Электронная регулировка оборотов коллекторного двигателя

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

На сегодняшний день практически все современные электроинструменты оснащены коллекторными двигателями. Они относятся к более универсальным конструкциям, поскольку могут работать не только при переменном, но и при постоянном напряжении. Однако данный тип электродвигателей обладает высокой частотой оборотов, которая не всегда требуется в рабочих процессах. В подобных ситуациях изменить частоту вращения и обеспечить плавный пуск поможет регулятор оборотов коллекторного двигателя, способный создавать наиболее оптимальные скоростные режимы.

1. Устройство и принцип работы
2. Необходимость регулятора оборотов
3. Действие регулятора оборотов
4. Выбор регулятора оборотов
5. Самостоятельная сборка регулятора

Устройство и принцип работы

Современная бытовая техника и электроинструменты укомплектованы коллекторными и асинхронными электродвигателями. В самых современных устройствах второй вариант практически не применяется, поэтому более подробно следует рассматривать электродвигатели коллекторного типа.

Эти устройства отличаются компактностью, простотой управления и повышенной мощностью. Принцип действия такой же, как и у всех электродвигателей, основанный на вращении прямоугольной рамки, помещенной между магнитными полюсами, и по которой пропущен электрический ток.

В коллекторных двигателях функцию вращающейся рамки выполняют скользящие контакты, к которым также подводится ток. После поворота рамки на 180 ток начинает течь по этим контактам в обратном направлении. Сама рамка будет вращаться в прежнем напрявлении, при этом плавного вращения она не обеспечивает. Для того чтобы вращение было плавным, в конструкции двигателя используется большое количество этих рамок.

В состав агрегата входят следующие элементы:

• Вращающаяся часть является ротором, а внешний магнит – статором.
• Основой скользящих контактов являются графитовые щетки, через которые к вращающемуся якорю подается напряжение.
• Характеристики вращения отслеживаются тахогенератором. Если равномерность движения нарушается, он выполняет корректировку напряжения, обеспечивая более плавный ход.

Статор может состоять не только из одного, но и из двух магнитов, соответственно, с двумя парами полюсов. В отдельных конструкциях используются не статические магниты, а электромагнитные катушки. Скорость двигателя регулируется очень просто – всего лишь путем изменения величины подаваемого напряжения. Ось вращения соединяется с рабочей частью напрямую, без каких-либо промежуточных элементов.

Необходимость регулятора оборотов

Регулирующее устройство по своей сути является частотным преобразователем. Схема регулятора оборотов создана на основе мощного транзистора, с помощью которого инвертируется напряжение, обеспечивается плавная остановка и пуск.

Все необходимые действия осуществляются посредством ШИМ – широтно-импульсного модулятора, управляющего электрическими устройствами. С его помощью создаются синусоиды заданной конфигурации для постоянного и переменного тока.

За счет установленных частотных преобразователей, регулятор оборотов коллекторного электродвигателя способен точно контролировать необходимые электрические процессы. В результате, скорость вращения может быть изменена в сторону увеличения или уменьшения, обороты поддерживаются на установленном уровне, а сам инструмент оказывается защищенным от резких перепадов оборотов.

Электродвигатель использует только то количество электроэнергии, которое необходимо для выполнения работы. Экономия потребления электричества достигает до 50% при снижении скорости вращения всего лишь на 20%

Действие регулятора оборотов

Работа регулятора оборотов коллекторного двигателя происходит следующим образом.

После запуска агрегата на полной мощности, электрическому току приходится преодолевать сопротивление полной нагрузки, повторяющееся несколько раз. Под действием тока обмотки двигателя деформируются и начинают выделять тепло в течение продолжительного времени. Это приводит к существенному снижению ресурса и движок становится менее долговечным.

Таким образом, регулятор выполняет функцию ступенчатого инвертора, осуществляющего двойное преобразование энергии.

Частотный регулятор напряжения выпрямляет ток на 220 В или 380 вольт, в зависимости от входного напряжения. Для этих целей используется выпрямляющий диод, расположенный на входе. После этого ток фильтруется через конденсаторы, далее происходит формирование широтно-импульсной модуляции. В конечном итоге после регулировки система оказывается подготовленной к созданию необходимой конфигурации синусоиды.

Электронная регулировка оборотов коллекторного двигателя

• Статьи

• Усилители мощности
• Светодиоды
• Блоки питания
• Начинающим
• Радиопередатчики
• Разное
• Ремонт
• Шокеры
• Компьютер
• Микроконтроллеры
• Разработки
• Обзоры и тесты
• Обратная связь

• Форум
  • Усилители мощности
  • Шокеры
  • Качеры, катушки Тэсла
  • Блоки питания
  • Светодиоды
  • Начинающим
  • Жучки
  • Микроконтроллеры
  • Устройства на ARDUINO
  • Программирование
  • Радиоприемники
  • Датчики и ИМ
  • Вопросы и ответы
  Читать еще:  Honda dio характеристика двигателя
• Online расчёты
• Умный дом
• Видео
• RSS
• Приём статей

• Статьи

• Усилители мощности
• Светодиоды
• Блоки питания
• Начинающим
• Радиопередатчики
• Разное
• Ремонт
• Шокеры
• Компьютер
• Микроконтроллеры
• Разработки
• Обзоры и тесты
• Обратная связь

• Форум
  • Усилители мощности
  • Шокеры
  • Качеры, катушки Тэсла
  • Блоки питания
  • Светодиоды
  • Начинающим
  • Жучки
  • Микроконтроллеры
  • Устройства на ARDUINO
  • Программирование
  • Радиоприемники
  • Датчики и ИМ
  • Вопросы и ответы
• Online расчёты
• Умный дом
• Видео
• RSS
• Приём статей

Плавный пуск и регулировка оборотов болгарки

Недостатком небольших дешевых болгарок является отсутствие плавного пуска и регулировки оборотов. Каждый, кто включал мощный электроприбор в сеть, замечал как в этот момент падает яркость сетевого освещения. Это происходит из-за того, что мощные электроприборы в момент запуска потребляют огромный ток, соответственно, проседает напряжение в сети. Сам инструмент может выйти из строя, особенно китайский с ненадежными обмотками.

Система мягкого пуска защитит и сеть, и инструмент. Также не будет сильной отдачи (толчка) в момент включения. А регулятор оборотов позволит долго работать без перегрузки инструмента.

Представленная схема срисована с промышленного образца, устанавливаемая на дорогие приборы. Ее можно использовать не только для болгарки, но и для дрели, фрезерного станка и др., где стоит коллекторный двигатель. Для асинхронных двигателей схема не подойдет, там требуется частотный преобразователь.

Сначала нарисовал печатную плату для системы плавного пуска, без компонентов для регулировки оборотов. Это сделано специально, т.к. в любом случае регулятор надо выводить проводами. Имея схему каждый сам разберется что куда подключить.

В схеме регулирующим элементом является сдвоенный операционный усилитель LM358, через транзистор VD1 управляющий силовым симистором BTA20-600. Я не достал его в магазине и поставил BTA28 (более мощный). Для инструмента до 1кВт подойдет любой симистор с напряжением более 600В и током 10-12А. Т.к. схема имеет мягкий старт, то пусковые токи не спалят такой симистор. В ходе работы симистор нагревается и его следует установить на радиатор.

Известно явление самоиндукции, которое наблюдается при размыкании цепи с индуктивной нагрузкой. В нашей схеме цепь R1-C1 гасит самоиндукцию при выключении болгарки и защищает симистор от пробоя. R1 от 47 до 68 Ом, мощностью 1-2Вт. Конденсатор пленочный на 400В.

Резистор R2 обеспечивает ограничение тока для низковольтной части цепи управления. Сама эта часть является и нагрузкой, и в какой-то мере, стабилизирующим звеном. Благодаря этому после резистора можно не стабилизировать питание. Хотя есть вариант такой же схемы с дополнительным стабилитроном. Я его не поставил, т.к. напряжение питания микросхемы, итак, в пределах нормы.

Возможные замены маломощных транзисторов указаны под схемой.

Подстройку регулятора делают с помощью многооборотного резистора R14, а основную регулировку резистором R5. Схема не дает регулировку мощности от 0, а только от 30 до 100%. Если же нужен более простой мощный регулятор от 0, то можно собрать вариант проверенный годами. Правда для болгарки получение минимальной мощности бессмысленно.

Проверяем работоспособность схемы подключив лампочку на 220В мощностью 40-60Вт. Если яркость регулируется, то отключив от сети проверяем на ощупь симистор на тепловыделение. Он должен оставаться холодным. Далее подключаем плату к болгарке и проверяем плавность пуска и регулировку оборотов без нагрузки. Если все в порядке переходим к тестированию под нагрузкой.

Так дешевая болгарка превратилась в инструмент среднего уровня.

Компоненты для сборки

• LM358 можно купить тут
• S9014 можно купить тут
• S9015 можно купить тут
• Набор резисторов можно купить тут
• BTA20-600 можно купить тут

Как подключить регулятор на болгарку для уменьшения или увеличения оборотов

Хорошая болгарка есть у каждого мастера. Она популярна среди профессионалов и в любом домашнем хозяйстве по причине удобной работы и многозадачности. Инструмент задуман, как шлифовальная машина, но его уникальный угловой редуктор сделал этот прибор самой популярной пилой. При установке соответствующих дисков, УШМ пилит и режет различные материалы, шлифует и полирует поверхности, с легкостью проникая в труднодоступные места.

Поскольку материалы для резки и шлифовки попадаются разной твердости и текстуры, то и скорость вращения диска при их резе должна отличаться. Иначе, режущий круг свою задачу не выполнит или, того более, заклинит в материале в самый неподходящий момент и приведет к выходу из строя двигатель.

Идеальный вариант — модель, у которой производителем встроен регулятор оборотов. Купить болгарку с регулировкой оборотов – лучшее решение.

Принцип работы регулятора скоростей

Плавный пуск и регулировка оборотов — это добавочные функции. Они отвечают за комфорт при работе и безопасность пользователя. Угловая шлифовальная машина и без регулятора неплохо выполняет широкий спектр задач, однако, диск ее при этом вращается на максимальных оборотах, что не дает возможности выполнить задачи аккуратно и качественно.

В обычной машинке, без регулятора скоростей, две обмотки статора подключаются к электрической сети при включении инструмента. Каждая из них оснащена угольными щетками, они прижимаются к ламелям коллекторного двигателя, замыкая электрическую цепь.

Болгарка с регулятором оборотов — гораздо более совершенна и многозадачна , она дает возможность выполнить распил или шлифовку очень качественно, а главное — безопасно.

Электронный блок регулятора оборотов УШМ — это система переключения. В ее основе заложен полупроводник симистор или тиристор (эта схема действует в большем количестве УШМ). Более дорогие модели болгарок оснащены интегральной микросхемой, это вариант дорогостоящий, но более продвинутый и высокотехнологичный.

Изменение числа оборотов и в том, и в другом случае, происходит путем передвижения переменного резистора. Он установлен внутри корпуса машинки и внедрен в разрыв электроцепи , между клавишей пуска и обмотками статора. Интегральная схема часто располагается отдельно, в разрыве электрического провода.

Переключение частоты вращения выполняется вручную, для чего на корпусе есть соответствующие клавиши (кнопки или колесико).

Поскольку за крутящий момент на шпинделе отвечает сила тока, то, фактически, пользователь, уменьшает или увеличивает ее, переключая скорости. Регулируя, таким образом, силу тока, можно снизить или, наоборот, усилить вращение шпинделя и обороты режущего диска.

Для каких задач необходима регулировка

Болгарки с регулятором оборотов применяются:

• При шлифовке и резе очень тонких листов (металла или пластика). В этом случае нужно снизить обороты почти до нулевого значения оборотов. Крутящий момент должен быть рассчитан так, чтобы материал не плавился.
• Для резки плитки, керамики, искусственного или натурального камня. В начале реза нужно увеличить скорость вращения, затем снизить, и в конце снова усилить обороты, чтобы не появились сколы и трещины.

• При работе с дисками с алмазным напылением. С ними лучше резать на низких оборотах, так не происходит сильный нагрев, и можно дольше работать.
• Во время работы с полировочными насадками, особенно при финишной полировке.

Изготовление регулятора оборотов для болгарки своими руками

Самый простой регулятор можно собрать своими руками. Те домашние мастера, которые понимают толк в электрических схемах, вполне могут изготовить регулятор оборотов по простой схеме на полупроводниках.

Способов, как сделать регулятор и внедрить этот блок в инструмент, есть несколько, его можно установить и вовнутрь корпуса, и присоединить внешне, отдельным элементом. В любой установке он сможет регулировать обороты.

1. Внешняя установка — для управления отдельно:

• Используем электрическую переноску с клавишей вкл -выкл.
• На место этой клавиши устанавливаем полупроводниковую плату регулятора на тиристоре. Купить ее можно в магазине, она недорогая (Китай).
• Получается отдельно работающий регулятор, удобный для шлифования или реза на низких оборотах.

Внешнюю плату также можно смонтировать в отдельной пластмассовой коробке, оснастив ее вилкой и розеткой. По факту это та же переноска пускового тока, через нее включают УШМ, а колесиком на коробке регулируют обороты. Получается отличная машинка для полировки.

1. Внутреннее размещение

Этот способ сложнее, зато дает возможность разместиться в корпусе, что компактно и удобно.

• Перед тем, как установить схему, нужно заменить клавиши, включающие инструмент в сеть.
• Освободится место. Сюда нужно поставить электронные ключи — симистор или тиристор для переключения скоростей вращения.

• Можно подключить и микросхему плавного пуска, что даст возможность избежать рывка на старте.

Еще более простой способ, как изготовить регулятор оборотов своими руками — купить готовый регулятор на полупроводниках в магазине установить его на болгарку. При выборе лучше брать мощность такого блока повыше, тогда он будет универсальным и пригодным ко многим электрическим приборам в доме.

Плюсы и минусы регулятора, сделанного своими руками

Плюс в том, что ваша угловая шлифовальная машинка получит дополнительные функции. Вы сможете изменять скорость вращения диска, понижать и повышать обороты.

Но домашняя технология имеет и несколько минусов:

• Сильно греется, поэтому нагрузку долго давать нельзя. Рекомендуется режим работы с периодическими выключениями, чтобы машинка остыла.
• Потеря мощности. Полупроводниковые регуляторы неплохо корректируют силу тока и отлично меняют частоту вращения шпинделя. Но при этом, к сожалению, мощность инструмента падает. Только заводской регулятор мощности, установленный производителем, сохраняет мощность двигателя на 100%.

Стоит заметить, что падение мощности актуально лишь при работе с камнем и керамической плиткой. А при выполнении разреза тонколистных материалов, где очень важно понизить число оборотов, потеря мощности практически незаметна.

Регулятор оборотов на TDA1085 печатная плата

• Категория: Регуляторы
• TDA1085 Ссылка на товар
• BTA41-600 Подробнее о товаре
• Готовый контроллер Перейти в магазин
• 

Схема регулятора на TDA1085 имеет размеры 100*100 мм, что позволить установить в любой небольшой корпус. TDA1085 печатная плата была переделана для лучшей настройки оборотов двигателя от вашей стиралки, плата управления на TDA1085 полностью работоспособная и имеет несколько индикаторов для определения включения и работы самой микросхемы. Все это будет обозначено в инструкции при покупке.

Плата регулятора на TDA1085 находит область применения в сверлильных станках, различная автоматика предназначена для открытия-закрытия чего нибудь, фрезеровальные или самодельные гравировочные станки, все зависит от мощности вашего электродвигателя. Сделать регулятор оборотов на TDA1085 своими руками не требует больших знаний электротехники, достаточно иметь паяльник, припой и мультиметр цифровой для определения некоторых деталей. В итоге вы получите полностью готовое и рабочее изделие сделанное собственноручно.

Печатная плата на регулятор TDA1085 может быть куплена в разной валюте, чтобы все заинтересованные люди могли собрать для себя. Регулятор коллекторного двигателя на TDA1085 имеет реверс (изменение направление вращения), особенно популярен в самодельных токарных станках и открытия-закрытия ворот. Также эта схема управления на TDA1085 работает с плавным пуском.

Изначально схема платы TDA1085 рассчитана на мощность примерно до 2 кВт, что-бы увеличить замените предохранитель и симистор BTA41 на более мощный. Регулятор оборотов электродвигателя TDA1085 имеет один переменный резистор 20кОм для регулировки скорости, два светодиода для индикации, вход для 220 Вольт, подключение кнопки вкл/выкл, выходы для тахо, мотора и холла. Монтажная плата регулятора оборотов TDA1085 доступная по ссылкам выше.

BTA41 600 В — это силовая деталь, которая может выходить из строя при запредельных нагрузках. Такой же симистор используют и в стиральных машинках, чаще всего 12А, иногда даже и 24А, все зависит от мощности. У каждого самодельщика возникают вопросы — где взять двигатель и как сделать TDA1085 регулятор оборотов коллекторного двигателя от сети 220 вольт. Почти у каждого есть двигатель от стиральной машинки, высокооборотные. Внутри коллекторного двигателя установлен тахогенератор и плата управления двигателем на TDA1085 имеет обратную связь с этим тахогенератором, в результате получается регулятор оборотов стиралки.

Посмотрите два очень интересных видео, где на подобных платах люди сделали самодельный токарный и сверлильный станок: