Регулятор оборотів колекторного двигуна – своїми руками, схема

Зміст:

  • Пристрій ?
  • Регулювання ?
  • Як виготовити своїми руками? ?
  • Критерії вибору та вартість ?

При використанні електродвигуна в інструментах, однією з серйозних проблем є регулювання швидкості їхнього обертання. Якщо швидкість недостатньо висока, то дія інструменту є недостатньо ефективним.

8b2dd90f6bc13f5fb737267c758ba240 Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схема

Якщо ж вона надмірно висока, то це призводить не тільки до істотного перевитрати електричної енергії, але і до можливого перепалення інструменту. При занадто високій швидкості обертання, робота інструменту може стати також менш передбачуваною. Як це виправити? Для цієї мети прийнято використовувати спеціальний регулятор швидкості обертання.

Двигун для електроінструментів та побутової техніки зазвичай відноситься до одного з 2 основних типів:

  • Колекторні двигуни.
  • Асинхронні двигуни.
  • У минулому, друга із зазначених категорій набула найбільшого поширення. Зараз, приблизно 85% двигунів, які вживаються в електричних інструментах, побутовий чи кухонній техніці, відносяться до колекторному типу. Пояснюється це тим, що вони мають велику ступінь компактності, вони могутніше і процес управління ними є більш простим.

    Дія будь-якого електродвигуна побудовано на дуже простому принципі: якщо між полюсами магніту помістити прямокутну рамку, яка може обертатися навколо своєї осі, і пустити по ній постійний струм, то рамка стане повертатися. Напрямок обертання визначається згідно з «правилом правої руки».

    Цю закономірність можна використовувати для роботи колекторного двигуна.

    Важливим моментом тут є підключення струму до цієї рамці. Оскільки вона обертається, для цього використовуються спеціальні ковзні контакти. Після того, як рамка повернеться на 180 градусів, струм за цим контактам потече в зворотному напрямку. Таким чином, напрямок обертання залишиться колишнім. При цьому, плавного обертання не вийде. Для досягнення такого ефекту прийнято використовувати кілька десятків рамок.

    Пристрій

    2aa84d382ed8a3cb71d8f1fec8490178 Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схема

    Колекторний двигун зазвичай складається з ротора (якоря), статора, щіток і тахогенератора:

  • Ротор — це обертова частина, статор — це зовнішній магніт.
  • Щітки, виготовлені з графіту — це основна частина ковзних контактів, через яку обертається якір подається напруга.
  • Тахогенератор – це прилад, який відстежує характеристики обертання. У разі порушення рівномірності руху, він коригує надходить у двигун напруга, тим самим роблячи його більш плавним.
  • Статор може містити не один магніт, а, наприклад, 2 (2 пари полюсів). Також, замість статичних магнітів, тут можуть бути використані і котушки електромагнітів. Працювати такий мотор може як від постійного, так і змінного струму.
  • Простота регулювання швидкості колекторного двигуна визначається тим, що швидкість обертання прямо залежить від величини поданого напруги.

    Крім цього, важливою особливістю є те, що вісь обертання безпосередньо можна приєднувати до обертового інструменти без використання проміжних механізмів.

    Якщо говорити про їх класифікації, то можна говорити про:

  • Колекторних двигунів постійного струму.
  • Колекторні двигуни змінного струму.
  • У цьому випадку, мова йде про те, яким саме струмом відбувається живлення електродвигунів.

    Класифікація може бути зроблена також і за принципом збудження двигуна. У пристрої колекторного двигуна, електричне живлення подається і на ротор і статор двигуна (якщо в ньому використовуються електромагніти).

    Різниця полягає в тому, як організовані ці підключення.

    Тут прийнято розрізняти:

    • Паралельне збудження.
    • Послідовне збудження.
    • Паралельно-послідовне збудження.

    Регулювання

    4e4e19d7015bd6ddef4277a061fb3c02 Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схемаТепер розповімо про те, як можна регулювати обороти колекторних двигунів. У зв’язку з тим, що швидкість обертання мотора просто залежить від величини напруги, що подається, то будь-які засоби регулювання, які здатні виконувати цю функцію для цього цілком придатні.

    Перерахуємо кілька такого роду варіантів для прикладу:

  • Лабораторний автотрансформатор (ЛАТР).
  • Заводські плати регулювання, що використовуються в побутових приладах (можна використовувати зокрема ті, які застосовуються в міксері або в пилососах).
  • Кнопки, що використовуються в конструкції електроінструментах.
  • Побутові регулятори освітлення з плавним дією.
  • Однак, всі перераховані вище способи мають дуже важливий недолік. Разом з зменшенням обертів, одночасно зменшується і потужність роботи мотора. У деяких випадках, його можна зупинити навіть просто рукою. В деяких випадках, це може бути прийнятним, але здебільшого, це є серйозною перешкодою.

    Хорошим варіантом є виконання регулювання обертів допомогою тахогенератора. Його зазвичай встановлюють на заводі. При відхиленнях в швидкості обертання мотора, через сімістори в мотор передається вже відкориговане електроживлення, відповідне необхідної швидкості обертання. Якщо в цю схему вбудувати регулювання обертання мотора, то втрати потужності тут відбуватися не буде.

    Як це виглядає конструктивно? Найбільш поширені реостатная регулювання обертання, і зроблена на основі використання напівпровідників.

    У першому випадку, мова йде про змінний опір з механічним регулюванням. Вона послідовно підключається до колекторному електродвигуна. Недоліком є додаткове виділення тепла і додаткова витрата ресурсу акумулятора. При такому способі регулировк, відбувається втрата потужності обертання мотора. Є дешевим рішенням. Не застосовується для досить потужних моторів по згаданих причин.

    У другому випадку, при використанні напівпровідників, відбувається управління мотором шляхом подачі певних імпульсів. Схема може змінювати тривалість таких імпульсів, що в свою чергу, змінює швидкість обертання без втрати потужності.

    Як виготовити своїми руками?

    Існують різні варіанти схем регулювання. Наведемо один з них більш докладно.

    Ось схема його роботи:

    10e0dea328f399c3613df3aea86163c8 Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схема

    Спочатку, цей пристрій було розроблено для регулювання колекторного двигуна на електротранспорті. Мова йшла про таке, де напруга живлення 24 В, але ця конструкція застосовується і для інших двигунів.

    Слабким місцем схеми, яке було визначено при випробуваннях її роботи, є погана придатність при дуже великих значеннях сили струму. Це пов’язано з деяким уповільненням роботи транзисторних елементів схеми.

    Рекомендується, щоб струм становив не більше 70 А. В цій схемі немає захисту по струму і по температурі, тому рекомендується вбудувати амперметр і контролювати силу струму візуально. Частота комутації складе 5 кГц, вона визначається конденсатором С2 ємністю 20 нф.

    При зміні сили струму, ця частота може змінюватися між 3 кГц та 5 кГц. Змінний резистор R2 служить для регулювання струму. При використанні електродвигуна в побутових умовах, рекомендується використовувати регулятор стандартного типу.

    При цьому, рекомендується підібрати величину R1 таким чином, щоб правильно налаштувати роботу регулятора. З виходу мікросхеми, керуючий імпульс надходить на двотактний підсилювач на транзисторах КТ815 і КТ816, далі йде вже на транзистори.

    Друкована плата має розмір 50 на 50 мм і виготовляється з одностороннього склотекстоліту:

    aca5bfa4c1c5b58305d4c1ca2d801508 Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схема

    На цій схемі додатково вказані 2 резистора за 45 ом. Це зроблено для можливого підключення звичайного комп’ютерного вентилятора для охолодження приладу. При використанні в якості навантаження електродвигуна, необхідно схему заблокувати блокуючим (демпферным) діодом, який за своїми характеристиками відповідає подвоєному значенню струму навантаження і подвоєному значенню напруги.

    Робота пристрою при відсутності такого діода може привести до поломки внаслідок можливого перегріву. При цьому, діод потрібно буде помістити на тепловідвід. Для цього можна скористатися металевою пластиною, яка має площу 30 см2.

    Регулюючі ключі працюють так, що втрати потужності на них досить малі. В оригінальній схемі, був використаний стандартний комп’ютерний вентилятор. Для його підключення використовувалося обмежувальний опір 100 Ом і напруга живлення 24 в

    Зібране пристрій виглядає наступним чином:

    ec0589386bf974a408a969af0719cbd5 Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схема

    e9866ca97413a68719789b36d54870ca Регулятор оборотів колекторного двигуна   своїми руками, схема

    При виготовленні силового блоку (на нижньому малюнку), проводи повинні бути приєднані таким чином, щоб було мінімум вигинів тих провідників по яких проходять великі струми.Ми бачимо, що виготовлення такого приладу вимагає визначених професійних знань і навичок. Можливо, в деяких випадках має сенс скористатися купівельними пристроєм.

    Критерії вибору та вартість

    Для того, щоб правильно вибрати найбільш відповідний тип регулятора, потрібно добре уявляти собі, які є різновиди таких пристроїв:

  • Різні типи управління. Може бути векторна або скалярна система управління. Перші застосовуються частіше, а другі вважаються більш надійними.
  • Потужність регулятора повинна відповідати максимально можливої потужності мотора.
  • По напрузі зручно вибирати пристрій, що має найбільш універсальні властивості.
  • Характеристики по частоті. Регулятор, який вам підходить, повинен відповідати найбільш високій частоті, яку використовує мотор.
  • Інші характеристики. Тут мова йде про величину гарантійного строку, розміри та інші характеристики.
  • Залежно від призначення і споживчих властивостей, ціни на регулятори можуть істотно розрізнятися.

    Здебільшого вони знаходяться в діапазоні приблизно від 3,5 тисяч рублів до 9 тисяч:

  • Регулятор оборотів KA-18 ESC, призначений для моделей масштабу 1:10. Варто 6890 рублів.
  • Регулятор оборотів MEGA колекторний (вологозахищений). Варто 3605 рублів.
  • Регулятор оборотів для моделей LaTrax 1:18. Його ціна 5690 рублів.
  • Оцініть статтю
    Довідник корисних порад