Jak zrobić regulator prędkości: konwerter zrób to sam, jak wybrać odpowiedni obwód 12V

Przy stosowaniu silnika elektrycznego w różnych urządzeniach i narzędziach niezmiennie konieczna jest regulacja prędkości obrotowej wału.

Samodzielne wykonanie regulatora prędkości silnika elektrycznego nie jest trudne. Wystarczy znaleźć wysokiej jakości obwód, którego urządzenie będzie w pełni pasowało do funkcji i typu konkretnego silnika elektrycznego.

Korzystanie z przetwornic częstotliwości

Przetwornice częstotliwości mogą służyć do regulacji prędkości silnika elektrycznego działającego z sieci o napięciu 220 i 380 woltów. Zaawansowane technologicznie urządzenia elektroniczne umożliwiają, dzięki zmianie częstotliwości i amplitudy sygnału, płynną regulację prędkości silnika elektrycznego.

Takie przetworniki oparte są na potężnych tranzystorach półprzewodnikowych z modulatorami szerokopulsowymi.

Przetwornice za pomocą odpowiedniej jednostki sterującej na mikrokontrolerze pozwalają płynnie zmieniać obroty silnika.

Zaawansowane technologicznie przetwornice częstotliwości są stosowane w złożonych i obciążonych mechanizmach. Nowoczesne kontrolery częstotliwości mają jednocześnie kilka stopni ochrony., w tym obciążenie, wskaźnik prądu napięcia i inne cechy. Niektóre modele są zasilane jednofazowym zasilaczem 220 woltów i mogą konwertować napięcie na trójfazowe 380 woltów. Zastosowanie takich konwerterów pozwala na stosowanie asynchronicznych silników elektrycznych w domu bez użycia skomplikowanych schematów połączeń.

Zastosowanie regulatorów elektronicznych

Zastosowanie mocnych silników asynchronicznych jest niemożliwe bez zastosowania odpowiednich regulatorów prędkości. Takie konwertery są wykorzystywane do następujących celów:

• Przyspieszenie krok po kroku i możliwość obniżenia prędkości obrotowej silnika przy zmniejszeniu obciążenia pozwala na zmniejszenie zużycia energii. Zastosowanie przetwornic częstotliwości z mocnymi silnikami indukcyjnymi może obniżyć koszty energii o połowę.
• Ochrona mechanizmów elektronicznych. Przetwornice częstotliwości pozwalają monitorować ciśnienie, temperaturę i szereg innych parametrów. Używając silnika jako napędu pompy w zbiorniku, do którego pompowana jest ciecz lub powietrze, możliwość zamontowania czujnika ciśnienia, który odpowiada za sterowanie mechanizmem i zapobieganie jego opuszczaniu budynek.
• Zapewnienie płynnego startu. Podczas uruchamiania silnika elektrycznego, gdy silnik natychmiast zaczyna pracować z maksymalną prędkością, napęd ma zwiększone obciążenie. Zastosowanie regulatora prędkości zapewnia płynny rozruch, co gwarantuje maksymalną możliwą trwałość napędu i brak jego poważnych awarii.
• Koszty konserwacji pomp i samych jednostek napędowych są zmniejszone. Obecność regulatorów prędkości zmniejsza ryzyko awarii poszczególnych mechanizmów oraz całego napędu.

Schemat działania stosowany przez przetwornice częstotliwości jest podobny do większości urządzeń gospodarstwa domowego. Podobne urządzenia znajdują również zastosowanie w spawarkach, UPS, zasilaczach do komputerów PC i laptopów, stabilizatorach napięcia, zapłonnikach lamp, a także w monitorach i telewizorach LCD.

Pomimo pozornej złożoności obwodu, wykonanie regulatora prędkości silnika elektrycznego 220 V będzie dość proste.

Jak działa urządzenie

Zasada działania i konstrukcja regulatora prędkości obrotowej silnika są proste, dlatego po przestudiowaniu punktów technicznych można je wykonać samodzielnie. Strukturalnie jest ich kilka główne elementy składające się na regulatory prędkości:

• Silnik elektryczny.
• Blok konwertera i obwód sterujący mikrokontrolera.
• Mechanizmy i napędy.

Różnica między silnikami indukcyjnymi a standardowymi napędami to obrót wirnika ze wskaźnikami maksymalnej mocy po przyłożeniu napięcia do uzwojenia transformatora. Na początkowym etapie wskaźniki pobieranego prądu i mocy silnika wzrastają do maksimum, co prowadzi do znacznego obciążenia napędu i jego szybkiej awarii.

Podczas uruchamiania silnika na maksymalnych obrotach wytwarzana jest duża ilość ciepła, co prowadzi do przegrzewania się napędu, uzwojenia i innych elementów napędowych. Dzięki zastosowaniu przetwornicy częstotliwości możliwe jest płynne rozpędzanie silnika, co zapobiega przegrzaniu i innym problemom z jednostką. Silnik elektryczny może, w przypadku zastosowania przetwornicy częstotliwości, uruchomić się przy prędkości 1000 V minutę, a następnie zapewnione jest płynne przyspieszenie, gdy co 10 sekund dodawane jest 100-200 obr/min silnik.

Wykonywanie domowych przekaźników

Wykonanie domowego regulatora prędkości silnika 12 V nie będzie trudne. Do takiej pracy będziesz potrzebować:

• Rezystory drutowe.
• Przełącznik wielopozycyjny.
• Jednostka sterująca i przekaźnik.

Zastosowanie rezystorów drutowych umożliwia zmianę odpowiednio napięcia zasilania i prędkości obrotowej silnika. Taki regulator zapewnia skokowe przyspieszenie silnika, ma prostą konstrukcję i może być wykonywany nawet przez początkujących radioamatorów. Takie proste, domowej roboty regulatory krokowe mogą być stosowane z silnikami asynchronicznymi i stykowymi.

Zasada działania domowego konwertera:

1. Zasilanie sieciowe kierowane jest do kondensatora.
2. Zastosowany kondensator jest w pełni naładowany.
3. Obciążenie jest przenoszone na rezystor i dolny kabel.
4. Elektroda tyrystorowa podłączona do dodatniego zacisku kondensatora odbiera obciążenie.
5. Przesyłany jest ładunek napięciowy.
6. Odkryto drugi półprzewodnik.
7. Tyrystor przekazuje obciążenie otrzymane z kondensatora.
8. Kondensator jest całkowicie rozładowany, po czym powtarza się półcykl.

W przeszłości najbardziej popularne były regulatory mechaniczne oparte na wariatorze lub napędzie zębatym. Nie miały jednak wymaganej niezawodności i często zawodzą.

Najlepsze okazały się domowe regulatory elektroniczne. Wykorzystują zasadę zmiany skokowej lub płynnej napięcia, wyróżniają się trwałością, niezawodnością, mają kompaktowe wymiary i zapewniają możliwość precyzyjnego dostrojenia pracy napędu.

Dodatkowe zastosowanie w obwodach elektronicznych regulatorów triaków i podobnych urządzeń pozwala zapewnić płynność zmiana odpowiednio mocy napięcia spowoduje, że silnik elektryczny będzie prawidłowo nabierał prędkości, stopniowo osiągając maksimum moc.

Aby zapewnić wysoką jakość sterowania, w obwód zastosowano rezystory zmienne, które zmieniają amplitudę sygnału wejściowego, zapewniając płynną lub skokową zmianę liczby obrotów.

Obwód tranzystora PWM

W silnikach elektrycznych małej mocy można regulować prędkość obrotową wału za pomocą tranzystora szynowego i szeregowego połączenia rezystorów w zasilaczu. Ta opcja jest prosta w realizacji, jednak ma niską wydajność i nie pozwala na płynną zmianę obrotów silnika. Wykonanie regulatora prędkości silnika kolektora 220 V własnymi rękami za pomocą tranzystora PWM nie będzie szczególnie trudne.

Zasada działania regulatora na tranzystorze:

• Stosowane obecnie tranzystory magistralowe mają piłokształtny generator napięcia o częstotliwości 150 Hz.
• Jako komparator stosowane są wzmacniacze operacyjne.
• Zmiana prędkości obrotowej odbywa się dzięki obecności zmiennego rezystora, który kontroluje czas trwania impulsu.

Tranzystory mają stałą, stałą amplitudę impulsów, identyczną z amplitudą napięcia zasilającego. Pozwala to na regulację prędkości silnika 220 V i utrzymanie pracy urządzenia nawet po przyłożeniu minimalnego napięcia do uzwojenia transformatora.

Dzięki możliwości podłączenia mikrokontrolera do tranzystora PWM istnieje możliwość automatycznej konfiguracji i regulacji pracy napędu elektrycznego. Takie konstrukcje przekształtników mogą posiadać dodatkowe elementy rozszerzające funkcjonalność napędu, zapewniając w pełni automatyczną pracę.

Wdrażanie automatycznych systemów sterowania

Obecność sterowania mikrokontrolerowego w regulatorach i przemiennikach częstotliwości pozwala na poprawę parametrów napędu, jak i samego silnika może pracować w trybie w pełni automatycznym, gdy używany sterownik płynnie lub krokowo zmienia wskaźniki prędkości jednostka. Obecnie jako sterowanie mikrokontrolerem stosuje się procesory, które mają różną liczbę wyjść i wejść. Do takiego mikrokontrolera można podłączyć różne klucze elektroniczne, przyciski, wszelkiego rodzaju czujniki utraty sygnału i tak dalej.

W sprzedaży można znaleźć różne typy mikrokontrolerów, które wyróżniają się łatwością obsługi, gwarantują wysokiej jakości regulację pracy konwertera i regulatora, a obecność dodatkowych wejść i wyjść umożliwia podłączenie do procesor, różne dodatkowe czujniki, na sygnał których urządzenie zmniejszy lub zwiększy liczbę obrotów lub całkowicie przestanie dostarczać napięcie do uzwojeń silnik elektryczny.

Różne konwertery i sterowniki silników są dziś w sprzedaży. Jeśli jednak posiadasz choćby minimalne umiejętności w pracy z podzespołami radiowymi i umiejętność czytania schematów, możesz zrobić tak proste urządzenie, które będzie płynnie lub skokowo zmieniać obroty silnika. Dodatkowo w obwód można dołączyć reostat sterujący triakiem i rezystor, co pozwoli na płynną zmianę obroty, a obecność sterowania mikrokontrolerem w pełni automatyzuje korzystanie z elektryczności silniki.