопротивление движению тока, например, в виде резистора, на точке, где электричество преобразовывается в тепло.

Резистивная нагрузка — это нагревательные элементы, ТЭНы, лампы накаливания (не «экономки»).

В индуктивной нагрузке ток (там он значительно ниже, чем при резистивной) отстает от напряжения, создается реактивная мощность. Это асинхронные электродвигатели, электромагниты, дроссели, трансформаторы, выпрямители. С ними РН не будут работать или будут, но не эффективно, создавая риск поломки оборудования. Там регуляторы напряжения не всегда целесообразные.

Тиристорный прибор нельзя использовать со светодиодными (экономными) и люминисцентными лампами. Конденсаторные регуляторы не позволяют плавно менять напряжение.

Как изготовить своими руками?

Существуют различные варианты схем регулировки. Приведём один из них более подробно.

Вот схема его работы:

Первоначально, это устройство было разработана для регулировки коллекторного двигателя на электротранспорте. Речь шла о таком, где напряжение питания составляет 24 В, но эта конструкция применима и для других двигателей.

Слабым местом схемы, которое было определено при испытаниях её работы, является плохая пригодность при очень больших значениях силы тока. Это связано с некоторым замедлением работы транзисторных элементов схемы.

Рекомендуется, чтобы ток составлял не более 70 А. В этой схеме нет защиты по току и по температуре, поэтому рекомендуется встроить амперметр и контролировать силу тока визуально. Частота коммутации составит 5 кГц, она определяется конденсатором C2 ёмкостью 20 нф.

При изменении силы тока, эта частота может изменяться между 3 кГц и 5 кГц. Переменный резистор R2 служит для регулировки тока. При использовании электродвигателя в бытовых условиях, рекомендуется использовать регулятор стандартного типа.

При этом, рекомендуется подобрать величину R1 таким образом, чтобы правильно настроить работу регулятора. С выхода микросхемы, управляющий импульс поступает на двухтактный усилитель на транзисторах КТ815 и КТ816, далее идёт уже на транзисторы.

Печатная плата имеет размер 50 на 50 мм и изготавливается из одностороннего стеклотекстолита:

На этой схеме дополнительно указаны 2 резистора по 45 ом. Это сделано для возможного подключения обычного компьютерного вентилятора для охлаждения прибора. При использовании в качестве нагрузки электродвигателя, необходимо схему заблокировать блокирующим (демпферным) диодом, который по своим характеристикам соответствует удвоенному значению тока нагрузки и удвоенному значению питающего напряжения.

Работа устройства при отсутствии такого диода может привести к поломке вследствие возможного перегрева. При этом, диод нужно будет поместить на теплоотвод. Для этого, можно воспользоваться металлической пластиной, которая имеет площадь 30 см2.

Регулирующие ключи работают так, что потери мощности на них достаточно малы. В оригинальной схеме, был использован стандартный компьютерный вентилятор. Для его подключения использовалось ограничительное сопротивление 100 Ом и напряжение питания 24 В.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

При изготовлении силового блока (на нижнем рисунке), провода должны быть присоединены таким образом, чтобы было минимум изгибов тех проводников по которым проходят большие токи.Мы видим, что изготовление такого прибора требует определённых профессиональных знаний и навыков. Возможно, в некоторых случаях имеет смысл воспользоваться покупным устройством.

Назначение

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

Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:

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

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

https://youtube.com/watch?v=XXxPz3_f4hY

https://youtube.com/watch?v=XnuGxL9OmXE

https://youtube.com/watch?v=ia1end0v5uM