Spoľahlivý obvod regulátora otáčok motora kolektora bez straty výkonu s Tahoe spätnou väzbou

Mnoho druhov prác na dreve, kove alebo iných druhoch materiálov nevyžaduje vysoké otáčky, ale dobrú trakciu. Správnejšie by bolo povedať – moment. Je to vďaka nemu, že plánovaná práca môže byť vykonaná efektívne a s minimálnymi stratami výkonu. Na tento účel sa ako hnacie zariadenie používajú jednosmerné motory (alebo kolektorové motory), v ktorých je napájacie napätie usmerňované samotnou jednotkou. Potom, aby sa dosiahol požadovaný výkon, je potrebné upraviť otáčky motora kolektora bez straty výkonu.

Vlastnosti regulácie rýchlosti

Je dôležité vedieť, že každý motor pri otáčaní spotrebuje nielen činný, ale aj jalový výkon. V tomto prípade bude úroveň jalového výkonu vyššia, čo súvisí s povahou zaťaženia. V tomto prípade je úlohou navrhovania zariadení na riadenie rýchlosti otáčania kolektorových motorov znížiť rozdiel medzi aktívnym a jalovým výkonom. Preto budú takéto prevodníky pomerne zložité a nie je ľahké ich vyrobiť sami.

S vlastnými rukami môžete navrhnúť iba nejaký vzhľad regulátora, ale nestojí za to hovoriť o zachovaní energie. čo je sila? Z hľadiska elektrického výkonu ide o súčin spotrebovaného prúdu vynásobeného napätím. Výsledok poskytne určitú hodnotu, ktorá zahŕňa aktívne a reaktívne zložky. Ak chcete vybrať iba aktívnu, to znamená znížiť straty na nulu, je potrebné zmeniť charakter záťaže na aktívnu. Takéto vlastnosti majú iba polovodičové odpory.

teda je potrebné nahradiť indukčnosť rezistorom, ale to je nemožné, pretože motor sa zmení na niečo iné a evidentne nič neuvedie do pohybu. Cieľom bezstratovej regulácie je šetriť krútiaci moment, nie výkon: ten sa aj tak zmení. S takouto úlohou sa dokáže vyrovnať iba menič, ktorý bude riadiť rýchlosť zmenou trvania otváracieho impulzu tyristorov alebo výkonových tranzistorov.

Zovšeobecnený obvod regulátora

Príkladom regulátora, ktorý implementuje princíp riadenia motora bez straty výkonu, je tyristorový menič. Sú to integrované obvody s proporcionálnou spätnou väzbou, ktoré poskytujú prísna regulácia charakteristiky od zrýchlenia-spomalenia až po spiatočku. Najefektívnejšie je riadenie impulznej fázy: frekvencia opakovania impulzov streľby je synchronizovaná s frekvenciou siete. To umožňuje udržiavať krútiaci moment bez zvyšovania strát v reaktívnej zložke. Zovšeobecnená schéma môže byť reprezentovaná v niekoľkých blokoch:

• usmerňovač s riadeným výkonom;
• riadiaca jednotka usmerňovača alebo riadiaci obvod impulznej fázy;
• spätná väzba tachogenerátora;
• blok regulácie prúdu vo vinutí motora.

Pred presnejším zariadením a princípom regulácie je potrebné určiť typ motora kolektora. Od toho bude závisieť kontrolná schéma jeho výkonu.

Druhy kolektorových motorov

Sú známe najmenej dva typy kolektorových motorov. Prvý zahŕňa zariadenia s kotvou a poľným vinutím na statore. Druhá zahŕňa zariadenia s kotvou a permanentnými magnetmi. Tiež sa treba rozhodnúť, na aké účely je potrebné navrhnúť regulátor:

• Ak je potrebné upraviť jednoduchým pohybom (napríklad otáčaním brúsneho kameňa alebo vŕtaním), tak rýchlosť bude potrebné zmeniť v rozsahu od nejakej minimálnej hodnoty, ktorá sa nerovná nule, - až maximálne. Približný údaj: od 1000 do 3000 ot./min. Na to je vhodný zjednodušený obvod s 1 tyristorom alebo dvojicou tranzistorov.
• Ak je potrebné regulovať otáčky od 0 do maxima, potom budete musieť použiť plnohodnotné obvody meniča so spätnou väzbou a tuhou charakteristikou riadenia. Zvyčajne majstri samouci alebo amatéri majú presne kolektorové motory s budiacim vinutím a tachogenerátorom. Takýto motor je jednotka, ktorá sa používa v každej modernej práčke a často zlyhá. Preto zvážime princíp riadenia tohto konkrétneho motora, keď sme podrobnejšie študovali jeho zariadenie.

Dizajn motora

Štrukturálne je motor z práčky "Indesit" jednoduchý, ale pri navrhovaní regulátora na ovládanie jeho rýchlosti je potrebné brať do úvahy parametre. Motory sa môžu líšiť charakteristikami, vďaka čomu sa zmení aj ovládanie. Zohľadňuje sa aj režim prevádzky, od ktorého bude závisieť konštrukcia meniča. Konštrukčne sa komutátorový motor skladá z z nasledujúcich komponentov:

• Kotva, má vinutie uložené v drážkach jadra.
• Kolektor, mechanický usmerňovač striedavého napätia siete, cez ktorý sa prenáša do vinutia.
• Stator s budiacim vinutím. Je potrebné vytvoriť konštantné magnetické pole, v ktorom sa bude kotva otáčať.

So zvýšením prúdu v obvode motora, zapojenom podľa štandardnej schémy, je vinutie poľa zapojené do série s kotvou. Týmto zahrnutím zároveň zvyšujeme magnetické pole pôsobiace na kotvu, čím je možné dosiahnuť linearitu charakteristík. Ak pole zostane nezmenené, je ťažšie získať dobrú dynamiku, nehovoriac o veľkých stratách výkonu. Takéto motory sa najlepšie používajú pri nízkych rýchlostiach, pretože sú pohodlnejšie na ovládanie pri malých diskrétnych pohyboch.

Organizáciou oddeleného riadenia budenia a kotvy je možné dosiahnuť vysokú presnosť polohovania hriadeľa motora, ale riadiaci obvod sa potom výrazne skomplikuje. Preto sa bližšie pozrieme na regulátor, ktorý umožňuje meniť rýchlosť otáčania z 0 na maximálnu hodnotu, avšak bez polohovania. Toto sa môže hodiť, ak sa z motora z práčky vyrobí plnohodnotná vŕtačka so schopnosťou rezať závity.

Výber schémy

Po zistení všetkých podmienok, za ktorých sa bude motor používať, môžete začať vyrábať regulátor rýchlosti kolektorového motora. Stojí za to začať výberom vhodnej schémy, ktorá vám poskytne všetky potrebné vlastnosti a schopnosti. Mali by ste si ich pamätať:

• Regulácia rýchlosti od 0 do maxima.
• Poskytuje dobrý krútiaci moment pri nízkych otáčkach.
• Plynulosť regulácie rýchlosti.

Vzhľadom na množstvo schém na internete môžeme konštatovať, že len málo ľudí sa zaoberá vytváraním takýchto „agregátov“. Je to spôsobené zložitosťou princípu riadenia, pretože je potrebné organizovať reguláciu mnohých parametrov. Uhol otvorenia tyristora, trvanie riadiaceho impulzu, čas zrýchlenia-spomalenia, rýchlosť nárastu krútiaceho momentu. Tieto funkcie zabezpečuje obvod na regulátore, ktorý vykonáva zložité integrálne výpočty a transformácie. Zvážte jednu zo schém, ktorá je obľúbená u samoukov alebo tých, ktorí jednoducho chcú užitočne použiť starý motor z práčky.

Všetky naše kritériá spĺňa riadiaci obvod rýchlosti otáčania kolektorového motora, zostavený na špecializovanom mikroobvode TDA 1085. Jedná sa o úplne hotový ovládač na ovládanie motorov, ktorý vám umožňuje nastaviť otáčky od 0 po maximálnu hodnotu, čím sa zaisťuje udržiavanie krútiaceho momentu pomocou tachogenerátora.

Dizajnové prvky

Mikroobvod je vybavený všetkým potrebným na realizáciu kvalitného riadenia motora v rôzne rýchlostné režimy, počnúc brzdením, končiac zrýchlením a rotáciou s maximom rýchlosť. Preto jeho použitie výrazne zjednodušuje dizajn a súčasne robí celok pohon univerzálny, keďže na hriadeli si môžete zvoliť ľubovoľné otáčky s konštantným krútiacim momentom a využiť ho nielen ako pohon dopravného pásu či vŕtačky, ale aj na pohyb stola.

Charakteristiky mikroobvodu nájdete na oficiálnej webovej stránke. Uvedieme hlavné funkcie, ktoré budú potrebné pri návrhu prevodníka. Patria sem: integrovaný obvod na premenu frekvencie na napätie, generátor zrýchlenia, softštartér, jednotka na spracovanie signálu Tahoe, modul obmedzujúci prúd atď. Ako vidíte, obvod je vybavený množstvom ochrán, ktoré zabezpečia stabilitu regulátora v rôznych režimoch.

Na obrázku nižšie je znázornený typický obvod na zapnutie mikroobvodu.

Schéma je jednoduchá, preto je celkom reprodukovateľná vlastnými rukami. Existuje niekoľko funkcií, ktoré zahŕňajú limitné hodnoty a spôsob ovládania rýchlosti:

• Maximálny prúd vo vinutí motora by nemal presiahnuť 10 A (v závislosti od konfigurácie znázornenej na obrázku). Ak použijete triak s veľkým dopredným prúdom, potom môže byť výkon vyšší. Upozorňujeme, že budete musieť zmeniť odpor v obvode spätnej väzby smerom nadol, ako aj indukčnosť bočníka.
• Maximálna rýchlosť otáčania je dosiahnutá 3200 ot./min. Táto charakteristika závisí od typu motora. Okruh dokáže ovládať motory do 16 tis. ot./min
• Čas zrýchlenia na maximálnu rýchlosť dosahuje 1 sekundu.
• Normálne zrýchlenie je zabezpečené za 10 sekúnd z 800 na 1300 ot./min.
• Motor využíva 8-pólový tachogenerátor s maximálnym výstupným napätím 6 000 ot./min 30 V. To znamená, že by mal vydávať 8 mV pri 1 ot./min. Pri 15 000 otáčkach za minútu má mať napätie 12 V.
• Na ovládanie motora sa používa triak 15A a hraničné napätie 600V.

Ak je potrebné zorganizovať spätný chod motora, potom bude potrebné doplniť obvod štartérom, ktorý zmení smer vinutia poľa. Na umožnenie spätného chodu bude potrebný aj obvod riadenia nulovej rýchlosti. Nezobrazené na obrázku.

Princíp kontroly

Keď je rýchlosť otáčania hriadeľa motora nastavená odporom vo výstupnom obvode 5, na výstupe sa vytvorí sekvencia impulzov na odblokovanie triaku o určitú hodnotu uhla. Rýchlosť je monitorovaná tachogenerátorom, ktorý prebieha digitálne. Budič prevádza prijaté impulzy na analógové napätie, vďaka čomu sa rýchlosť hriadeľa stabilizuje na jednej hodnote bez ohľadu na zaťaženie. Ak sa zmení napätie z tachogenerátora, vnútorný regulátor zvýši úroveň výstupu riadenia triaku, čo povedie k zvýšeniu rýchlosti.

Mikroobvod môže ovládať dve lineárne zrýchlenia na dosiahnutie dynamiky požadovanej od motora. Jeden z nich je nastavený pomocou Ramp 6 pin obvodu. Tento regulátor používajú samotní výrobcovia práčok, preto má všetky výhody na použitie v domácnostiach. To je zabezpečené prítomnosťou nasledujúcich blokov:

• Regulátor napätia na zabezpečenie normálnej prevádzky riadiaceho obvodu. Realizuje sa podľa záverov 9, 10.
• Obvod riadenia rýchlosti otáčania. Realizované podľa záverov MV 4, 11, 12. V prípade potreby je možné regulátor preniesť na analógový snímač, potom sú kolíky 8 a 12 kombinované.
• Blok štartovacích impulzov. Realizuje sa podľa záverov 1, 2, 13, 14, 15. Vykonáva úpravu dĺžky trvania riadiacich impulzov, oneskorenia, ich tvarovanie z konštantného napätia a kalibráciu.
• Zariadenie na generovanie pílového napätia. Nálezy 5, 6 a 7. Používa sa na reguláciu rýchlosti podľa požadovanej hodnoty.
• Riadiaci obvod zosilňovača. Záver 16. Umožňuje nastaviť rozdiel medzi nastavenou a skutočnou rýchlosťou.
• Zariadenie na obmedzenie prúdu na kolíku 3. Keď sa napätie na ňom zvýši, uhol otvorenia triaku sa zníži.

Použitie podobná schéma poskytuje plnú kontrolu nad kolektorovým motorom v akýchkoľvek režimoch. Vďaka nútenému riadeniu zrýchlenia je možné dosiahnuť požadovanú rýchlosť zrýchlenia na nastavenú rýchlosť. Takýto regulátor je možné použiť pre všetky moderné práčky používané na iné účely.