Circuito affidabile del regolatore di velocità del motore del collettore senza perdita di potenza con feedback Tahoe

Molti tipi di lavoro su legno, metallo o altri tipi di materiali non richiedono velocità elevate, ma una buona trazione. Sarebbe più corretto dire: il momento. È grazie a lui che il lavoro pianificato può essere eseguito in modo efficiente e con una minima perdita di potenza. Per questo, i motori DC (o motori del collettore) vengono utilizzati come dispositivo di azionamento, in cui la tensione di alimentazione viene rettificata dall'unità stessa. Quindi, per ottenere le caratteristiche prestazionali richieste, è necessario regolare la velocità del motore del collettore senza perdere potenza.

Caratteristiche della regolazione della velocità

è importante sapere, che ogni motore, ruotando, consuma non solo potenza attiva, ma anche reattiva. In questo caso, il livello di potenza reattiva sarà più alto, che è associato alla natura del carico. In questo caso il compito di progettare dispositivi per la regolazione della velocità di rotazione dei motori dei collettori è quello di ridurre la differenza tra potenza attiva e reattiva. Pertanto, tali convertitori saranno piuttosto complessi e non è facile realizzarli da soli.

Con le tue mani, puoi progettare solo una parvenza di un regolatore, ma non vale la pena parlare di preservare il potere. Che cos'è il potere? In termini di prestazioni elettriche, questo è il prodotto della corrente consumata moltiplicata per la tensione. Il risultato darà un certo valore che include componenti attivi e reattivi. Per selezionare solo quello attivo, cioè per ridurre le perdite a zero, è necessario cambiare la natura del carico in quello attivo. Solo i resistori a semiconduttore hanno tali caratteristiche.

Quindi, è necessario sostituire l'induttanza con un resistore, ma questo è impossibile, perché il motore si trasformerà in qualcos'altro e ovviamente non metterà in moto nulla. L'obiettivo della regolazione senza perdite è conservare la coppia, non la potenza: cambierà comunque. Solo un convertitore può far fronte a tale compito, che controllerà la velocità modificando la durata dell'impulso di apertura dei tiristori o dei transistor di potenza.

Circuito regolatore generalizzato

Un esempio di regolatore che implementa il principio del controllo di un motore senza perdita di potenza è un convertitore a tiristori. Sono circuiti integrati a feedback proporzionale che forniscono regolamentazione rigida caratteristiche che vanno dall'accelerazione-decelerazione e terminano con la retromarcia. Il più efficace è il controllo della fase impulsiva: la frequenza di ripetizione dell'impulso di accensione è sincronizzata con la frequenza di rete. Ciò consente di mantenere la coppia senza aumentare le perdite nel componente reattivo. Lo schema generalizzato può essere rappresentato in più blocchi:

• raddrizzatore controllato dalla potenza;
• unità di controllo del raddrizzatore o circuito di controllo della fase a impulsi;
• feedback dinamo tachimetrica;
• blocco della regolazione della corrente negli avvolgimenti del motore.

Prima di approfondire un dispositivo e un principio di regolazione più precisi, è necessario determinare il tipo di motore del collettore. Lo schema di controllo per le sue prestazioni dipenderà da questo.

Varietà di motori per collettori

Sono noti almeno due tipi di motori collettori. Il primo include dispositivi con un'armatura e un avvolgimento di campo sullo statore. Il secondo include dispositivi con ancoraggio e magneti permanenti. Devi anche decidere, per quali scopi è necessario progettare un regolatore:

• Se è necessario effettuare la regolazione con un semplice movimento (ad esempio, girare una mola o forare), allora la velocità dovrà essere modificata nell'intervallo da un valore minimo, non uguale a zero, - a massimo. Cifra indicativa: da 1000 a 3000 giri/min. Per questo è adatto un circuito semplificato con 1 tiristore o una coppia di transistor.
• Se è necessario controllare la velocità da 0 al massimo, sarà necessario utilizzare circuiti di conversione a tutti gli effetti con feedback e caratteristiche di controllo rigide. Di solito, i maestri o i dilettanti autodidatti hanno motori a collettore proprio con un avvolgimento di eccitazione e un tachimetro. Tale motore è un'unità che viene utilizzata in qualsiasi lavatrice moderna e spesso fallisce. Pertanto, considereremo il principio di controllo di questo particolare motore, dopo aver studiato il suo dispositivo in modo più dettagliato.

Progettazione del motore

Strutturalmente, il motore della lavatrice "Indesit" è semplice, ma quando si progetta un regolatore per controllarne la velocità, è necessario tenere conto dei parametri. I motori possono avere caratteristiche diverse, a causa delle quali cambierà anche il controllo. Viene presa in considerazione anche la modalità di funzionamento, da cui dipenderà il design del convertitore. Strutturalmente, il motore del collettore è costituito da dai seguenti componenti:

• Un'ancora, ha un avvolgimento disposto nelle scanalature del nucleo.
• Collettore, raddrizzatore meccanico di tensione alternata della rete, attraverso il quale viene trasmessa all'avvolgimento.
• Statore con avvolgimento di eccitazione. È necessario creare un campo magnetico costante in cui ruoterà l'armatura.

Con un aumento della corrente nel circuito del motore, collegato secondo lo schema standard, l'avvolgimento di campo è collegato in serie con l'armatura. Con questa inclusione, aumentiamo anche il campo magnetico che agisce sull'armatura, il che consente di ottenere la linearità delle caratteristiche. Se il campo rimane invariato, è più difficile ottenere una buona dinamica, per non parlare delle grandi perdite di potenza. Tali motori sono utilizzati al meglio a basse velocità, poiché sono più convenienti da controllare con piccoli movimenti discreti.

Organizzando un controllo separato dell'eccitazione e dell'armatura, è possibile ottenere un'elevata precisione di posizionamento dell'albero motore, ma il circuito di controllo diventerà quindi significativamente più complicato. Pertanto, daremo un'occhiata più da vicino a un regolatore che consente di modificare la velocità di rotazione da 0 al valore massimo, ma senza posizionamento. Questo potrebbe tornare utile, se una perforatrice a tutti gli effetti con la capacità di tagliare i fili sarà realizzata dal motore della lavatrice.

Scegliere uno schema

Dopo aver scoperto tutte le condizioni in cui verrà utilizzato il motore, è possibile iniziare a produrre il regolatore di velocità del motore del collettore. Vale la pena iniziare con la scelta di uno schema adatto che ti fornirà tutte le caratteristiche e le capacità necessarie. Dovresti ricordarli:

• Regolazione della velocità da 0 al massimo.
• Fornisce una buona coppia alle basse velocità.
• Morbidezza della regolazione della velocità.

Considerando i numerosi schemi su Internet, possiamo concludere che poche persone sono impegnate nella creazione di tali "aggregati". Ciò è dovuto alla complessità del principio di controllo, poiché è necessario organizzare la regolazione di molti parametri. Angolo di apertura del tiristore, durata dell'impulso di controllo, tempo di accelerazione-decelerazione, velocità di aumento della coppia. Queste funzioni sono gestite da un circuito sul controller che esegue calcoli e trasformazioni integrali complessi. Considera uno degli schemi popolari tra gli artigiani autodidatti o coloro che vogliono semplicemente utilizzare utilmente un vecchio motore di una lavatrice.

Tutti i nostri criteri sono soddisfatti dal circuito di controllo della velocità di rotazione del motore del collettore, assemblato su un microcircuito specializzato TDA 1085. Questo è un driver completamente pronto per il controllo dei motori, che consente di regolare la velocità da 0 al valore massimo, garantendo il mantenimento della coppia attraverso l'uso di una dinamo tachimetrica.

Caratteristiche del progetto

Il microcircuito è dotato di tutto il necessario per l'implementazione di un controllo motore di alta qualità in diverse modalità di velocità, che vanno dalla frenata, termina con l'accelerazione e la rotazione con il massimo velocità. Pertanto, il suo utilizzo semplifica notevolmente il design, mentre contemporaneamente esegue l'intero guida universale, poiché è possibile selezionare eventuali giri con coppia costante sull'albero e utilizzarlo non solo come azionamento per un nastro trasportatore o una foratrice, ma anche per spostare la tavola.

Le caratteristiche del microcircuito possono essere trovate sul sito ufficiale. Indicheremo le caratteristiche principali che saranno necessarie per progettare il convertitore. Questi includono: un circuito integrato per convertire la frequenza in tensione, un generatore di accelerazione, un soft starter, un'unità di elaborazione del segnale Tahoe, un modulo di limitazione della corrente, ecc. Come puoi vedere, il circuito è dotato di una serie di protezioni che garantiranno la stabilità del regolatore in diverse modalità.

La figura seguente mostra un circuito tipico per l'accensione di un microcircuito.

Lo schema è semplice, quindi è abbastanza riproducibile con le tue mani. Ci sono alcune caratteristiche, che includono i valori limite e il modo in cui viene controllata la velocità:

• La corrente massima negli avvolgimenti del motore non deve superare i 10 A (a seconda della configurazione mostrata nello schema). Se usi un triac con una grande corrente diretta, la potenza può essere maggiore. Si noti che sarà necessario modificare la resistenza nel circuito di retroazione verso il basso, così come l'induttanza dello shunt.
• La velocità massima di rotazione viene raggiunta 3200 giri/min. Questa caratteristica dipende dal tipo di motore. Il circuito può pilotare motori fino a 16K. giri/min
• Il tempo di accelerazione alla velocità massima raggiunge 1 secondo.
• L'accelerazione normale è fornita in 10 secondi da 800 a 1300 giri/min.
• Il motore utilizza una dinamo tachimetrica a 8 poli con una tensione di uscita massima di 6.000 giri/min 30 V. Cioè, dovrebbe emettere 8 mV a 1 rpm. A 15.000 giri/min dovrebbe avere una tensione di 12 V.
• Per controllare il motore viene utilizzato un triac di 15A e una tensione limite di 600 V.

Se è necessario organizzare il retro del motore, per questo sarà necessario integrare il circuito con un dispositivo di avviamento che cambierà la direzione dell'avvolgimento di campo. Sarà inoltre necessario un circuito di controllo della velocità zero per abilitare la retromarcia. Non indicato in figura.

Principio di controllo

Quando la velocità di rotazione dell'albero motore è impostata dal resistore nel circuito di uscita 5, in uscita viene formata una sequenza di impulsi per sbloccare il triac di un certo valore dell'angolo. La velocità è monitorata da una dinamo tachimetrica, che avviene digitalmente. Il driver converte gli impulsi ricevuti in una tensione analogica, grazie alla quale la velocità dell'albero viene stabilizzata su un singolo valore, indipendentemente dal carico. Se la tensione dalla dinamo tachimetrica cambia, il regolatore interno aumenterà il livello dell'uscita di controllo del triac, il che porterà ad un aumento della velocità.

Il microcircuito può controllare due accelerazioni lineari per ottenere la dinamica richiesta dal motore. Uno di questi è impostato dal pin Ramp 6 del circuito. Questo regolatore è utilizzato dagli stessi produttori di lavatrici, quindi ha tutti i vantaggi per essere utilizzato per scopi domestici. Ciò è garantito dalla presenza dei seguenti blocchi:

• Regolatore di tensione per garantire il normale funzionamento del circuito di controllo. È implementato secondo le conclusioni 9, 10.
• Circuito di controllo della velocità di rotazione. Attuato secondo le conclusioni del MC 4, 11, 12. Se necessario, il regolatore può essere trasferito a un sensore analogico, quindi i pin 8 e 12 vengono combinati.
• Blocco degli impulsi di avviamento. È implementato secondo le conclusioni 1, 2, 13, 14, 15. Esegue la regolazione della durata degli impulsi di controllo, ritardo, modellandoli da tensione costante e calibrazione.
• Dispositivo generatore di tensione a dente di sega. Risultati 5, 6 e 7. Serve per regolare la velocità in base al setpoint.
• Circuito amplificatore di controllo. Conclusione 16. Consente di regolare la differenza tra la velocità impostata e quella effettiva.
• Limitatore di corrente al pin 3. Quando la tensione su di esso aumenta, l'angolo di apertura del triac diminuisce.

Utilizzo uno schema simile fornisce il pieno controllo del motore del collettore in qualsiasi modalità. Grazie al controllo forzato dell'accelerazione, è possibile raggiungere la velocità di accelerazione richiesta alla velocità impostata. Tale regolatore può essere utilizzato per tutte le moderne lavatrici utilizzate per altri scopi.