Автор: Пользователь скрыл имя, 19 Февраля 2012 в 09:43, реферат
Схема предназначена для регупировки и поддержания стабильной частоты вращения низковольтного двигателя мощностью от единиц ватт до 1000 ватт при напряжении питания не более 20 V.
Стабилизированный
регулятор частоты
вращения
| Все, кому
приходилось пользоваться электроинструментом
для обработки материалов (точильным
станком, дрелью и т. п.), знают, что
стоит только увеличить рабочую
нагрузку, как обороты инструмента
начинают падать. Устройство, схема
которого показана на рис.1, позволяет
в некоторых пределах изменять частоту
вращения якоря подключенного к
нему электродвигателя. Кроме этого,
оно способно существенно уменьшить
зависимость частоты вращения якоря
от механической нагрузки на инструмент.
При замыкании резистора R7 цепи обратной
связи (ОС) дополнительным тумблером
устройство можно использовать и
как регулятор мощности до 500 Вт при
активной нагрузке. Принцип работы устройства основан на двуполупериодном фазовом управлении симистором VS1 (см. схему), что обеспечивает двигателю электродрели полную потребляемую мощность. Но в дрели установлен коллекторный электродвигатель, поэтому ток в цепи симистора из-за индуктивной нагрузки прерывается, возникает ЭДС самоиндукции, что приводит к неустойчивой работе симистора. Для устранения этого явления параллельно симистору подключена цепь R8, С3. Выпрямительный мост VD1-VD4 и стабилитрон VD5 обеспечивают питание узла управления симистором VS1 пульсирующим напряжением. Резистор R1 гасит избыточное напряжение сети. Задержку открывания симистора по фазе определяет время зарядки конденсатора С1 через резисторы R2 и R3 от источника напряжения, уровень которого определяется стабилитроном VD5 и коэффициентом передачи однопереходного транзистора VT1. |
| Рис. 1 |
| При некотором пороговом напряжении на конденсаторе С1 однопереходный транзистор открывается, и на его нагрузочном резисторе R5 появляется импульс напряжения, который транзистор VT2 усиливает до уровня, необходимого для включения симистора. Симистор остается открытым до тех пор, пока ток, текущий через него, не уменьшится до порога его выключения. При этом конденсатор С1 разряжается до напряжения закрывания однопереходного транзистора VT1. После выключения симистора конденсатор С1 снова заряжается - начинается следующий цикл работы узла управления симистором. Резистор R7 - элемент цепи ОС по току в нагрузке. Действие ОС иллюстрируют кривые, снятые при неизменном положении движка переменного резистора R2 и работе электродрели на холостом ходу (рис.2) и под нагрузкой (рис.3). Здесь t1 - время зарядки конденсатора C1, t2 - время, в течение которого симистор находится в открытом состоянии. С увеличением нагрузки на вал электродвигателя частота вращения его якоря снижается, что приводит к увеличению потребляемого тока и падения напряжения (при включенном симисторе) на резисторе R7. Когда суммарное падение напряжения на семисторе и резисторе R7 превысит напряжение закрывания однопереходного транзистора VT1, конденсатор C1 начинает заряжаться, в результате чего в новом цикле работы устройства время его зарядки до напряжения открывания транзистора VT1 становится меньше. Поэтому симистор при каждом полупериоде будет находиться в открытом состоянии дольше, мощность на валу двигателя соответственно увеличится и восстановится прежняя частота вращения. Регулятор испытывался при совместной работе с электродрелью ИЭ 1032-1. Для работы регулятора с другим подобным инструментом понадобится, возможно, подобрать резистор R7. В регуляторе использованы постоянные резисторы - МЛТ, переменный резистор R3 - СП4-1, конденсатор C1 - КМ-6 (можно МБМ), С3- МБГП, оксидный С2-К50-6. Резистор R7 намотан нихромовым проводом диаметром 0,3 мм на резисторе МЛТ-2 сопротивлением не менее 100 Ом. Однопереходный транзистор VT1 может быть КТ117А. Транзистор VT2 - КТ603А или любой из серий КТ312, КТ315. Диоды Д223А можно заменить на Д220 или КД521А, симистор КУ208Г - на два тринистора серии КУ202, включив их встречно-параллельно, как показано на рис.4. Трансформатор Т1 - МИТ-4 или самодельный, выполненный на кольцевом магнитопроводе типоразмера К16х10х4,5 из феррита 2000НМ. Обмотки самодельного трансформатора содержат каждая по 100 витков провода ПЭЛШО 0,12. При замене симистора двумя тринисторами импульсный трансформатор должен иметь две вторичные обмотки (рис.4). Налаживание регулятора, собранного из заведомо исправных деталей, сводится лишь к подборке сопротивления резистора R7, добиваясь устойчивой работы устройства. В случае использования регулятора для работы с электродрелями устаревших моделей придется, возможно, увеличить емкость конденсатора С3 до 0,47 мкФ. Регулятор имеет непосредственный контакт с электросетью. Поэтому, налаживая его, необходимо соблюдать особую осторожность и выполнять требования техники безопасности при работе с электроустановками. Рис. 2
Рис. 3
|
Стабилизированный регулятор частоты вращения двигателя постоянного тока
Схема предназначена для регупировки и поддержания стабильной частоты вращения низковольтного двигателя мощностью от единиц ватт до 1000 ватт при напряжении питания не более 20 V.
В качестве датчика частоты вращения используется датчик электронной системы зажигания автомобиля ВАЗ Этот датчик выполнен на основе датчика Холла и представпяет собой закрепленный на оси круглый магнитный экран с прорезями, которые при вращении проходят в щели датчика Холла.
В результате на выходе
датчика образуются импупьсы, частота которых прямо пропорциональна частоте вращения вала, на котором закреплен магнитный экран.
Доработка электродвигателя заключается в установке на его валу вышеуказанного датчика системы зажигания, который нуждается в доработке, связанной со сквозным прохождением через него вала электродвигателя
Во время вращения вала двигателя датчик Холла F1 вырабатывает импульсы, которые поступают на вход триггера Шмитта D1.1. На триггерах D1.2 и D1.3 собран формирователь, который делает длительность этих импульсов постоянной, независящей от частоты вращения.
Длительность
импульсов устанавливается
Эти импульсы
поступают на интегратор на диоде VD2, резисторе R7 и конденсаторе С4. Импульсы высокого уровня заряжают конденсатор С4, диод VD2 препятствует разрядке конденсатора через выход D1.4 во время низкого логического уровня. В это время разрядка возможна только через R7 и сопротивление входа А1.
В результате на С4 образуется постоянное напряжение прямо зависящее от частоты вращения вала двигателя. Это
напряжение поступает на инвертирующий вход операционного усилителя А1, включенного компаратором.
На прямой вход А1 подается образцовое напряжение, величину которого можно регулировать переменным резистором R2. Как только напряжение на инвертирующем выходе будет больше напряжения на прямом, выходной мощный полевой транзистор VT1 закрывается, а когда напряжение на С4 становится ниже напряжения на прямом входе А1, полевой транзистор VT1 открывается Никаких схем для гистерезиса или задержки срабатывания в схеме этого компаратора не сделано, здесь это не нужно, В результате работы схемы на выходе компаратора существует не какое-то постоянное напряжение, а преимущественно импульсы, скважность и частота которых постоянно меняется таким образом чтобы поддерживать частоту оборотов двигателя постоянной, независимо от нагрузки на валу.
На выходе схемы установлен мощный коммутаторный полевой транзистор типа IRF3205.
Он допускает максимальный ток 98А, в открытом состоянии его сопротивление всего 8 мили Ом, а максимальное напряжение исток-сток составляет 55V. Этот транзистор обычно применяется в различных автомобильных схемах. Несмотря на большой максимальный ток транзистор очень хорошо может работать и с малым током нагрузки, поэтому данную схему можно с успехом применять как для регулировки частоты вращения мощного двигателя, так и маломощного.
Конечно, если схему планируется использовать только с маломощным двигателем, то и выходной каскад можно сделать на менее мощном транзисторе, а так же применить более легкий датчик, например, на основе щелевой оптопары от старой «шариковой» компьютерной мыши и
легкого колеса с перфорацией для прерывания потока света между светодиодом и фототранзистором щелевой оптопары. В схеме использованы постоянные резисторы МЛТ, согласно отмеченной на схеме мощности.
Неполярные конденсаторы типа К73-17. Полярные конденсаторы - импортные аналоги отечественных К50-35. Стабилитрон Д814В можно заменить любым стабилитроном на напряжение 10V. Микросхему КР1561ТЛ1 можно заменить на К561ТЛ1 или подобрать импортный аналог.
Полевой транзистор IRF3205 можно заменить на IRF460, IRF470, IRF350-IRF362 или по справочнику подобрать другой подходящий аналог.
При работе на нагрузке,
потребляющей ток более 10А транзистор
необходимо установить на радиатор. В
качестве радиатора, да и в качестве
основы корпуса для всего узла
можно использовать корпус от неисправного
автомобильного коммутатора зажигания
карбюраторных автомобилей
-
Тарасенко В. И.
РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Как известно, нагрузочная характеристика (зависимость частоты вращения якоря от момента нагрузки) широко применяемых в быту (в кухонных машинах, электроинструментах, швейных машинах и т.д.) коллекторных двигателей с последовательным возбуждением резко нелинейна. При работе двигателя на холостом ходу, т.е. при отсутствии полезной механической нагрузки, частота вращения якоря максимальна. Приэтом возникает сильное воздействие двигателя на механическую передачу от якоря к рабочему органу, что приводит к ее быстрому изнашиванию.
В то же время, частотой вращения коллекторных двигателей довольно легко управлять изменением напряжения на них с помощью
; фазоимпульсноготиристорного [1] илисими-сторного [2J регуляторов. Однако регуляторы без обратной связи не позволяют автоматически поддерживать постоянной частоту вращения двигателя при изменении нагрузки.
Точнее всего поддерживать частоту вращения двигателя можно с помощью регуляторов с индуктивными или фотодатчиками [31, но их схемы достаточно сложны, а сопряжение датчиков с двигателями в домашних условиях предсташгает собой трудную конструкторскую задачу.
: Проще всего использовать для регулировки тот факт, что при увеличении нагрузки происходит увеличение тока двигателя [4] и снижение напряжения на его якоре [5].
Схема двигателя с ОС по току наиболее проста. В то же время, этой схеме присущи некоторые недостатки. В цепи обратной связи для конкретного двигателя и необходимого диапазона скоростей требуется подбор низкоомного резистора 2...6 Ом с довольно
большой мощностью—до 5... 10 Вт.
Падающее на резисторе напряжение 2...7 В требует для эффективной работы схемы управления применения в регуляторе низковольтного стабилитрона на 5...8 В, что, в свою очередь, затрудняет надежную работу регулятора с широко распространенными тиристорами КУ 201, КУ202, которые включаются при амплитудном значении импульса отпирающего напряжения на управляющем электроде равном 5... б В [6].
Устройство, схема которого приведена на рис.1, позволяет регулировать напряжение (и соответственно частоту вращения) в пределах от 80 до 190 В на коллекторном двигателе Ml спо-следовательным возбуждением и с симметрич» но подключенными к якорю полюсными катушками статора. Сдругойстороны.цепьОСпо напряжению на якоре поддерживает постоянной (в определенных пределах) частоту враще-
ния двигателя при изменении нагрузки путем изменения угла включения тиристора
V6.
В качестве двигателя использовался двигатель с потребляемой мощностью до 300 Вт, т.е. с полезной механической мощностью до 150...180 Вт.
Двигатель Ml питается от сети 220 В пульсирующим током через диодный мостик на диодах VI ...V4 и тиристор V6. Диод У5 обеспечивает разряд индуктивностей статора и якоря двигателя при запертом тиристоре V6.
Питание+16 В схемы управления осуществляется при помощи параметрического стабилизатора на резисторе R1 и стабилитронах V7, V8. Отпирающий тиристор V6 ключ собран на элементах V9, V10, R2, R5...R7, СЗ, V11.R11. Элементы V9, VI О, R6, R7 представляют собой аналог однопереходного транзистора. При заряде конденсатора СЗ и достижении напряжения, определяемого делителем R6 и R7, транзи-, сторы V9, VI0 переходят в проводящее состояние, конденсатор СЗ разряжается и включает через резистор R2 тиристор V6.
Интегрирующие цепочки R3, RIO, C4 и R4, R16, С5 позволяют усреднять и запоминать значения напряжения, пропорциональные напряжению на якоре при открытом состоянии тиристора, которые используются для работы схемы управления при закрытом состоянии тиристора. Чем больше нагрузка на валу двигателя, тем больше падение напряжения на индук-тивностях LI, L2 и соответственно меньшена-пряжение на якоре, а значит, и меньше разность потенциалов на базах транзисторов VI2, VI3 дифференциального каскада.
Ток транзистора VI2 становится больше, больше падение напряжения на резисторе
Rl 2, что приводит к увеличению тока заряда конденсатора СЗ и соответственно — к уменьшению угла включения тиристора V6 (т.е. увеличению времени открытого состояния тиристора). Как следствие этого увеличивается напряжение на якоре двигателя. Снижение частоты вращения при увеличении нагрузки компенсируется, таким образом, увеличением частоты вращения из-за повышения напряжения на якоре при работе цепи обратной связи.
Резистор R5 задает минимальное напряжение на двигателе не более 50 В при отключенной обратной связи.
Помехоподавляющие конденсаторы G1, С2 — типа К73-17, K73-I5, МБМ и им подобные на напряжение не менее 400 В. Конденсаторы СЗ, С4 и С5 — аналогичных типов
на напряжение 63 В и 160 В соответственно.
Наладку схемы можно проводить измеряя напряжение на двигателе (диоде V5) вольтметром переменного тока. Подбором величины резистора R8 при верхнем по схеме положении движка резистора R9 добиваются минимального напряжения 80 В на двигателе при отсутствии механической нагрузки. При установке резистора R9 в нижнее положение на двигателе будет максимальное напряжение. Коэффициент передачи цепи обратной связи подбирают резистором,R26 так, чтобы при увеличении механической нагрузки на двигатель напряжение на нем увеличивалось.
ВНИМАНИЕ! Регулятор
имеет непосредст-
Информация о работе Стабилизированный регулятор частоты вращения двигателя постоянного тока