Регулятор оборотов двигателя с сохранением мощности: Надежная схема регулятора оборотов коллекторного двигателя без потерь мощности с обратной связью по Тахо

Надежная схема регулятора оборотов коллекторного двигателя без потерь мощности с обратной связью по Тахо

Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать – момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

• Особенности регулирования скорости
• Обобщенная схема регулятора
• Разновидности коллекторных двигателей
• Конструкция мотора
• Выбор схемы
• Особенности конструкции
• Принцип управления

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор, но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Обобщенная схема регулятора

Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают

жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

• силовой управляемый выпрямитель;
• блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
• обратная связь по тахогенератору;
• блок регулирования тока в обмотках двигателя.

Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться, для каких целей требуется сконструировать регулятор:

• Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
• Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит из следующих компонентов:

• Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
• Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
• Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования.

Это может пригодиться, если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

Выбор схемы

Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

• Регулирование скорости от 0 до максимума.
• Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
• Плавность регулирования оборотов.

Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования.

Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

Особенности конструкции

Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь привод универсальным, так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

• Максимальный ток в обмотках двигателя не должен превышать 10 А (при условии той комплектации, которая представлена на схеме). Если применить симистор с большим прямым током, то мощность может быть выше. Учтите, что потребуется изменить сопротивление в цепи обратной связи в меньшую сторону, а также индуктивность шунта.
• Максимальная скорость вращения достигается 3200 об/мин. Эта характеристика зависит от типа двигателя. Схема может управлять моторами до 16 тыс. об/мин.
• Время разгона до максимальной скорости достигает 1 секунды.
• Нормальный разгон обеспечивается за 10 секунд от 800 до 1300 об/мин.
• На двигателе использован 8-полюсный тахогенератор с максимальным выходным напряжением на 6000 об/мин 30 В. То есть он должен выдавать 8мВ на 1 об/мин. При 15000 об/мин на нем должно быть напряжение 12 В.
• Для управления двигателем используется симистор на 15А и предельным напряжением 600 В.

Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла.

Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы. Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

• Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
• Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
• Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
• Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
• Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
• Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

Регуляторы оборотов двигателей в категории “Инструмент”

Регуляторы скорости оборотов двигателя Hobbywing XRotor 40A-V1 ESC 2-6S для мультикоптеров Квадрокоптера

На складе

Доставка по Украине

1 100 грн

Купить

ШИМ регулятор скорости двигателя 10-50В 40А 2000Вт PWM оборотов sw

Доставка по Украине

527.45 грн

685 грн

Купить

ШИМ регулятор скорости двигателя DC 10-60В 20А 1200Вт 25КГц оборотов sw

Доставка по Украине

292.90 грн

380.39 грн

Купить

ШИМ регулятор скорости двигателя 10-50В 40А 2000Вт PWM оборотов ad

Доставка по Украине

532.29 грн

691.29 грн

Купить

ШИМ регулятор скорости двигателя DC 10-60В 20А 1200Вт 25КГц оборотов ad

Доставка по Украине

296.10 грн

384.55 грн

Купить

Регуляторы скорости оборотов двигателя Flycolor X-CROSS HV3 60A ESC 5-12S BLHeli для Квадрокоптера

На складе

Доставка по Украине

2 750 грн

Купить

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока 40А

Доставка по Украине

370 — 420 грн

от 2 продавцов

370 грн

Купить

ШИМ регулятор оборотов двигателя с реверсом 100А

Доставка по Украине

1 650 грн

Купить

ШИМ регулятор оборотов двигателя с реверсом 100А

Доставка по Украине

1 100 — 1 150 грн

от 2 продавцов

1 150 грн

Купить

Частотный ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока PWM DC 4,5-35В 5А (7360)

На складе

Доставка по Украине

130 грн

Купить

Регуляторы скорости оборотов двигателя Cyclone 45A BLHeli_S ESC 2-4S DShot150/300/600 Oneshot125 Квадрокоптера

Доставка по Украине

550 грн

Купить

Регуляторы скорости оборотов двигателя Flycolor Raptor 5 BLHeli-32 45A DShot 3-6S для Квадрокоптера

Доставка по Украине

1 100 грн

Купить

Регулятор оборотов двигателя BauTech UX-52 асинхронного и коллекторного с таходатчиком

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

1 008 — 1 087.15 грн

от 2 продавцов

1 087.15 грн

1 279 грн

Купить

Регулятор оборотов подрозетник для двигателя, диммер белый oskar с коробкой

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

560 грн

Купить

Регулятор оборотов двигателя US-52 25W

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

464 грн

619 грн

Купить

Смотрите также

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока 4.5 В -35 В 5A 90Вт

На складе

Доставка по Украине

85 грн

Купить

Регулятор оборотов коллекторного двигателя с обратной связью на контроллере на TDA1085

Доставка по Украине

950 грн

Купить

ШИМ регулятор 40А PWM DC 9-55V оборотов двигателя постоянного тока

На складе

Доставка по Украине

357 грн

Купить

Регулятор скорости оборотов коллекторного двигателя с таходатчиком 220В с поддержанием мощности UX-A-52 400Вт

Доставка из г. Нововолынск

799 грн

Купить

Нововолынск

UX-52 асинхронного и коллекторного с таходатчиком Регулятор оборотов двигателя

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

1 072.80 грн

1 341 грн

Купить

Регулятор оборотов плата для двигателя 2 кВт Блок управления Мощный симисторный регулятор напряжения

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

298 грн

Купить

Регулятор оборотов подрозетник для двигателя Диммер белый beta

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

398 грн

Купить

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока PWM DC12-40В 10А

На складе в г. Ивано-Франковск

Доставка по Украине

105 грн

Купить

Ивано-Франковск

Регулятор оборотов двигателя 600 Вт 3.0 А «RSV 600»

Доставка по Украине

840 грн

1 050 грн

Купить

DC ШИМ регулятор обертів двигуна DC 5-16V 10А PWM

На складе в г. Кропивницкий

Доставка по Украине

по 90 грн

от 2 продавцов

90 грн

Купить

Кропивницкий

Регулятор оборотов ESC 30A БК двигателя ( контроллер скорости) BLDC

На складе

Доставка по Украине

325 грн

Купить

Регулятор оборотов БК двигателя BLDC ESC 30A + тестер

На складе

Доставка по Украине

400 грн

425 грн

Купить

Регулятор оборотов двигателя UX-52 25W V.1.0, контроллер скорости вращения двигателя с цифровым дисплеем

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

774 грн

Купить

ШИМ регулятор скорости двигателя 10-50В 40А 2000Вт PWM оборотов

Заканчивается

Доставка по Украине

по 430 грн

от 3 продавцов

430 грн

510 грн

Купить

Apogee Rockets, Model Rocketry Волнение начинается здесь

Большинство больших ракет НЕ используют крюки двигателя. Есть и другие способы удержания двигателя в ракете, которые работают еще лучше!

Одна из проблем с крюками двигателя заключается в том, что при их сгибании вверх при установке/удалении двигателя они изгибаются вверх. А как вы знаете, их трудно заставить наклониться вниз. Как только они изгибаются вверх, они не работают должным образом. Мотору становится легче выскальзывать самостоятельно, особенно при выбросе с парашютом.

Если двигатель выплевывается из ракеты при катапультировании, это обычно означает, что нос не вышел и парашют не раскрылся. Ракета будет баллистической, что очень небезопасно.

По этой причине большинство больших ракет НЕ используют крюки двигателя. Нам нужно больше надежности, потому что потенциальные потери больше. Вы же не хотите потерять дорогой перезаряжаемый кожух двигателя, не так ли?

Другая причина, по которой крюк двигателя может быть проблемой, заключается в том, что он предназначен только для двигателя одной длины. Большие двигатели часто имеют одинаковый диаметр, но разную длину, как показано на фотографии слева.

Если вы хотите использовать двигатель другой длины, вы можете обнаружить, что крюк слишком короткий. Вы должны заранее знать, какой самый длинный ракетный двигатель позволит крюк.

Решение простое. На большие ракеты НЕ устанавливайте блок двигателя!

Блок двигателя (называемый УПОРНОЕ КОЛЬЦО ) вместо этого перемещается в заднюю часть самого двигателя.

Как видно на фото выше, все три двигателя имеют разную длину. У них также есть упорные кольца в задней части двигателя. Верхний двигатель представляет собой перезаряжаемый кожух. Форсунки не видно, но она находится с правой стороны двигателя, где находится большое кольцо.

Средний двигатель одноразового использования от Aerotech. У этих двигателей нет упорного кольца, но вы можете легко сделать его, обернув много слоев ленты вокруг заднего конца, чтобы создать упорное кольцо.

ДА!!! Это работает нормально.

Многие моделисты задаются вопросом, будет ли лента удерживать двигатель, и, как написано выше, это действительно работает. Это ленточное упорное кольцо подходит для двигателей всех размеров, даже для самых мощных двигателей.

Нижний двигатель на изображении выше показывает, как производитель двигателя отформовал упорное кольцо как часть сопла. Это тенденция новых двигателей, потому что это избавляет моделиста от необходимости устанавливать упорное кольцо самостоятельно.

ВАЖНО: Вы должны убедиться, что трубка крепления двигателя выступает из задней части ракеты примерно на 1/2 дюйма (13 мм). Всегда стройте свою ракету таким образом, даже если это означает, что вы отклоняетесь от инструкций.

Когда вы будете готовы установить двигатель, просто вставьте его в трубку крепления двигателя, как показано на рисунке справа. Упорное кольцо сзади не позволит двигателю зайти слишком далеко.

После того, как двигатель вставлен, возьмите малярную ленту и просто оберните ее двумя или тремя слоями поверх двигателя и трубы крепления двигателя.

Это то, что держит двигатель в ракете. Это очень просто и очень недорого.

Строительные материалы — крепление двигателя

• В корзину

  Быстрый просмотр

  Адаптер 18 мм – 24 мм (3 шт. в упаковке)

  Эстес

  MSRP: $6,99

  Сейчас: 6,64 $

  Некоторые легкие модели ракет с 24-мм креплениями двигателя могут успешно летать на 18-мм двигателях меньшего размера. Этот адаптер двигателя надежно удерживает 18-миллиметровый двигатель с черным порохом внутри 24-миллиметрового крепления двигателя. Убедитесь, что вы изучили подходящие двигатели, прежде чем летать на 18-мм двигателе…

  ЭСТ-2317

• Выберите параметры

  Быстрый просмотр

  Фиксатор двигателя HAMR

  Public Missiles Ltd.

  Сейчас: 28,95 долл. США

  Идеально подходят для моторных трубок PML, их держатели моторов HAMR хорошо сочетаются с комплектами PML. Они надежно закрепляют композитные двигатели в трубке двигателя и позволяют быстро менять двигатели простым поворотом фиксатора. Инструкции производителя…

  ПМЛ-HAMR29-SET

• Выберите параметры

  Быстрый просмотр

  Крышка фиксатора двигателя

  Aeropack

  Сейчас: 8,00 долл. США

  На случай, если вы потеряете колпачок фиксатора двигателя, вот недорогой способ заменить только колпачок, не покупая новый фиксатор. Размер здесь прост… просто подберите размер крепления двигателя, который вы заменяете, от 24 мм до 29 мм.мм, 38 мм, 54 мм,…

  API-RC

• Выберите параметры

  Быстрый просмотр

  Корпус фиксатора двигателя

  Aeropack

  Сейчас: 8,00 $

  Экономьте деньги, используя одну и ту же крышку фиксатора двигателя для двух ракет. Вы можете использовать крышку фиксатора двигателя от одного полного узла фиксатора двигателя Aeropack с этим корпусом фиксатора двигателя Aeropack для крепления двигателей в 2 разных ракетах. Правильный размер…

  API-RB

• Выберите параметры

  Быстрый просмотр

  Прокладка адаптера двигателя

  Aeropack

  Сейчас: 6,00 долл. США

  Алюминиевые адаптеры двигателя Aeropack поставляются с прокладками, помогающими закрепить двигатель в фиксаторе двигателя, и эти незакрепленные детали иногда теряются. Вместо того, чтобы покупать совершенно новый фиксатор двигателя, вы можете купить только сменную прокладку для использования в этих…

  АПИ-МАС

• Выберите параметры

  Быстрый просмотр

  Узел фиксатора двигателя

  Aeropack

  Сейчас: 15,00 $

  Aeropack устанавливает стандарт для алюминиевых держателей двигателей, поэтому вы можете быстро и легко менять двигатели после полета без каких-либо инструментов. Просто отвинтите резьбовую крышку и загрузите новый двигатель. Прочная алюминиевая конструкция выдерживает тепло выхлопных газов двигателя и…

  АПИ-РА

• Выберите параметры

  Быстрый просмотр

  Адаптер двигателя

  Aeropack

  Сейчас: 13,00 $

  Алюминиевые адаптеры двигателя Aeropack надежно монтируют любой двигатель с упорным кольцом, например композитные двигатели Aerotech, в большую трубу двигателя. Например, это позволяет вам управлять 24-мм мотором в 29-мм моторной трубе. Прочный и легкий алюминиевый адаптер…

  АПИ-МА

• В корзину

  Быстрый просмотр

  Адаптер 13 мм – 18 мм (3 шт.)

  Эстес

  MSRP: $6,99

  Сейчас: 6,64 $

  Некоторые небольшие модели ракет с 18-мм креплениями двигателя могут успешно летать с меньшими 13-мм двигателями. Этот адаптер двигателя надежно удерживает 13-миллиметровый двигатель с черным порохом внутри 18-миллиметрового крепления двигателя. Убедитесь, что вы изучили подходящие двигатели, прежде чем запускать 13-миллиметровый двигатель в…

  ЭСТ-2316

• Нет в наличии

  Быстрый просмотр

  Адаптер PSII 24–29 мм (2 шт.)

  Эстес

  MSRP: $6,99

  Сейчас: 6,64 $

  Многие ракеты средней мощности с 29-мм моторамами могут успешно летать на менее мощных 24-мм двигателях меньшего диаметра. Этот адаптер двигателя устраняет 2 потенциальные проблемы с полетом 24-мм двигателей из композитных материалов или черного пороха в 29трубка двигателя мм. Во-первых,…

  EST-9753

• В корзину

  Быстрый просмотр

  Пластиковый фиксатор двигателя с резьбой 29 мм

  Эстес

  MSRP: 9,99 $

  Сейчас: 9,49 $

  Легкий пластиковый фиксатор двигателя Estes — это удобный способ надежно зафиксировать композитные 29-мм двигатели в трубе двигателя.