Spolehlivý obvod regulátoru otáček motoru kolektoru bez ztráty výkonu se zpětnou vazbou Tahoe

Mnoho druhů práce na dřevě, kovu nebo jiných typech materiálů nevyžaduje vysoké rychlosti, ale dobrou trakci. Správnější by bylo říci – okamžik. Díky němu lze plánovanou práci provádět efektivně a s minimální ztrátou výkonu. K tomu se jako hnací zařízení používají stejnosměrné motory (nebo kolektorové motory), u kterých je napájecí napětí usměrněno samotnou jednotkou. Poté je pro dosažení požadovaného výkonu nutné upravit otáčky motoru kolektoru bez ztráty výkonu.

Vlastnosti regulace rychlosti

Je důležité vědět, které každý motor při otáčení spotřebovává nejen činný, ale i jalový výkon. V tomto případě bude úroveň jalového výkonu vyšší, což souvisí s povahou zátěže. V tomto případě je úkolem návrhu zařízení pro řízení rychlosti otáčení kolektorových motorů snížit rozdíl mezi činným a jalovým výkonem. Proto budou takové převodníky poměrně složité a není snadné je vyrobit sami.

Vlastními rukama můžete navrhnout pouze zdání regulátoru, ale nestojí za to mluvit o zachování energie. co je moc? Z hlediska elektrického výkonu se jedná o součin spotřebovaného proudu vynásobeného napětím. Výsledek poskytne určitou hodnotu, která zahrnuje aktivní a reaktivní složky. Pro výběr pouze aktivní, tedy snížení ztrát na nulu, je nutné změnit charakter zátěže na aktivní. Takové vlastnosti mají pouze polovodičové rezistory.

Proto, je nutné nahradit indukčnost rezistorem, ale to je nemožné, protože motor se změní v něco jiného a evidentně nic neuvede do pohybu. Cílem bezztrátové regulace je šetřit točivý moment, nikoli výkon: ten se stejně změní. S takovou úlohou si poradí pouze měnič, který bude řídit rychlost změnou doby trvání otevíracího impulsu tyristorů nebo výkonových tranzistorů.

Generalizovaný obvod regulátoru

Příkladem regulátoru, který implementuje princip řízení motoru bez ztráty výkonu, je tyristorový měnič. Jsou to integrované obvody s proporcionální zpětnou vazbou, které poskytují přísná regulace charakteristiky od zrychlení-zpomalení až po zpátečku. Nejúčinnější je pulzně-fázové řízení: frekvence opakování pulzů střelby je synchronizována s frekvencí sítě. To umožňuje udržení točivého momentu bez zvýšení ztrát v reaktivní složce. Zobecněné schéma může být reprezentováno v několika blocích:

• výkonově řízený usměrňovač;
• řídicí jednotka usměrňovače nebo řídicí obvod pulzní fáze;
• zpětná vazba tachogenerátoru;
• blok regulace proudu ve vinutí motoru.

Než se pustíme do přesnějšího zařízení a principu regulace, je nutné určit typ kolektorového motoru. Na tom bude záviset schéma ovládání jeho výkonu.

Odrůdy kolektorových motorů

Jsou známy alespoň dva typy kolektorových motorů. První zahrnuje zařízení s kotvou a budicím vinutím na statoru. Druhá zahrnuje zařízení s kotvou a permanentními magnety. Musíte se také rozhodnout, pro jaké účely je nutné navrhnout regulátor:

• Pokud je potřeba seřídit jednoduchým pohybem (například otáčením brusného kamene nebo vrtáním), tak rychlost bude potřeba změnit v rozsahu od nějaké minimální hodnoty, která se nerovná nule, - až maximum. Přibližné číslo: od 1000 do 3000 ot./min. K tomu je vhodný zjednodušený obvod s 1 tyristorem nebo dvojicí tranzistorů.
• Pokud je potřeba řídit otáčky od 0 do maxima, pak budete muset použít plnohodnotné měničové obvody se zpětnou vazbou a tuhou regulační charakteristikou. Obvykle mají mistři samouci nebo amatéři přesně kolektorové motory s budicím vinutím a tachogenerátorem. Takový motor je jednotka, která se používá v každé moderní pračce a často selhává. Proto budeme zvažovat princip ovládání tohoto konkrétního motoru, když jsme podrobněji prostudovali jeho zařízení.

Konstrukce motoru

Konstrukčně je motor z pračky "Indesit" jednoduchý, ale při navrhování regulátoru pro řízení jeho rychlosti je nutné vzít v úvahu parametry. Motory mohou mít různé charakteristiky, díky čemuž se změní i ovládání. Zohledňuje se také režim provozu, na kterém bude záviset konstrukce převodníku. Konstrukčně se komutátorový motor skládá z z následujících komponent:

• Kotva, má vinutí uložené v drážkách jádra.
• Kolektor, mechanický usměrňovač střídavého napětí sítě, kterým se přenáší do vinutí.
• Stator s budicím vinutím. Je nutné vytvořit konstantní magnetické pole, ve kterém se bude kotva otáčet.

Se zvýšením proudu v obvodu motoru, zapojeného podle standardního schématu, je budicí vinutí zapojeno do série s kotvou. Tímto zahrnutím také zvyšujeme magnetické pole působící na kotvu, což umožňuje dosáhnout linearity charakteristik. Pokud pole zůstane nezměněno, je obtížnější získat dobrou dynamiku, nemluvě o velkých ztrátách výkonu. Takové motory se nejlépe používají při nízkých rychlostech, protože je pohodlnější ovládat při malých diskrétních pohybech.

Organizací samostatného řízení buzení a kotvy je možné dosáhnout vysoké přesnosti polohování hřídele motoru, ale řídicí obvod se pak výrazně zkomplikuje. Proto se blíže podíváme na regulátor, který umožňuje měnit rychlost otáčení z 0 na maximální hodnotu, ale bez polohování. To by se mohlo hodit, pokud se z motoru z pračky vyrobí plnohodnotná vrtačka se schopností řezání závitů.

Výběr schématu

Po zjištění všech podmínek, za kterých bude motor používán, můžete začít vyrábět regulátor rychlosti kolektorového motoru. Stojí za to začít s výběrem vhodného schématu, které vám poskytne všechny potřebné vlastnosti a schopnosti. Měli byste si je zapamatovat:

• Regulace rychlosti od 0 do maxima.
• Poskytuje dobrý točivý moment při nízkých otáčkách.
• Plynulost regulace rychlosti.

Vzhledem k mnoha schématům na internetu můžeme dojít k závěru, že vytvářením takových „agregátů“ se zabývá jen málo lidí. To je způsobeno složitostí principu ovládání, protože je nutné organizovat regulaci mnoha parametrů. Úhel otevření tyristoru, doba trvání řídicího impulsu, doba zrychlení-zpomalení, rychlost nárůstu točivého momentu. Tyto funkce zajišťuje obvod na regulátoru, který provádí složité integrální výpočty a transformace. Zvažte jeden ze schémat, který je oblíbený u řemeslníků-samouků nebo těch, kteří prostě chtějí užitečně využít starý motor z pračky.

Všechna naše kritéria splňuje řídicí obvod rychlosti otáčení kolektorového motoru, sestavený na specializovaném mikroobvodu TDA 1085. Jedná se o zcela připravený ovladač pro ovládání motorů, který umožňuje nastavit otáčky od 0 do maximální hodnoty, čímž je zajištěno udržení točivého momentu pomocí tachogenerátoru.

Designové vlastnosti

Mikroobvod je vybaven vším potřebným pro realizaci kvalitního řízení motoru v různé rychlostní režimy, od brzdění, konče akcelerací a rotací s maximem Rychlost. Proto jeho použití výrazně zjednodušuje design a zároveň dělá celek pohon univerzální, jelikož na hřídeli můžete volit libovolné otáčky s konstantním kroutícím momentem a využívat jej nejen jako pohon dopravního pásu nebo vrtačky, ale také k pohybu stolu.

Vlastnosti mikroobvodu lze nalézt na oficiálních stránkách. Naznačíme hlavní vlastnosti, které budou vyžadovány pro návrh převodníku. Patří mezi ně: integrovaný obvod pro převod frekvence na napětí, generátor zrychlení, softstartér, jednotka pro zpracování signálu Tahoe, modul pro omezení proudu atd. Jak vidíte, obvod je vybaven řadou ochran, které zajistí stabilitu regulátoru v různých režimech.

Níže uvedený obrázek ukazuje typický obvod pro zapnutí mikroobvodu.

Schéma je jednoduché, proto je zcela reprodukovatelné vlastníma rukama. Existují některé funkce, které zahrnují limitní hodnoty a způsob ovládání rychlosti:

• Maximální proud ve vinutí motoru by neměl překročit 10 A (v závislosti na konfiguraci zobrazené na obrázku). Pokud použijete triak s velkým dopředným proudem, pak může být výkon vyšší. Vezměte prosím na vědomí, že budete muset změnit odpor v obvodu zpětné vazby směrem dolů a také indukčnost bočníku.
• Maximální rychlost otáčení je dosažena 3200 ot./min. Tato charakteristika závisí na typu motoru. Okruh dokáže ovládat motory do 16 tis. ot./min
• Doba zrychlení na maximální rychlost dosahuje 1 sekundy.
• Normální zrychlení je zajištěno za 10 sekund z 800 na 1300 ot./min.
• Motor využívá 8-pólový tachogenerátor s maximálním výstupním napětím 6 000 ot./min 30 V. To znamená, že by měl vydávat 8 mV při 1 otáčkách za minutu. Při 15 000 ot./min by měl mít napětí 12 V.
• K ovládání motoru je použit triak 15A a mezní napětí 600V.

Pokud je nutné uspořádat zpětný chod motoru, bude k tomu nutné doplnit obvod o startér, který přepne směr vinutí pole. Pro umožnění zpětného chodu bude také vyžadován řídicí obvod nulové rychlosti. Na obrázku není zobrazeno.

Princip ovládání

Když je rychlost otáčení hřídele motoru nastavena odporem ve výstupním obvodu 5, vytvoří se na výstupu sekvence impulsů pro odblokování triaku o určitou hodnotu úhlu. Rychlost je sledována tachogenerátorem, který probíhá digitálně. Driver převádí přijaté impulsy na analogové napětí, díky kterému se rychlost hřídele stabilizuje na jediné hodnotě bez ohledu na zatížení. Pokud se změní napětí z tachogenerátoru, vnitřní regulátor zvýší úroveň výstupu řízení triaku, což povede ke zvýšení rychlosti.

Mikroobvod může ovládat dvě lineární zrychlení pro dosažení dynamiky požadované od motoru. Jeden z nich je nastaven Ramp 6 pinem obvodu. Tento regulátor používají samotní výrobci praček, proto má všechny výhody pro použití v domácnosti. To je zajištěno přítomností následujících bloků:

• Regulátor napětí pro zajištění normálního provozu řídicího obvodu. Provádí se podle závěrů 9, 10.
• Obvod řízení rychlosti otáčení. Realizováno podle závěrů MV 4, 11, 12. V případě potřeby lze regulátor přenést na analogový snímač, poté jsou piny 8 a 12 spojeny.
• Blok startovacích impulsů. Provádí se podle závěrů 1, 2, 13, 14, 15. Provádí úpravu doby trvání řídicích impulsů, zpoždění, jejich tvarování z konstantního napětí a kalibraci.
• Zařízení generující pilové napětí. Nálezy 5, 6 a 7. Slouží k regulaci otáček podle žádané hodnoty.
• Obvod řídicího zesilovače. Závěr 16. Umožňuje upravit rozdíl mezi nastavenou a skutečnou rychlostí.
• Zařízení pro omezení proudu na kolíku 3. Při zvýšení napětí na něm se úhel otevření triaku zmenšuje.

Používání podobné schéma poskytuje plnou kontrolu motoru kolektoru v jakýchkoli režimech. Díky nucenému řízení zrychlení je možné dosáhnout požadované rychlosti zrychlení na nastavenou rychlost. Takový regulátor lze použít pro všechny moderní pračky používané k jiným účelům.