Zuverlässige Schaltung des Drehzahlreglers des Kollektormotors ohne Leistungsverlust mit Tahoe-Feedback

Viele Arbeiten an Holz, Metall oder anderen Materialien erfordern keine hohen Geschwindigkeiten, sondern eine gute Traktion. Es wäre richtiger zu sagen - der Moment. Ihm ist es zu verdanken, dass die geplanten Arbeiten effizient und verlustarm ausgeführt werden können. Als Antriebsgerät werden dabei Gleichstrommotoren (oder Kollektormotoren) verwendet, bei denen die Versorgungsspannung vom Gerät selbst gleichgerichtet wird. Um die erforderlichen Leistungsmerkmale zu erreichen, ist es dann erforderlich, die Drehzahl des Kollektormotors ohne Leistungsverlust anzupassen.

Merkmale der Geschwindigkeitsregelung

Es ist wichtig zu wissen, dass jeder Motor beim Drehen verbraucht nicht nur Wirk-, sondern auch Blindleistung. In diesem Fall ist die Blindleistung höher, was mit der Art der Last zusammenhängt. In diesem Fall besteht die Aufgabe der Auslegung von Vorrichtungen zur Drehzahlregelung von Kollektormotoren darin, die Differenz zwischen Wirk- und Blindleistung zu verringern. Daher sind solche Konverter ziemlich komplex und es ist nicht einfach, sie selbst herzustellen.

Mit Ihren eigenen Händen können Sie nur den Anschein eines Reglers entwerfen, aber es lohnt sich nicht, über die Erhaltung der Leistung zu sprechen. Was ist Macht? In Bezug auf die elektrische Leistung ist dies das Produkt aus dem aufgenommenen Strom multipliziert mit der Spannung. Das Ergebnis ergibt einen bestimmten Wert, der aktive und reaktive Komponenten enthält. Um nur die aktive Last auszuwählen, dh die Verluste auf Null zu reduzieren, muss die Art der Last auf die aktive Last geändert werden. Nur Halbleiterwiderstände haben solche Eigenschaften.

Somit, es ist notwendig, die Induktivität durch einen Widerstand zu ersetzen, aber das ist unmöglich, weil der Motor sich in etwas anderes verwandelt und offensichtlich nichts in Bewegung setzt. Das Ziel der verlustfreien Regelung ist, Drehmoment zu sparen, nicht Leistung: es wird sich sowieso ändern. Nur ein Umrichter kann eine solche Aufgabe bewältigen, die die Geschwindigkeit durch Ändern der Dauer des Öffnungsimpulses von Thyristoren oder Leistungstransistoren steuert.

Verallgemeinerte Reglerschaltung

Ein Beispiel für einen Regler, der das Prinzip der verlustfreien Steuerung eines Motors umsetzt, ist ein Thyristor-Umrichter. Sie sind integrierte Schaltungen mit proportionaler Rückkopplung, die strenge Regulierung Charakteristiken von Beschleunigung-Verzögerung bis hin zum Rückwärtsfahren. Am effektivsten ist die Puls-Phasen-Steuerung: Die Zündimpulsfolgefrequenz wird mit der Netzfrequenz synchronisiert. Dadurch kann das Drehmoment aufrechterhalten werden, ohne die Verluste im Blindanteil zu erhöhen. Das verallgemeinerte Schema kann in mehreren Blöcken dargestellt werden:

• leistungsgesteuerter Gleichrichter;
• Gleichrichtersteuereinheit oder Puls-Phasen-Steuerschaltung;
• Tachogenerator-Feedback;
• Block der Stromregelung in Motorwicklungen.

Bevor man sich mit einem genaueren Gerät und Regelungsprinzip befasst, ist es notwendig, den Typ des Kollektormotors zu bestimmen. Das Kontrollschema für seine Leistung hängt davon ab.

Sorten von Kollektormotoren

Mindestens zwei Arten von Kollektormotoren sind bekannt. Die erste umfasst Geräte mit einem Anker und einer Feldwicklung am Stator. Die zweite umfasst Geräte mit einem Anker und Permanentmagneten. Du musst dich auch entscheiden, für welche Zwecke es erforderlich ist, einen Regler zu entwickeln:

• Wenn eine Justierung mit einer einfachen Bewegung erforderlich ist (z. B. Schleifstein drehen oder bohren), dann die Geschwindigkeit muss im Bereich von einem Mindestwert ungleich Null geändert werden - bis maximal. Ungefährer Wert: von 1000 bis 3000 U/min. Dazu eignet sich eine vereinfachte Schaltung mit 1 Thyristor oder einem Transistorpaar.
• Wenn es erforderlich ist, die Drehzahl von 0 bis zum Maximum zu regeln, müssen Sie vollwertige Umrichterschaltungen mit Rückkopplung und starrer Regelcharakteristik verwenden. Autodidaktische Meister oder Amateure haben in der Regel präzise Kollektormotoren mit Erregerwicklung und Tachogenerator. Ein solcher Motor ist eine Einheit, die in jeder modernen Waschmaschine verwendet wird und oft ausfällt. Daher werden wir das Prinzip der Steuerung dieses speziellen Motors betrachten, nachdem wir sein Gerät genauer untersucht haben.

Motorausführung

Strukturell ist der Motor der Waschmaschine "Indesit" einfach, aber bei der Entwicklung eines Reglers zur Steuerung seiner Geschwindigkeit müssen die Parameter berücksichtigt werden. Motoren können sich in ihren Eigenschaften unterscheiden, wodurch sich auch die Steuerung ändert. Berücksichtigt wird auch die Funktionsweise, von der die Auslegung des Umrichters abhängt. Konstruktiv besteht der Kommutatormotor aus aus folgenden Komponenten:

• Als Anker hat er eine Wicklung, die in die Nuten des Kerns gelegt ist.
• Kollektor, mechanischer Gleichrichter der Wechselspannung des Netzes, über den sie an die Wicklung übertragen wird.
• Stator mit Erregerwicklung. Es ist notwendig, ein konstantes Magnetfeld zu erzeugen, in dem sich der Anker dreht.

Bei einer Stromerhöhung im Motorstromkreis, der nach dem Standardschema angeschlossen ist, wird die Feldwicklung in Reihe mit dem Anker geschaltet. Mit dieser Aufnahme erhöhen wir auch das auf den Anker wirkende Magnetfeld, wodurch eine Linearität der Kennlinie erreicht werden kann. Wenn das Feld unverändert bleibt, ist es schwieriger, eine gute Dynamik zu erzielen, von großen Leistungsverlusten ganz zu schweigen. Solche Motoren werden am besten bei niedrigen Geschwindigkeiten verwendet, da sie bei kleinen diskreten Bewegungen bequemer zu steuern sind.

Durch die getrennte Ansteuerung von Erregung und Anker kann zwar eine hohe Positioniergenauigkeit der Motorwelle erreicht werden, allerdings wird dann der Regelkreis deutlich komplizierter. Daher schauen wir uns einen Regler genauer an, mit dem Sie die Drehzahl von 0 auf den Maximalwert ändern können, jedoch ohne Positionierung. Das könnte nützlich sein, wenn aus dem Motor aus der Waschmaschine eine vollwertige Bohrmaschine mit der Fähigkeit zum Gewindeschneiden hergestellt wird.

Schema wählen

Nachdem Sie alle Bedingungen ermittelt haben, unter denen der Motor verwendet wird, können Sie mit der Herstellung des Drehzahlreglers des Kollektormotors beginnen. Es lohnt sich, mit der Auswahl eines geeigneten Schemas zu beginnen, das Ihnen alle erforderlichen Eigenschaften und Fähigkeiten bietet. Sie sollten sich an sie erinnern:

• Geschwindigkeitsregulierung von 0 bis maximal.
• Bietet ein gutes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen.
• Leichtgängigkeit der Geschwindigkeitsregulierung.

Angesichts der vielen Schemata im Internet können wir feststellen, dass nur wenige Menschen an der Erstellung solcher "Aggregate" beteiligt sind. Dies liegt an der Komplexität des Regelprinzips, da die Regelung vieler Parameter organisiert werden muss. Thyristor-Öffnungswinkel, Steuerimpulsdauer, Beschleunigungs-Verzögerungs-Zeit, Drehmomentanstiegsrate. Diese Funktionen werden von einer Schaltung im Controller übernommen, die komplexe Integralberechnungen und Transformationen durchführt. Betrachten Sie eines der Schemata, das bei autodidaktischen Handwerkern beliebt ist oder einfach nur einen alten Motor aus einer Waschmaschine sinnvoll verwenden möchte.

Alle unsere Kriterien werden durch den Steuerkreis der Drehzahl des Kollektormotors erfüllt, der auf einem speziellen Mikroschaltkreis TDA 1085 montiert ist. Dies ist ein vollständig vorgefertigter Treiber zur Steuerung von Motoren, mit dem Sie die Drehzahl von 0 bis zum Maximalwert anpassen können, um sicherzustellen, dass das Drehmoment durch den Einsatz eines Tachogenerators beibehalten wird.

Design-Merkmale

Die Mikroschaltung ist mit allem ausgestattet, was für die Umsetzung einer hochwertigen Motorsteuerung in verschiedene Geschwindigkeitsmodi, angefangen vom Bremsen über das Beschleunigen bis hin zum Drehen mit maximalem Geschwindigkeit. Daher vereinfacht seine Verwendung das Design erheblich und macht gleichzeitig das gesamte Antrieb universell, da Sie beliebige Umdrehungen mit konstantem Drehmoment an der Welle wählen und diese nicht nur als Antrieb für ein Förderband oder eine Bohrmaschine, sondern auch zum Verfahren des Tisches verwenden können.

Die Eigenschaften der Mikroschaltung finden Sie auf der offiziellen Website. Wir werden die wichtigsten Funktionen angeben, die für die Entwicklung des Konverters erforderlich sind. Dazu gehören: eine integrierte Schaltung zur Umwandlung von Frequenz in Spannung, ein Beschleunigungsgenerator, ein Softstarter, eine Tahoe-Signalverarbeitungseinheit, ein Strombegrenzungsmodul usw. Wie Sie sehen, ist die Schaltung mit einer Reihe von Schutzfunktionen ausgestattet, die die Stabilität des Reglers in verschiedenen Modi gewährleisten.

Die folgende Abbildung zeigt eine typische Schaltung zum Einschalten einer Mikroschaltung.

Das Schema ist einfach, daher ist es mit Ihren eigenen Händen gut reproduzierbar. Es gibt einige Funktionen, zu denen die Grenzwerte und die Art und Weise der Geschwindigkeitsregelung gehören:

• Der maximale Strom in den Motorwicklungen sollte 10 A nicht überschreiten (abhängig von der im Diagramm gezeigten Konfiguration). Wenn Sie einen Triac mit einem großen Durchlassstrom verwenden, kann die Leistung höher sein. Bitte beachten Sie, dass Sie den Widerstand im Rückkopplungskreis sowie die Induktivität des Shunts nach unten ändern müssen.
• Die maximale Rotationsgeschwindigkeit wird 3200 U/min erreicht. Diese Eigenschaft hängt vom Motortyp ab. Die Schaltung kann Motoren bis zu 16 Tausend steuern. U/min
• Die Beschleunigungszeit bis zur Höchstgeschwindigkeit erreicht 1 Sekunde.
• Die normale Beschleunigung erfolgt in 10 Sekunden von 800 auf 1300 U/min.
• Der Motor verwendet einen 8-poligen Tachogenerator mit einer maximalen Ausgangsspannung von 6.000 U/min 30 V. Das heißt, es sollte 8 mV bei 1 U / min ausgeben. Bei 15.000 U/min sollte es eine Spannung von 12 V haben.
• Zur Ansteuerung des Motors wird ein Triac von 15A und einer Grenzspannung von 600 V verwendet.

Wenn die Umkehrung des Motors organisiert werden muss, muss die Schaltung dazu mit einem Starter ergänzt werden, der die Richtung der Feldwicklung umschaltet. Um den Rückwärtsgang zu ermöglichen, ist auch eine Nulldrehzahl-Steuerschaltung erforderlich. In der Abbildung nicht dargestellt.

Steuerungsprinzip

Wenn die Drehzahl der Motorwelle durch den Widerstand in der Ausgangsschaltung 5 eingestellt wird, wird am Ausgang eine Impulsfolge gebildet, um den Triac um einen bestimmten Winkelwert zu entriegeln. Die Drehzahl wird von einem Tachogenerator überwacht, der digital erfolgt. Der Treiber wandelt die empfangenen Impulse in eine analoge Spannung um, wodurch die Wellendrehzahl unabhängig von der Last auf einen einzigen Wert stabilisiert wird. Wenn sich die Spannung vom Tachogenerator ändert, erhöht der interne Regler den Pegel des Triac-Steuerausgangs, was zu einer Erhöhung der Drehzahl führt.

Die Mikroschaltung kann zwei lineare Beschleunigungen steuern, um die vom Motor geforderte Dynamik zu erreichen. Einer von ihnen wird von Ramp 6 Pin der Schaltung eingestellt. Dieser Regler wird von den Herstellern von Waschmaschinen selbst verwendet, daher hat er alle Vorteile, um im Haushalt verwendet zu werden. Dies wird durch das Vorhandensein der folgenden Blöcke sichergestellt:

• Spannungsregler, um den normalen Betrieb des Steuerkreises zu gewährleisten. Es wird gemäß den Schlussfolgerungen 9, 10 umgesetzt.
• Drehzahlregelkreis. Umgesetzt gemäß den Schlussfolgerungen des MC 4, 11, 12. Bei Bedarf kann der Regler auf einen analogen Sensor übertragen werden, dann werden Pin 8 und 12 zusammengefasst.
• Block von Startimpulsen. Es wird gemäß den Schlussfolgerungen 1, 2, 13, 14, 15 umgesetzt. Führt die Anpassung der Dauer von Steuerimpulsen, Verzögerung, Formung von konstanter Spannung und Kalibrierung durch.
• Sägezahnspannungserzeugungsvorrichtung. Befund 5, 6 und 7. Es wird verwendet, um die Geschwindigkeit entsprechend dem Sollwert zu regeln.
• Regelverstärkerschaltung. Fazit 16. Ermöglicht die Anpassung der Differenz zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit.
• Strombegrenzungseinrichtung an Pin 3. Wenn die Spannung an ihm ansteigt, nimmt der Öffnungswinkel des Triacs ab.

Verwendungszweck ein ähnliches Schema bietet die volle Kontrolle über den Kollektormotor in allen Modi. Dank der Zwangssteuerung der Beschleunigung ist es möglich, die erforderliche Beschleunigungsgeschwindigkeit auf die eingestellte Geschwindigkeit zu erreichen. Ein solcher Regler kann für alle modernen Waschmaschinen verwendet werden, die für andere Zwecke verwendet werden.